JP4279272B2 - ２段アクチュエータ制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、粗動用および微動用の２つのアクチュエータを備えた２段アクチュエータによってヘッド位置決め制御を行なう２段アクチュエータ制御装置に係り、詳しくは、微動アクチュエータの入出力特性を容易に同定できるようにするとともに、リードまたはライト動作時以外の消費電力を低減できるようにした２段アクチュエータ制御装置に関するものである。

特開平２−２６３３６９号公報には、データヘッドを支持する個々のデータヘッドアームにデータヘッドアームを機械的に独立に変形させる微小変位発生素子を組み込むことにより、アクセス時間を低減させ、スループットの向上を図るようにした磁気ディスク装置のデータヘッドアームおよびヘッド位置決め装置が記載されている。このデータヘッドアームおよびヘッド位置決め装置は次のように構成されている。ヘッドアクチュエータは、１個のシーク及びトラッキング専用のサーボヘッドを備えたサーボアームと、複数個のデータヘッドおよび微小変位発生素子としての圧電素子を備えたデータアームと、サーボアームならびに複数のデータアームを一体に可動するキャリッジと、キャリッジを可動するＶＣＭ（ボイスコイルモータ）とから成り立っている。そして一定時間ごとに、またはデ−タヘッドがオフトラックを発生していたときに、微小変位発生素子を組み込んだ各データヘッドアームを機械的にそれぞれ独立に変形させて、熱を含む低周波の振動成分のオフトラックを修正するように動作させる。

特開平４−３３０６７９号公報には、ヘッド位置決め用の微動アクチュエータを振動検出手段として用いることにより、加速度センサなどを設けることなく、振動によるヘッド位置誤差を高精度に補正するようにした磁気ディスク装置が記載されている。この磁気ディスク装置は次のように構成されている。粗動アクチュエータによって大まかな位置決めを行った後、微動アクチュエータによって目的のトラックに対向するように位置決めを行う。続いて、微動アクチュエータを一定変位量に保持し、微動アクチュエータからの振動情報を検出する。この場合、微動アクチュエータを構成するピエゾ素子からの信号をアンプで増幅・合成し、ＡＤコンバ−タでＡＤ変換してコントローラに供給する。コントローラは、振動情報をアクチュエータにフィードバックし、その変位を打消すように駆動する。

特開平５−１１８５４号公報には、光ディスク装置のトラッキング制御系などに使用される２段アクチュエータ制御装置の安定性を改善するようにした２段アクチュエータ制御装置が記載されている。この２段アクチュエータ制御装置は次のように構成されている。可動範囲が小さく高周波で駆動可能な第１のアクチュエータと、第１のアクチュエータの駆動回路と、可動範囲が大きく低周波で駆動可能な第２のアクチュエータと、第２のアクチュエータの駆動回路と、２つのアクチュエータの動作帯域を分離するローパスフィルタと、第１のアクチュエータの第２のアクチュエータとの相対的な位置を検出する位置検出器と、位置信号を微分する微分器とで構成され、微分器の出力が第１のアクチュエ−タ駆動回路の入力にフィードバックされる。

特開平６−２０３４０１号公報には、有限光学系の光ヘッドによって情報の記録および再生を行う光ディスク装置において、信頼性の向上および消費電力の低減を図るようにした光ディスク装置およびそのトラッキング制御方法が記載されている。この光ディスク装置は、ファインアクチュエータを含む微動駆動系と、コースアクチュエータを含む粗動駆動系と、粗動駆動系の動作を制限するためのスイッチとを具備する。そして、記録時にはスイッチをオンにして微動駆動系および粗動駆動系による２段サーボ方式のトラッキング制御を行い、再生時はスイッチをオフにして微動駆動系のみによるトラッキング制御を行う。

従来、圧電素子（ピエゾ素子）等の微少変位発生素子を組み込んだ２段アクチュエータ駆動装置で用いられる位置決め制御装置は、例えば特開平２−２６３３６９号公報に示されるように、微動アクチュエータと粗動アクチュエータとにより高周波成分も含めたオフトラック補正を行ない高精度な位置決めを行なうことを目的として用いられている。

また、光ディスク装置のトラッキング制御系などに使用される２段アクチュエータ制御装置は、たとえば特開平５−１１８５４号公報に示されるように、位置誤差信号をフィードバックして粗動アクチュエータを主に低周波数成分で駆動し、可動範囲の小さい微動アクチュエータを高周波数成分で駆動することによりヘッド位置決めを行なっている。

図９は従来のヘッド位置決め２段アクチュエータ制御装置の一例を示すブロック構成図である。従来のヘッド位置決め２段アクチュエータ制御装置は、従来の２段アクチュエータ制御部１ｂと、各前置アナログ回路部８，９と、２段アクチュエータ機構部２とから構成されている。従来の２段アクチュエータ制御部１ｂは、粗動アクチュエータ制御部４３と微動アクチュエータ制御部４４とからなる２段サーボ制御部２７で構成されている。２段アクチュエータ機構部２は、粗動アクチュエータ機構部３と、微動アクチュエータ機構部４と、第１の加算部５と、第２の加算部６と、ランナウトモデル発生部７とから構成されている。

粗動アクチュエータ機構部３は、データのリードまたはライトを行なうヘッド（図示せず）を任意のトラック間で移動させるための粗動アクチュエータを備えている。この粗動アクチュエータとしては、ＶＣＭ（Ｖｏｉｃｅ Ｃｏｉｌ Ｍｏｔｏｒ）やステッピングモータやリニアモータ等が用いられている。微動アクチュエータ機構部４は、ヘッド（図示せず）を微少移動させるための微少アクチュエータを備えている。この微少アクチュエータとしては、ピエゾ素子やＶＣＭや板バネ等が用いられている。この微動アクチュエータ機構部４は、可動範囲が小さいが高周波信号で駆動可能である。

ランナウトモデル発生部７は、スピンドルの回転や装置振動などに起因する位置決め精度を悪化させる要因をモデル化した信号を位置外乱信号（ランナウト信号）２１として発生するものである。

