JP4332535B2

JP4332535B2 - ヘッド位置決め制御方法及びヘッド位置決め制御装置

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Publication number: JP4332535B2
Application number: JP2006086354A
Authority: JP
Inventors: 和彦高石; 俊二斎藤
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1999-11-17
Filing date: 2006-03-27
Publication date: 2009-09-16
Anticipated expiration: 2020-10-20
Also published as: JP2006179185A

Description

本発明は、ディスク装置のヘッドを目標位置に位置決めする位置決め制御方法及び装置に関し、特に、シーク時間を短縮するための位置決め制御方法及び装置に関する。

ヘッドにより、ディスク記憶媒体を読み取るディスク装置は、広く利用されている。例えば、コンピュータの記憶装置として、利用されている磁気ディスクドライブは、磁気ディスクと、磁気ディスクを回転するスピンドルモータと、磁気ディスクをリード／ライトする磁気ヘッドと、磁気ディスクのトラックに磁気ヘッドを位置つけるＶＣＭアクチュエータとを備えている。このディスクドライブの記録密度が飛躍的に増大しており、磁気ディスクのトラック密度が増加している。このため、高精度の位置決めを高速に行うことが必要となる。

コンピュータから記録・再生コマンドを受けると、ディスクドライブは、磁気ヘッドを現在位置から目標位置に移動する。これをシーク動作という。このシーク動作は、コアース制御後、整定制御を経て、フォロイング制御に移行する動作である。

コアース制御は、目標位置への速度制御である。コアース制御は、速度制御、ＰＤ制御、又は定常バイアス推定を含まないオブザーバ制御等により構成されている。制御系の中に、積分要素（積分補償又はバイアス補償）が含まれない。コアース制御は、加速、定速、減速と、制御モードを切り替える。この加速モードは、電流を流し、速度を速くする制御である。定速モードは、電流を「０」または、事前に測定しておいたバイアス補正電流を流して、速度を一定速度に保つ制御である。減速モードは、電流を加速時とは反対方向に流し、速度を目標位置付近でゼロに近くする制御である。距離が小さい場合には、定速モードは含まれない。

フォロイング制御は、磁気ヘッドを目標位置に追従する制御である。フォロイング制御は、ＰＩＤ制御、ＰＩ×ＬｅａｄＬａｇ、定常バイアス推定を含むオブザーバ制御等で構成される。制御系の中に、積分要素（積分補償又はバイアス補償）が含まれることが特長である。整定制御は、コアース制御とフォロイング制御とのつなぎを行うための制御モードである。整定制御では、制御系に積分要素を含むことがある。

このシーク動作に要する時間、平均シークタイムは、２．５インチＨＤＤで１０数ミリ秒が要求されている。コアース制御に要する時間は、移動距離、パワーアンプの最大電流値により決定され、短縮は困難である。シークタイムを短縮するためには、整定制御に要する時間を短縮する必要がある。

この整定時間を短くするため、従来は、次の方法が提案されていた。

第１に、整定時間に影響するものとして、アクチュエータにかかる定常バイアス（外力）がある。即ち、アクチュエータには、定常バイアス（外力）が常に外部から与えられている。アクチュエータからヘッドの信号を取り出すには、ＦＰＣ（フレキシブルケーブル）が取り付けられている。このＦＰＣはバネ特性を示す。又、アクチュエータには、ディスクが回転することにより、発生する風が加わる。更に、アクチュエータのベアリングの摩擦やグリースの影響もある。このような要因によるアクチュエータにかかるバイアス値は、ヘッドの位置に応じて変化する。このバイアス値を補正しないと、整定時間が長くなる。

このため、従来は、各位置での平均的なバイアス値を事前に測定して、テーブルに格納しておき、テーブルから検出位置y(k)に応じたバイアステーブル値BiasTable(y[k]) を読み出し、指示電流値u(k)を補正するようにしていた（例えば、特許文献１、特許文献２）。

又、バイアス値は変動するため、このバイアス値のずれを、整定制御時に、推定して、指示電流値を補正する方法も知られている。このずれは、制御ループ内の積分器やバイアス推定器により補正される。オブザーバ制御系を用いた場合には、整定開始時に、オブザーバの初期値に、現在の位置と、速度を設定し、バイアス推定値に「０」を設定する方法が行われている。バイアス推定値を「０」に初期化しているのは、整定開始時に、バイアス値のずれが判らないため、「０」を設定したものであった。この方法では、電流出力は、状態フィードバック電流と、事前に測定したテーブルのバイアス値との和を出力するため、状態フィードバックの応答に従い、バイアス推定値も序々に収束するため、位置も目標位置へ収束する。

第２に、整定制御時のフィードバック応答特性を変化することにより、整定時間を短くすることも試みられている。例えば、整定制御時に、ループ内の積分器ゲインを「０」にする又は小さくする方法（例えば、特許文献３）や、整定制御時に、ループ内の積分器の出力にリミットを設ける方法（例えば、特許文献２）や、整定制御時に、ループ内のゲインを高くする方法（例えば、特許文献４、特許文献５）が知られている。

又、整定制御や短距離シークにおいて、フィードフォワード電流を流し、その位置ずれ分を目標軌道で修正するフィードフォワード制御を用いて、整定制御や短距離シークに要する時間を短縮することが提案されている（例えば、特許文献６、非特許文献１）。
特開平２−２３２８７５号公報特開平１１ー１６３０８号公報特開平１１ー２５６２３号公報特開平７ー１５３２１１号公報特開平１ー１３３２７２号公報特開平９−１３９０３２号公報文献「Fast Seek Control Taming Actuator Vibrations for Magnetic Disk Drives」（ＩＥＥＥ Intermag ９９）

しかしながら、従来技術では、次の問題があった。図５６は、定常バイアスの特性図である。

(1) 図５６に示すように、定常バイアス値は、ヘッドの位置に応じて変化するだけでなく、過去にどの場所にヘッドが位置していたかに応じて、同じトラック位置でも、そのバイアス値は異なる。即ち、図５６に示すように、ヒステリシス特性を持つ。このため、従来の、平均的なバイアス値を持つバイアステーブルを用いた方法では、バイアス値のずれが大きい。例えば、２．５インチのＨＤＤでは、１〜３ｍＡの誤差を生じる。その誤差は事前に推定できないため、補正は不可能であった。このため、整定制御に、フィードバック制御系において、このバイアス値のずれを補正する時間が必要となり、整定時間を短くできないという問題があった。

(2) 又、従来のバイアス推定器を用いる方法は、このバイアス値のずれを推定して、補正するものである。しかし、整定開始時のバイアス推定値が判らないため、バイアス推定値の初期値を「０」としている。このため、バイアス推定値が正しい値に収束するのに時間がかかる。又、この収束までの時間は、バイアス値がずれているため、そのずれ分を推定、補正しようとして、オーバーシュート又はアンダーシュートが生じる。このため、バイアス値が正しく推定できるまでに時間がかかるため、整定時間を短くできないという問題があった。

(3) 更に、従来の整定制御時の応答特性を変化する方法では、フィードバック制御系の動特性は改善されるが、位置誤差が大きくなり、位置オフセットを生じて、整定時間を短くできない。又、バイアス値のずれを補正することが必要となるため、整定時間を短くできないという問題があった。

(4)前述のフィードフォワード制御では、フィードフォワード開始時の速度を考慮せず、例えば、ゼロと仮定している。そして、速度誤差は、フィードバック制御で抑圧するという思想であった。ところが、トラック幅が狭くなり、微小な外部振動でも、速度の影響が無視できなくなった。速度誤差が大きい場合には、収束に時間がかかり、速度誤差を目標時間内に収めることが難しいという問題が生じる。この速度誤差の影響は、特に短距離シークにおいて、大きく、通常のフィードバック制御では、収束時間が２〜３ｍｓかかる。短距離シークは、例えば、1トラックシークで１ｍｓ以下が要求されるため、速度誤差の影響が大きいという問題があり、収束時間を短縮できないという問題があった。

本発明の目的は、シーク時間を短縮するためのヘッド位置決め制御方法及び装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、整定制御時にフィードフォワード制御して、整定時間を短くするためのヘッド位置決め制御方法及び装置を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、初期速度、初期位置に応じた目標軌道を与えて、高速なシーク動作を行うためのヘッド位置決め制御方法及び装置を提供することにある。

この目的の達成のため、本発明のデイスク装置のヘッド位置決め制御方法は、ヘッドをディスクの所定位置に位置決めするためのディスク装置のヘッド位置決め制御方法において、前記ヘッドの現在位置及び現在速度に基づき、整定時間を短縮するための位置軌道及びフィードフォワード電流を生成するステップと、前記ヘッドの現在位置と目標位置との位置誤差により制御量を算出するフィードバック制御系に、前記位置軌道とフィードフォワード電流とを供給するステップとを有し、前記供給ステップは、前記位置誤差を前記位置軌道で修正するステップと、前記修正された位置誤差から前記フィードバック制御系が算出する前記制御量に前記フィードフォワード電流を加えるステップとを有し、前記生成ステップは、単位位置軌道に前記現在位置を乗じて、前記位置軌道を生成するステップと、単位速度軌道に前記現在速度を乗じて、前記フィードフォワード電流を生成するステップとを有する。

本発明のヘッド位置決め制御装置は、アクチュエータを駆動して、ヘッドをディスクの所定位置に位置決めするためのディスク装置のヘッド位置決め制御装置において、前記ヘッドの現在位置を検出する検出手段と、前記アクチュエータを、前記検出位置に基づき、シーク制御する制御手段とを有し、前記制御手段は、前記ヘッドの現在位置及び現在速度に基づき、整定時間の短縮のための位置軌道及びフィードフォワード電流を生成し、前記ヘッドの現在位置と目標位置との位置誤差により制御量を算出するフィードバック制御系の前記位置誤差を前記位置軌道で修正し、前記修正されたフィードフォワード制御系が算出する前記制御量に前記フィードフォワード電流を加えるとともに、単位位置軌道に前記現在位置を乗じて、前記位置軌道を生成し、単位速度軌道に前記現在速度を乗じて、前記フィードフォワード電流を生成する。

本発明の位置決め制御方法では、好ましくは、前記生成ステップは、単位位置軌道に前記現在位置を乗じて、前記位置軌道を生成するステップと、単位速度軌道に前記現在速度を乗じて、前記フィードフォワード電流を生成するステップとからなる。

本発明の位置決め制御方法では、好ましくは、生成ステップは、前記位置誤差を前記位置軌道で修正するステップと、前記修正された位置誤差から前記フィードバック制御系が算出する前記制御量に前記フィードフォワード電流を加えるステップとからなることにより、有効な高速応答を実現できる。

更に、本発明の位置決め制御方法では、好ましくは、前記生成ステップは、比較的短距離のシーク時に、又は比較的長距離のシークにおける整定制御時に実行するステップである。

本発明では、短距離シーク時及び整定制御時等に、フィードフォワード制御するため、高速応答が可能となる。しかも、初期位置の他に、初期速度も軌道生成のパラメータとしているため、初期速度が異なっても、収束時間を短縮できるフィードフォワード制御が可能となる。

以下、本発明を、ディスク装置、位置決め制御系、位置決め制御処理、バイアス推定の実施例、他の実施の位置決め制御、別の実施の形態の位置決め制御、軌道生成方法、軌道制御の実施例、他の実施の形態に分けて、説明する。

［ディスク装置］
図１は、本発明の一実施の態様のディスク装置の上面図、図２は、そのディスク装置の断面図である。この例では、ディスク装置として、ハードディスク装置を例にしてある。

