JPH02265079A - 磁気記録再生装置の磁気ヘッド駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、サーボ方式を利用した磁気記録再生装置の磁
気ヘッド駆動制御装置に関する。

（従来の技術） 従来、例えばハードディスク装置（ＨＤＤ）では、記録
媒体のサーボ面に予め記録されたサボデータを利用して
、磁気ヘッドを記録媒体の目標位置（目標トラック）に
位置決めするための磁気ヘッド駆動制御装置が設けられ
ている。この装置は具体的には、第７図に示すように、
位置信号デコーダ１０を備えている。位置信号デコーダ
１０には、記録媒体１１のサーボ面１１ａからサーボヘ
ッド１２により読出されたサーボ信号がヘッドアンプ１
３により増幅されて与えられる。

ここで、ＨＤＤでは、磁気ヘッドはサーボヘッ１・１２
及びサーボ面月ａ以外の複数のデータ而に対応する複数
のデータヘッド］４からなる。各ヘッド１２、１４は、
アクチュエータ１５により、記録媒体１１の半径方向ヘ
シークするように構成されている。

アクチュエータ】５は、各ヘッド１２．１４を支持する
支持機構１５ａ　、回転シャフｌ−１５ｂ及びボイスコ
イルモータ（ＶＣＭ）１５ｃからなる。支持機構＋５ａ
はＶＣＭモータ１５ｃの駆動力により、回転シャフト］
、　５　ｂを中心として回転駆動するように構成されて
いる。記録媒体１１はスピンドルモータ１６により回転
運動される。

位置信号デコーダ１０はサーボヘッドＪ２の現在位置に
応じた位置誤差信号ＰＥを生成する。トラックカウンタ
１７は、位置信号デコーダ１０から構成される装置誤差
信号ＰＥの変化に基づいて、ヘッド１２がトラック間を
横切る度にトラックパルスＴＰを発生する。速度信号作
成器１８は位置誤差信号ＰＥを微分して、ヘッド１２の
移動実速度に応じた速度信号ＶＲを生成する。補償回路
１９は、位置誤差信号ＰＥに基づいて位置決め制御モー
ドを実行する際に、ザ〜ボループを安定化させるための
回路である。

ところで、駆動制御には速度制御モード及び位置決め制
御モードに大別される。さらに、位置決め制御モードは
過渡制御モード及び追従制御モトに大別される。速度制
御モードでは、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）２０はト
ラックカウンタ１７からのトラックパルスＴＰをカウン
トし、ヘッド１２が移動すべき目標位置までの距離を算
出する。

ＣＰＵ２０は算出した距離に応じた最適な目標速度値を
予め用意したテーブルにより決定し、その目標速度デー
タを出力する。目標速度発生器２１は、ＣＰＵ２０から
の目標速度データに応じた］］標速度信号ＶＴを混合切
換器２２に出力する。混合切換器２２はＣＰＵ２０の制
御により、速度制御モードでは速度信号ＶＲと目標速度
信号ＶＴとの誤差信号ＥＳをメカフィルタ２３を介して
ＶＣＭドライバ２４へ出力する。ＶＣＭドライバ２４は
誤差信号ＥＳに応じた駆動電流をＶ　ＣＭ　１５ｃに供
給し、アクチュエータ１５を駆動させる。ＣＰＵ２０は
ディスクコントローラ（ＩＤＣ）との間で、各種制御信
号及びデータの交換を行なう。

速度制御モードでは、第８図に示すように、加速領域と
減速領域に大別されるか、速度信号ＶＲと１」標速度信
号ＶＴとの誤差か大きいため、誤差信号ＥＳはほぼ最大
値（飽和レベル）となる。この誤差信号ＥＳに応じた駆
動電流がＶＣＭＩ５ｃに供給されて、アクチュエータ１
５は加速されていく。

ＣＰＵ２０はトラックパルスＴＰが出力される度に目標
速度データを更新する。ヘッド１２が目標位置に接近す
るに伴って、目標速度信号ＶＴは小さくなっていく。速
度信号ＶＲが目標速度信号ＶＴに到達した時点Ａから、
小さくなる目標速度信号ＶＴに追従して、アクチュエー
タ１５は減速に切り替わることになる。