符号１６は微動アクチュエータから粗動アクチュエータへの作用力を、符号１７は粗動アクチュエータから微動アクチュエータへの作用力を示している。符号１８は粗動アクチュエータの変位量信号、符号１９は微動アクチュエータの変位量信号である。符号２０はヘッド位置信号、符号２１は位置外乱信号、符号２２はヘッド位置誤差信号である。

第１の加算部５は、粗動アクチュエータ機構部３と微動アクチュエータ機構部４とが駆動された結果、ヘッドが位置する場所を表す出力部であり、制御系ブロック図上では粗動アクチュエータ位置１８と微動アクチュエータ位置１９との加算点である。第２の加算部６は、ディスク上に書き込まれたサーボ情報をヘッドが読み込んでヘッド位置誤差として出力する出力部であり、制御系ブロック図ではヘッド位置信号２０と位置外乱信号（ランナウト信号）２１の加算を行なう加算点である。

一方の前置アナログ回路部８は、粗動アクチュエータ機構部３の共振周波数のゲインを下げるノッチフィルタ（ＮＴＦ）や粗動アクチュエータ機構部３への入力信号を増幅するアンプ（ＡＭＰ）等を備えて構成されている。他方の前置アナログ回路部９は、微動アクチュエータ機構部４の共振周波数のゲインを下げるノッチフィルタ（ＮＴＦ）や微動アクチュエータ機構部４への入力信号を増幅するアンプ（ＡＭＰ）等を備えて構成されている。

２段サーボ制御部２７は、粗動アクチュエータ制御部４３と微動アクチュエータ制御部４４からなる。粗動アクチュエータ制御部４３は所定のサンプリング時間で動作するディジタルコントローラである。微動アクチュエータ制御部４４は粗動アクチュエータ制御部４３と同一あるいは異なるサンプリング時間で動作するディジタルコントローラである。

次に動作を説明する。粗動アクチュエータ機構部３は、粗動アクチュエータ駆動信号１４に従いヘッドを移動させる。微動アクチュエータ機構部４は、微動アクチュエータ駆動信号１５に従い粗動アクチュエータ機構部３に比べて小さい範囲でヘッドを移動させる。第１の加算部５は、粗動アクチュエータ機構部３と微動アクチュエータ機構部４とが駆動された結果としてヘッドが位置する場所を表すヘッド位置信号２０を生成する。第２の加算部６は、ヘッド位置信号２０と位置外乱信号（ランナウト信号）２１との加算信号でありヘッドが実際に読み取ったサーボ位置であるヘッド位置誤差信号２２を生成する。

粗動アクチュエータ制御部４３は、ヘッド位置誤差信号２２を入力とし粗動アクチュエータ機構部３の駆動信号（粗動アクチュエータ制御信号）３３を生成する。微動アクチュエータ制御部４４は、ヘッド位置誤差信号２２を入力とし微動アクチュエータ機構部３の駆動信号（微動アクチュエータ制御信号）３４を生成する。第１の前置アナログ回路部８は、粗動アクチュエータ制御信号３３から粗動アクチュエータ駆動信号１４を生成する。前置アナログ回路部９は微動アクチュエータ制御信号３４から粗動アクチュエータ駆動信号１４を生成する。２段サーボ制御部２７は、粗動アクチュエータ制御部４３と微動アクチュエータ制御部４４とから構成され、２段アクチュエータによるヘッド位置決め制御系を安定化する。

特開平２−２６３３６９号公報 特開平４−３３０６７９号公報 特開平５−１１８５４号公報 特開平６−２０３４０１号公報

従来のヘッド位置決め２段アクチュエータ制御装置は、次に示す第１〜第３の問題点を有する。第１の問題点は、２段アクチュエータ機構の場合、消費電力が１段アクチュエータ機構の場合と比べて大きくなることである。その理由は、微動位置決めのためのアクチュエータが付加されているためである。

第２の問題点は、制御器設計モデルで用いた微動アクチュエータ入出力特性の理論値で制御を行なう場合と比べて位置決め精度が悪化することである。その理由は、ヒステリシス特性や装置量産時のばらつきや使用環境や経年変化などによって微動アクチュエータ機構部の入出力特性が変化するためである。

第３の問題点は、微動アクチュエータ機構部の入出力特性のみを装置組立て後に測定することが難しいことである。その理由は、２段アクチュエータ機構を用いてヘッド位置決めを行なう２段サーボ制御系は２入力１出力の制御対象であるため、複数の入力信号が加わる状況で観測された信号が粗動アクチュエータ機構部と微動アクチュエータ機構部とによりどれくらいの影響が与えられたのか計算するために複雑な手段が必要となるためである。

この発明の目的は、データのリード動作またはライト動作時以外の消費電力を低減させることが可能な２段アクチュエータ制御装置を提供することにある。さらに、この発明の他の目的は、２段アクチュエータの位置決め精度を向上させるために、微動アクチュエータのゲインやヒステリシス特性などの入出力特性を簡単に同定することが可能な２段アクチュエータ制御装置を提供することにある。

まず、本発明の前提となる参考技術について説明する。

参考技術１に係る２段アクチュエータ制御装置は、データのリード動作時またはライト動作時に２段アクチュエータ機構部に加える制御信号とは異なる信号を生成する手段を備えてなる。

参考技術１に係る２段アクチュエータ制御装置は、データのリード動作時またはライト動作時に加える制御信号とは異なる信号を生成することにより、微動アクチュエータの入出力特性を推定することができ、さらに、推定したパラメータに応じて微動アクチュエータ制御信号を補正することでヘッド位置決め精度を改善することができる。

参考技術２に係る２段アクチュエータ制御装置は、参考技術１に係る２段アクチュエータ制御装置において、２段アクチュエータ制御部に微動アクチュエータ入出力特性推定部を備えてなる。

参考技術２に係る２段アクチュエータ制御装置は、２段アクチュエータ制御部が微動アクチュエータ入出力特性推定部を備え、推定した微動アクチュエータ入出力特性に応じて微動アクチュエータ駆動信号を変化させることによって、装置量産や経年変化に伴う微動アクチュエータ入出力特性ばらつきに応じて微動アクチュエータ制御信号を補正することができる。

