JP3368745B2

JP3368745B2 - 回転円盤型記憶装置

Info

Publication number: JP3368745B2
Application number: JP07583196A
Authority: JP
Inventors: 真介中川
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-03-29
Filing date: 1996-03-29
Publication date: 2003-01-20
Anticipated expiration: 2016-03-29
Also published as: JPH09265748A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気ディスク装置
や光ディスク装置等、回転する円盤に情報を記録し、あ
るいは回転する円盤から情報を再生する情報記憶装置、
又は磁気ディスク装置にサーボ情報を書き込むサーボ情
報書き込み装置に係り、特に円盤上で情報の記録あるい
は再生を行うヘッドを目標トラックに追従させる技術に
関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気ディスク装置等のヘッドアクチュエ
ータの位置決め機構には直動型とよばれるリニアアクチ
ュエータと揺動型と呼ばれるロータリーアクチュエータ
があるが、いずれも転がり軸受で案内される。ヘッドの
精密位置決めに対する要求は小型化、高記録密度化に伴
って厳しくなっており、アクチュエータの微小位置変動
によって生じる転がり軸受部で発生する非線形摩擦が問
題となってきた。これに関しては吉川（東芝）らによる
ＪＳＭＥでの講演に詳しい（日本機械学会第７２期通常
総会講演論文集(IV)19-20）。この現象はベアリング
球、ころ等の転動体の微小回転領域において、転動体と
軌道面の接触面の弾性変形等により摩擦力が変位に依存
する領域（転がりだし摩擦領域）が存在することが原因
となっている。

【０００３】従来、摩擦力を含む外力を補償する方法と
しては、特開平3-30156号公報に記載されたものがあ
る。この技術においては、ディスク面に記録されたサー
ボ情報からヘッドの位置に関する情報を検出し、ヘッド
位置信号を得る。そして、このヘッド位置信号とモータ
駆動信号を入力とし、位置および速度を推定するオブザ
ーバよりなる外力推定手段により外力を補償する方法が
ある。

【０００４】また、特開昭63-42073号公報では、ピボッ
ト軸回りの回転角加速度信号をヘッド位置決め制御系に
フィードバックすることにより、ピボット部の弾性変形
に起因する共振を大きく抑制し、高精度のヘッド位置決
めを行う制御装置が開示されている。この制御装置で
は、これは共振ピークを抑圧するために加速度をフィー
ドバックする手段を備えている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述の転がりだし摩擦
力は、ばね力と粘性摩擦力のような粘弾性体に支持され
るような特性を示すため、アクチュエータ質量とばね定
数、粘性摩擦係数で決まる固有振動数と減衰比をもつ２
次系の特性を示し、固有振動数以下の領域ではゲインが
一定となり位置決め精度を悪化させる。さらに変位に対
する摩擦力の勾配は、変位が微小な場合ほど急になると
いう非線形性を持つため、変位が微小になるほど固有振
動数が高く、減衰比が小さくなる。この傾向は小型化に
よる質量低下と相乗して顕著になる傾向にあり、位置決
め精度向上のためには摩擦力を補償することによる固有
振動数以下の領域のゲインの回復が重要となる。

【０００６】上記特開平3-30156号公報に記載された技
術においては、ヘッド位置信号はディスク面に記録され
たサーボ情報から検出されるため、本来のヘッド位置に
ディスク振動が重畳したものになる。より精密な摩擦力
の推定には、軸と軸受の相対変位あるいは相対速度、加
速度またはヘッドアクチュエータと一体となっているヘ
ッド支持系の位置、速度あるいは加速度のいずれかの情
報が必要である。

【０００７】また、特開昭63-42073号公報に記載された
技術においては、ピボット軸回りの回転角加速度信号を
ヘッド位置決め制御系にフィードバックしているが、ア
クチュエータに生じる外力に関する情報をフィードバッ
クする構成にはなっていない。従って、前記公報に記載
された技術では、転がりだし摩擦領域での摩擦力によっ
て生じる低域ゲインの損失を回復させる構成にはなって
いない。

【０００８】上述のように、小型化、高記録密度化が進
む磁気ディスク装置においては、軸受部での摩擦の発生
が微小位置決め時における低域ゲインを不足させ、これ
によって位置決め精度の低下を引き起こす。

【０００９】本発明の目的は、ヘッドの位置決め制御に
おける低域ゲインの回復を図り、高い位置決め精度を実
現することによって、回転円盤を用いる情報記録装置に
おける高記録密度化を図ることにある。

【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、本発明では、ディスクに記録されたサーボ情報から
ヘッドの位置に関する第１の位置情報を検出し、さらに
軸と軸受の相対変位、または相対速度、または加速度、
あるいはヘッドアクチュエータと一体となっているヘッ
ド支持系の位置、または速度、または加速度のいずれか
一つの情報をヘッド位置に関する第２の位置情報として
検出する。