ヘッド１２の速度がほぼ０になった時点Ｂから、速度制
御モードから位置決め制御モードに切り替わる。位置決
め制御モードでは、混合切換器２２は補償回路１９から
の位置誤差信号ＰＥをＶＣＭドライバ２４へ出力する。

これにより、ヘッド１２は１」標トラックの中心に位置
決め（セトリング）されることになる。データヘッド１
４はサーボヘッド１２に追従して、目標トラックの中心
に位置決めされることになる。ＣＰＵ２０は過渡制御モ
ードと追従制御モードに分けて、それぞれ最適な特性に
なるように補償回路１９の特性を切換える制御を行なう
。

速度制御モードは第９図に示すようなサーボ系であり、
また位置決め制御モードは第１０図に示すようなサーボ
系である。

（発明が解決しようとする課題） 一般にサーボ系では、システムの不安定性に注意しなが
ら、そのループゲインを上げると追従誤差か縮小されて
、かつ応答性が向上することが知られている。しかし、
実際にはセンサ系の周波数帯域が制限されており、又機
構系の共振点などの影響が無視できないため、ゲインを
上げ過ぎるとシステムが不安定になる。このため、ゲイ
ンを適性値に調整する必要があり、追従性能や応答速度
等のサーボ系の性能を決定する本質的な指標は、システ
ムに固有の所定の限界値以上に改善することは不可能で
ある。

一般的なアナログサーボ系は、第１１図に示すようなブ
ロック図により表現される。このアナログサーボ系では
、入力（目標値Ｒ）と出力（結果Ｃ）との関係は（１）
式のように、ラプラス変換された形で表現される。

ここて、線形なシステムでは、Ｇ　　ＨＲなとはＳの有
理多項式である。したがって、Ｎ、Ｄ（ｓの有理多項式
）を使用して、（１）式は（２）式のように書き換えら
れる。

Ｃ＝Ｎ　（ｓ）　／Ｄ　（ｓ）　　　　　　　　　−（
２）さらに、（２）式はＳを使用して次のように表現で
きる。

・・・　（３） （３）式は部分分数展開することができて、それぞれを
ラプラス逆変換することにより、Ｃ（ｓ）の時間応答ｃ
　（ｔ）か（４）式により求められる。

ｃ　（ｔ）　＝ΣＡｑ　＊ｅＸｐ　（−σｑｔ）＋ΣＢ
ｒ＊（１，／ωｒ） ＊ｅｘｐ　（−αｒｔ） ＊ｓｉｎ　（ωｒｔ）　　　　　　　・・・（４）但し
＼　σｑ、　　αｒ、　　ω「〉０（４）式のｃ　（ｔ
）の各項には必ず ｒｅｘｐ　　（−δｔ）」　（但し、δ＞Ｏ）か含まれ
ている。したがって、ｔ→■では全ての項が０に収束す
るか、逆に有限な時間内では、必ず一定量の値が残留し
ていることを示している。

以上のように、アナログのクローズド・サーボ制御方式
を使用したヘッド駆動制御装置では、サボ系の本質的な
性能に依存しており、性能の向上には限界があることが
わかる。具体的には、ヘッド１２の位置決め制御モード
におけるセトリング時間（位置決め時間）を、ある程度
の時間以下には短縮できない問題がある。

本発明の目的は、サーボ方式において、ヘッドの位置決
め制御モードにおけるセトリング時間（位置決め時間）
を短縮し、結果的にヘッド駆動制御動作の高速化を実現
することができる磁気記録再生装置の磁気ヘッド駆動制
御装置を提供することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段と作用） 本発明は、サーボ方式の磁気ヘッド駆動制御装置におい
て、サーボデータに基づいて作成される磁気ヘッドの移
動実速度値及び目標位置までの移動距離に応じて設定さ
れる目標速度値との誤差に基づいて速度制御モードを実
行する速度制御手段、この速度制御手段により磁気ヘッ
ドか所定の位置まで移動した際に、速度制御モードから
有限整定制御方式による位置決め制御モードに切換えて
実行する第１の位置決め制御手段及び第１の位置決め制
御手段により磁気ヘッドが所定の位置まで移動した際に
、サーボデータに基づいて作成される位置信号に基づい
て目標位置に位置決め制御する第２の位置決め制御手段
とを備えた装置である。