図１及び図２に示すように、磁気ディスク６は、基板（円板）に磁気記録層を設けて構成される。磁気ディスク６は、２．５インチの大きさであり、ドライブ内に、３枚設けられている。スピンドルモータ５は、磁気ディスク６を支持し、且つ回転する。磁気ヘッド４は、アクチュエータに設けられている。アクチュエータは、回転型ＶＣＭ（ボイスコイルモータ）３と、アーム８と、フレクチャー（サスペンション）９を有する。フレクチャー９の先端に、磁気ヘッド４が取り付けられている。

磁気ヘッド４は、磁気ディスク６のデータを読み取り、データを書き込む。アクチュエータ３は、磁気ヘッド４を磁気ディスク６の所望のトラックに位置付ける。アクチュエータ３及びスピンドルモータ５は、ドライブベース２に設けられる。カバー１は、ドライブベース２を覆い、ドライブ内部を外部から隔離する。プリント板７は、ドライブベース２の下に設けられ、ドライブの制御回路を搭載する。コネクタ１０は、ドライブベース２の下に設けられ、制御回路と外部とを接続する。

このドライブは、小型であり、横、９０ｍｍ、縦、６３ｍｍ、幅、１０ｍｍ程度である。従って、ノートパソコンの内蔵ディスクとして使用される。

図３は、プリント板７及びドライブ内に設けられた制御回路のブロック図である。ＨＤＣ（ハードディスクコントローラ）１８は、ホストＣＰＵの各種コマンドの授受、データの授受等のホストＣＰＵとのインターフェース制御及び磁気ディスク媒体上の記録再生フォーマットを制御するための磁気ディスク装置内部の制御信号の発生等を行う。バッファ１７は、ホストＣＰＵよりのライトデータの一時的な記憶及び磁気ディスク媒体よりのリードデータの一時的な記憶に使用される。

ＭＣＵ（マイクロコントローラ）１９は、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）、メモリ、ＤＡコンバータ、ＡＤコンバータ等で構成されている。ＭＣＵ（以下、ＭＰＵという）１９は、磁気ヘッドの位置決めのためのサーボ制御（位置決め制御）等を行う。ＭＰＵ１９は、メモリに記憶されたプログラムを実行して、サーボ復調回路１６よりの位置信号を認識し、位置決めのためのアクチュエータ３のＶＣＭ制御電流の制御値を計算する。更に、ＭＰＵ１９は、ＳＰＭ駆動回路１４の駆動電流の制御を行う。

ＶＣＭ駆動回路１３は、ＶＣＭ（ボイスコイルモータ）３に駆動電流を流すためのパワーアンプで構成される。ＳＰＭ駆動回路１４は、磁気ディスクを回転するスピンドルモータ（ＳＰＭ）５に駆動電流を流すためのパワーアンプで構成される。

リードチャネル１５は、記録再生を行うための回路である。リードチャネル１５は、ホストＣＰＵよりのライトデータを磁気ディスク媒体６に記録するための変調回路、パラレルシリアル変換回路、磁気ディスク媒体６よりデータを再生するための復調回路、シリアルパラレル変換回路等を有する。サーボ復調回路１６は、磁気ディスク媒体６に記録されたサーボパターンを復調する回路であり、ピークホールド回路、積分回路等を有し、ＭＰＵ１９に位置信号を出力する。

尚、図示されていないが、ドライブＨＤＡ内には、磁気ヘッド４に記録電流を供給するライトアンプと、磁気ヘッド４よりの再生電圧を増幅するプリアンプとを内蔵したヘッドＩＣが設けられている。

ここでは、ディスク装置として、磁気ディスク装置を例に説明しているが、ＤＶＤ、ＭＯ等の光ディスク装置等を用いても良く、リード／ライト可能な装置で示しているが、リードオンリーの装置（再生装置）を用いても良い。

［位置決め制御系］
次に、ＭＰＵ１９が実行する位置決め制御系について説明する。

図４は、シーク動作の遷移図、図５は、オブザーバのモデル図である。

図４に示すように、シーク動作は、コアース制御、整定制御、フォロイング制御と遷移する。コアース制御は、目標位置への速度制御である。コアース制御は、速度制御、ＰＤ制御、又は定常バイアス推定を含まないオブザーバ制御等により構成されている。制御系の中に、積分要素（積分補償又はバイアス補償）が含まれない。速度の単位は、ＳＩ単位系なら、メートル／ｓｅｃである。しかし、ディスク装置の場合、データを記録再生する単位が、トラックであるので、１サンプル当たりの移動トラック数、トラック／サンプルで表現される。

図４に示すように、コアース制御は、加速、定速、減速と、制御モードを切り替える。この加速モードは、電流を流し、速度を速くする制御である。定速モードは、電流を「０」またはバイアス補正値を加えるようにして、速度を一定速度に保つ制御である。減速モードは、電流を加速時とは反対方向に流し、速度を目標位置付近でゼロに近くする制御である。距離が小さい場合には、定速モードは含まれない。

フォロイング制御は、磁気ヘッドを目標位置に追従する制御である。フォロイング制御は、ＰＩＤ制御、ＰＩ×ＬｅａｄＬａｇ、定常バイアス推定を含むオブザーバ制御等で構成される。制御系の中に、積分要素（積分補償又はバイアス補償）が含まれることが特長である。目標位置の単位は、ＳＩ単位系なら、メートルである。しかし、ディスク装置の場合、データを記録再生する単位が、トラックであるので、トラック又はシリンタで表現される。

整定制御は、コアース制御とフォロイング制御とのつなぎを行うための制御モードである。整定制御では、制御系に積分要素を含む。

次に、本発明の位置決め制御に好適なオブザーバ制御を説明する。オブザーバ制御とは、状態フィードバック制御を実現するための制御対象モデルをシュミレーションする手段である。ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）のアクチュエータは、（１）式の伝達関数で表現される。

尚、ｙは位置、Ｂｌは力定数、ｍは質量、ｓはラプラス演算子、ｕは駆動電流値である。ここでは、回転型の応答を、直進型に変換して表現している。

この伝達関数表現を、状態方程式で表現すると、次の（２）式となる。

尚、ｘ、ｙは位置、ｖは速度である。

この式は、ＳＩ単位であり、位置はメートル、速度はｍ／ｓ、電流はＡである。しかし、実際の装置では、目標位置は、トラック単位であり、速度もサンプル周期を、Ｔ（ｓ）とした時に、トラック／サンプルという単位で表現したほうが都合が良い。更に、電流も出力をＤＡＣ（デジタルアナログコンバータ）に設定するため、最大電流を「１」に正規化するのが好都合である。このようにして、単位を変換すると、（２）式は、次の（３）式に変換される。但し、状態変数は、新たな単位に変換したものとする。

このアナログモデルを、離散系のデジタルモデルに変換すると、次の（４）式を得る。

尚、Ｋａ＝Ｂｌ／ｍである。

この式を基に、オブザーバ制御系を構成することができる。実際にオブザーバ制御を適用するには、次の（５）式の現在オブザーバの構成を用いる。

この式をモデル化したものが、図５のモデル図である。図５を基に、説明する。今回の推定位置x hat[k]、推定速度v hat[k]は、前回サンプル時に計算した今回の推定位置x bar[k]、推定速度v bar[k]と、観測位置（検出位置）y(k)と推定位置x bar[k]との差に、ゲインL を乗じたものとの加算から得る。指示電流値u(k)は、今回の推定位置x hat[k]、推定速度v hat[k]にゲインＦを乗じて得る。出力電流値u out(k)は、指示電流値u(k)に、バイアステーブル値BiasTable(y[k]) を加算して得る。

この指示電流値u(k)による次回のサンプル時の推定位置x bar[k ＋1]、推定速度v bar[k ＋1]を、今回の推定位置x hat[k]、推定速度v hat[k]と、指示電流値u(k)とから計算する。

バイアステーブル値BiasTable(y[k]) は、事前に測定された平均的なバイアス値であり、テーブルに格納されている。この制御系は、コアース制御で使用される。コアース制御でも、平均的なバイアス値が補正されるため、バイアスによる速度誤差は少ない。

次に、整定制御及びフォロイング制御で使用されるバイアス値の推定を含むオブザーバ制御系を説明する。アナログのプラントモデル（（３）式）に、定常バイアスのモデル、即ち、下記（６）式、を加速度の単位で加える。更に、離散化して、前述と同様に、現在オブザーバを構成すると、下記（７）式のオブザーバ制御系が得られる。

ｓＢ＝０（６）

この（７）式は、図５のモデル図に、バイアスＢを加速度で加えたものであり、モデル図としては、同一となる。

即ち、今回の推定位置x hat[k]、推定速度v hat[k]、推定バイアス値b hat[k]は、前回サンプル時に計算した今回の推定位置x bar[k]、推定速度v bar[k]、推定バイアス値b bar[k]と、観測位置（検出位置）y(k)と推定位置x bar[k]との差に、ゲインL を乗じたものとの加算から得る。指示電流値u(k)は、今回の推定位置x hat[k]、推定速度v hat[k]、推定バイアス値b hat[k]にゲインＦを乗じて得る。出力電流値u out(k)は、指示電流値u(k)に、バイアステーブル値BiasTable(y[k]) を加算して得る。

この指示電流値u(k)による次回のサンプル時の推定位置x bar[k ＋1]、推定速度v bar[k ＋1]、推定バイアス値b bar[k ＋1]を、今回の推定位置x hat[k]、推定速度v hat[k]、推定バイアス値b hat[k]と、指示電流値u(k)とから計算する。

このオブザーバ制御系の構成は、整定制御及びフォロイング制御で使用される。定常バイアスを推定して、補正するので、位置誤差のＤＣ成分は「０」となる。オブザーバゲイン（Ｌ１、Ｌ２）又は（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）、及び状態フィードバックゲイン（Ｆｘ、Ｆｖ）又は（Ｆｘ、Ｆｖ、Ｆｂ）は、最適制御理論又は極配置法により求める。

次に、本発明の整定制御を説明する。図６は、本発明の一実施の形態の整定制御のモデル図、図７及び図８は、定常バイアス推定を含まないオブザーバ制御系のバイアス値に対する応答のシュミレーション図、図９は、バイアスに対する実位置と推定位置とのずれの関係図、図１０は、バイアスに対する実速度と推定速度のずれ関係図である。

図６に示すように、オブザーバ２０に対し、初期バイアス推定器２１が設けられている。初期バイアス推定器２１を説明する。

整定制御の直前のコアース制御の減速モードでは、積分器（又はバイアス推定器）を含まない制御系を構成している。整定制御及びフォロイング制御では、積分器（又はバイアス推定器）を含む制御系を構成する。初期バイアス推定器２１は、整定開始時又は整定開始直前に、オブザーバ２０の観測位置x bar[k]と実際の位置y[k]との差分を求め、その位置誤差に、予定のゲインKxをかけて、初期バイアス値を計算し、初期バイアス値を、オブザーバ２０に設定する。更に、位置誤差にゲインＫｖをかけたものを、オブザーバ２０の推定速度v bar[k]に加えて、推定速度を補正する。尚、図６では、検出位置y[k]（絶対位置）から目標位置Yoを差し引いたものを、実位置（相対位置）y[k]としている。尚、検出位置y[k]は、前述の磁気ヘッド４の位置信号から得られる。

この原理を説明する。前述の積分器（又はバイアス推定器）を含まない制御系（コアース制御系）では、バイアス値が加わると、オブザーバの位置及び速度の推定値にずれが生じる。しかも、そのずれは、バイアス値に比例する。従って、位置誤差を求めれば、バイアス値が推定できる。