【００１１】ヘッドを位置決めする目標位置とヘッドの
位置との誤差を小さくするためには、ヘッド目標位置と
第１の位置情報の差分である位置誤差信号を位相補償器
に入力する。位相補償器の出力に後述する摩擦力の補償
信号を加算してヘッド駆動信号を得ることにより、摩擦
力の補償を行ってヘッドを駆動する。このとき、摩擦力
の補償信号は、第２の位置情報と前記のヘッド駆動信号
（操作信号）を用いて、摩擦力のモデルから導かれる力
推定オブザーバの演算を行うことによって得ることがで
きる。

【００１２】前記のヘッド駆動信号（操作信号）は外力
を補償する成分とヘッド移動のためにアクチュエータを
駆動する成分を含んでおり、このヘッド駆動信号（操作
信号）と、やはりヘッド移動のためにアクチュエータを
駆動する成分を含む第２の位置情報とを用いて演算する
ことにより、摩擦力の推定が可能になる。

【００１３】これにより摩擦力の推定と補償が可能とな
り、摩擦の粘弾性特性による低域ゲインの低下を補償で
きる。

【００１４】以下、本発明の好ましい態様について列挙
する。

【００１５】情報を記録するディスクから少なくとも情
報を検出するヘッドと、転動体及びこの転動体を案内す
る軸受け面を有して、前記ヘッドをディスクの半径方向
に駆動するアクチュエータと、ディスクから前記ヘッド
で検出したサーボ情報に基づいて、ヘッドとディスクと
の相対位置関係を検出し、位置信号を出力する位置検出
手段と、前記位置信号を処理して位置決め補償信号を出
力する位置決め補償手段と、前記アクチュエータの運動
状態に関する物理量を検出するセンサと、前記アクチュ
エータの軸受け部で発生する摩擦力を推定する摩擦力推
定手段を有し、推定した摩擦力に基づいて前記位置決め
補償信号を補正して、前記アクチュエータを駆動する操
作信号を生成する摩擦力補償手段とを備え、前記摩擦力
推定手段は、前記センサの出力と前記操作信号を用いて
摩擦力を推定する。

【００１６】このとき、前記摩擦力補償手段は、ローパ
スフィルタとハイパスフィルタとを備え、前記操作信号
をローパスフィルタに、前記センサの出力をハイパスフ
ィルタにそれぞれ入力し、各フィルタの出力を加算した
信号で前記位置決め補償信号を補正する。

【００１７】また、前記各フィルタは、アクチュエータ
の等価質量ｍと、転動体及び軸受け面の弾性変形をばね
要素と仮定したときの等価ばね定数ｋと、転動体及び軸
受け面の弾性変形を粘性摩擦と仮定したときの等価粘性
摩擦係数ｃとを含む演算式で与えられる。

【００１８】上記構成において、前記センサは、前記ア
クチュエータを支持する支持体に対するアクチュエータ
の変位、速度又は加速度のいずれかを検出するとよい。

【００１９】上記構成によれば、前記センサの出力に基
づいて前記アクチュエータの軸受け部で発生する摩擦力
を推定する摩擦モデルを備えることにより、この摩擦モ
デルで推定した摩擦力に基づいて前記操作信号を補正す
ることができる。

【００２０】

【００２１】

【００２２】

【００２３】

【００２４】

【００２５】

【００２６】

【００２７】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施例を図１を用
いて説明する。

【００２８】図１は本発明のヘッド位置決め制御を適用
した磁気ディスク装置のブロック線図である。ディスク
１上にはサーボ信号が記録されており、ヘッド２で読み
出されたサーボ信号はアンプ７で増幅され、復調回路８
に送られる。復調回路８では、主位置誤差信号ＰＥＳＮ
（図示せず）と９０度位相の異なる副位置誤差信号ＰＥ
ＳＱ（図示せず）を作成し、これらの誤差信号からトラ
ック番号に応じて極性の整った位置誤差信号２１を作成
し出力する。

【００２９】作成された位置誤差信号２１はＡＤ変換器
１２により一定のサンプリング間隔で補償信号生成手段
３４にとりこまれる。また、トラック横断パルス発生回
路１８は、位置誤差信号２６を受けて隣接するトラック
の境界でトラック横断パルス２２を発生する。また、デ
ィファレンスカウンタ１９は、トラック横断パルス２２
の数をカウントして目標トラックまでのディジタル残ト
ラック数２３を出力する。