参考技術３に係る２段アクチュエータ制御装置は、参考技術１に係る２段アクチュエータ制御装置において、２段アクチュエータ制御部が、２段アクチュエータ機構部をあたかも粗動アクチュエータ機構部のみで構成される１段アクチュエータかのように制御する粗動１段サーボ制御部と、微動アクチュエータをヘッド位置誤差とは独立に駆動する微動アクチュエータ駆動信号発生部と、微動アクチュエータ制御信号とヘッド位置誤差とから微動アクチュエータ入出力特性を推定する微動アクチュエータ入出力特性推定部と、推定した微動アクチュエータの入出力特性に応じてゲインを変化する可変ゲイン部とを備えてなる。

参考技術３に係る２段アクチュエータ制御装置は、２段アクチュエータ制御部が、２段アクチュエータ部をあたかも粗動アクチュエータ機構部のみで構成される１段アクチュエータかのように制御し、微動アクチュエータをヘッド位置誤差とは独立に駆動し、微動アクチュエータ制御信号とヘッド位置誤差信号とから微動アクチュエータ入出力特性を計算することにより、微動アクチュエータ機構部の動作のみを分離して微動アクチュエータ入出力特性を推定することができる。

参考技術４に係る２段アクチュエータ制御装置は、参考技術３に係る２段アクチュエータ制御装置において、微動アクチュエータ入出力推定部が、粗動１段サーボ系のエラー圧縮率ゲインを用いてヘッド位置誤差信号から推定された微動アクチュエータ変位量と微動アクチュエータ駆動信号とから微動アクチュエータ入出力特性を推定する構成としてなる。

参考技術４に係る２段アクチュエータ制御装置は、粗動１段サーボ系のエラー圧縮率ゲインを用いてヘッド位置誤差から微動アクチュエータ変位量を推定し、微動アクチュエータ駆動信号と推定した微動アクチュエータ変位量とから微動アクチュエータ入出力特性を推定することにより、微動アクチュエータ変位量を推定した上で微動アクチュエータ制御信号に加えた入力を基に微動アクチュエータ入出力特性を推定することができる。

参考技術５に係る２段アクチュエータ制御装置は、参考技術３に係る２段アクチュエータ制御装置において、微動アクチュエータ入出力推定部が、次に示す式１により微動アクチュエータ駆動信号を生成し、次に示す式２により微動アクチュエータゲインを推定する構成としてなる。

参考技術５に係る２段アクチュエータ制御装置は、式１により微動アクチュエータ駆動信号を生成し、式２により微動アクチュエータゲインを推定することにより、ヘッド位置決めとは独立に加えられた特定周波数の正弦波による微動アクチュエータ駆動信号から微動アクチュエータゲインを推定することができる。

参考技術６に係る２段アクチュエータ制御装置は、参考技術３に係る２段アクチュエータ制御装置において、微動アクチュエータ入出力推定部が、次に示す式１により微動アクチュエータ駆動信号を生成し、次に示す式３および式４によって微動アクチュエータのヒステリシス特性を推定する構成としてなる。

参考技術６に係る２段アクチュエータ制御装置は、式１により微動アクチュエータ駆動信号を生成し、式３および式４によって微動アクチュエータのヒステリシス特性を推定することにより、微動アクチュエータ機構部のヒステリシス特性を推定することができる。

参考技術７に係る２段アクチュエータ制御装置は、データの読み書きを行なうヘッドを移動させるアクチュエータ機構がヘッドのトラック間移動を行なう粗動アクチュエータ機構部とヘッドの微小移動を行なう微動アクチュエータ機構部とからなる２段アクチュエータ機構部と、前記粗動アクチュエータ機構部に対する前置アナログ回路部と、前記微動アクチュエータ機構部に対する前置アナログ回路部と、粗動アクチュエータ機構部および微動アクチュエータ機構部を制御する信号を生成する２段アクチュエータ制御部とを備える情報記録機器の２段アクチュエータ制御装置において、前記２段アクチュエータ制御部は、データのリード動作あるいはライト動作を行なわない場合、あるいは、上位系からの命令があった場合に、前記２段アクチュエータ制御部を省電力動作させることを特徴とするものである。

参考技術８に係る２段アクチュエータ制御装置は、参考技術１に係る２段アクチュエータ制御装置において、２段アクチュエータ制御部が、データのリードまたはライトを行なわない場合、ならびに、上位系からの命令があった場合に、２段アクチュエータ機構部を省電力動作させる構成としてなる。

参考技術８に係る２段アクチュエータ制御装置は、データのリード動作またはライト動作を行なわない場合、ならびに、上位系からの命令があった場合に、２段アクチュエータ部を省電力動作させることにより、２段アクチュエータ制御装置の消費電力を減らすことができる。

次に、本発明について説明する。

請求項１に係る２段アクチュエータ制御装置は、参考技術７又は８に係る２段アクチュエータ制御装置において、２段アクチュエータ制御部が、２段アクチュエータ機構部を用いてデータのリード動作やライト動作を可能にする２段サーボ制御部と、２段アクチュエータ機構部をあたかも粗動アクチュエータからなる１段アクチュエータかのように制御する粗動１段サーボ制御部と、２段サーボ制御部と１段サーボ制御部とを切り替える１段／２段サーボ切替部と、微動アクチュエータ入出力特性の推定結果を保持した微動アクチュエータ入出力特性推定部と、微動アクチュエータ入出力特性推定部に保持された微動アクチュエータ入出力特性に応じて前記微動アクチュエータの制御信号のゲインを可変する可変ゲイン部と、を具備して構成される。そして、２段アクチュエータ制御部は、データのリード動作あるいはライト動作を行なわない場合、あるいは、上位系からの命令があった場合に、１段／２段サーボ切替部によって粗動１段サーボ制御部に切り替えることにより、粗動アクチュエータ機構部のみによってヘッド位置決めを行う。