（実施例） 以下図面を参照して本発明の詳細な説明する。第１図は
本発明の第１の実施例に係イっるヘッド駆動制御装置の
構成を示すブロック図である。

同実施例では、速度信号作成器１８により生成される速
度信号ＶＲをディジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換回
路（ＡＤＣ）３０及び位置信号デコーダＩＯにより生成
される位置誤差信号ＰＥをディジタルデータに変換する
Ａ　Ｄ　Ｃ３１が設けられている。

各ＡＤＣ３０，３１はそれぞれディジタルデータをコン
ピュータ（ＣＰＵ）３２ｉ、：出力する。ＣＰ　Ｕ　３
２’ＬＬ、本発明の要旨である有限整定制御方式による
位置決め制御モードを実行する機能を有する。さらに、
同実施例では、ＣＰＵ３２により動作制御されるアナロ
グスイッチ（Ａ／５）３３〜３５が設けられている。ア
ナログスイッチ３３は補償回路１９からの位置誤差信号
をメカフィルタ２３へ転送する。アナログスイッチ３４
は差動増幅回路３６がらの速度誤差信号をメカフィルタ
２３へ転送する。さらに、アナログスイッチ３５はＤ／
Ａ変換回路（ＤＡＣ）３Ｂからの位置誤差信号をメカフ
ィルタ２３へ転送する。

Ｄ　Ａ　Ｃ３Ｂは、有限整定制御方式による位置決め制
御モード時に、ＣＰＵ３２から出力されるディジタルデ
ータをアナログの位置誤差信号に変換する。

なお、他の構成は前記第７図に示すものと同様のため、
説明を省略する。

次に、同実施例の動作を説明する。先ず、目標位置に対
するヘッド駆動制御動作か開始されると、前記のように
速度制御モードから実行される。この速度制御モードで
は、アナログスイッチ３４がＣＰＵ３２によりオン状態
となり、差動増幅回路３Ｂからの速度誤差信号がメカフ
ィルタ２３を介して、ＶＣＭドライバ２４へ転送される
。これにより、前記のようなヘッド１２の速度制御が実
行されて、第８図に示すように、時点Ｂまでヘッド１２
が移動する。

ヘッド１２が第８図の時点Ｂを通過すると、ＣＰＵ３２
はアナログスイッチ３５をオン状態にする。

そして、ＣＰＵ３２はＡ　Ｄ　Ｃ３１から得られる位置
誤差信号とそれから推定される速度信号、またはＡ　Ｄ
　Ｃ３０から得られる速度信号からアクチュエータ１５
の位置を検出し、有限整定制御方式による位置決め制御
モードを実行するための演算結果（言替えれば有限整定
の条件を満たす演算結果）をＤ　Ａ　Ｃ３Ｂに出力する
。アナログスイッチ３５はＤ　Ａ　Ｃ３６からの位置誤
差信号をメカフィルタ２３を介して、ＶＣＭドライバ２
４へ転送する。これにより、第８図に示すように、時点
Ｂから時点Ｆの区間では、ヘッド１２は有限整定制御方
式による位置決め制御モードにより、過渡制御がなされ
ることになる。そして、時点Ｆから目標位置の中心（目
標トラックの中心）までは、従来の位置決め制御モード
における追従制御が実行される。すなわち、アナログス
イッチ３３がオン状態になり、補償回路１９からの位置
誤差信号をメカフィルタ２３を介してＶＣＭドライバ２
４へ転送する。