【００３０】コントローラ２０が移動コマンド２４を位
置決め補償器１６に発行すると、位置決め補償器１６は
位置決め補償信号２５を出力する。この位置決め補償信
号２５の演算方法としては、たとえばMEE & DANIEL "MA
GNETIC RECORDING",Vol.2,McGraw-Hillの53-84頁に記載
のもののほか、種々の方法が知られている。

【００３１】前記文献に記載されたものは、位置誤差信
号２６、ディジタル残トラック数２３、トラック横断パ
ルス２２を入力とし、ヘッド２が目標トラックの近くに
到達するまでのシーク動作に対しては速度制御系により
演算し、目標トラック近くになってからのフォロイング
動作に対しては位置制御系により演算する。本実施例に
おいて、このような方法を用いて位置決め補償信号２５
の演算を行うことも可能である。

【００３２】摩擦力を推定し補償する摩擦力推定器１５
は、ピボット軸受部に設置された回転変位センサ（図示
せず）からの変位センサ出力２７をアンプ６で増幅し、
ＡＤ変換器１３により一定サンプリング間隔で取りこみ
変位情報２９と、操作信号３１を入力として演算を行い
外力補償信号３０を生成する。外力補償信号３０と位置
決め補償信号２５を加算器１７により加算することによ
って得られた操作信号３１はＤＡコンバータ１４によっ
て駆動回路５に出力される。駆動回路５から出力された
駆動電流３２はボイスコイルモータ４に入力され、ヘッ
ド２を駆動し所定の位置に位置決めする。以下に摩擦力
推定器１５で行われる演算について詳細に説明する。

【００３３】図２は、図１の実施例のヘッド制御系を等
価な機能ブロック図で示したブロック線図である。摩擦
推定器１５内のブロック図は離散時間系の伝達関数で記
述されており、z-1は１サンプルの遅延を意味する演算
子である。その他の構成要素は、連続時間系の伝達関数
として表現されており、ラプラス演算子をsで、ヘッド
２を搭載したアクチュエータのピボット軸回りの慣性モ
ーメントをＪで、駆動回路５のゲインをKa(A/V)で、ボ
イスコイルモータ４のゲインをKt(N・m/A)で、回転角速
度をθ(rad/s)で、回転角度をθ(rad)で、ピボット軸か
らヘッドまでの回転半径をr(m)で、ヘッド位置からヘッ
ド位置信号までのゲインをKp(V/m)で、回転角度から回
転変位情報２８までのゲインをKs(V/rad)で、AD変換器
１２のゲインをgadp(count/V)で、ＡＤ変換器１３のゲ
インをgadt(count/V)で、ＤＡ変換器１４のゲインをgda
(V/count)として表している。また、転がり出し摩擦力
の作用するモデルをＦｃ４５で表している。ヘッド位置
信号２１はヘッド位置xにトラック位置変動（ランアウ
ト）Ｄ１が加算され、Kp倍された信号として得られる。

【００３４】次に離散補償器の係数LA2、LA3、LB1、LB
2、LB3、HA2、HA3、HB1、HB2、HB3計算について述べ
る。ここでK1=gda*ka*kt、K2=Ks*gadtとする。

【００３５】

【数１】

【００３６】

【数２】

【００３７】上式に対して例えば双一次変換法によりｓ
の多項式からｚの多項式に置換すると、すなわちサンプ
リングタイムをTとおいて式３を式１、式２に代入し、
整理すると

【００３８】

【数３】

【００３９】式４、式５が得られる。

【００４０】

【数４】

【００４１】

【数５】

【００４２】式４、式５の分母、分子のzの各項の係数
が図２の各ブロックの係数に相当する。式１、式２のζ
およびωはオブザーバの推定の速さ、および減衰比を表
す。l1、l2はζ、ωから下式により決定される。

【００４３】

【数６】

【００４４】

【数７】

【００４５】kおよびcは転がり出し摩擦力を粘弾性力で
仮定したときのばね定数および粘性摩擦係数であり、機
構系の周波数特性を測定することによって求められる固
有振動数ωpと減衰比ζpからc=2・J・ζp・ωp、k=J・ωp2
により求める。

【００４６】次に、フォロイング制御の演算を図２のブ
ロック図と図３のフローチャートに基づいて説明する。
特に、摩擦力推定器における外力補償信号の演算に関し
て詳細に説明し、位置決め補償器内の演算については説
明しない。