図７及び図８は、状態フィードバックの極を３３０Ｈｚとしたした時の定常バイアス推定を含まないオブザーバ制御系のバイアス値に対する応答をシミュレーションした図である。図７は、初期位置、初期速度が０とした時の、＋４ｍＡの定常バイアスを加えた時の、指示電流Ｕ（％）、位置Ｐ（トラック）、速度Ｖ（トラック／サンプル）、（実位置ｙ−観測位置ｘ）、（実速度ｖ−推定速度ｖｈａｔ）の時間応答を示す。図８は、初期位置がー３２トラック、初期速度が１０トラック／サンプルとした時の、＋４ｍＡの定常バイアスを加えた時の、指示電流Ｕ（％）、位置Ｐ（トラック）、速度Ｖ（トラック／サンプル）、位置誤差（実位置ｙ−観測位置ｘ）、速度誤差（実速度ｖ−推定速度ｖｈａｔ）の時間応答を示す。尚、図７及び図８において、位置Ｐ（トラック）、速度Ｖ（トラック／サンプル）に、２つの線があるのは、上側が推定位置又は推定速度、下側が実位置又は実速度である。

図７及び図８のどちらの図でも、実位置と推定位置との位置誤差、及び実速度と推定速度との速度誤差は、同じ応答を示す。又、１．５ｍｓ経過後は、一定値を示している。その値は、バイアス値が４ｍＡの時、位置誤差が、０．４７トラック、速度誤差は、０．４０トラック／サンプルである。

このバイアス値Biasと、位置誤差Position Offset 及び速度誤差Velocity Offset との関係をシュミレーションすると、図９のバイアス値Biasと、位置誤差Position Offset の関係、図１０のバイアス値Biasと、速度誤差Velocity Offset との関係が得られる。このように、バイアス値Biasに対し、推定位置のずれ（位置誤差Position Offset ）及び推定速度のずれ（速度誤差Velocity Offset ）は、比例の関係を示す。この事は、定常バイアス推定を含まないオブザーバ制御系では、実位置とオブザーバの推定位置との誤差が判れば、バイアス値を推定できることを示している。

従って、実位置とオブザーバの推定位置との誤差を、整定開始時に測定し、その誤差を基に、バイアス値を推定できる。バイアス値b bar[k]は、下記（８）式によりえることができる。

b bar[k]＝Kx・(y[k] ーx bar[k]) (8)
同じく、速度誤差分も補正できる。補正された推定速度v bar[k]は、下記（９）式により得ることができる。

v bar[k]＝v bar[k]＋Kv・(y[k] ーx bar[k]) (9)
尚、シーク方向に応じて、ゲインKx、Kvの符号を切り替える必要がある。

このバイアス推定値は、前述のように、定常バイアス推定を含まないオブザーバ制御系で得ることができる。このため、定常バイアス推定を含むオブザーバ制御が行われる整定制御の前に、即ち、整定開始時又は整定開始直前に、初期値として計算する。以降、この初期値を利用して、定常バイアス推定を含むオブザーバ制御により整定制御する。

このようにして、バイアス値を正確に推定できる。これにより、シーク時のバイアス値のバラツキに伴うシーク時間のバラツキを抑制できる。このため、平均シーク時間は短縮される。例えば、平均シーク時間が、２．５インチＨＤＤで１０ｍｓ程度とすることができる。

又、ここでは、オブザーバの推定位置を使用して、バイアス値を推定している。しかし、オブザーバの推定位置は、前の位置＋速度＋電流値で表現される。又、速度が十分小さい場合には、オブザーバの推定位置は、前の位置＋電流値で表現される。この式に従うと、オブザーバの推定位置を使用しなくても良い。即ち、前のサンプルの位置から次のサンプルの位置を推定する式のみ同様に計算しても良い。

次に、本発明では、整定時間を更に短縮するため、フィードフォワード制御を、整定制御時に使用している。即ち、バイアス値を推定するだけでは、応答が制御系の帯域又は状態フィードバックの極に依存しているため、整定時間の短縮に限りがある。例えば、状態フィードバックの極を５００Ｈｚに配置した場合に、収束は、１／５００＝２ｍｓかかる。

この応答を速くするため、フィードフォワード制御を、整定制御に導入する。このため、図６に示すように、軌道生成器２２を設けている。軌道生成器２２は、整定開始時の初期位置ｘ０と初期速度ｖ０に応じた目標軌道及びフィードフォワード電流（以下、ＦＦ電流という）を生成し、制御系に与えるものである。

この目標軌道及びフィードフォワード電流は、初期位置ｘ０と初期速度ｖ０に応じて、軌道及び電流を生成する必要がある。このための軌道及び電流は予め設計しておく。この制御では、電流アンプのカットオフ周波数の影響及びアクチュエータの共振の影響を考慮した設計を行う必要がある。

図１１は、軌道及びＦＦ電流を設計するためのブロック図、図１２は、アクチュエータの共振を抑止するＦＩＲフィルタの特性図、図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）は基本波の説明図、図１４乃至図１７は、設計軌道の説明図である。

先ず、目標位置に対する軌道は、次のようにして、設計する。図１１に示すように、共振周波数成分を除去するＦＩＲフィルタ５１を用意する。このＦＩＲフィルタ５１に基本波発生器５０から任意の波形を流して、ＦＦ電流を設計する。このようにして設計された電流波形は、共振の周波数成分が除去されている。

このＦＩＲフィルタ５１は、共振の周波数の零点をもつようにする。これにより、その零点の周波数成分がゼロ又は減衰する。そこで、このＦＩＲフィルタ５１を通して、任意の波形を与えれば、ＦＩＲフィルタ５１から出力される波形は、共振周波数付近のゲインが抑圧された波形となる。図１１に示すように、位置軌道は、ＦＩＲフィルタ５１を通した電流を、プラントモデル５２に与えて、得る。

図１２は、５．８ｋのアクチュエータ共振を抑止するＦＩＲフィルタ５１の周波数特性図である。ここでは、５．７ｋＨｚ及び５．９ｋＨｚに近接して２つの周波数に零点をおき、５．８ｋＨｚ付近の広い範囲の周波数成分の除去を狙ったものである。零点は、１つでもよいし、複数の異なる箇所に配置しても良い。

次に、軌道は、位置軌道と速度軌道の２つに分ける。即ち、初期位置が１トラックで、初期速度が０トラック／サンプルの場合の軌道（位置軌道）と、初期位置が０トラックで、初期速度が１トラック／サンプルの場合の軌道（速度軌道）とである。そして、初期位置がＸ０トラックで、初期速度がＶ０トラック／サンプルの場合の軌道は、２つの軌道に、Ｘ０とＶ０のゲインをかけて、合成する。このようにすると、任意の初期位置、初期速度に対する軌道を、１つの単位軌道の合成により得ることができる。

更に整定制御用の目標軌道の生成方法、アクチュエータの共振周波数成分を制御する軌道を生成する方法について説明する。

共振周波数をＦｒ（Ｈｚ）とおく。共振周波数に個体差、経年・温度変化がある場合には、平均的な値を採用する。この時に以下の式で求まる値を求める。ただし、サンプル周期をＴ（ｓ）とする。ただし、ここで述べるサンプル周期は電流を切りかえる時間間隔である。位置を検出する周期とは異なる場合がある。

ω＝２π・Ｆｒ
Ｓ²＋２ζωｓ＋ω²＝０
Ｚ₀＝ｅｘｐ（ｓＴ）
Ｚ０は共振周波数に対応したフィルタの零点を離散系で表現したものである。Ｚ０は１つではなく、２つ求まり、複素数である。ここでは、Ｚ０１，Ｚ０２と標記しておく。

このＺ０を零点として持つＦＩＲフィルタを考える。

F(z)=(1-Z₀₁Z^-1)(1-Z₀₂Z^-1)=1-(Z₀₁+Z₀₂)Z^-1+Z₀₁Z₀₂Z^-2
この特性はノッチフィルタと同等になる。図１２は５．７ｋＨｚおよび５．９ｋＨｚで、ζを０とおいて計４つの零点：Ｚ０を設計して、合成した（フィルタを直列接続した）ものである。このフィルタに基本波を流すと、フィルタの出力は、共振周波数成分が制御された波形を得ることができる。ここでは、基本波としては、図１３（Ａ）の矩形波を流すことにより、整定制御用の初期位置に対応した軌道生成（ＦＦ電流、位置軌道）を得る。また、同じ矩形波でも、図１３（Ｂ）の波形を流し、初期速度に対応した軌道生成（ＦＦ電流、位置軌道）を得る。

位置軌道の設計は、移動後に位置が初期位置だけ移動し、電流及び速度がゼロになる軌道を設計することにより得られる。又、初期速度に対する軌道の設計は、速度がゼロ、位置もゼロになる軌道を設計すれば良い。

即ち、位置に対する軌道は、適当な電流を流し、軌道を設計する。電流値を移動距離で除算することにより、距離１トラックに対する電流を設計できる。図１４に示すように、初期速度がゼロで、１トラック移動するための電流、速度、位置の軌道をシミュレーションにより得る。

次に、一定速度を与える電流を設計する。電流を流し終えた後は、一定速度を維持する。その一定速度で距離を除算することにより、１トラック／サンプルを与える軌道が求まる。図１５は、１トラック／サンプルの速度を得るための電流、速度、位置の軌道を示す。

次に、初期条件を、０トラック、１トラック／サンプルとした時に、マイナス方向に、前記軌道を与えた時の到達位置を求める。図１６は、初期位置が０で、初期速度が１トラック／サンプルの状態から、速度を０にするための電流、速度、位置の軌道を示す。この到達位置を０にするように、前記位置軌道を加えることにより、初期位置が０トラックで、初期速度が１トラック／サンプルで、終了後に、０トラック、０トラック／サンプルとなる軌道を設計できる。図１７は、初期位置が０トラックで、初期速度が１トラック／サンプルで、終了後に、０トラック、０トラック／サンプルとなる軌道（電流、速度、位置値）を示す。

このようにして、初期条件が、１トラックで、初期速度が０トラック／サンプルで、終了条件が、０トラック、０トラック／サンプルとなる軌道と、初期条件が、０トラックで、初期速度が１トラック／サンプルで、終了条件が、０トラック、０トラック／サンプルとなる軌道との２つの軌道を設計できる。

図６は、図で示した軌道の内、電流と位置を制御系に与える例を、示している。即ち、軌道生成器２２は、電流の軌道と、目標位置の軌道を持つ。このため、電流の単位軌道発生器３６、３８と、目標位置の単位軌道発生器３０、３１とを設ける。そして、クロック源により、目標位置の単位軌道発生器３０、３１を駆動し、乗算器３２、３３及び加算器３４により、整定開始時の初期位置Ｘ０及び初期速度Ｖ０に比例した、目標位置軌道を生成する。この目標位置軌道は、目標値として、オブザーバ２０の前段の加算器２３に与えられ、検出位置との差をとり、オブザーバ２０に観測位置として入力される。

同様に、クロック源により、電流の単位軌道発生器３６、３８を駆動し、乗算器３７、３９及び加算器４０により、整定開始時の初期位置Ｘ０及び初期速度Ｖ０に比例した、目標電流軌道を生成する。この目標電流軌道は、フィードフォワード電流として、オブザーバ２０の出力段の加算器２４に与えられる。

このようにして、整定制御時に、フィードフォワード制御するため、高速応答が可能となる。又、軌道設計時に、電流アンプの特性を含め、且つ共振の影響も考慮するため、フィードフォワード制御しても、高速応答が可能となる。

［位置決め制御処理］
次に、ＭＰＵ１９が実行して、好適なプログラムによる位置決め制御処理を説明する。図１８は、位置決め制御のタスクの制御フロー図、図１９は、そのコアース制御処理フロー図、図２０は、その整定制御処理フロー図、図２１は、そのフォローイング制御フロー図である。

