JP4209480B2 - ハードディスクドライブのフィードフォワード装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はハードディスクドライブに係り、特に、そのサーボ制御系のフィードフォワード(feed-forword)装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図1は、サーボ制御時のコントロールエラーを減らすためのフィードフォワード装置50を含んでいるハードディスクドライブのサーボ制御系のブロック図である。このサーボ制御系は、サーボ制御の対象となるプラント(plant) 2、角度/位置変換器4、プラント2のサーボ制御を処理する制御部のDSP(Digital Signal Processor)6、DAC(Digital to Analog Converter) 8、及び加算器10で構成されている。
【0003】
プラント2における1/S2 はDCモータ特性をラプラス関数で表現したものである。このプラント2からはモータ回転による角度情報(ラジアン値)θが発生し、角度/位置変換器4へ印加される。角度/位置変換器4は、印加される角度情報θを位置情報Xに変換してDSP6へ出力する。
【0004】
DSP6は、推定部12、速度命令部14、加算部16、利得関数部18、及びフィードフォワード部50で構成されている。推定部12は、角度/位置変換器4から出力される位置情報Xと、利得関数部18及びフィードフォワード部50から出力された前の電流命令値U(n−1)とを入力として、位置、速度、及び外乱の推定のための所定推定計算関数に基づいて位置推定値X1、速度推定値X2、外乱推定値X3を計算して出力する。速度命令部14は、位置推定値X1に応じて速度命令値X2_cmdを加算部16へ出力する。加算部16では、速度命令部14の速度命令値X2_cmdから推定部12の速度推定値X2を減算して求めた速度エラー値Verrを利得関数部18へ出力する。利得関数部18は、加算部16から出力される速度エラー値Verr、推定部12から出力される位置推定値X1及び外乱推定値X3を受け、利得伝達関数K1,K2,K3で表現される所定の計算式に基づいてそれぞれの利得を制御して出力する。この利得関数部18からは通常、プラント2のサーボ制御のための電流命令値が出力される。
【0005】
図1では、利得関数部18の出力端に、コントロールエラーを減らすためのフィードフォワード部50が設けられている。即ち、このフィードフォワード部50により電流命令値Uのノイズが減らされて出力される。
【0006】
フィードフォワード部50は、貯蔵手段20、スイッチ22、及び加算手段24で構成される。貯蔵手段20は、一定値のフィードフォワード値を記憶している。スイッチ22は、外からのフィードフォワード制御信号FFCに基づいてオンオフする。加算手段24は、利得関数部18の出力に、スイッチ22を介して印加される貯蔵手段20からの一定のフィードフォワード値を加算し、電流命令値Uとして出力する。電流命令値Uは、DAC8を通じてアナログ値に変換され、駆動電流値iがプラント2へ出力される。プラント2はその駆動電流値iに応じて駆動制御される。なお図1においてWは外乱を示す。
【0007】
このようにフィードフォワード部50がサーボ制御系内に設けてある理由を図3を参照して説明する。図3は、フィードフォワード値を説明するための、速度命令値(velocity command value)、実際速度(actual velocity) 、電流命令値(courrent command value)の関係を示したグラフである。
【0008】
サーボ制御時の探索動作(ヘッドシーク)は、実際速度が速度命令値にまで達するまでの加速区間Xと、速度命令値に従い実際速度が減速していく減速区間Yとに分けられる。これに対するDSP6の電流命令値Uは、加速区間Xでは一定の正の値で印加され、そして減速区間Yでは、最初に大きく負の値で印加された後に徐々に減少していく。この減速区間Yにおける電流命令値の初期値ILEV は、図3に示すように大きな負の値である。従ってもし、その負の初期値をフィードフォワード値20無しで与えることになると、利得関数部18の信号利得を大きくしなければならない。しかし、利得を大きくすると、ノイズも一緒に増加するという短所がある。例えば、信号を“10”、この信号に含まれたノイズを“2”、このときの利得を“3”と仮定すると、出力値は“30”であるが、実際の信号部分は“24”であり、残りの“6”はノイズになる。即ち、利得を増やすとノイズも増加する。
【0009】
この電流制御のノイズを減らす方式として、フィードフォワード値20を提供するものである。つまり減速のため一定のフィードフォワード値20が減速区間Yの所定期間で加算手段24へ印加されるように、スイッチ22がフィードフォワード制御信号FFCによってオンする。フィードフォワード値20が加算手段24に印加されれば、利得関数部18での信号利得を高くしなくてもすみ、DSP6から出力される電流命令値Uに含まれるノイズは小さくなる。これにより、電流制御のノイズは抑制されることになる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような従来のフィードフォワード技術では、図3を参照すればわかるようにフィードフォワード値20は一定値なので、例えば図3中に一点鎖線で示す20’のように大きく設定しておくと減速区間Yの開始直後の僅かな期間でしか使用できず、結果的に利得低減効果は得られなくなる。従って、フィードフォワード値20はある程度の値に止めておかなくてはならないが、すると今度は、減速区間Yにおける電流命令値Uとフィードフォワード値20との間の差である電流制御エラー値(current control error) がAからA’へ大きく変化することになる。この場合、利得関数部18は電流制御エラー値Aの方の利得に合わせて大きめに設計しなくてはならないし、電流制御エラー値がAからA’へ大きく変化するために毎回の閉ループによる利得調整を実施しなくてはならない。