【００４７】STEP100：サンプル（kサンプリング時点）
した位置誤差信号２１Y1(k)から位置決め補償信号２５V
(k)を計算する。

【００４８】STEP101：V(k)と１サンプル前の外力補償
信号３０W(k-1)から操作信号３１U(k)の計算を行う。

【００４９】STEP102：ＤＡコンバータ１４により駆動
回路に操作信号３１を出力する。

【００５０】STEP103：kサンプリング時点の変位情報２
９Y2(k)にゲインHB1を乗じて、HPX1(k)を加算しHPX(k)
を得る。

【００５１】STEP104：操作信号３１U(k)にゲインLB1を
乗じて、LPX1(k)を加算しLPX(k)を得る。

【００５２】STEP105：HPX(k)とLPX(k)を加算して外力
補償信号３０W(k)を得る。

【００５３】STEP106：Y2(k)にHB2を乗じた結果にHPX
(k)にHA2を乗じた結果を加算し、さらにHPX2(k)を加算
することによりHPX1(k+1)を得る。

【００５４】STEP107：Y2(k)にHB3を乗じた結果にHPX
(k)にHA3を乗じた結果を加算することによりHPX2(k+1)
を得る。

【００５５】STEP108：U(k)にLB2を乗じた結果にLPX(k)
にLA2を乗じた結果を加算し、さらにLPX2(k)を加算する
ことによりLPX1(k+1)を得る。

【００５６】STEP109：U(k)にLB3を乗じた結果にLPX(k)
にLA3を乗じた結果を加算することによりLPX2(k+1)を得
る。

【００５７】STEP110：STEP100に戻る。

【００５８】以上がkサンプリング時点における磁気デ
ィスクフォロイング制御器の計算アルゴリズムである。

【００５９】次に、外力補償信号Wの推定演算の実行に
ついて説明する。Wの演算と補償動作はヘッドの移動前
から常に行っているのが望ましいが、ヘッドの移動開始
からWの推定を行うには、移動のともなう全トラック上
へのヘッド位置を推定できるような、演算語長の長いCP
Uか浮動小数点演算を行うＣＰＵが必要となり、ＣＰＵ
としては高価なものとなる。そこで、固定小数点演算を
行う安価なＣＰＵでも、目標トラックのデータのリード
ライト中の外乱や振動を抑制する方法として、目標トラ
ックの数トラック前から推定手段を動作させ、さらにデ
ータを読み書きする前に補正手段を動作させる方法があ
る。例えば、目標トラックの１トラック前から推定手段
を動作させ、目標トラックの４分の１トラック手前から
補正動作を行うと、推定手段の演算レンジは１トラック
分を演算するだけなので、安価な固定小数点ＣＰＵでも
十分な性能を引き出せる。

【００６０】ここで、以上の計算アルゴリズムを磁気デ
ィスクフォロイング制御系に適用した場合、どのような
効果が得られるかを、トラック位置変動Ｄ１（ランアウ
ト）からヘッド位置Xまでの開ループの周波数応答（目
標トラックに対する追従特性を示す）に基づいて示す。

【００６１】図４は、転がり出し摩擦力が存在する場合
の磁気ディスク機構系の周波数特性（メカ特性）で、図
２において摩擦力推定器がない場合のUからXまでの特性
である。それぞれのメカ特性は加振振幅を0.05、0.1、
0.2、0.5、1.0μmと変えて求めている。加振振幅が小さ
いほど制御対象の固有振動数が高く減衰が小さくなって
いることがわかる。この制御対象に対して摩擦推定オブ
ザーバをオブザーバの極ω=2・π・2000、ζ=4、制御対象
の特性としては0.2μm加振時の対象に合わせて、ωp=2・
π・90、ζp=0.3で設計した。また位置決め補償器は比例
要素と安定性を確保する微分要素から構成し、ゼロクロ
ス周波数550Hzとして設計した。サンプリングタイムは5
0μsとした。

【００６２】このとき、Ｄ１からXまでの開ループを求
めると図５のようになる。これによれば、全体として転
がり出し摩擦による低域ゲインの損失は回復し、固有振
動数のピークもなくなっている。オブザーバの効果は0.
2から1.0μmの範囲では低域ゲインが40dB/decで回復し
ており、摩擦のない1/s2の特性となっている。0.1μm以
下では、その効果が徐々に減じているが、固有振動数と
思われるピークは現れていない。またゼロクロス周波数
は設計値通り550Hzとなっている。

【００６３】この方法によれば、振幅1.0μm周波数10Hz
のトラック位置変動に対して、開ループゲインで49dBを
もっていることから、追従誤差は3.5nm以下にできる。
これに対して本方法のようにアクチュエータ変位をオブ
ザーバの位置信号とせず、ヘッドで検出したポジション
信号をオブザーバの位置信号として用いる従来の方法
で、ランアウトD1からヘッド位置Xまでの開ループ周波
数特性を求めたものが図６である。これによれば転がり
出し摩擦力を原因とする固有振動数のピークはそのまま
現れ、低域におけるゲインの回復も20dB/decと1/sの特
性が得られるだけである。また、ゼロクロス周波数は70
0Hzになっており設計値から150Hzも高くなっており、こ
のままでは相補感度関数のピーク周波数が高くなり位置
決め補償器のゲインを再調整する必要が出てくる。ここ
までは、摩擦推定オブザーバの設計においてωp、ζpに
値を持たせて設計してきたが、通常の外乱オブザーバと
して、ζp=0、ωp=0として設計してもよい。