先ず、図１８により、位置決め制御処理を説明する。

（Ｓ１）オントラック開始コマンドを受けると、このタスク処理を実行する。先ず、目標値ｙ０が変化したかを判定する。

（Ｓ２）目標値ｙ０が変化していない場合には、フォローイング制御（図２０にて後述する）を実行して、ステップＳ１に戻る。

（Ｓ３）目標値ｙ０が変化した場合には、目標値ｙ０までの距離が、４トラック以下かを判定する。

（Ｓ４）目標値ｙ０までの距離が、４トラック以下でない場合は、コアース制御（図１９にて後述する）を実行して、ステップＳ３に戻る。

（Ｓ５）目標値ｙ０までの距離が、４トラック以下であると、所定の整定条件を満足しているかを判定する。所定の整定条件を満足している場合には、ステップＳ２のフォロイング制御に移行する。この判定条件については、図２０の整定制御で説明する。

（Ｓ６）所定の整定条件を満足していない場合には、整定制御（図２０にて後述する）を実行して、ステップＳ５に戻る。

従って、シーク処理においては、コアース制御し、距離が４トラック以内になると、整定制御に移行し、整定条件を満足すると、フォロイング制御に移行する。

次に、図１９によりコアース制御を説明する。このコアース制御は、オブザーバーを使用した速度制御である。

（Ｓ１０）今回の推定位置x bar[k]を、距離(y[k]−y0) に初期化する。尚、y[k]は、ヘッド４から得た検出位置（現在位置）であり、y0は、目標位置である。

（Ｓ１１）距離(y[k]−y0) に応じた目標速度vobj[k] を、図４で示したコアース制御の速度カーブに従い、計算する。

（Ｓ１２）そして、今回の推定位置x hat[k]、推定速度v hat[k]を、前回サンプル時に計算した今回の推定位置x bar[k]、推定速度v bar[k]と、観測位置（検出位置）y(k)と推定位置x bar[k]との差に、ゲインL を乗じたものとの加算から得る。下記に計算式を示す。

x hat[k]＝x bar[k]＋L4(y[k] −x bar[k])
v hat[k]＝v bar[k]＋L5(y[k] −x bar[k])
（Ｓ１３）指示電流値u[k]を、今回の推定速度v hat[k]と目標速度vobj[k] との差（速度誤差）にゲインＦを乗じて得る。出力電流値u out(k)は、指示電流値u(k)に、バイアステーブル値BiasTable(y[k]) を加算して得る。下記に計算式を示す。

u[k]＝−F4（v hat[k]−vobj[k])
u out[k]＝u(k)＋BiasTable(y[k])
（Ｓ１４）この指示電流値u(k)による次回のサンプル時の推定位置x bar[k ＋1]、推定速度v bar[k ＋1]を、今回の推定位置x hat[k]、推定速度v hat[k]と、指示電流値u(k)とから計算する。計算式を下記に示す。

x bar[k ＋1]＝x hat[k]＋v hat[k]＋Am/2・u(k)
v bar[k ＋1]＝v hat[k]＋Am・u(k)
（Ｓ１５）距離(y[k] −y0) が、４トラック以下かを判定する。距離(y[k] −y0) が、４トラック以下なら、整定制御に移行する。尚、理解の容易のために、図１７の移行条件を重複して記載してある。

（Ｓ１６）距離(y[k]−y0) が、４トラック以下でないなら、次のサンプルまで待ち、ステップＳ１１に戻る。

このようにして、コアース制御する。

次に、図２０により整定制御を説明する。この整定制御は、定常バイアスを推定するオブザーバー制御である。

（Ｓ２０）整定開始時に初期値を設定する。先ず、推定速度v bar[k]を、現在速度V0に設定する。この時、前述したように、観測位置y[k]と推定位置x bar[k]との差により、補正する。即ち、前述の（９）式により、推定速度v bar[k]の初期値を得る。

v bar[k]＝v bar[k]＋Kv・(y[k]−x bar[k]) (9)
又、実位置とオブザーバの推定位置との誤差を基に、前述の（８）式により、バイアス値の初期値を計算する。

b bar[k]＝Kx・(y[k] −x bar[k]) (8)
更に、推定位置x bar[k]を、現在位置Ｘ０（＝y[k]）に設定する。次に、前述のフィードフォワード期間を示すカウント値Count を「１」に初期化する。

（Ｓ２１）カウント値Count が「Ｎ」（フィードフォワード終了値）を越えているかを判定する。

（Ｓ２２）カウント値Count が「Ｎ」を越えていない場合には、軌道テーブル（図６のブロック３０、３１）からカウント値Count に応じた単位軌道値PxTable[Count]、PvTable[Count]を読み出し、初期位置X0、初期速度V0に応じた軌道値Prefを、下記式により計算する。

Pref＝X0・PxTable[Count]＋V0・PvTable[Count]
又、電流テーブル（図６のブロック３６、３８）からカウント値Count に応じた単位電流値UxTable[Count]、UvTable[Count]を読み出し、初期位置X0、初期速度V0に応じた電流値Uff を、下記式により計算する。

Uff ＝X0・UxTable[Count]＋V0・UvTable[Count]
更に、カウント値Count を「１」インクリメントする。

（Ｓ２３）逆に、カウント値Count が「Ｎ」を越えている場合には、フィードフォワード期間が終了したため、軌道値Pref、電流値Uff に「０」を設定する。

（Ｓ２４）そして、今回の推定位置x hat[k]、推定速度v hat[k]、推定バイアス値b hat[k]を、前回サンプル時に計算した今回の推定位置x bar[k]、推定速度v bar[k]、推定バイアス値b bar[k]と、観測位置（検出位置）y(k)と推定位置x bar[k]と軌道値Prefの差に、ゲインL を乗じたものとの加算から得る。下記に計算式を示す。

x hat[k]＝x bar[k]＋L1(y[k] −x bar[k]−Pref)
v hat[k]＝v bar[k]＋L2(y[k] −x bar[k]−Pref)
b hat[k]＝b bar[k]＋L3(y[k] −x bar[k]−Pref)
（Ｓ２５）指示電流値u[k]を、今回の推定位置x hat[k]、推定速度v hat[k]、推定バイアス値b hat[k]にゲインＦを乗じて得る。更に、出力電流値u out(k)は、指示電流値u(k)に、バイアステーブル値BiasTable(y[k]) とＦＦ電流値Uff とを加算して得る。下記に計算式を示す。

u[k]＝−F1・x hat[k]−F2・v hat[k]−F3・b hat[k]
u out[k]＝u(k)＋BiasTable(y[k]) ＋Uff
（Ｓ２６）この指示電流値u(k)による次回のサンプル時の推定位置x bar[k ＋1]、推定速度v bar[k ＋1]、推定バイアス値b bar[k ＋1]を、今回の推定位置x hat[k]、推定速度v hat[k]と、推定バイアス値b hat[k]と、指示電流値u(k)とから計算する。計算式を下記に示す。

x bar[k ＋1]＝x hat[k]＋v hat[k]＋b hat[k]＋Ka/2・u(k)
v bar[k ＋1]＝v hat[k]＋2 ・b hat[k]＋Ka・u(k)
b bar[k ＋1]＝b hat[k]
（Ｓ２７）整定完了かを判定する。例えば、距離(y[k]−y0) が、０．１トラック以内の状態になったら（リード時）、又は０．１トラック以内の状態が所定サンプル続いたら（ライト時）、整定完了と判断する。整定完了なら、整定完了を通知（リード／ライトを許可）して、終了する。即ち、図１７のフォロイング制御に移行する。尚、理解の容易のために、図１７の移行条件を重複して記載してある。整定完了でない場合には、ステップＳ２１に戻る。このようにして、整定制御する。

次に、図２１によりフォロイング制御を説明する。このフォロイング制御は、定常バイアスを推定するオブザーバー制御である。

（Ｓ３０）先ず、今回の推定位置x hat[k]、推定速度v hat[k]、推定バイアス値b hat[k]を、前回サンプル時に計算した今回の推定位置x bar[k]、推定速度v bar[k]、推定バイアス値b bar[k]と、観測位置（検出位置）y(k)と推定位置x bar[k]の差に、ゲインL を乗じたものとの加算から得る。下記に計算式を示す。

x hat[k]＝x bar[k]＋L1(y[k] −x bar[k])
v hat[k]＝v bar[k]＋L2(y[k] −x bar[k])
b hat[k]＝b bar[k]＋L3(y[k] −x bar[k])
（Ｓ３１）指示電流値u[k]を、今回の推定位置x hat[k]、推定速度v hat[k]、推定バイアス値b hat[k]にゲインＦを乗じて得る。更に、出力電流値u out(k)は、指示電流値u(k)に、バイアステーブル値BiasTable(y[k]) とを加算して得る。下記に計算式を示す。

u[k]＝−F1・x hat[k]−F2・v hat[k]−F3・b hat[k]
u out[k]＝u(k)＋BiasTable(y[k])
（Ｓ３２）この指示電流値u(k)による次回のサンプル時の推定位置x bar[k ＋1]、推定速度v bar[k ＋1]、推定バイアス値b bar[k ＋1]を、今回の推定位置x hat[k]、推定速度v hat[k]と、推定バイアス値b hat[k]と、指示電流値u(k)とから計算する。計算式を下記に示す。

x bar[k ＋1]＝x hat[k]＋v hat[k]＋b hat[k]＋Ka/2・u(k)
v bar[k ＋1]＝v hat[k]＋2 ・b hat[k]＋Ka・u(k)
b bar[k ＋1]＝b hat[k]
（Ｓ３３）そして、次のサンプルを待ち、ステップＳ３０に戻る。

このようにして、フォロイング制御が行われる。又、フォロイング制御の各ステップは、整定制御のステップＳ２４〜２６と同一の内容であるため、共通のフローとすることもできる。

［バイアス推定の実施例］
次に、実験結果を示す。図２２、図２３は、従来の整定制御（バイアス初期値を「０」に設定したオブザーバ制御）の応答波形を示し、図２４、図２５は、本発明による整定制御の応答波形を示す。

図２２は、従来の整定制御の電流、観測位置、制御モードを示し、図２３は、従来の整定制御のバイアス推定値、制御モードを示す。図２２から判るように、整定時の位置の収束に、４ｍｓ程度かかる。この原因としては、図２３に示すように、バイアス推定値の収束に、３ｍｓ程度かかっているためである。このように、位置の収束時間が長くなるのは、バイアス推定値が整定開始時に、正しい値を示さないためである。

図２４は、本発明による整定制御のバイアス推定値、制御モードを示し、図２５は、本発明による整定制御の電流、観測位置、制御モードを示す。図２４から判るように、整定開始時から、正しいバイアス値を示している。又、このバイアス値は、整定開始直後から殆ど変動せず、一定の値を示している。更に、図２５に示すように、整定開始から４サンプルの間、初期位置及び初期速度に応じたＦＦ電流と目標位置軌道を与えている。このため、目標位置に高速に到達している。この例では、２．５ｍｓで整定している。尚、図２２の従来例では、４ｍｓかかっている。平均シーク時間が、例えば、１０ｍｓであると、この１．５ｍｓの改善は、大きい。

次に、２．５インチのＨＤＤにおいて、１万回のシークを行った時の整定時間のバラツキを実験した。図２６は、従来の整定制御の整定時間のヒストグラム、図２７は、本発明の整定制御の整定時間のヒストグラムである。尚、距離は、１０２４トラックである。シーク制御の方式、条件は、同一として、整定制御のみを変えたものである。