【0011】
そこで本発明では、より利得を小さくして電流制御のノイズを抑制することができ、また頻繁な閉ループ利得調整を実施しなくてもよいフィードフォワード装置を提供するものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
この目的のために本発明は、減速区間の電流命令値に応じて変化するフィードフォワード値を発生する適応型(adaptive)のフィードフォワード装置を提供する。即ち、本発明によれば、サーボ制御時に電流制御のノイズを低減させるフィードフォワード値を提供するハードディスクドライブのサーボ制御系に設けられるフィードフォワード装置において、サーボ制御の減速区間で、速度減少を指示する電流命令値に応じて変化する適応型のフィードフォワード値を発生するようにしたフィードフォワード部を備え、該フィードフォワード部が、アクチュエータ慣性、トルク係数、アーム長、モータ最大速度、モータに供給される最大電流、及びサーボサンプル間隔の各値を定数とすると共に速度命令値を入力変数とする適応型のフィードフォワード計算を実行し、前記フィードフォワード値を提供するフィードフォワード計算手段と、該フィードフォワード計算手段の出力端に接続され、トラック探索時のサーボ制御減速区間でオンするスイッチと、利得関数計算を行う利得関数部からの電流制御値と前記スイッチを通し提供される前記フィードフォワード値とを加算して前記電流命令値を生成する加算手段と、からなることを特徴とする。
【0013】
このようなフィードフォワード装置は、フィードフォワード部のフィードフォワード計算手段において、次式2(式中のJ:アクチュエータ慣性、K T :トルク係数、A rml :アーム長、V max :モータ最大速度、I max :モータに供給される最大電流、Δt:サーボサンプル間隔、ΔV:現在の速度命令値−前の速度命令値)によりフィードフォワード値を計算することができる。
【数2】
〔(J×V max )/(A rml ×K T ×I max ×Δt)〕×ΔV
【0014】
また、本発明によれば、サーボ制御時に電流制御のノイズを低減させるフィードフォワード値を提供するハードディスクドライブのサーボ制御系に設けられるフィードフォワード装置において、サーボ制御のための速度命令値を発生する速度命令部と、該速度命令部による速度命令値を受けて、現在の速度命令値と前の速度命令値との速度差ΔVを求めて出力する手段を有し、アクチュエータ慣性、トルク係数、アーム長、モータ最大速度、モータに供給される最大電流、及びサーボサンプル間隔の各値を定数とすると共に前記速度差ΔVを入力変数とするフィードフォワード計算を実行して、トラック探索時のサーボ制御減速区間で、速度減少を指示する電流命令値に対し適応的に変化して線形的傾きをもつ適応型のフィードフォワード値を発生するフィードフォワード部と、を備えることを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態につき添付図面を参照して詳細に説明する。
【0016】
図2は、適応型フィードフォワード装置100を含んだサーボ制御系のブロック図である。この例では、DSP6内の適応型フィードフォワード部100が従来と異なる部分で、その他は同様の構成を使用してある。
【0017】
適応型フィードフォワード部100は、遅延手段30、加算手段32、フィードフォワード計算手段34、スイッチ36、及び加算手段38で構成されている。速度命令部14から出力される速度命令値X2_cmdが、加算手段32に直接及び遅延手段30を介して印加される。加算手段32の出力がフィードフォワード計算手段34へ送られ、そしてフィードフォワード計算手段34の出力がスイッチ36を通じて加算手段38へ印加される。
【0018】
図4に、この例の適応型フィードフォワード値40を説明した図3相当のグラフを示してある。図示のように、適応フィードフォワード値40は、電流命令値Uに対し適応的に変化し、線形的な傾きを有して減少していくようになっている。これにより、本例の電流制御エラー値B,B’は、従来技術の電流制御エラー値よりも小さくてすんでいる。また、電流制御エラー値のBとB’はほぼ均一な値であり、従って、小さい利得で、しかも毎回の閉ループによる利得調整が別に無くても電流制御が可能である。
【0019】
図4のようなフィードフォワード値40は、図2の適応型フィードフォワード部100のフィードフォワード計算手段34で計算される。このフィードフォワード計算手段34は、下記の式3に従う計算で適応型フィードフォワード値40を生成する。なお、式中、J:アクチュエータ慣性、KT :トルク係数、Arml :アーム長、Vmax :モータ最大速度、Imax :モータに供給される最大電流、Δt:サーボサンプル間隔、ΔV:現在の速度命令値(n)−前の速度命令値(n−1)である。