【００６４】ところで、ここまでは回転角度センサの形
については特に規定しなかったが、例えば軸受け回転角
1mrad当たり、１周期の正弦波で90度位相の異なる２相
の位置信号が必要であるとすると、ピボット軸に取り付
けるエンコーダ板の半径を5mmとすると、0.5μm周期の
位置信号をパターンとして描く必要がある。この場合エ
ンコーダ板のパルス数としては一回転あたり6300パルス
となる。このような微細なパターンを作成するためには
コンパクトディスク装置で用いられるような方法で、ス
タンパにより所望のピッチでピットを設けたディスク面
にアルミ蒸着により反射膜を設け、反射光量を光ピック
アップ装置で検出することにより位置信号を得る。但
し、光ピックアップ装置にはフォーカシング制御器が必
要となるかもしれない。これらのセンサ系には光ディス
クで得られた成果が応用される。フォーカシング制御を
行わない代わりに透明基板、潤滑剤等の保護層を介して
光ピックアップをパターン面に接触させる構造にしても
よい。

【００６５】特開平7-218239号公報では「軸受の回動輪
側に格子パターンを設け、格子パターンに対向させて光
源および光検出素子を設けることによって回転に伴う光
検出素子の出力の周期的変化から回転角度を検出するこ
とができる。高い分解能を必要とする場合には、化学エ
ッチングやレーザーマーキングにより直接パターニング
をしたりすることが有効である。また、光学ヘッド側に
も放射状の透過型格子を設けることでS/Nが改善でき
る。」としている。このような方法を用いてもよい。

【００６６】光を用いる他の方法としては、アクチュエ
ータに搭載したミラーとレーザー測長器を組み合わせる
方法もある。

【００６７】ここまでは、光を位置検出に用いる方法と
して考えたが、磁気パターンを位置信号として用いる方
法もある。この方法であれば、磁気パターン検出用のヘ
ッドは常にパターンに接触させておけばよく、光の場合
のように焦点制御を考える必要はない。ただし、耐摺動
性確保のためにパターン上に保護層、潤滑層を設ける必
要がある。磁気ヘッドとしては、低速回転であるためMR
ヘッドを用いる必要がある。

【００６８】図１の補償信号生成手段３４において、位
置誤差信号２１及び変位情報２８をＡＤ変換器１２及び
１３でアナログ信号からディジタル信号に変換した後、
操作信号３１をＤＡ変換器１４でディジタル信号からア
ナログ信号に変換するまでの処理は、電気回路等で構成
するハ−ド的手段によっても、またはマイクロコンピュ
−タや制御専用に用いられるＤＳＰ（ディジタル・シグ
ナル・プロセッサ）等でプログラムを処理することによ
っても行うことができる。後で説明する図７及び図１０
において、変位情報２８の代わりに、速度情報５３加速
度情報５９を用いる場合も同様である。

【００６９】本発明の第２の実施例を図７を用いて説明
する。

【００７０】図７は本発明のヘッド位置決め制御を適用
した磁気ディスク装置のブロック線図である。先に示し
た第１の実施例とは変位センサ出力信号２７とそれをア
ンプ６により増幅して得られる変位情報２８と摩擦力を
推定する摩擦力推定器１５が、速度センサ出力信号５２
と、それをアンプ６により増幅して得られる速度情報５
３と、摩擦力推定器５５に置き換えられる。

【００７１】以下、変更部分について詳細に説明する。

【００７２】摩擦力を推定し補償する摩擦力推定器５５
には、ピボット軸受部に設置された回転角速度センサ
（図示せず）からの速度センサ出力信号５２をアンプ６
で増幅し、ＡＤ変換器１３により一定サンプリング間隔
でとりこみ速度情報５４を得る。摩擦力推定器５５には
速度情報５４と操作信号３１が入力され、演算が行われ
外力補償信号３０を演算する。

【００７３】次に摩擦力推定器５５内で行われる演算の
詳細を示す。図８のブロック線図は、図２に示したもの
と同様、第２の実施例のヘッド制御系を等価な機能ブロ
ック図で示したものである。第１の実施例において、回
転角度から回転変位情報２８までのゲインKs(V/rad)と
変位情報２８から２９までのＡＤ変換器１３のゲインga
dp(count/V)と、摩擦力推定器１５のブロック図が除か
れ、代わりに回転角速度から回転角速度情報５３までの
ゲインKv(V・s/rad)と速度情報５３から５４までのＡＤ
変換器１３のゲインgadv(count/V)と、摩擦力推定器５
５が加えられている。