請求項１に係る２段アクチュエータ制御装置は、２段アクチュエータ制御部が、データのリード動作やライト動作を可能にする２段サーボ制御部と、２段アクチュエータ機構部をあたかも粗動アクチュエータからなる１段アクチュエータかのように制御する粗動１段サーボ制御部とを切替えることにより、省電力動作時には、２段アクチュエータ部は粗動アクチュエータ機構部のみによりヘッド位置決めを行い、ヘッド位置誤差信号とは独立に生成される省電力駆動信号により微動アクチュエータを駆動することにより、２段アクチュエータ制御装置の消費電力を減らすことができる。

請求項２に係る２段アクチュエータ制御装置は、請求項１に係る２段アクチュエータ制御装置において、２段アクチュエータ制御部は、データのリード動作あるいはライト動作を行なわない場合、あるいは、上位系からの命令があった場合に、微動アクチュエータ機構部への通電を停止する、構成としてなる。

請求項２に係る２段アクチュエータ制御装置は、データのリード動作またはライト動作を行なわない場合、ならびに、上位系からの命令があった場合に、微動アクチュエータ省電力駆動動作信号発生部が０を出力することにより、２段アクチュエータ制御装置の消費電力を減らすことができる。

以上説明したように、参考技術７に係る２段アクチュエータ制御装置は、データのリード動作またはライト動作を行なわない場合、ならびに、上位系からの命令があった場合に、２段アクチュエータ部を省電力動作させる構成としたので、２段アクチュエータ制御装置の消費電力を減らすことができる。

参考技術８に係る２段アクチュエータ制御装置は、データのリード動作またはライト動作を行なわない場合、ならびに、上位系からの命令があった場合に、２段アクチュエータ部を省電力動作させる構成としたので、２段アクチュエータ制御装置の消費電力を減らすことができる。これに加え、データのリード動作時またはライト動作時に加える制御信号とは異なる信号を生成する構成としたので、微動アクチュエータの入出力特性を推定することができ、さらに、推定したパラメータに応じて微動アクチュエータ制御信号を補正することでヘッド位置決め精度を改善することができる。

請求項１に係る２段アクチュエータ制御装置は、２段アクチュエータ制御部データのリード動作やライト動作を可能にする２段サーボ制御部と、２段アクチュエータ機構部をあたかも粗動アクチュエータからなる１段アクチュエータかのように制御する粗動１段サーボ制御部とを切替えることにより、省電力動作時には、２段アクチュエータ部は粗動アクチュエータ機構部のみによりヘッド位置決めを行い、ヘッド位置誤差信号とは独立に生成される省電力駆動信号により微動アクチュエータを駆動する構成としたので、２段アクチュエータ制御装置の消費電力を減らすことができる。

請求項２に係る２段アクチュエータ制御装置は、データのリード動作またはライト動作を行なわない場合、ならびに、上位系からの命令があった場合に、微動アクチュエータ省電力駆動動作信号発生部が０を出力する構成としたので、２段アクチュエータ制御装置の消費電力を減らすことができる。

以上のようにこの発明に係る２段アクチュエータ制御装置は、次の３つの効果を奏する。第１の効果は、２段アクチュエータ制御装置の消費電力を減らすことである。その理由は、データのリードあるいはライトを行なわない場合、あるいは、上位系からの命令がある場合、２段アクチュエータ機構部をあたかも１段アクチュエータ構造のようにヘッド位置を制御することにより、微動アクチュエータ駆動信号として省電力駆動信号を用いてヘッド位置決めを行なうためである。

第２の効果は、２段サーボ制御部によるヘッド位置決め精度が改善されることである。その理由は、微動アクチュエータゲインの理論値を基に設計した２段サーボ制御部の微動アクチュエータ駆動信号に装置ばらつきやヒステリシスなど微動アクチュエータ入出力特性に応じた補正を加えることによりヘッド位置誤差が小さくなるためである。

第３の効果は、微動アクチュエータ入出力特性を装置組立て後に簡単に推定することができることである。その理由は、粗動アクチュエータのみによるヘッド位置決めを行なった上でヘッド位置決めと独立に微動アクチュエータ駆動信号を生成することにより、微動アクチュエータ制御信号とヘッド位置誤差信号から推定した微動アクチュエータ変位量とから微動アクチュエータ入出力特性を推定するためである。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

まず、本実施形態の前提となる参考例について説明する。図１は２段アクチュエータ制御装置の一参考例を示すブロック構成図である。図１は微動アクチュエータ入出力特性推定時の２段アクチュエータ制御装置の概略ブロック構成を示している。図１に示す２段アクチュエータ制御装置は、２段アクチュエータ制御部１と、２段アクチュエータ機構部２と、粗動アクチュエータ用の前置アナログ回路部８と、微少アクチュエータ用の前置アナログ回路部９とからなる。

２段アクチュエータ機構部２は、図示しないヘッドをトラックに追従させる粗動アクチュエータ機構部３と、図示しないヘッドを微小移動させる微動アクチュエータ機構部４と、図示しないディスクの振動等によってディスク面上に書き込まれたサーボ位置がずれる要因をモデル化した位置外乱信号（ランナウト信号）２１を発生させるランナウト発生部７と、第１の加算部５と、第２の加算部６とから構成している。

粗動アクチュエータ機構部３は、ＶＣＭ（Ｖｏｉｃｅ Ｃｏｉｌ Ｍｏｔｏｒ）やステッピングモータなどを用いて構成している。微動アクチュエータ機構部４は、ピエゾ素子やＶＣＭなどを用いて構成している。ランナウト発生部７は、スピンドルモータの回転に起因して生じる媒体振動やサスペンション振動などを外乱発生要因としてモデル化した位置外乱信号（ランナウト信号）２１を発生させるためのものである。このランナウト発生部７は、ディスクの回転数に同期する周期的関数と機構部の振動や観測ノイズを表す白色雑音関数とに基づいて位置外乱信号（ランナウト信号）２１を発生させる。