図２６に示すように、従来の整定制御の整定時間は、バラツキがある。このため、平均値も３．１ｍｓと長い。図２７に示すように、従来の整定制御の整定時間は、バラツキが少なく、平均値は、２．５ｍｓとなった。平均値で、０．６ｍｓもの時間が短縮できた。更に、バラツキも少ない。

［他の実施の形態の位置決め制御］
図２８は、本発明の他の実施の形態の位置決め制御系のモデル図である。この実施の形態では、コアース制御に速度制御を用い、整定制御、フォロイング制御に、ＰＩＤ制御を用いるものである。

コアース制御では、位置差分による速度生成を行う。即ち、実速度v[k]を、次の式により得る。

v[k]＝y[k]−y[k −1]
又、目標位置y0までの残り距離(y[k]−y0) で、速度テーブルを参照して、目標速度VelTable(y[k] −y0) を生成し、速度誤差をフィードバックして、電流指示値u[k]を得て、出力電流値u out[k]を得る。

u[k]＝−F ・(v[k] −VelTable(y[k]−y0))
u out[k]＝u[k]＋BiasTable(y[k])
この時、次のサンプルでの位置y hat[k ＋1]を推定する。

y hat[k ＋1]＝y[k]＋v[k]＋Am/2・u[k]
整定制御時には、ＰＩＤレギュレータを使用する。即ち、次の式により、位置、微分、積分の各成分を求めて、ゲインをかけて、電流を生成する。

x[k]＝y[k]−y0
v[k]＝x[k]−x[k−1]
xi[k] ＝xi[k−1]＋x[k]
u[k]＝−Fp・x[k]−Fi・xi[k]−Fv・v[k]
整定開始時に、前述の(8) 式により、バイアス値b[k]を推定し、ＰＩＤレギレータの積分項の初期値にセットする。

このように、オブザーバーを使用しない制御系にも適用できる。

更に、本発明の別の実施の形態を説明する。図２９は、本発明の別の実施の形態のモデル図である。

図６の制御系において、ＦＦ制御の変形例を示し、図６と同一のものは同一の記号で示してある。先ず、図６のモデル（軌道生成器）２２は、位置x[k]、速度v[k]、電流u[k]の３つを計算する。このモデル２２の構成は基本的に図６のものと同一であるが、ただし、速度v[k]も生成するのが異なる。この時に、図のようにフィードバック系を構成する。まず、差分器２６で目標軌道生成器２２の（位置、速度）x[k]，v[k]とオブザーバ２０，２１の位置、速度とを各々差分をとり、フィードバックゲイン（−Ｆ）をかけて、軌道からのずれに対するフィードバック電流を生成する。加算器２４で、これに、ＦＦ電流u[k]を加える。

図３０は、本発明の更に別の実施の形態のモデル図であり、図２９の変形例を示す。

モデル２２の目標位置x[k]と目標速度v[k]にフィードバックゲイン（Ｆ）をかけてから、電流として系に加える。即ち、加算器２５により、ＦＦ電流u[k]とこの電流とを加算し、加算器２４に加える。このようにすれば、電流値のみをテーブルとして保存すればよくなる。即ち、初期位置に対するＦＦ電流と初期速度に対するＦＦ電流の２つである。目標位置軌道を持つ必要がなくなる。

［別の実施の形態の位置決め制御］
次に、図６で説明した軌道制御を更に詳細に説明する。図３１は、本発明の別の実施の形態の位置決め制御系のブロック図、図３２は、図３１の長距離シーク制御（コアース制御）のブロック図、図３３は、図３１の追従制御のブロック図、図３４は、図３１の短距離／整定制御のブロック図、図３５は、図３１の軌道テーブルの構成図である。

図３１に示すように、位置決め制御系は、制御信号生成器４４と、長距離シーク制御部４３と、短距離シーク／整定制御部４１と、追従制御部４２と、切り替え器４５と、バイアステーブル４６と、加算器２４と有する。

制御信号生成器４４及び切り替え器４５は、基本的に、図１８で説明したタスク制御と同一の制御を行うブロックである。即ち、オントラック開始コマンドを受けると、目標値ｙ０が変化していない場合には、フォローイング制御４２を指定し、目標値ｙ０が変化した時点で、目標値ｙ０までの距離が、１６トラック以下かを判定する。そして、目標値ｙ０までの距離が、１６トラック以下でない場合は、長距離シーク制御（コアース制御）４３（図１９）を指定する。

オントラック開始コマンドを受けた時点で、目標値ｙ０までの距離が、１６トラック以下なら、短距離シーク制御４１を指定する。長距離シーク制御４３を指定し、且つ目標値ｙ０までの距離が、４トラック以下となり、所定の整定条件を満足している場合には、フォロイング制御４２に移行する。また、所定の整定条件を満足していない場合には、整定制御４１（図２０）を実行する。

従って、シーク処理においては、長距離シーク（ここでは、１６トラック以上のシーク）では、コアース制御し、距離が４トラック以内になると、整定制御に移行し、整定条件を満足すると、フォロイング制御に移行する。又、短距離シーク（ここでは、１６トラック以下のシーク）では、整定制御と同様の制御を行い、整定条件を満足すると、フォロイング制御に移行する。

この切り替え器４５からの指令電流は、現在位置でアクセスされるバイアステーブル値を格納するバイアステーブル４６のバイアステーブル値を加算器２４で加算され、アクチュエータのアンプに出力される。

次に、図３２により長距離シーク（コアース）制御を説明する。このコアース制御は、図１９のオブザーバー２０を使用した速度制御をブロックで示したものであり、動作は同一である。

即ち、オブザーバ２０は、今回の推定位置x bar[k]を、加算器２３からの距離(y[k]−y0) に初期化する。尚、y[k]は、ヘッド４から得た検出位置（現在位置）であり、y0は、目標位置である。目標速度生成器２５は、距離(y[k]−y0) に応じた目標速度vobj[k] を、図４で示したコアース制御の速度カーブに従い、計算する。

そして、オブザーバ２０は、今回の推定位置x hat[k]、推定速度v hat[k]を、前回サンプル時に計算した今回の推定位置x bar[k]、推定速度v bar[k]と、観測位置（検出位置）y(k)と推定位置x bar[k]との差に、ゲインL を乗じたものとの加算から得る。下記に計算式を示す。

x hat[k]＝x bar[k]＋L4(y[k] −x bar[k])
v hat[k]＝v bar[k]＋L5(y[k] −x bar[k])
更に、加算器２６で、指示電流値u[k]を、今回の推定速度v hat[k]と目標速度vobj[k] との差（速度誤差）にゲインＦを乗じて得る。出力電流値u out(k)は、指示電流値u(k)に、前述の図３１のバイアステーブル値BiasTable(y[k]) を加算して得る。下記に計算式を示す。

u[k]＝−F4（v hat[k]−vobj[k])
u out[k]＝u(k)＋BiasTable(y[k])
又、オブザーバ２０では、この指示電流値u(k)による次回のサンプル時の推定位置x bar[k ＋1]、推定速度v bar[k ＋1]を、今回の推定位置x hat[k]、推定速度v hat[k]と、指示電流値u(k)とから計算する。計算式を下記に示す。

x bar[k ＋1]＝x hat[k]＋v hat[k]＋Am/2・u(k)
v bar[k ＋1]＝v hat[k]＋Am・u(k)
尚、制御信号生成器４４が、前述のように、距離(y[k] −y0) が、４トラック以下かを判定し、距離(y[k] −y0) が、４トラック以下なら、長距離シーク制御を終了し、整定制御に移行する。又、距離(y[k]−y0) が、４トラック以下でないなら、次のサンプルまで待ち、動作を繰り返す。

次に、図３３によりフォロイング制御４２を説明する。このフォロイング制御は、図２１で説明した定常バイアスを推定するオブザーバー制御をブロック化したものである。

即ち、オブザーバ２０は、先ず、今回の推定位置x hat[k]、推定速度v hat[k]、推定バイアス値b hat[k]を、前回サンプル時に計算した今回の推定位置x bar[k]、推定速度v bar[k]、推定バイアス値b bar[k]と、観測位置（検出位置）y(k)と推定位置x bar[k]の差（加算器２３の出力）に、ゲインL を乗じたものとの加算から得る。下記に計算式を示す。

x hat[k]＝x bar[k]＋L1(y[k] −x bar[k])
v hat[k]＝v bar[k]＋L2(y[k] −x bar[k])
b hat[k]＝b bar[k]＋L3(y[k] −x bar[k])
次に、指示電流値u[k]を、今回の推定位置x hat[k]、推定速度v hat[k]、推定バイアス値b hat[k]にゲインＦを乗じて得る。更に、出力電流値u out(k)は、指示電流値u(k)に、前述の図３１のように、バイアステーブル値BiasTable(y[k]) とを加算して得る。下記に計算式を示す。

u[k]＝−F1・x hat[k]−F2・v hat[k]−F3・b hat[k]
u out[k]＝u(k)＋BiasTable(y[k])
オブザーバ２０は、この指示電流値u(k)による次回のサンプル時の推定位置x bar[k ＋1]、推定速度v bar[k ＋1]、推定バイアス値b bar[k ＋1]を、今回の推定位置x hat[k]、推定速度v hat[k]と、推定バイアス値b hat[k]と、指示電流値u(k)とから計算する。計算式を下記に示す。

x bar[k ＋1]＝x hat[k]＋v hat[k]＋b hat[k]＋Ka/2・u(k)
v bar[k ＋1]＝v hat[k]＋2 ・b hat[k]＋Ka・u(k)
b bar[k ＋1]＝b hat[k]
これを繰り返す。

次に、図３４、図３５により短距離シーク／整定制御を説明する。この制御は、基本的に、図６及び図２０で説明して定常バイアスを推定するオブザーバー制御である。ただし、短距離シーク用のテーブルを追加してある。即ち、軌道テーブルは、整定制御用軌道テーブル６０と、Ｎ個（ここでは、４個）の短距離シーク用軌道テーブル６０−１〜６０−４からなる。

各軌道テーブル６０、６１−１〜６１−４には、図６で説明した軌道テーブル３０、３１、電流テーブル３６、３８が、制御モード及びシーク距離に応じて設けられている。切り替え器６４は、制御信号生成部４４からの制御信号（整定モード、短距離シークモード１、２、３、４）に応じて、軌道テーブル６０、６１−１〜６１−４を選択し、分配器６２は、選択した軌道テーブルの４つの出力を各乗算器３２、３３、３７、３９に分配する。

即ち、図３４は、軌道の内、電流と位置を制御系に与える例を、示している。即ち、軌道生成器２２は、電流の軌道と、目標位置の軌道を持つ。このため、各軌道テーブル６０、６１−１〜６１−４は、電流の単位軌道発生器３６、３８と、目標位置の単位軌道発生器３０、３１とを設ける。そして、クロック源により、目標位置の単位軌道発生器３０、３１を駆動し、乗算器３２、３３及び加算器３４により、整定開始時の初期位置Ｘ０及び初期速度Ｖ０に比例した、目標位置軌道を生成する。この目標位置軌道は、目標値として、オブザーバ２０の前段の加算器２３に与えられ、検出位置との差をとり、オブザーバ２０に観測位置として入力される。

このようにして、短距離シーク時及び整定制御時に、フィードフォワード制御するため、高速応答が可能となる。初期位置の他に初期速度もパラメータとしているため、初期速度が異なっても、収束時間を短縮できるフィードフォワード制御が可能となる。又、軌道設計時に、電流アンプの特性を含め、且つ共振の影響も考慮するため、フィードフォワード制御しても、高速応答が可能となる。