ここで、有限整定制御方式は、通常では第１２図及び第
１３図に示すようなブロック図により表現される。第１
２図は制御対象（ここでは、ＨＤＤのヘッド位置決め系
）のモデルである。このモデルを状態方程式で表現する
と、 ｘ　（ｉ＋１）　−Ａ＊ｘ　（ｉ）＋Ｂ＊ｕ　（ｉ）ｙ
　（ｉ）＝Ｃ＊ｘ　（ｉ）　　　　　　・・・（６）但
し、ｕ　（ｉ）は制御入力（第１図のＤ　Ａ　Ｃ３６の
入力）、ｘ（ｉ）は制御対象の状態を表す変数（ベクト
ルであり、ヘッド位置決め制御系の位置と速度に相当す
る）、ｒｚ’＊ＩｎＪはディジタル制御で特有の１単位
の時間遅れを表す。いわゆる、２変換の結実現れる記号
である。Ｉｎは単位行列。ｘ　（ｉ＋１）はＸ（１）に
対して、１単位の進んだ制御対象の状態を表す変数。ｙ
　（ｉ）は制御対象の観測量であり、状態量の観測値で
ある。

Ａ、Ｂ、Ｃはそれぞれ行列又はベクトルであり、制御対
象（ここでは、位置決め系のアクチュエータ１５、ヘッ
ド１２及び記録媒体１１等）の性質を表すシステム行列
と呼ばれる定数行列＆ベクトルである。

以上のモデルの時間的な動きを簡単に説明すると、制御
人力ｕ（ｉ）（即ち、Ｄ　Ａ　Ｃ３Ｂの人力）に何等か
の値を入力することにより、Ａ、Ｂ、Ｃで表される制御
対象に影響を与えて、状態ｘ　（ｉ）（即ち、ＨＤＤの
ヘッド１２の位置や速度）を変化させることになる。こ
の場合、制御対象を制御するとは、制御対象（ヘッド位
置決め制御系）の状態ｘ　（ｉ）を観測して（具体的に
はヘッド１２の位置や速度をＡＤＣ３０，３１から読取
ること）、第１３図に示すようなフィードバック係数ベ
クトルｆを設定し、制御人力ｕ　（ｉ）の値を設定する
ことである。即ち、具体的にはＡＤＣ３０，３１がら得
たデータｘ　（ｉ）を使用して、ｒｕ　（ｉ）＝ｆ＊Ｘ
（ｉ）」を演算し、Ｄ　Ａ　Ｃ３Ｇに入力することにな
る。

ここで、有限整定か実現するように制御するとは、第１
３図に示すようなフィードバック係数ベクトルｆの決定
を以下の関係式が満たされるように行なうことである。

ｕ　（ｉ）　＝−ｆ　＊ｘ　（ｉ）　　　　　　・＝　
（７）これを前記式（５）に代入すると、 ］　４ ｘ　（ｉ＋１）−（Ａ−Ｂｆ）＊ｘ　（ｉ）ｙ　　（ｉ
）　　−Ｃ＊ｘ　　（ｉ）　　　　　　　　　・・・　
（９）のように閉ループ系が表される。この場合、行列
（Ａ−Ｂｆ）の固有値を全て単位円内に設定すれば、シ
ステムは安定となる。

さらに、有限整定か実現するように制御するためには、
安定条件の巾でも特殊な全ての閉ループ系の固有値をＯ
に設定する必要がある。このような行列はべき雲行列と
呼ばれ、ある整数ｊ　（≦ｎ）が存在して、 （Ａ−Ｂｆ）’　＝０　（ｉ＝ｊ、ｊ＋１．・・・）・
・・（１０） が成立する。このようにｆを設定すると、ｘ　（ｉ）　
−（Ａ−Ｂｆ）’　＊ｘ　（０）（ｉ−ｊ、ｊ＋１．・
・・）　　　　・・・（１１）が成立する。これにより
、任意の初期状態ｘ　（０）から初めて、ｊ時刻以降の
状態を全て０にすることができる。このような状態フィ
ードバックを有限整定制御と呼ぶ。また、前記式（１ｏ
）を満た］　５ す最小のｊを整定時間という。整定時間を最小にする状
態フィードバックを最小時間状態整定制御といい、その
整定時間は任意の初期状態に対してたかだか制御対象の
字数ｎである。したがって、有限整定制御では、サンプ
ル周期をＴとすると、ｔ≧ｎＴで連続時間応答もｘ　（
ｔ）＝Ｏとなる。