ここで、粗動アクチュエータ機構部３は、粗動アクチュエータ駆動信号１４により発生した力と微動アクチュエータからの作用力１６とによって駆動され粗動アクチュエータ変位量１８を出力する。微動アクチュエータ機構部４は、微動アクチュエータ駆動信号１５により発生した力と粗動アクチュエータからの作用力１７とによって駆動され微動アクチュエータ変位量１９を出力する。加算部５は粗動アクチュエータ変位量１８と微動アクチュエータ変位量１９とより決まるヘッド位置２０を出力する。ランナウト発生部７は、粗動アクチュエータ駆動信号１４と微動アクチュエータ駆動信号１５とをそれぞれ０として入力したときにヘッドが観測するサーボ情報のずれ量である位置外乱信号（ランナウト信号）２１を生成する。加算部６は、ヘッド位置２０と位置外乱信号２１とより決まるヘッド位置誤差信号２２を出力する。

２段アクチュエータ制御部１は、粗動アクチュエータ機構部３のみを駆動してヘッドを位置決めをする粗動１段サーボ制御部１０と、微動アクチュエータ機構部４の入出力特性に応じてゲインを変化することのできる可変ゲイン部１１と、微動アクチュエータ機構部４をヘッド位置誤差信号２２からのフィードバックを行なわずこれとは独立に微動アクチュエータゲイン推定用加振信号２５を生成する微動アクチュエータ駆動信号発生部１２と、微動アクチュエータ制御信号２４とヘッド位置誤差信号２２とに基づいて微動アクチュエータ入出力特性を推定する微動アクチュエータ入出力特性推定部１３とからなる。

粗動１段サーボ制御部１０は、リードラグフィルタやＰＩＤ制御器や外乱オブザーバや状態オブザーバなどのディジタルコントローラにより構成している。微動アクチュエータ駆動信号発生部１２は、周期関数や三角波や矩形波やランダム信号などの時間関数を備え、これらの時間関数の組み合わせによって微動アクチュエータ駆動入力（微動アクチュエータゲイン推定用加振信号２５）を生成する構成としている。微動アクチュエータゲイン推定部１３は、粗動１段サーボ系における特定周波数のエラー圧縮率（感度関数）ゲインを観測する手段と、ヘッド位置誤差信号２２を平均化する手段と、微動アクチュエータゲインを推定する手段と、ヒステリシス特性を推定する手段とにより構成している。

ここで、粗動１段サーボ制御部１０は、ヘッド位置誤差信号２２に基づいて粗動アクチュエータ機構部３を駆動しヘッドを目標位置に位置決めする粗動アクチュエータ制御信号２３を生成する。

可変ゲイン部１１は、微動アクチュエータ入出力特性推定用加振信号２５から微動アクチュエータ制御信号２４を生成する。

微動アクチュエータ駆動信号発生部１２は、粗動アクチュエータ機構部３のみで位置決めをしている状態で上位系（図示せず）からの命令に応じて微動アクチュエータ機構部４を駆動しヘッド位置をずらす微動アクチュエータ入出力特性推定用加振信号２５を生成する。

微動アクチュエータ入出力特性推定部１３は、加えられた微動アクチュエータ制御信号２４とヘッド位置誤差信号２２とから微動アクチュエータの入出力特性を推定し、可変ゲイン部１１のゲインを再設定するための微動アクチュエータゲイン設定信号２６を生成して出力する。

粗動アクチュエータ用の前置アナログ回路８は、粗動アクチュエータ機構部３の共振周波数のゲインを下げるノッチフィルタ（ＮＴＦ）や入力信号を増幅するアンプ（ＡＭＰ）などから構成している。ここで、前置アナログ回路部８は、粗動アクチュエータ制御信号２３を入力して粗動アクチュエータ駆動信号１４を出力する。

微動アクチュエータ用の前置アナログ回路９は、微動アクチュエータ機構部４の共振周波数のゲインを下げるノッチフィルタ（ＮＴＦ）や入力信号を増幅するアンプ（ＡＭＰ）などから構成している。ここで、前置アナログ回路部９は、微動アクチュエータ制御信号２４を入力して微動アクチュエータ駆動信号１５を出力する。

次に、図１に示した参考例の動作を説明する。通常、２段アクチュエータによるヘッド位置決め動作時には、図９に示したブロック構成によりヘッド位置決めが行なわれる。この発明に係る２段アクチュエータ制御装置では、上位系によって微動アクチュエータ入出力特性推定コマンドが発行されると、データのリードまたはライト動作を行なわずに、２段アクチュエータ制御装置は図１に示した構成に切り替わり微動アクチュエータ入出力特性推定を行なう。

図２は参考例における微動アクチュエータ入出力特性推定時の動作を示すフローチャートである。まず、粗動１段サーボ系に特定周波数の正弦波を入力するなどしてエラー圧縮率ゲインを推定する（ステップＳ１）。粗動１段サーボ系のエラー圧縮率ゲイン計測後、微動アクチュエータ加振信号を入力する（ステップＳ２）。粗動１段サーボ系の特定周波数のエラー圧縮率ゲインと各サンプリング時間毎に観測した微動アクチュエータ加振信号やヘッド位置誤差信号とを基に、微動アクチュエータ入出力特性の推定計算を行なう（ステップＳ３）。

次に、図３に示す２段アクチュエータ機構部の構造を示す説明図を参照して、２段アクチュエータ機構部２の動作を説明する。粗動アクチュエータ５３は、ＶＣＭ（図示せず）に流れる電流に応じて、粗動アクチュエータ５３を粗動アクチュエータ可動方向５５に駆動する。微動アクチュエータ５４は、ピエゾ素子（図示せず）に印加した電圧に応じて、微動アクチュエータ５４を微動アクチュエータ可動方向５６に駆動する。ヘッド５７は、粗動アクチュエータ５３と微動アクチュエータ５４とにより位置決めされる。ディスク５８は、スピンドルモータ（図示せず）によって回転される。目標シリンダ５９は、回転するディスクの偏芯や振動によって変動する。ヘッド位置誤差信号２２は、２段アクチュエータによって位置決めされたヘッド５７と変動する目標シリンダ５９との差として出力される。