後述するように、単位軌道は、収束時間が最小となるように設計され、整定制御、短距離シークの距離により異なる。この例では、短距離シークを、１（０〜４トラック）、２（５〜８トラック）、３（９〜１２トラック）、４（１３〜１６トラック）の４種類に分割し、各々軌道テーブル６１−１〜６１−４を設けている。

この動作を説明する。短距離シーク開始時及び整定制御開始時に、初期値を設定する。先ず、バイアス推定器２１は、推定速度v bar[k]を、現在速度V0に設定する。この時、前述したように、観測位置y[k]と推定位置x bar[k]との差により、補正する。即ち、前述の（９）式により、推定速度v bar[k]の初期値を得る。

v bar[k]＝v bar[k]＋Kv・(y[k]−x bar[k]) (9)
又、バイアス推定器２１は、実位置とオブザーバ２０の推定位置との誤差を基に、前述の（８）式により、バイアス値の初期値を計算する。

b bar[k]＝Kx・(y[k] −x bar[k]) (8)
更に、オブザーバ２０は、推定位置x bar[k]を、現在位置Ｘ０（＝y[k]）に設定する。これら初期位置及び初期速度は、保持器２１に保持される。次に、前述のフィードフォワード期間を示すカウント値Count を「１」に初期化する。

カウント値Count が「Ｎ」（フィードフォワード終了値）を越えているかを判定する。カウント値Count が「Ｎ」を越えていない場合には、シークモード及び短距離シークの距離に応じてセレクタ６４で選択された軌道テーブル６０、６０−１〜６０−４（図６のブロック３０、３１）から、カウント値Count に応じた単位軌道値PxTable[Count]、PvTable[Count]を読み出し、初期位置X0、初期速度V0に応じた軌道値（目標位置）Prefを、乗算器３２、３３、加算器３４で下記式により計算する。

Pref＝X0・PxTable[Count]＋V0・PvTable[Count]
又、シークモード及び短距離シークの距離に応じてセレクタ６４で選択された軌道テーブル６０、６０−１〜６０−４（電流テーブル（図６のブロック３６、３８））からカウント値Count に応じた単位電流値UxTable[Count]、UvTable[Count]を読み出し、初期位置X0、初期速度V0に応じた電流値Uff を、乗算器３７、３９、加算器４０で下記式により計算する。

Uff ＝X0・UxTable[Count]＋V0・UvTable[Count]
更に、カウント値Count を「１」インクリメントする。逆に、カウント値Count が「Ｎ」を越えている場合には、フィードフォワード期間が終了したため、軌道値Pref、電流値Uff に「０」を設定する。

そして、オブザーバ２０は、今回の推定位置x hat[k]、推定速度v hat[k]、推定バイアス値b hat[k]を、前回サンプル時に計算した今回の推定位置x bar[k]、推定速度v bar[k]、推定バイアス値b bar[k]と、観測位置（検出位置）y(k)と推定位置x bar[k]と軌道値Prefの差に、ゲインL を乗じたものとの加算から得る。下記に計算式を示す。

x hat[k]＝x bar[k]＋L1(y[k] −x bar[k]−Pref)
v hat[k]＝v bar[k]＋L2(y[k] −x bar[k]−Pref)
b hat[k]＝b bar[k]＋L3(y[k] −x bar[k]−Pref)
更に、指示電流値u[k]を、今回の推定位置x hat[k]、推定速度v hat[k]、推定バイアス値b hat[k]にゲインＦを乗じて得る。更に、出力電流値u out(k)は、指示電流値u(k)に、図３１のバイアステーブル値BiasTable(y[k]) とＦＦ電流値Uff とを加算器２４で加算して得る。下記に計算式を示す。

u[k]＝−F1・x hat[k]−F2・v hat[k]−F3・b hat[k]
u out[k]＝u(k)＋BiasTable(y[k]) ＋Uff
オブザーバ２０は、この指示電流値u(k)による次回のサンプル時の推定位置x bar[k ＋1]、推定速度v bar[k ＋1]、推定バイアス値b bar[k ＋1]を、今回の推定位置x hat[k]、推定速度v hat[k]と、推定バイアス値b hat[k]と、指示電流値u(k)とから計算する。計算式を下記に示す。

x bar[k ＋1]＝x hat[k]＋v hat[k]＋b hat[k]＋Ka/2・u(k)
v bar[k ＋1]＝v hat[k]＋2 ・b hat[k]＋Ka・u(k)
b bar[k ＋1]＝b hat[k]
制御信号生成部４４は、整定完了かを判定する。例えば、距離(y[k]−y0) が、０．１トラック以内の状態になったら（リード時）、又は０．１トラック以内の状態が所定サンプル続いたら（ライト時）、整定完了と判断する。整定完了なら、整定完了を通知（リード／ライトを許可）して、終了する。即ち、図１７のフォロイング制御に移行する。

このオブザーバ２０の初期バイアス推定器２１は、前述と同様である。即ち、初期バイアス推定器２１は、短距離シーク開始時、整定開始時又は整定開始直前に、オブザーバ２０の観測位置x bar[k]と実際の位置y[k]との差分を求め、その位置誤差に、予定のゲインKxをかけて、初期バイアス値を計算し、初期バイアス値を、オブザーバ２０に設定する。更に、位置誤差にゲインＫｖをかけたものを、オブザーバ２０の推定速度v bar[k]に加えて、推定速度を補正する。尚、図６では、検出位置y[k]（絶対位置）から目標位置Yoを差し引いたものを、実位置（相対位置）y[k]としている。尚、検出位置y[k]は、前述の磁気ヘッド４の位置信号から得られる。

本発明では、短距離シーク時間、整定時間を更に短縮するため、フィードフォワード制御を、短距離シーク及び整定制御時に使用している。即ち、バイアス値を推定するだけでは、応答が制御系の帯域又は状態フィードバックの極に依存しているため、整定時間の短縮に限りがある。例えば、状態フィードバックの極を５００Ｈｚに配置した場合に、収束は、１／５００＝２ｍｓかかる。

この応答を速くするため、フィードフォワード制御を、短距離シーク及び整定制御に導入する。このため、図６に示すように、軌道生成器２２を設けている。軌道生成器２２は、整定開始時の初期位置ｘ０と初期速度ｖ０に応じた目標軌道及びフィードフォワード電流（以下、ＦＦ電流という）を生成し、制御系に与えるものである。

この目標軌道及びフィードフォワード電流は、初期位置ｘ０と初期速度ｖ０に応じて、軌道及び電流を生成する。これにより、初期位置と初期速度に応じた最短シーク時間を得る。このための軌道及び電流は、後述するように、予め設計しておく。この制御では、電流アンプのカットオフ周波数の影響及びアクチュエータの共振の影響を考慮した設計を行う必要がある。

図３５は、この軌道テーブルの一例を示し、軌道は、位置軌道３０、３６と速度軌道３１、３８の２つに分ける。即ち、初期位置が１トラックで、初期速度が０トラック／サンプルの場合で最終位置、最終速度が０の位置軌道３０、３６と、初期位置が０トラックで、初期速度が１トラック／サンプルで最終位置、最終速度が０の場合の軌道（速度軌道）３１、３８とである。各位置軌道、速度軌道は、時間対目標位置Ｘ，時間対電流ｕの２つに時間波形を保持する。

図３５は、目標位置は、シングルレート（サンプル間隔）で変化し、電流はマルチレート（サンプル間隔の半分）で変化するようにし、高速な収束を得るようにしている。そして、初期位置がＸ０トラックで、初期速度がＶ０トラック／サンプルの場合の軌道は、２つの軌道に、Ｘ０とＶ０のゲインをかけて、合成する。このようにすると、任意の初期位置、初期速度に対する軌道を、１つの単位軌道の合成により得ることができる。

このように、フィードフォワード電流によるフィードフォワードを行い、且つこのフィードフォワード電流により位置ずれをプラントの応答前に位置軌道でフィードフォワードするため、収束時間を大幅に短縮できる。又、整定制御のみならず、短距離シークにも適用したため、短距離シークのシーク時間をより短縮できる。又、短距離シークのみ又は整定制御のみ軌道制御を適用しても良い。更に、整定制御と短距離シーク制御系を共用するため、回路又はプログラム規模を小さくできる。

［軌道生成方法］
次に、各軌道テーブル６０、６１−１〜６１−４の単位位置軌道及び速度軌道の設計例を詳細に説明する。図３６は、軌道及びＦＦ電流を設計するためのシュミレーションブロック図、図３７は、その電流アンプのモデル例の説明図、図３８は、その共振特性のモデル例の説明図、図３９は、そのＦＩＲフィルタの設計例の説明図、図４０、図４１は、位置軌道設計の説明図、図４２乃至図４５は、速度軌道設計の説明図である。

先ず、シーク軌道の設計には、図３６に示すように、プラントを詳細なモデル化して、実応答とシミレーションとのずれをなくす。図３６のシミュレーションモデルは，米国のThe MathWorks Inc.が販売しているMATLABのような市販のソフトウェアを用いてもよいし，独自にＣ言語などの汎用のプログラミング言語を用いることもできる。

尚、以下では，4.62kHzの位置検出のサンプル周波数を持つＨＤＤにおいて，電流出力をその倍のサンプル周波数で駆動する設計例を示す。

図３６で述べる、制御対象モデル５２は、アクチュエータ、電流アンプ、他のフィルタ特性（アナログまたはデジタルでノッチフィルタや低域通過フィルタが回路に挿入されている場合のみ）であり、いずれも伝達関数で表現する。

伝達関数を求める手順は，どちらも同じで，次の手順で行う。

ＦＦＴアナライザで周波数特性を測定し、測定した周波数特性（ゲインおよび位相のカーブ）に一致するように，伝達関数を求める。伝達関数を求めるためには，たとえば，ＭＡＴＬＡＢのような解析ソフトを使えばよい。また，すでに解析的に伝達関数を求めているのならば，それを使ってもよい。ただし，実際の測定結果とずれがないことを確認することは必要になる。

図３６の電流アンプ５４のモデル例は、図３７の周波数対ゲイン、位相の周波数特性である。又、図３６のアクチュエータ等の共振特性のモデル５６は、図３８に示すような周波数特性である。又、加速度モデル５５は、アクチュエータの加速度モデルである。更に、ＤＡＣ５３は、ＤＡコンバータのモデルである。

次に、デジタル制御の仕様の設定を行う。先ず、電流出力のサンプル周期（又は位置検出のサンプル周期）を設定する。たとえば，２倍のマルチレート制御を行う際には，位置検出のサンプル周期の半分となる。

次に、電流出力の遅延時間を設定する。位置信号検出の時刻から電流が実際に変化するまでの時間で定義する。更に、ＤＡＣ分解能、即ち、ＶＣＭ電流を設定するときの，ＤＡＣのビット数で決まる分解能を決める。

更に、その他の仕様の決定を行う。先ず、シーク距離ごとの目標シーク時間を設定する。１トラック，２トラックなど，距離ごとに目標シーク時間の仕様を決める。ただし，実際に目標軌道を設計する際には，ここで決めた目標シーク時間よりも短くすることが必要になる。シーク後に位置のゆれを確認するための時間（整定待ち時間）が必要になるためである。また，前述の図３１のテーブル例のように、１トラック単位ではなく，複数のトラックをまとめて同じ目標シーク時間とする選択もある。シーク時間は電流出力のサンプル周期単位となる。そのため，複数の距離が同じシーク時間になりうる。

特に，近年のＨＤＤはトラック幅がμｍ以下になっている。そのため，一昔前のＨＤＤの１トラックが，現在のＨＤＤの１０トラック以上に相当する。そのことから考えても，複数の距離を同じシーク時間で対応することは妥当である。たとえば，４トラック単位で，０から４、５から８、９から１２、１３から１６に分割するとよい。なお，ここでは１６トラックまでの例を示したが，それ以上の距離を設計してもよい。

