JPH03228272A - 磁気デイスク装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、磁気ディスク装置における、磁気ヘッドの移
動速度の推定方式及びその実現方法に関する。

〔従来の技術〕

従来の装置は、特公昭６３−８６７号公報に記載のよう
に、磁気ディスク装置の磁気ヘッドの移動速度の検出に
おいて、たとえば、ｔ　＝（ｎ　＋　ｋｏ）Ｔ時点での
速度は、ｔ　＝（ｎ　＋ｋｏ）Ｔ時点でのヘッド位置情
報と、ｔ＝ｎＴ時点（ｎ、ｋｏは整数、Ｔはサンプル時
間）での位置情報の差分に、平均的な予測遅れを補償す
るために、加速度信号をフィルタに通した信号を加算す
る方式となっていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術では、予測遅れを補償するには、加速度を
知る知要があり、この為には、サーボ用のモータに流れ
る電流を測定するためのアナログ回路による電流検出手
段が必要である。また、ｔ＝（ｎ＋ｋｏ）Ｔ　の時点で
のヘッド位置とｔ＝ｎＴ時点でのヘッド位置の差分、及
び、予測遅れ補償信号をそれぞれアナログ信号として出
力するための回路及び、これらを加え合わせるための回
路が必要である。

本発明の目的は、より簡単な、方法によって実速度に近
い速度を求めることのできる、速度検出機能を持った磁
気ディスク装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕 上記目的を達成するために、ディスク面上に間欠的に記
録されたサーボ情報から、磁気ヘッドの位置を表す位置
情報を検出する手段と、現サンプル時点までの過去のサ
ンプル時点で検出された位置情報、及び、現サンプル時
点までの過去のサンプル時点で計算された、速度、加速
度及び更に高次のモードの時間に対する変化に起因する
速度の変化量を記憶する手段と上記、情報を用いて現サ
ンプル時点での速度を推定する手段を設ける。

これらの手段は、具体的には各サンプル時点での位置情
報を検出し、マイクロプロセッサに入力した後は、マイ
クロプロセッサ内で、ソフトウェアにより実現される。

〔作用〕

以下、前記手段の作用について説明する。

現サンプル時点をＫＴとすると、ｉサンプル時点前（ｉ
＝１．２．３・・・）は、Ｋ−ｉ−Ｔとなりヘッドの位
置情報をＹで示すこととすれば、ＫＴ。

Ｋ−ｉ−Ｔ時点でのヘッド位置は、Ｙ（ＫＴ）、Ｙ（Ｋ
−ｉ−Ｔ）となる。ここでＴはサンプル時間を表す。

従来技術、特公昭６３−８６７号公報では、現サンプル
時点ｔ＝ＫＴの速度は、 一（（ＫＴ）−Ｙ（Ｋ−１−Ｔ））＋Ｇ・　γ　・・・
（１）として表される。（１）式において、第一項は現
サンプル時点と−サンプル前時点の間の平均的な速度を
示している。このため第１項のみでは検出速度が実速度
に対して、Ｔ／２時間遅れる。そこで、上記従来技術で
は、加速度γに適当なフィルタを適用し、その信号を加
えることにより、検出遅れを補償している。

本発明では、検出遅れの影響が小さく、実速度にほぼ等
しい検出速度を得ることができる速度検出方式を、ヘッ
ド位置検出手段とマイクロプロセッサにより実現する。

本発明で、磁気ヘッドの速度は以下に示す原理に従って
得られる。

Ｋ−ｉ−Ｔ時点における磁気ヘッド位置は、Ｔａｙｌａ
ｒ展開として知られる方式により、（２）式の通りに示
される。

・・・（２） ここでＹ（’）（ＫＴ）は、Ｙ（ＫＴ）のｉ回微分を表
す。（２）式を整理することにより、（３）式を得る。

Ｙ（”）（ＫＴ）＝−（Ｙ（ＫＴ）−Ｙ（Ｋ−１・Ｔ）
）上記Ｙ（’）（ＫＴ）はＫＴ時点での磁気ヘッドの速
度を表す。一般に、磁気ディスク装置で、磁気ヘッドは
、現在、追従中のトラックから、次回、信号を読み書き
する為に追従するトラックまでの移動では、はぼ、最短
時間で移動する。従って、磁気ヘッドは、第９図、ある
いは、第１０図で近似される加速度パターンに従って移
動する。