図１に示した粗動アクチュエータ機構部３は図３の粗動アクチュエータ５３に対応し、図１に示した微動アクチュエータ機構部４は図３の微動アクチュエータ５４に対応する。また、図１に示したランナウト発生部７は、スピンドル回転同期成分や媒体振動によるディスク５８の振動やキャリッジ振動やヘッドの観測ノイズなどの位置決め精度を悪化させる要因をモデル化した位置外乱信号（ランアウト信号）２１を発生するものである。

図１に示した粗動アクチュエータ用の前置アナログ回路部８は、粗動アクチュエータ５３の低域から２次分の主共振を抑制するためのノッチフィルタ（ＮＴＦ）と、Ｄ／Ａ変換されたＶＣＭ制御信号を増幅するアンプ（ＡＭＰ）とから構成する。微動アクチュエータ用の前置アナログ回路部９は、微動アクチュエータ５４の低域から２次分の主共振を抑制するための（ＮＴＦ）ノッチフィルタと、Ｄ／Ａ変換されたピエゾ制御信号を増幅するアンプ（ＡＭＰ）とから構成する。

粗動１段サーボ制御部（粗動１段サーボ系）１０は、例えば、オープンループのゼロクロス周波数が５００ＨｚになるようなＰＩＤ制御器と、２次の状態オブザーバとから構成する。可変ゲイン部１１は、微動アクチュエータ入出力特性の設計値（理論値）を初期値として持つ。

微動アクチュエータ駆動信号発生部１２は、次に示す式１によって表わされる周期的関数に基づいて、微動アクチュエータゲイン推定用加振信号２５を発生する。

微動アクチュエータ入出力特性推定部１３は、微動アクチュエータゲイン推定時には、次に示す式２に基づいて微動アクチュエータゲインＫｐｚｔを演算する。

図１で構成される制御系において、微動アクチュエータ機構部４の動作を粗動１段サーボ系からみた場合、微動アクチュエータ変位量１９は粗動アクチュエータ変位量１８に対する位置外乱信号２１と同様に制御系に対する外乱信号として影響する。微動アクチュエータ駆動信号発生部１２が周波数ｆ０の微動アクチュエータゲイン推定用加振信号２５を出力したとき、粗動１段サーボ制御部１０は周波数ｆ０で変化する微動アクチュエータ変位量１９を外乱信号とみなして周波数ｆ０でのエラー圧縮率ゲインｇ０で圧縮している。それ故、微動アクチュエータ変位量１９はヘッド位置誤差信号２２に粗動１段サーボ系のエラー圧縮率ゲインｇ０の逆数を掛けることにより推定することができる（図２のステップＳ３）。その結果、前置アナログ回路部も含めた微動アクチュエータゲインは、推定した微動アクチュエータ変位量１９と微動アクチュエータ駆動入力２４とから式２を用いて推定することができる。

また、微動アクチュエータ入出力特性推定部１３は、微動アクチュエータヒステリシス特性推定時には、次に示す式３ならびに式４に基づいて微動アクチュエータのヒステリシス特性を推定する。

なお、微動アクチュエータゲイン推定用加振信号２５として、式１で示した単一周波数の正弦波信号を用いる以外に、複数の周波数の正弦波を線形和した信号や矩形波信号やインパルス信号などを用いるようにしてもよい。また、微動アクチュエータゲイン推定時には、式２に基づいて特定周波数毎にゲインを計算するようにしてもよい。さらに、微動アクチュエータゲインを複数の周波数についてそれぞれ求め、複数の周波数毎に求めた微動アクチュエータゲインを平均化して微動アクチュエータゲインを求めるようにしてもよい。

図４は粗動１段サーボ系に切り替えた後、時刻０で微動アクチュエータゲイン推定用加振信号２５を加えた場合の各信号の時間応答波形を示す信号波形図である。図４（ａ）は粗動アクチュエータ制御信号２３の信号波形４５を、図４（ｂ）は微動アクチュエータ制御信号２４の信号波形４６を、図４（ｃ）はヘッド位置信号２０の信号波形４７を示している。図４において、横軸は時刻を示し、縦軸は図４（ａ）ではＶＣＭ駆動電流を、図４（ｂ）ではピエゾ素子入力電圧を、それぞれ示している。

時刻０で式１に基づいて出力される周期的信号が生成され、微動アクチュエータ機構部４を微動アクチュエータ制御信号波形４６により駆動する。時刻０以降では、粗動アクチュエータ制御信号波形４５とヘッド位置誤差信号波形４７は微動アクチュエータ制御信号波形４６に応じて変化する。

微動アクチュエータ入出力ゲインの真値が式５に示す値である場合、位置外乱信号２１が加わる場合でも、図４の波形から、微動アクチュエータゲイン（Ｋｐｚｔ）は式６に示す値として推定値が得られる。

次に、ピエゾ素子にヒステリシスが存在する場合のピエゾ入力から微動アクチュエータ変位量までのヒステリシス特性推定の動作について説明する。サンプル時刻ｉに応じた微動アクチュエータ変位量１９を観測した図４のヘッド位置誤差信号４７から前述の式３により推定する。

図５は微動アクチュエータのヒステリシス特性の推定結果を示すグラフである。図５において、横軸は微動アクチュエータ制御信号Ｖ＿ＨＹＳ（ｉ）を示し、縦軸は微動アクチュエータ変位量ＰＺＴ＿ＨＹＳ（ｉ）を示している。ヒステリシス波形４８は、微動アクチュエータ機構部４が持つヒステリシス特性である。ヒステリシス推定波形４９は、本参考例により推定されたヒステリシス特性の推定値である。その結果、微動アクチュエータ機構部４のヒステリシス波形４８はヒステリシス推定波形４９として推定される。

次に、この発明に係る２段アクチュエータ制御装置の一実施形態を図６〜図８を参照して説明する。

図６は通常動作と省電力動作とを切り替える機能を備えた２段アクチュエータ制御装置のブロック構成図である。図６に示す２段アクチュエータ制御装置は、２段アクチュエータ制御部１ａと、２段アクチュエータ機構部２と、各前置アナログ回路部８，９とからなる。２段アクチュエータ機構部２ならびに各前置アナログ回路部８，９の構成は、図１に示したものと同じである。