次に、最大電流を設定する。電流アンプが流せる最大電流が決まっているためである。他に，アクチュエータの加速度定数が場所・温度により異なるので，その分の余裕を見込んでおかなければならない。さらに，定常バイアス，偏心，を補正するための電流分の余裕も見込んでおかなければならない。そのため，出力できる１００％の最大電流をシーク軌道設計時には使えない。最低でも２０％は小さくしておかなければならない。

電流アンプによっては，電流出力レンジを１，１／２，１・４，１／８倍のように切り替えることができるものがある。出力レンジを切り替える際には，各レンジのゲイン，電流のオフセットが微妙に異なる。そのため，今回提供するシーク軌道においては，シーク中に出力レンジを切り替えないようにしたほうがよい。その際には，最大電流は，電流アンプの出力レンジに制限を受ける。

次に、図３６のＦＩＲフィルタ５１を設計する。即ち、共振周波数成分を抑止するためのＦＩＲフィルタを設計する。ＦＩＲフィルタは主にノッチフィルタ特性を有する。複数のノッチフィルタを組み合わせて，抑止する周波数領域を決める。この際には，共振特性，電流アンプの特性，他のフィルタ特性をあわせて，設計を行う。

本ＦＩＲフィルタで抑止する周波数の数が多いほど，シーク時間が延びる。フィルタ出力の信号の時間が延びるためである。そのため，短い距離では抑止する周波数の数は少なく，長い距離では抑止する周波数の数を多く，設定するとよい。

共振の影響に伴う残留振動はシーク距離が長いほど，シーク時間が短いほど，大きくなる。そのため，短い距離では抑止する周波数の数を少なくしても大丈夫な場合がある。実際にシミュレーションしながら，シーク時間を調整していく。

ＦＩＲフィルタの設計例を図３９に示す。ここでは、5.8ｋＨｚ付近の共振周波数のみに対応している。又、共振周波数は，温度・個体差により変化する。そのため．ノッチフィルタを２つ合わせて，広い範囲を抑止している。

このようにして、個々のモデル５１〜５８を設計し、図３６のような軌道設計シミュレーションのモデルを作成する。前記で説明した個々のモデルを組み合わせる。

次に、図４０乃至図４１により、位置軌道３０、３６の設計を説明する。図３６の矩形波生成器５０からＦＩＲフィルタ５１に、図４０に示す矩形波を与える。図４０のように、加速・減速波形を与えて電流を設定する。

ＦＩＲフィルタ５１通過後の波形（図３６の指示電流）を観測し、その長さが目標シーク時間の仕様内に収まるように，矩形波生成器５０の入力波形（矩形波）の長さを調整する。この際に，ＦＩＲフィルタで抑止していない共振の影響が大きく，残留振動か無視できない場合には，軌道の長さを延ばす。

そのあと，矩形波の波高を調整して，目標距離に一致させる。図４１は、位置軌道の電流、速度、位置を示す。即ち、図３６のモデルの調整後の指示電流、速度、位置の出力例である。

次に、図４２乃至図４５より、速度軌道３１、３８の設計を説明する。

速度軌道は，位置軌道設計に用いたものと同じＦＩＲフィルタ５１を用いる。このＦＩＲフィルタ５１に，図３６の矩形波生成器５０から図４２に示す矩形波を与える。

図３６の矩形波を与えた後の速度を観測し、1track/sampleの速度を発生させることができる矩形波の波高が求まる。図４３は、その時の図３６のモデルの調整後の指示電流、速度、位置の出力例である。

次に、逆に1track/sampleの速度でアクチュエータが移動していたときに，速度を０に抑えるためには，先の矩形波の逆（符号反転）の信号を矩形波生成器５０からＦＩＲフィルタ５１に与える。図４４は、その時の図３６のモデルの指示電流、速度、位置の出力例である。

図４４の位置の特性に示すように、そのときに，位置が移動する。この位置の移動分を，図４１で設計した位置軌道波形で０に戻すようにする。

図４１の位置軌道波形に「２」を掛け、反転したものを、図４４の波形に加算する。これにより、図４５に示すように，合成波形は、初期位置「０」、初期速度「１」、終了位置「０」、終了速度「０」の速度軌道となる。

以上のように設計して，初期位置および初期速度に応じた軌道を求める。図３１の例では、位置軌道、速度軌道とも、電流、位置を使用する。

このように、軌道は、位置軌道と速度軌道の２つに分ける。即ち、初期位置が１トラックで、初期速度が０トラック／サンプルの場合の軌道（位置軌道）と、初期位置が０トラックで、初期速度が１トラック／サンプルの場合の軌道（速度軌道）とである。そして、初期位置がＸ０トラックで、初期速度がＶ０トラック／サンプルの場合の軌道は、２つの軌道に、Ｘ０とＶ０のゲインをかけて、合成する。このようにすると、任意の初期位置、初期速度に対する軌道を、１つの単位軌道の合成により得ることができる。

［軌道設計の実施例］
図４６及び図４７は、０〜４トラック距離の初期位置及び初期速度用の軌道例を示し、図４８乃至図４９は、５〜８トラック距離の初期位置及び初期速度用の軌道例を示し、図５０乃至図５１は、９〜１２トラック距離の初期位置及び初期速度用の軌道例を示し、図５２乃至図５３は、１３〜１６トラック距離の初期位置及び初期速度用の軌道例を示す。

いずれも、２．５インチＨＤＤでの設計例であり、電流は、最大電流で正規化して表示している。このように、シーク距離に応じて、最短の収束時間が得られる位置及び速度軌道を設計し、テーブル６１−１〜６１−４に設定する。同様に、整定制御の位置軌道、速度軌道を、図1４乃至図１７のように設計し、テーブル６０に設定する。

図５４及び図５５は、短距離シークでの軌道制御の実験例を示す説明図であり、図５４は、４トラックシークにおける指示電流、目標位置からの位置誤差、シーク状態信号を上から順に示し、約１ｍｓで４トラックシークが完了する。又、図５５は、１５トラックシークにおける指示電流、目標位置からの位置誤差、シーク状態信号を上から順に示し、約１．５ｍｓで１５トラックシークが完了する。

このようにして、短距離シーク時に、速度を考慮したフィードフォワード制御するため、高速応答が可能となる。又、軌道設計時に、電流アンプの特性を含め、且つ共振の影響も考慮するため、フィードフォワード制御しても、高速応答が可能となる。

［他の実施の形態］
上述の実施の態様の他に、本発明は、次のような変形が可能である。

(1) 前述の実施の態様では、整定制御の開始直前の１サンプルで、バイアス値を推定している。この方法では、１サンプルの位置信号に欠陥があった時や位置信号がずれてディスクに書かれていた時には、推定誤差が大きくなるおそれがある。そこで、数サンプルに渡って、バイアス値を推定し、その平均値を初期値とすると良い。

(2) バイアス推定値が変化すると、シーク後の位置の揺れが大きくなり、整定時間が延びる。整定時間を監視していれば、推定値のずれが大きくなったことを判断できる。バイアス推定値のずれは、（８）式の推定ゲインＫｂのずれにより生じる。このゲインＫｂは、アクチュエータの力定数Ｂｌにより変化する。従って、整定時間を監視し、整定時間が延びた場合には、ゲインがずれたと判断して、ゲインの測定処理を行うと良い。

(3) 位置誤差を使ってバイアス値の推定及び速度補正を行う計算機上のシュミレーションプログラムを用い、シュミレーションした値を基に、ディスク装置に搭載するプログラムのゲインを決定することができる。

(4) 前述の計算機シュミレーションの代わりに、ディスク装置のファームウェアで、フォロイング制御を行い、バイアス値を測定しておく。次に、シーク時と同じ制御を行い、わざと位置ずれを生じさせ、位置ずれ量、速度ずれ量を計測し、位置ずれ量からバイアス値補正ゲイン、速度ずれ補正ゲインを計測することができる。この方法を用いることにより、制御系の設計を変えるたび、バイアス推定ゲインや速度補正ゲインを再設計することを不要とできる。一度、測定しておき、その値を不揮発性の記憶エリア、例えば、ディスク、ＲＯＭに記憶しておけば良い。

(5) 位置誤差の要因は、バイアス値以外にもある。例えば、外部振動である。外部振動が与えられた場合に、バイアス推定値（初期値）は、不確かになる。バイアス推定値が不確かにあると、暴走するおそれがある。このため、ＨＤＤに設けられた衝撃センサの値が基準値より大きい時は、外部振動が大きいと判断して、バイアス値の推定をしない、又は推定ゲインを下げる制御を行う。又、通常のフォロイング制御時に、位置決め精度が悪い時は、外部振動が大きいと仮定して、同様に、バイアス値の推定をしない、又は推定ゲインを下げる制御を行う。更に、通常の位置決め精度は、トラック幅に対して、±５〜１０％である。この範囲内の推定誤差である場合には、バイアス値のずれによる位置誤差か、モータの振動や位置信号のゆれ書きによる位置誤差かを区別できない。このため、この範囲内の位置誤差なら、バイアス値の推定をしない、又は推定ゲインを下げる制御を行う。

(6) 前述のように、整定時に、目標軌道を供給することにより、高速な応答が可能となる。この場合、初期位置だけ又は初期速度だけの軌道を与えても良い。尚、初期位置だけの軌道を与える場合には、速度が充分に小さいことが前提である。又、初期速度だけの軌道を与える場合には、速度が大きく、そのままでは、オーバーシュートすることが予想される場合に有効である。

(7) 位置に対し速度に対する軌道の応答を速くすることもできる。例えば、初期位置に対する軌道を１．５ｍｓ、初期速度に対する軌道を１ｍｓとする。位置は直接観測することができるが、速度は推定計算するしかない。このため、推定速度には、誤差を伴う。そこで、初期速度の補正を速くして、速度誤差による応答のずれが収束した時に、位置が目標に到達できるようにする。これにより、速度誤差の影響を軽減できる。

(8) 軌道の生成方法は、前述したように、アクチュエータの共振を除去した軌道を設計している。しかし、ディスク装置の回路に、既にフィルタが挿入されおり、アクチュエータの共振成分が充分除去できる構成の場合には、軌道に含まれる共振周波数成分の除去をする必要がない。

(9) 軌道の設計は、計算機上のシュミレーションを用いて、行うことができる。計算機上の応答と実際の応答がずれが生じる場合には、実際の応答を観測しながら、修正すると良い。例えば、装置のキャリブレーションにおいて、位置軌道、速度軌道を修正する。初期速度が０で、１トラック分の軌道を流し、移動距離が１トラックになるように、電流の振幅を調整する。更に、その時の目標軌道からの位置誤差を求め、目標軌道自体を位置誤差分だけ修正する。これにより、位置軌道を修正する。次に、速度軌道を修正する。位置軌道で修正したゲインの分だけ、速度軌道の電流振幅も修正する。次に、１トラック／サンプルの速度で等速度シークを行い、測定開始時の位置を目標位置とおいて、速度軌道を与えて、目標位置に収束させる。その時の位置誤差を測定して、初期速度に対する軌道の位置軌道を位置誤差分だけ修正すれば良い。

(10)整定制御への切り換えにおいて、切り換え後に流す電流が、規定範囲内に収まるまで、整定制御への移行タイミングを待つこともできる。電流値が大きくなると、シミュレーションでは、仮定していない高い周波数の共振が生じるため、この影響を避けるためである。