【００７４】次に摩擦力推定器５５に示される離散補償
器の係数LB1、LB2、LA2、HB1、HB2、HA2の計算について
述べる。ここで、K1=gda*ka*kt、K2=Kv*gadvとする。

【００７５】

【数８】

【００７６】

【数９】

【００７７】上式に対して例えば双一次変換法によりs
の多項式からzの多項式に置換すると、すなわちサンプ
リングタイムをTとおいて式３を式８、式９に代入し整
理すると式１０、式１１が得られる。

【００７８】

【数１０】

【００７９】

【数１１】

【００８０】式１０、式１１の分母、分子のzの各項の
係数が図８の各ブロックの係数に相当する。式８、式９
のl1はオブザーバの推定の速さを決定する極を配置する
パラメータで、オブザーバの極は-(c/m+l1/m)(rad/s)と
なる。kおよびcは転がり出し摩擦力を粘弾性力で仮定し
たときのバネ定数および粘性摩擦係数であり、機構系の
周波数を測定することによって求められる固有振動数ω
pと減衰比ζpからc=2・J・ζp・ωp、k=J・ωp2により求め
られる。

【００８１】次に摩擦力推定器における外力補償信号の
演算を図８のブロック図と図９のフローチャートに基づ
いて説明する。この演算は今回サンプル（kサンプリン
グ時点）した位置信号２１Y1(k)から計算されるV(k)と
外力補償信号３０W(k-1)から操作信号３１U(k)の計算を
行い、ＤＡコンバータ１４により駆動回路に操作信号３
１が出力された後に行われる。

【００８２】STEP200：kサンプリング時点の速度情報５
４Y3(k)にゲインHB1を乗じて、HPX1(k)を加算しHPX(k)
を得る。

【００８３】STEP201：操作信号３１U(k)にゲインLB1を
乗じて、LPX1(k)を加算しLPX(k)を得る。

【００８４】STEP202：HPX(k)とLPX(k)を加算して外力
補償信号３０W(k)を得る。

【００８５】STEP203：Y3(k)にHB2を乗じた結果にHPX
(k)にHA2を乗じた結果を加算しHPX1(k+1)を得る。

【００８６】STEP204：U(k)にLB2を乗じた結果にLPX(k)
にLA2を乗じた結果を加算しLPX1(k+1)を得る。

【００８７】以上がkサンプリング時点における摩擦力
推定器５５における計算アルゴリズムである。

【００８８】本発明の第３の実施例を図１０を用いて説
明する。

【００８９】図１０は本発明のヘッド位置決め制御を適
用した磁気ディスク装置のブロック線図である。先に示
した第１の実施例とは変位センサ出力信号２７とそれを
アンプ６により増幅して得られる変位情報２８と摩擦力
を推定する摩擦力補償器１５が、加速度センサ出力信号
５８と、それをアンプ６により増幅して得られる加速度
情報５９と、摩擦力推定器６１に置き換えられる。

【００９０】以下、変更部分について詳細に説明する。
摩擦力を推定し補償する摩擦力推定器６１には、ピボッ
ト軸受部に設置された回転角加速度センサ（図示せず）
からの加速度センサ出力信号５８をアンプ６で増幅し、
ＡＤ変換器１３により一定サンプリング間隔でとりこみ
加速度情報６０を得る。摩擦力推定器６１には加速度情
報６０と操作信号３１を入力し、外力補償信号３０を演
算する。

【００９１】摩擦力推定器６１内で行われる演算の詳細
を示す。図１１のブロック線図は、図２に示したものと
同様、第３の実施例のヘッド制御系を等価な機能ブロッ
ク図で示したものである。第１の実施例において、回転
角度から回転変位情報２８までのゲインKs(V/rad)と変
位情報２８から２９までのＡＤ変換器１３のゲインgadp
(count/V)と、摩擦力推定器１５のブロック図が除か
れ、代わりに回転角加速度から回転角加速度情報５９ま
でのゲインKa(V・s2/rad)と加速度情報５９から６０まで
のＡＤ変換器１３のゲインgada(count/V)と、摩擦力推
定器６１が加えられている。

【００９２】次に摩擦力推定器内の係数LB1、HB1につい
て述べる。ここで、K1=gda*ka*kt、K2=Ka*gadaとする。
このとき

【００９３】

【数１２】

【００９４】

【数１３】

【００９５】次に摩擦力推定器における外力補償信号の
演算を図１１のブロック図と図１２のフローチャートに
基づいて説明する。この演算は今回サンプル（kサンプ
リング時点）した位置信号２１Y1(k)からV(k)の演算を
行い、V(k)とW(k-1)から操作信号３１U(k)の計算が終了
し、ＤＡコンバータ１４により駆動回路に操作信号が出
力された後に行われる。