２段アクチュエータ制御部１ａは、制御部の切替を行なう１段／２段サーボ切替部２８と、粗動アクチュエータ機構部３と微動アクチュエータ機構部４とを同時に制御する２段サーボ制御部２７と、粗動アクチュエータ機構部３のみによりヘッド位置決めを行なう粗動１段サーボ制御部１０ａと、データのリードあるいはライト状態で微動アクチュエータ機構部４に加わる信号とは異なる信号を生成する信号発生部２９と、粗動アクチュエータ機構部３の制御信号を切り替える切替部３０と、微動アクチュエータ機構部４の制御信号を切り替える切替部３１と、制御部への入力を切り替える切替部３２と、微動アクチュエータ入出力特性推定時の結果が保存されている微動アクチュエータ入出力特性推定部１３ａと、微動アクチュエータ入出力特性に応じてゲインを可変することができる可変ゲイン部１１ａとからなる。

粗動１段サーボ制御部１０ａは、粗動アクチュエータ機構部３の特性に応じて設計したディジタル制御器で構成される。信号発生部２９は、上位系（図示せず）からの命令に応じて微動アクチュエータ機構部４を省電力駆動させる時間関数の組み合わせで構成される。

ここで、１段／２段サーボ切替部２８は、データのリード動作あるいはライト動作を行なっているかどうかを判断して、あるいは、上位系からの省電力動作の要求に応じて、切替部３０乃至３２に対し１段サーボか２段サーボかの切替信号４０乃至４２を生成する。信号発生部２９は省電力駆動信号３５を生成する。

粗動アクチュエータ信号切替部３０は、粗動アクチュエータ切替信号４１に応じて粗動１段サーボ時の粗動アクチュエータ制御信号２３と２段サーボ時の粗動アクチュエータ制御信号３４とを切り替えて粗動アクチュエータ制御信号３６を生成する。微動アクチュエータ信号切替部３１は、微動アクチュエータ切替信号４０に応じて省電力駆動信号３５と２段サーボ時の微動アクチュエータ制御信号３３とを切り替えて微動アクチュエータ制御信号３７を生成する。サーボ制御部入力切替部３２は、サーボ制御部入力切替信号４２に応じてヘッド位置誤差信号２２か０かのいずれかを２段サーボ制御部入力信号３８か省電力動作時の１段サーボ制御部入力信号３９かのいずれかとして生成する。

粗動アクチュエータ機構部３と微動アクチュエータ機構部４と前置アナログ回路８と前置アナログ回路９と粗動１段サーボ制御部１０ａとは、前述の参考例と同様の構成とする。微動アクチュエータ入出力特性推定部１３ａと可変ゲイン部１１ａとは、前述の参考例で得られた結果を用いる。２段サーボ制御部２７は、例えば、２段アクチュエータ動作時のオープンループ制御系のゼロクロス周波数が２ｋＨｚになるように、２次のディジタル制御器からなる微動アクチュエータ制御部４４（図９）と積分動作を含む２次のディジタル制御器からなる粗動アクチュエータ制御部４３（図９）とより構成される。信号発生部２９は省電力駆動信号として０を生成する。

次に、本実施形態の動作について説明する。通常、２段アクチュエータによるヘッド位置決め動作時には、図９の構成により粗動アクチュエータと微動アクチュエータの両方を駆動してヘッド位置決めが行われる。

図７は通常動作と省電力動作とを切り替える機能を備えた２段アクチュエータ制御装置の動作を示すフローチャートである。サンプリング時間毎に制御出力を行なうディジタル制御において、ヘッド位置誤差情報を獲得した後、データのリードあるいはライト動作時かどうか、あるいは、上位系の命令で省電力動作を行なう必要があるかどうかの確認をする（ステップＳ１１）。省電力動作を行なわない場合には２段サーボ制御系が選択され、２段サーボ制御器による制御信号生成動作が行われる（ステップＳ１２）。一方、省電力動作を行なう場合には粗動１段サーボ制御器が選択される（ステップＳ１３）。その後、粗動１段サーボ制御器により生成した粗動アクチュエータ制御信号と省電力駆動信号とからなる２段アクチュエータ制御信号を生成する（ステップＳ１４）。

図８は省電力動作切替を行なう２段アクチュエータ制御装置の各信号の時間応答波形である。ヘッド位置誤差信号波形５０、粗動アクチュエータ駆動信号波形５１、微動アクチュエータ駆動信号波形５２は、それぞれ省電力動作切替を行なった場合のヘッド位置誤差信号２２、粗動アクチュエータ駆動信号１４、微動アクチュエータ駆動信号波形１５の時間応答波形である。

時刻０で１段／２段サーボ切替部２８により省電力動作に切り替わる。時刻Ｔ０で１段／２段サーボ切替部２８によりデータのリードモードに切り替わる。ヘッド位置誤差信号５０は、２段サーボ制御時にはデータリードあるいはライト可能なオントラック領域内に収まるのに対して、省電力モード時にはオントラック領域範囲を越えて位置決めを行なっている。粗動アクチュエータ駆動信号５１は２段サーボ時（時刻０以前と時刻Ｔ０以降）と粗動１段サーボ時（時刻０から時刻Ｔ０）とで大きな変化はない。微動アクチュエータ駆動信号５２は、時刻０以前あるいは時刻Ｔ０以降はヘッド位置誤差信号２２に応じた粗動アクチュエータ駆動信号が生成され電力を消費するのに対して、時刻０から時刻Ｔ０までは０が出力されており微動アクチュエータ機構部の消費電力は０となる。