このとき、（３）式で加速から減速への切り換え点を除
いて、四階以上の項が零となる。従って、以下に示す（
４）式で近似できる。

Ｙ（す（ＫＴ）＝−（Ｙ（ＫＴ）−Ｙ（Ｋ−１・Ｔ））
・・・（４） また、このとき、第１０図より明らかなように、前記の
通り、加速から減速への切り換え点を除いて、 Ｙ　（３）（Ｋ　Ｔ）　＝　Ｊ（一定値）　　　　　　
・・・（５）であるので、 Ｙ（”）（ＫＴ）＝−（Ｙ（ＫＴ）−Ｙ（Ｋ−１・Ｔ）
）であり、 （６） 式を微分することにより（７） 式を得 る。

（５）　、　（６）　、　（７）式を代入整理すること
より、磁気ヘッドの速度として、（８）式が得られる。

Ｙ（す（ＫＴ）＝−（ｙ（ＫＴ）−ｙ（Ｋ−１・Ｔ））
−（ｙ（Ｋ−１・Ｔ）−、ｙ（Ｋ−２・Ｔ））〕−（ｙ
（Ｋ−４・Ｔ）−ｙ（Ｋ−２・Ｔ））〕（（ｙ（Ｋ−１
・Ｔ）−ｙ（Ｋ−２・Ｔ））−（ｙ（Ｋ−２・Ｔ）−ｙ
（Ｋ−３・Ｔ））〕・・・（８） （８）式のｙ（Ｋ−ｉ　ｎ　’ｒ）（ｉ＝＝ｏ、１，２
，３）は、現すンプル時点、１サンプル前時点・・・３
サンプル前時点でのヘッドの位置情報であり、各サンプ
ル時点で、記憶される。また、第一項−（ｙ　（ＫＴ）
　−ｙ　（Ｋ　−１ Ｔ）） は、現サンプル時点と１サンプル前時点の平均的な速度
、第二項 一（ｙ（Ｋ−１・Ｔ）−ｙ（Ｋ−２・Ｔ））〕は、加速
度に起因する、サンプル時点間での速度の変化量、第三
項 一（ｙ（Ｋ−１・Ｔ）−ｙ（Ｋ−２・Ｔ））〕−（（ｙ
（Ｋ−１・Ｔ）−ｙ（Ｋ−２・Ｔ））−（ｙ（Ｋ−２・
Ｔ）−ｙ（Ｋ−３・Ｔ））））は、加速度に起因する、
サンプル時点間での速度の変化量を表わす。上記、第一
項〜第三項を加え合わせることによって、少なくとも、
ヘッドがＹ（’）（ＫＹ）以上の高次の項を持たないと
きには、サンプル時点での検出速度は、実速度に等しい
。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。第１
図において、１はディスク面、２は磁気ヘッド、３はボ
イスコイルモータ、４はパワーアンプ、５はヘッドアン
プ、６はトラック信号復調回路、７はポジションアンプ
信号復調回路、８はＡ／Ｄ変換器、９はＤ／Ａ変換器、
１０は加速度フィードフォワード発生回路、１１は目標
速度発生回路、１２はループゲイン、１３は位置検出回
路、１４は記憶部、１５はサンプル間平均速度計算部、
１６は、高次モード計算部、１７は、１４゜１５．１６
より構成さ九る速度検出回路である。

これらのうち、加速度フィードフォワード回路１０、目
標速度発生回路１１．ループゲイン１２゜位置検出回路
１３．記憶部１４．サンプル間平均速度計算部１５．高
次モード計算部１６、はディジタル回路によって実現さ
れ、ＭＰＵ内に格納されたプログラムによって実現及び
制御される。

磁気ヘッド２は、ディスク面１上に放射状に。

一定の間隔を記録されているサーボ情報部を通過する毎
に、位置情報を読み取る。

位置情報は、ディスク面１上に同心円状に設けられた記
録領域であるトラックのディスク面上での位置を示すト
ラック番号を表す信号と、トラックの中心からの、磁気
ヘッド２のずれを表す信号から成る。

これらの二信号は、それぞれ、トラック信号復調回路６
．ポジション信号復調回路７を介して、位置検出回路１
３に送られる。

位置検出回路１３では、トラック信号復調回路６によっ
て、復調されたトラック番号と、ポジション信号復調回
路７によって復調されＡ／Ｄ変換器８を介して入力され
たポジション信号を加算し、磁気ヘッド２のディスク面
上での位置を計算する。