【００９６】STEP300：kサンプリング時点の加速度情報
６０Y4(k)にゲインHB1を乗じてHPX(k)を得る。

【００９７】STEP301：操作信号３１U(k)にゲインLB1を
乗じてLPX(k)を得る。

【００９８】STEP302：HPX(k)とLPX(k)を加算して外力
補償信号３０W(k)を得る。

【００９９】以上がkサンプリング時点における摩擦力
推定器６１における計算アルゴリズムである。

【０１００】本発明の第４の実施例を図１３を用いて説
明する。図１３は第４の実施例のヘッド制御系を等価な
機能ブロック図で示したものである。第１の実施例に運
動方向検出器６２と非線形摩擦モデル６３、加算器６４
を新たに追加した構成となっている。運動方向検出器６
２では、今回サンプリングのY2(k)から前回サンプリン
グのY2(k-1)の差分△Y2(k)=Y2(k)-Y2(k-1)を計算し、そ
の符号を出力する。非線形摩擦モデル６３ではY2(k)とs
ign(△Y2(k))を用いて以下の式を計算することにより摩
擦力推定値feを求める。

【０１０１】

【数１４】

【０１０２】

【数１５】

【０１０３】上式でY2'は運動方向が反転する直前のY2
の値、zは運動方向が反転してからの移動距離、fc'は運
動方向が反転したときのfeの絶対値、fmaxはころがり摩
擦力の最大値である。feの符号はsign(△Y2(k-1))<0か
らsign(△Y2(k))≧0となった時点で負、 sign(△Y2(k-
1))>0からsign(△Y2(k))≦0となった時点で正とする。
式15の係数a0、b0、c0、d0は、変位と力の関係を求めた
実験結果に基づいて最少二乗法等を用いて決定すればよ
い。またオブザーバの離散補償器の係数はc=k=0の条件
で設計したものを用いる。feの推定アルゴリズムは、第
１の実施例の演算アルゴリズムのSTEP101とSTEP102の間
に以下のSTEP120からSTEP125を挿入することによって完
成される。

【０１０４】 STEP120：sign(ΔY2(k))=sign(Y2(k)-Y2(k-1))を計算 STEP121：if sign(ΔY2(k))・sign(ΔY2(k-1))≦0 then
Y2'=Y2(k-1),fc'=fe(k-1) STEP122：if sign(ΔY2(k))・sign(ΔY2(k-1))≦0 and s
ign(ΔY2(k-1))<0 thensignfc<0 else if sign(ΔY2(k))・sign(ΔY2(k-1))≦0 and sign
(ΔY2(k-1))>0 thensignfc>0 STEP123：数14を演算 STEP124：数15を演算 STEP125： fe(k)=signfc・fe 以上がkサンプリング時点の演算アルゴリズムである。

【０１０５】ここまでの実施例では磁気ディスク装置に
関する適用例を示してきた。実施例５として、サーボ信
号書き込み装置への適用を説明する。

【０１０６】サーボ信号（情報）書き込み装置は、その
ベースに、スピンドルモータに組み込んだ磁気ディスク
と、この磁気ディスクに情報を記録再生する磁気ヘッド
と、転動体及びこの転動体を案内する軸受け面を有して
前記磁気ヘッドを前記磁気ディスクの半径方向に移動可
能に支持するヘッド支持体とを備えたヘッド・ディスク
・アセンブリ（組立体）を固定し、サーボ情報を書き込
む装置である。このサーボ情報の書き込みは、一般に
は、ヘッド・ディスク・アセンブリ上の磁気ヘッドによ
って行うが、サーボ信号書き込み装置に備えられたクロ
ックヘッドによって、ヘッド・ディスク・アセンブリの
磁気ディスクに予めクロック信号を記録し、このクロッ
ク信号を基準としてサーボ情報を書き込む。また、レー
ザ測長器等でヘッド・ディスク・アセンブリ上の磁気ヘ
ッドの位置を検出しながら、所定のトラック位置に位置
決め制御するとともに、次のトラック位置に磁気ヘッド
を移動する送り機構を備えている。サーボ信号書き込み
装置に備えられた磁気ヘッドでサーボ情報を記録する場
合もある。さらに、サーボパターンを発生するパターン
発生器を備え、このパターン発生器は種々のサーボ情報
を記録できるように、パターンの設定が可能なものもあ
る。