２段アクチュエータ制御装置の一参考例を示すブロック構成図である。 参考例における微動アクチュエータ入出力特性推定時の動作を示すフローチャートである。 ２段アクチュエータ機構部の構造を示す説明図である。 図４（ａ）は粗動アクチュエータ制御信号を示す信号波形図、図４（ｂ）は微動アクチュエータ制御信号を示す信号波形図、図４（ｃ）はヘッド位置誤差信号を示す信号波形図である。 微動アクチュエータのヒステリシス特性の推定結果を示すグラフである。 この発明に係る２段アクチュエータ制御装置の一実施形態を示すブロック構成図である。 通常動作と省電力動作とを切り替える機能を備えた２段アクチュエータ制御装置の動作を示すフローチャートである。 省電力動作切替を行なう２段アクチュエータ制御装置における時間応答波形を示す信号波形図であり、図８（ａ）はヘッド位置誤差信号、図８（ｂ）はＶＣＭ入力信号、図８（ｃ）はピエゾ入力信号である。 従来のヘッド位置決め２段アクチュエータ制御装置の一例を示すブロック構成図である。

符号の説明

１ ピエゾアクチュエータ入出力ゲイン推定時の２段アクチュエータ制御部
１ａ 省電力動作時の２段アクチュエータ制御部
１ｂ 従来の２段アクチュエータ制御部
２ ２段アクチュエータ機構部
３ 粗動アクチュエータ機構部
４ 微動アクチュエータ機構部
５ 粗動アクチュエータ位置と微動アクチュエータ位置との加算点
６ ヘッド位置信号とランナウト信号の加算点
７ ランナウトモデル発生部
８ 粗動アクチュエータの共振を抑えるノッチフィルタや駆動アンプ、Ｄ／Ａ変換器などの前置アナログ回路部
９ 微動アクチュエータの共振を抑えるノッチフィルタや駆動アンプ、Ｄ／Ａ変換器などの前置アナログ回路部
１０ 粗動アクチュエータのみを駆動してヘッド位置決めを行なう粗動１段サーボ制御部
１０ａ 省電力動作時の粗動アクチュエータのみを駆動してヘッド位置決めを行なう粗動１段サーボ制御部
１１ ピエゾアクチュエータ入出力ゲインの推定値に応じてゲインを変更可能な可変ゲイン部
１２ 微動アクチュエータ駆動信号発生部
１３ 微動アクチュエータゲイン推定部
１４ 粗動アクチュエータ駆動信号
１５ 微動アクチュエータ駆動信号
１６ 微動アクチュエータから粗動アクチュエータへの作用力
１７ 粗動アクチュエータから微動アクチュエータへの作用力
１８ 微動アクチュエータの変位量
１９ 粗動アクチュエータの変位量
２０ ヘッド位置信号
２１ 位置外乱信号（ランナウト信号）
２２ ヘッド位置誤差信号
２３ 粗動アクチュエータ制御信号
２４ 微動アクチュエータ制御信号
２５ 微動アクチュエータゲイン推定用加振信号
２６ 微動アクチュエータゲイン設定信号
２７ ２段サーボ制御部
２８ サーボ方式切替部
２９ 微動アクチュエータ省電力駆動動作信号発生部
３０ 粗動アクチュエータ制御信号切替部
３１ 微動アクチュエータ制御信号切替部
３２ サーボ制御部入力切替部
３３ ２段サーボ時の微動アクチュエータ制御信号
３４ ２段サーボ時の粗動アクチュエータ制御信号
３５ 省電力駆動信号
３６ 粗動アクチュエータ制御信号
３７ 微動アクチュエータ制御信号
３８ ２段サーボ制御部入力信号
３９ 省電力動作時の１段サーボ制御部入力信号
４０ 粗動アクチュエータ制御信号切替信号
４１ 微動アクチュエータ制御信号切替信号
４２ サーボ制御部入力信号切替信号
４３ ２段サーボ時の粗動アクチュエータ制御部
４４ ２段サーボ時の微動アクチュエータ制御部
４５ 微動アクチュエータゲイン推定時の粗動アクチュエータへの入力信号
４６ 微動アクチュエータゲイン推定時の微動アクチュエータへの入力信号
４７ 微動アクチュエータゲイン推定時の位置誤差信号
４８ 参考例で推定した微動アクチュエータのヒステリシス特性
４９ 参考例におけるヒステリシスモデル特性
５０ 省電力動作時の位置誤差信号
５１ 省電力動作時のＶＣＭ入力信号
５２ 省電力動作時のピエゾ入力信号
５３ 粗動アクチュエータ
５４ 微動アクチュエータ
５５ 粗動アクチュエータ可動方向
５６ 微動アクチュエータ可動方向
５７ ヘッド
５８ ディスク
５９ 目標シリンダ

Claims (2)

1. データの読み書きを行なうヘッドを移動させるアクチュエータ機構がヘッドのトラック間移動を行なう粗動アクチュエータ機構部とヘッドの微小移動を行なう微動アクチュエータ機構部とからなる２段アクチュエータ機構部と、前記粗動アクチュエータ機構部および前記微動アクチュエータ機構部を制御する信号を生成する２段アクチュエータ制御部とを備えるディスク装置の２段アクチュエータ制御装置において、
   前記２段アクチュエータ制御部は、
   前記２段アクチュエータ機構部を用いてデータのリードやライトを可能にする２段サーボ制御部と、
   前記２段アクチュエータ機構部をあたかも前記粗動アクチュエータ機構部からなる１段アクチュエータかのように制御する粗動１段サーボ制御部と、
   前記２段サーボ制御部と前記粗動１段サーボ制御部とを切り替える１段／２段サーボ切替部と、
   微動アクチュエータ入出力特性の推定結果を保持した微動アクチュエータ入出力特性推定部と、
   この微動アクチュエータ入出力特性推定部に保持された前記微動アクチュエータ入出力特性に応じて、前記微動アクチュエータの制御信号のゲインを可変する可変ゲイン部とを具備し、
   データのリード動作あるいはライト動作を行なわない場合、あるいは、上位系からの命令があった場合に、前記１段／２段サーボ切替部によって前記粗動１段サーボ制御部に切り替えることにより、前記粗動アクチュエータ機構部のみによってヘッド位置決めを行う、
   ことを特徴とする２段アクチュエータ制御装置。
2. 前記２段アクチュエータ制御部は、データのリード動作あるいはライト動作を行なわない場合、あるいは、上位系からの命令があった場合に、前記微動アクチュエータ機構部への通電を停止する、
   ことを特徴とする請求項１記載の２段アクチュエータ制御装置。

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