(11)コアース制御時に、リアルタイムに、バイアス値を推定して、実位置及び実速度を推定して、その値に応じて、コアース制御から整定制御へと切り換えても良い。オブザーバの推定位置ではなく、実速度を推定して、その速度で整定制御に切り換える。これにより、逆方向に動いたり、速度が０となり、いつまでたっても目標位置に近づかない現象を回避できる。

(12)観測位置と推定位置との差を常に観測し、その位置誤差の変動が予め定めた範囲内に入れば、バイアス値が正しく推定できると判断して、整定制御に切り換えることもできる。

以上、本発明を実施の形態により説明したが、本発明の主旨の範囲内で種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。

（付記１）ヘッドをディスクの所定位置に位置決めするためのディスク装置のヘッド位置決め制御方法において、前記ヘッドの現在位置に基づき、積分補償又はバイアス補償を行わないコアース制御を行うステップと、次のサンプルでの前記ヘッドの位置を推定し、前記検出位置と前記推定位置との差から、バイアス初期値を推定するステップと、前記バイアス初期値を用いて、積分補償又はバイアス補償を伴う整定制御を行うステップとを有することを特徴とするヘッド位置決め制御方法。

（付記２）前記整定制御を行うステップは、前記整定開始時の初期位置又は初期速度に比例した大きさの目標軌道又はフィードフォワード電流の少なくとも一方を、前記整定制御を行う制御系に供給するステップを有することを特徴とする付記１のヘッド位置決め制御方法。

（付記３）前記整定制御を行うステップは、オブザーバ制御により整定制御を行うステップであることを特徴とする付記１のヘッド位置決め制御方法。

（付記４）前記コアース制御は、前記ヘッドの速度制御であることを特徴とする付記１のヘッド位置決め制御方法。

（付記５）ヘッドをディスクの所定位置に位置決めするためのディスク装置のヘッド位置決め制御方法において、前記ヘッドの現在位置及び現在速度に基づき、位置軌道及びフィードフォワード電流を生成するステップと、前記ヘッドの現在位置と目標位置との位置誤差により制御量を算出するフィードバック制御系に、前記位置軌道とフィードフォワード電流とを供給するステップとを有することを特徴とするヘッド位置決め制御方法。

（付記６）前記供給ステップは、前記位置誤差を前記位置軌道で修正するステップと、前記修正された位置誤差から前記フィードバック制御系が算出する前記制御量に前記フィードフォワード電流を加えるステップとからなることを特徴とする付記５のヘッド位置決め制御方法。

（付記７）前記生成ステップは、比較的短距離のシーク時に実行することを特徴とする付記５のヘッド位置決め制御方法。

（付記８）前記生成ステップは、比較的長距離のシークにおける整定制御時に実行するステップであることを特徴とする付記５のヘッド位置決め制御方法。

（付記９）前記生成ステップは、単位位置軌道に前記現在位置軌道を乗じて、前記位置軌道を生成するステップと、単位速度軌道に前記現在速度を乗じて、前記フィードフォワード電流を生成するステップからなることを特徴とする付記５のヘッド位置制御方法。

（付記１０）前記生成ステップは、前記シーク距離に応じて、前記ヘッドの現在位置及び現在速度に基づく前記位置軌道及びフィードフォワード電流を生成するステップからなることを特徴とする付記５のヘッド位置制御方法。

（付記１１）アクチュエータを駆動して、ヘッドをディスクの所定位置に位置決めするためのディスク装置のヘッド位置決め制御装置において、
前記ヘッドの現在位置を検出する検出手段と、前記アクチュエータを、前記検出位置に基づき、積分補償又はバイアス補償を行わないコアース制御した後、整定制御する制御手段とを有し、前記制御手段は、次のサンプルでの前記ヘッドの位置を推定し、前記検出位置と前記推定位置との差から、バイアス初期値を推定し、前記バイアス初期値を用いて、積分補償又はバイアス補償を伴う整定制御を行うことを特徴とするヘッド位置決め制御装置。

（付記１２）前記制御手段は、前記整定開始時の初期位置又は初期速度に比例した目標軌道とフィードフォワード電流の少なくとも一方を、前記整定制御を行う制御系に供給することを特徴とする付記１１のヘッド位置決め制御装置。

（付記１３）前記制御手段は、オブザーバ制御により整定制御を行うことを特徴とする付記１１のヘッド位置決め制御装置。

（付記１４）前記コアース制御は、前記ヘッドの速度制御であることを特徴とする付記１１のヘッド位置決め制御装置。

（付記１５）アクチュエータを駆動して、ヘッドをディスクの所定位置に位置決めするためのディスク装置のヘッド位置決め制御装置において、前記ヘッドの現在位置を検出する検出手段と、前記アクチュエータを、前記検出位置に基づき、シーク制御する制御手段とを有し、前記制御手段は、前記ヘッドの現在位置及び現在速度に基づき、位置軌道及びフィードフォワード電流を生成し、前記ヘッドの現在位置と目標位置との位置誤差により制御量を算出するフィードバック制御系に、前記位置軌道とフィードフォワード電流とを供給することを特徴とするヘッド位置決め制御装置。

（付記１６）前記制御手段は、前記位置誤差を前記位置軌道で修正し、前記修正された位置誤差から前記フィードバック制御系が算出する前記制御量に前記フィードフォワード電流を加えることを特徴とする付記１５のヘッド位置決め制御装置。

（付記１７）前記制御手段は、前記供給を比較的短距離のシーク時に実行することを特徴とする付記１５のヘッド位置決め制御装置。

（付記１８）前記制御手段は、前記供給を比較的長距離のシークにおける整定制御時に実行することを特徴とする付記１５のヘッド位置決め制御装置。

（付記１９）前記制御手段は、単位位置軌道に前記現在位置軌道を乗じて、前記位置軌道を生成し、単位速度軌道に前記現在速度を乗じて、前記フィードフォワード電流を生成することを特徴とする付記１５のヘッド位置制御装置。

（付記２０）前記制御手段は、前記シーク距離に応じて、前記ヘッドの現在位置及び現在速度に基づく前記位置軌道及びフィードフォワード電流を生成することを特徴とする付記１５のヘッド位置制御装置。

短距離シーク時及び整定制御時等に、フィードフォワード制御するため、高速応答が可能となる。しかも、初期位置の他に初期速度も軌道生成のパラメータとしているため、初期速度が異なっても、収束時間を短縮できるフィードフォワード制御が可能となる。

本発明の一実施の形態のディスク記憶装置の上面図である。図１のディスク記憶装置の断面図である。図１のディスク記憶装置のブロック図である。本発明の一実施の形態のシーク動作の遷移図である。本発明の一実施の形態のオブザーバ制御のモデル図である。本発明の一実施の形態の整定制御モデル図である。バイアス印加時の応答波形図（その１）である。バイアス印加時の応答波形図（その２）である。バイアスと位置ずれの関係図である。バイアスと速度ずれの関係図である。本発明の一実施の形態の軌道、ＦＦ電流のブロック図である。図１１のＦＩＲフィルタの周波数特性図である。図１１の基本波の説明図である。本発明の一実施の形態の設計軌道例（その１）の説明図である。本発明の一実施の形態の設計軌道例（その２）の説明図である。本発明の一実施の形態の設計軌道例（その３）の説明図である。本発明の一実施の形態の設計軌道例（その４）の説明図である。本発明の一実施の形態のタスク制御フロー図である。図１８のコアース制御フロー図である。図１８の整定制御フロー図である。図１８のフォロイング制御フロー図である。従来の応答結果を示す図（その１）である。従来の応答結果を示す図（その２）である。本発明による応答結果を示す図（その１）である。本発明による応答結果を示す図（その２）である。従来の整定時間のヒストグラム図である。本発明による整定時間のヒストグラム図である。本発明の他の実施の形態の制御モデル図である。本発明の別の実施の形態の制御モデル図である。本発明の更に別の実施の形態の制御モデル図である。本発明の別の実施の形態の位置決め制御系のモデル図である。図３１の長距離シーク制御部の構成図である。図３１の追従制御部の構成図である。図３１の短距離シーク／整定制御部のブロック図である。図３４の軌道テーブルの説明図である。本発明の別の実施の形態の軌道設計シミュレーションモデルの説明図である。図３６の電流アンプのモデル例の説明図である。図３６の共振特性のモデル例の説明図である。図３６のＦＩＲフィルタの周波数特性図である。図３６の位置軌道生成の矩形波の説明図である。図３６の位置軌道生成の説明図である。図３６の速度軌道生成の矩形波の説明図である。図３６の速度軌道生成の説明図（その１）である。図３６の速度軌道生成の説明図（その２）である。図３６の速度軌道生成の説明図（その３）である。図３６の０〜４トラックシークの設計軌道例（その１）の説明図である。図３６の０〜４トラックシークの設計軌道例（その２）の説明図である。図３６の５〜８トラックシークの設計軌道例（その１）の説明図である。図３６の５〜８トラックシークの設計軌道例（その２）の説明図である。図３６の９〜１２トラックシークの設計軌道例（その１）の説明図である。図３６の９〜１２トラックシークの設計軌道例（その２）の説明図である。図３６の１３〜１６トラックシークの設計軌道例（その１）の説明図である。図３６の１３〜１６トラックシークの設計軌道例（その２）の説明図である。本発明の別の実施の形態の実験例（その１）の説明図である。本発明の別の実施の形態の実験例（その２）の説明図である。定常バイアスの特性図である。

符号の説明

３アクチュエータ
４磁気ヘッド
５スピンドルモータ
６磁気ディスク
１９ＭＣＵ（ＭＰＵ）

Claims

ヘッドをディスクの所定位置に位置決めするためのディスク装置のヘッド位置決め制御方法において、
前記ヘッドの現在位置及び現在速度に基づき、整定時間を短縮するための位置軌道及びフィードフォワード電流を生成するステップと、
前記ヘッドの現在位置と目標位置との位置誤差により制御量を算出するフィードバック制御系に、前記位置軌道とフィードフォワード電流とを供給するステップとを有し、
前記供給ステップは、
前記位置誤差を前記位置軌道で修正するステップと、
前記修正された位置誤差から前記フィードバック制御系が算出する前記制御量に前記フィードフォワード電流を加えるステップとを有し、
前記生成ステップは、
単位位置軌道に前記現在位置を乗じて、前記位置軌道を生成するステップと、
単位速度軌道に前記現在速度を乗じて、前記フィードフォワード電流を生成するステップとを有することを
特徴とするヘッド位置決め制御方法。
前記生成ステップは、比較的短距離のシーク時に実行することを
特徴とする請求項１のヘッド位置決め制御方法。
前記生成ステップは、比較的長距離のシークにおける整定制御時に実行するステップであることを
特徴とする請求項１のヘッド位置決め制御方法。
アクチュエータを駆動して、ヘッドをディスクの所定位置に位置決めするためのディスク装置のヘッド位置決め制御装置において、
前記ヘッドの現在位置を検出する検出手段と、
前記アクチュエータを、前記検出位置に基づき、シーク制御する制御手段とを有し、
前記制御手段は、
前記ヘッドの現在位置及び現在速度に基づき、整定時間の短縮のための位置軌道及びフィードフォワード電流を生成し、前記ヘッドの現在位置と目標位置との位置誤差により制御量を算出するフィードバック制御系の前記位置誤差を前記位置軌道で修正し、前記修正されたフィードフォワード制御系が算出する前記制御量に前記フィードフォワード電流を加えるとともに、
単位位置軌道に前記現在位置を乗じて、前記位置軌道を生成し、単位速度軌道に前記現在速度を乗じて、前記フィードフォワード電流を生成することを
特徴とするヘッド位置決め制御装置。
前記制御手段は、オブザーバ制御系で構成されたことを、
特徴とする請求項４のヘッド位置決め制御装置。