【０１０７】磁気ディスクでは位置決め信号として、デ
ィスク上に記録されたサーボ信号とヘッド位置の差信号
が得られたが、サーボ信号書き込み装置では、レーザー
測長計等によりヘッドが搭載されたアクチュエータ位置
を直接検出して位置決めしサーボ信号を書き込んでゆ
く。したがって得られる位置信号はヘッドの絶対位置の
情報で、前記までの実施例１と実施例４で摩擦力補償に
用いていた信号と等しい、したがって実施例１と実施例
４の摩擦力推定器がそのまま適用できる。

【０１０８】図１４は実施例１と同一の摩擦力推定器を
備えたサーボ信号書き込み装置の機能ブロック図であ
る。ここでは実施例１と異なるのは位置決め補償器７０
への入力信号がアクチュエータ位置信号２９と移動コマ
ンド６９からなることである。また摩擦力推定器１５の
補償器の係数の計算および演算アルゴリズムは実施例１
の場合と同じである。

【０１０９】図１５は実施例４と同一の摩擦力推定器６
５を備えたサーボ信号書き込み装置の機能ブロック図で
ある。ここで、実施例４と異なるのは位置決め補償器７
０への入力信号がアクチュエータ位置信号２９と移動コ
マンド６９からなることである。また、摩擦力推定器６
５の補償器の係数の計算および演算アルゴリズムは実施
例４の場合と同じである。

【０１１０】上述の各実施例において説明した装置また
はそれを用いた制御方法では、磁気ディスクを光ディス
ク、磁気ヘッドを光学手段を有する光ヘッドとして、光
ディスク装置でも同様に実施することができる。

【０１１１】

【発明の効果】摩擦力の推定と補償が可能となり、ヘッ
ドの位置決め制御における低域ゲインの回復を図り、高
い位置決め精度を実現することによって、回転円盤を用
いる情報記録装置における高記録密度化を図ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例の構成図。

【図２】本発明の第一実施例の機能ブロック図。

【図３】摩擦力推定器１５の演算フローチャート例。

【図４】転がり出し摩擦をもつ制御対象の周波数特性
（メカ特性）。

【図５】本発明の制御系の周波数特性図。

【図６】ポジションエラー信号をオブザーバ入力とした
時の周波数特性。

【図７】本発明の第二実施例の構成図。

【図８】第二実施例の機能ブロック図。

【図９】摩擦力推定器５５の演算フローチャート例。

【図１０】本発明の第三実施例の構成図。

【図１１】第三実施例の機能ブロック図。

【図１２】第三実施例の演算フローチャート。

【図１３】第四実施例の機能ブロック図。

【図１４】第五実施例の機能ブロック図の一例。

【図１５】第五実施例の機能ブロック図の一例。

【符号の説明】

１…ディスク、２…ヘッド、５…ヘッド駆動回路、８…
位置信号復調回路、９…ボールベアリング、１０…ピボ
ット軸受け外輪、１１…軸受け内輪、１５…摩擦力推定
器、１６…位置決め補償器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G11B 21/08 - 21/10 G11B 7/08 - 7/10

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】情報を記録するディスクから少なくとも情
報を検出するヘッドと、転動体及びこの転動体を案内する軸受け面を有して、前
記ヘッドをディスクの半径方向に駆動するアクチュエー
タと、ディスクから前記ヘッドで検出したサーボ情報に基づい
て、ヘッドとディスクとの相対位置関係を検出し、位置
信号を出力する位置検出手段と、前記位置信号を処理して位置決め補償信号を出力する位
置決め補償手段と、前記アクチュエータの運動状態に関する物理量を検出す
るセンサと、前記アクチュエータの軸受け部で発生する摩擦力を推定
する摩擦力推定手段を有し、推定した摩擦力に基づいて
前記位置決め補償信号を補正して、前記アクチュエータ
を駆動する操作信号を生成する摩擦力補償手段とを備
え、前記摩擦力補償手段は、ローパスフィルタとハイパスフ
ィルタとを備え、前記操作信号をローパスフィルタに、
前記センサの出力をハイパスフィルタにそれぞれ入力
し、各フィルタの出力を加算した信号で前記位置決め補
償信号を補正し、前記各フィルタは、アクチュエータの等価質量と、転動
体及び軸受け面の弾性変形をばね要素と仮定したときの
等価ばね定数と、転動体及び軸受け面の弾性変形を粘性
摩擦と仮定したときの等価粘性摩擦係数とを含む演算式
で与えられることを特徴とする回転円盤型記憶装置。
【請求項２】請求項１に記載の回転円盤型記憶装置にお
いて、前記センサは、前記アクチュエータを支持する支
持体に対するアクチュエータの変位、速度又は加速度の
いずれかを検出することを特徴とする回転円盤型記憶装
置。