したがって、Ｔを小さくすれば、いくらでも速くＸ　（
ｔ）＝０となる。但し、この場合に、ｕ　（ｉ）即ち制
御量は大きくなっていくため、システムの電源容量の範
囲内に限定される。

以上ことから、有限整定制御方式におけるＣＰＵ３２の
具体的動作は、制御対象であるＨＤＤのＡ、８行列（Ｃ
は不要）の値及びｆベクトル値（行列（Ａ−Ｂｆ）の全
ての固有値をＯに設定する条件を満たす値）とを使用し
て、ＡＤＣ３０，３１から得られる状態（位置や速度）
と共に、前記式（７）を演算することにより得られるｕ
　（ｉ）をＤ　Ａ　Ｃ３Ｂに出力して、ＶＣＭドライバ
２４を駆動し、アクチュエータＩ５を駆動制御すること
である。これにより、ヘッド１２の位置や速度を所望の
状態（有限の時間内に位置や速度が０になる）に制御す
ることができる。

このような有限整定Ｉｔ制御方式における位置決め制御
モードを、第８図に示すような過渡制御モードに利用す
ることにより、位置決め制御モードに要する時間を短縮
することが可能となる。具体的には、第３図に示す従来
方式の位置決め制御モードでのセトリング時間に対して
、第４図に示す有限整定制御方式における位置決め制御
モードではセトリング時間を短縮できる。

また、第２図に示すように、有限整定制御方式において
、外乱オブザーバＰが付加されると、実際の位置誤差信
号と制御対象のモデル（前記のようにＣＰＵ３２の中で
構築される）との誤差がワイドフォワードバスにより入
力されるため、外乱の影響を除去することができる。こ
れにより、第５図にしめずように、外乱オブザーバＰが
付加した場合には、そうでない場合（第４図）に対して
、セトリング時間を短縮できる。

第６図は本発明の第２の実施例に関わるブロワり図であ
る。第２の実施例では、ヘッド１２からの位置信号をデ
ィジタルデータに変換するためのＡ　Ｄ　Ｃ４０が設け
られており、位置誤差信号及び速度信号をＣＰＵ３２が
取り込み、全てディジタル処理による制御が実行される
。このような構成により、ハードウェアの構成を簡単化
することができる。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、ヘッド駆動制御に
おいて、有限整定制御方式による位置決め制御モードを
実行することにより、ヘッドのセトリング時間を短縮化
することができる。したがって、結果的にヘッドを目標
位置に高速に位置決めすることが可能となるものである
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例に係わるブロック図、第
２図、第１２図及び第１３図はそれぞれ有限整定制御方
式を説明するためのブロック図、第３図乃至第５図は同
実施例の動作を説明するためのタイミングチャート、第
６図は本発明の第２の実施例に係わるブロック図、第７
図は従来に係わるブロック図、第８図は従来のサーボ方
式を説明するための図、第９図乃至第１１図はそれぞれ
従来のサーボ方式を説明するためのブロック図である。 ３０、３１・・・Ａ／Ｄ変換回路、３２・・ＣＰＵ、３
ｆｌｉ・・・Ｄ／Ａ変換回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 記録媒体に予め記録されたサーボデータに基づいて磁気
   ヘッドを記録媒体の目標位置に位置決め制御する磁気記
   録再生装置の磁気ヘッド駆動制御装置において、 前記サーボデータに基づいて作成される前記磁気ヘッド
   の移動実速度値及び前記目標位置までの移動距離に応じ
   て設定される目標速度値との誤差に基づいて速度制御モ
   ードを実行する速度制御手段と、 この速度制御手段により前記磁気ヘッドが所定の位置ま
   で移動した際に、前記速度制御モードから有限整定制御
   方式による位置決め制御モードに切換えて実行する第１
   の位置決め制御手段と、この第１の位置決め制御手段に
   より前記磁気ヘッドが所定の位置まで移動した際に、前
   記サーボデータに基づいて作成される位置信号に基づい
   て前記目標位置に位置決め制御する第２の位置決め制御
   手段とを具備したことを特徴とする磁気記録再生装置の
   磁気ヘッド駆動制御装置。