【数3】
適応型フィードフォワード値40
=〔(J×Vmax )/(Arml ×KT ×Imax ×Δt)〕×ΔV
【0020】
この数式3中の変数のうち、J,KT ,Arml ,Vmax ,Imax ,△tは一定の値であるが、△Vは時間により変化する値である。即ち、△V{=現在の速度命令値(n)−前の速度命令値(n−1)}は、図2の速度命令部14から出力される速度命令値X2_cmdに従い生成される。
【0021】
図2を参照すると、適応フィードフォワード部100の加算手段32は、速度命令部14から出力される速度命令値X2_cmdを現在の速度命令値(n)として入力する。また一方、その速度命令値X2_cmdを遅延手段30で一度遅延することにより前の速度命令値(n−1)として入力する。そして、現在の速度命令値(n)から前の速度命令値(nー1)を引いて△Vを出力する。この△Vがフィードフォワード計算手段34の入力源となる。
【0022】
フィードフォワード計算手段34は、△Vを受けて数式3に基づく計算を行い、減速のための適応型フィードフォワード値40をスイッチ36へ出力する。スイッチ36は、外からのフィードフォワード制御信号FFCによりサーボ制御時の減速区間でオンし、フィードフォワード値40を加算手段38へ送り出す。加算手段38は、フィードフォワード値40と利得関数部18からの電流制御値とを加えて電流命令値Uとして出力する。
【0023】
【発明の効果】
本発明によれば、トラック探索時のサーボ制御減速区間で、電流命令値に応じて線形的な傾きとした適応型フィードフォワード値を提供することにより、電流制御エラー値を小さくし且つ均一化することが可能であり、利得を小さくしてノイズを抑制すると共に頻繁な利得調整を実施せずにすませられ、制御精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】フィードフォワード装置を含んだ従来のサーボ制御系のブロック図。
【図2】適応型フィードフォワード装置を含んだ本発明に係るサーボ制御系のブロック図。
【図3】従来方式によるフィードフォワード値を説明するグラフ。
【図4】本発明の方式による適応型フィードフォワード値を説明するグラフ。
【符号の説明】
6 DSP
30 遅延手段
32,38 加算手段
34 フィードフォワード計算手段
36 スイッチ
100 適応型フィードフォワード部
Claims (2)
- サーボ制御時に電流制御のノイズを低減させるフィードフォワード値を提供するハードディスクドライブのサーボ制御系に設けられるフィードフォワード装置において、
サーボ制御の減速区間で、速度減少を指示する電流命令値に応じて変化する適応型のフィードフォワード値を発生するようにしたフィードフォワード部を備え、
該フィードフォワード部が、
速度命令値を受けて、現在の速度命令値と遅延手段による前の速度命令値との速度差ΔVを求めて出力する速度差計算手段と、
アクチュエータ慣性、トルク係数、アーム長、モータ最大速度、モータに供給される最大電流、及びサーボサンプル間隔の各値を定数とすると共に前記速度差ΔVを入力変数とする適応型のフィードフォワード計算を実行し、前記フィードフォワード値を提供するフィードフォワード計算手段と、
該フィードフォワード計算手段の出力端に接続され、トラック探索時のサーボ制御減速区間でオンするスイッチと、
利得関数計算を行う利得関数部からの電流制御値と前記スイッチを通し提供される前記フィードフォワード値とを加算して前記電流命令値を生成する加算手段と、からなり、
フィードフォワード計算手段において次式1(式中のJ:アクチュエータ慣性、K T :トルク係数、A rml :アーム長、V max :モータ最大速度、I max :モータに供給される最大電流、Δt:サーボサンプル間隔、ΔV:現在の速度命令値−前の速度命令値)によりフィードフォワード値を計算することを特徴とする、フィードフォワード装置。
【数1】
〔(J×V max )/(A rml ×K T ×I max ×Δt)〕×ΔV - サーボ制御時に電流制御のノイズを低減させるフィードフォワード値を提供するハードディスクドライブのサーボ制御系に設けられるフィードフォワード装置において、
サーボ制御のための速度命令値を発生する速度命令部と、
該速度命令部による速度命令値を受けて、現在の速度命令値と遅延手段による前の速度命令値との速度差ΔVを求めて出力する手段を有し、アクチュエータ慣性、トルク係数、アーム長、モータ最大速度、モータに供給される最大電流、及びサーボサンプル間隔の各値を定数とすると共に前記速度差ΔVを入力変数とするフィードフォワード計算を実行して、トラック探索時のサーボ制御減速区間で、速度減少を指示する電流命令値に対し適応的に変化して線形的傾きをもつ適応型のフィードフォワード値を発生するフィードフォワード部と、を備え、
前記フィードフォワード計算において次式2(式中のJ:アクチュエータ慣性、K T :トルク係数、A rml :アーム長、V max :モータ最大速度、I max :モータに供給される最大電流、Δt:サーボサンプル間隔、ΔV:現在の速度命令値−前の速度命令値)によりフィードフォワード値を計算することを特徴とする、フィードフォワード装置。
式2: 〔(J×V max )/(A rml ×K T ×I max ×Δt)〕×ΔV
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