このようにして計算された位置情報は、速度検出回路１
７及び、記憶部１４に送られて記憶される。

第２図は、第１図の処理の概略を示している。

Ｆｌは、磁気ヘッド２で位置情報を読み出すことから位
置検出回路１３によって位置を検出するまでの処理に係
り、Ｆ２〜Ｆ５は速度検出回路１７の処理に係る。また
、Ｆ６は、速度検出後のボイスコイルモータ３の駆動ま
でに係る。

速度検出回路１７における処理をＦ２〜Ｆ５に添って示
す。

Ｆ２は、Ｋ−１サンプル時点で、Ｆｌによって、記憶部
１４に記憶された、Ｋ−１サンプル時点での磁気ヘッド
２の位置情報ｙ（Ｋ−１・Ｔ）をにサンプル時点で位置
検出回路１３より送られてきた、Ｋサンプル時点での磁
気ヘッド２の位置情報ｙ（ＫＹ）より減じ、これを記憶
部１４に記憶する。

また、便宜上この値、すなわち、 ｙ（ＫＴ）−ｙ（Ｋ−１・Ｔ） をＡ１（Ｋ）と呼ぶこととする。

Ｆ３では、Ｋ−１サンプル時点で、Ｆ２によって計算さ
れ記憶部１４に記憶された、Ａｌ（Ｋ−１）を前記のよ
うににサンプル時点でＦ２によって計算されたＡ　１（
Ｋ　）より減じた値に適当な定数Ｐ１をかけ合わせ、記
憶部１４に記憶する。また、便宜上、この値、すなわち
、 Ｐ　ｌ（Ａ　ｔ　（Ｋ　）　　Ａｌ（Ｋ−１））をＡ　
ｘ　（Ｋ　）と呼ぶこととする。

Ｆ４では、Ｋ−１サンプル時点で、Ｆ３によって計算さ
れ記憶部１４に記憶された、Ａｘ（Ｋ−１）を前記のよ
うに、Ｋサンプル時点に、Ｆ３によって計算された、Ａ
　ｘ　（Ｋ　）より減じた値に適当な定数Ｐ２をかけ合
わせる。便宜上、この値をＡａ（Ｋ）と呼ぶこととする
。すなわち、 Ａ＋５（Ｋ）＝Ｐｚ（Ａｘ（Ｋ）−Ａｚ（Ｋ−１））と
する。

Ｆ５では、Ｆ２．Ｆ３．Ｆ４によって計算されたＡｔ（
Ｋ）、Ａｍ（Ｋ）、Ａ８（Ｋ）を加算した値１７Ｔ倍す
ることにより、Ｋサンプル時点における磁気ヘッド２の
速度を得る。

Ｆ２は、第１図サンプル間平均速度計算部１５の動きに
相当し、Ｆ２〜Ｆ４は高次モード計算部１６の働きに相
当する。

目標速度発生回路１１では、上位のコントローラより指
令された、磁気ヘッド２を位置決めすべき目標のトラッ
クと、位置検出回路１３によって計算される磁気ヘッド
の位置情報より計算される、目標トラックまでの位置偏
差に従った目標速度を発生する。

加速度のフィードフォワード発生回路１０では、目標速
度発生回路１１に同様に、目標トラックまでの位置偏差
に従って加速度フィードフォワード量を発生する。

目標速度発生回路１１で計算された目標速度と１４によ
って計算される速度により計算される速度偏差にループ
ゲイン１２を乗じた値に１０により計算される加速度フ
ィードフォワードを加算した値を、Ｄ／Ａ変換器９への
指令値として送る。

Ｄ／Ａ変換器への指令値は、Ｄ／Ａ変換器９によりＤ／
Ａ変換され、パワーアンプ４を介して、ボイスコイルモ
ータ３に供給され、磁気ヘッド２の速度が、目標速度に
追従するような駆動力を発生する。

このように、磁気ヘッド２を目標位置に近づける動作を
シーク動作と呼ぶ。

シーク動作では、速度検出回路１７における、速度検出
法が重要であり、以下この機能と効果について説明する
。

第３図は、第１図のうち、シーク動作に係る、速度制御
系の部分を抽出したものである。

２０は速度制御系のループゲイン、２１は０次ホールド
回路（Ｄ／Ａ変換器９の機能を示す）２２．２３は積分
回路、２４は速度推定回路である。ここでは制御対象を
紙慣性体としてモデル化しており、更に、簡単のため、
制御対象のゲインを１としているため、１／Ｓ２と表わ
される。

本制御系の位相含有は、制御系の安定性、応答特性を代
表する特性の一つであり、開ループ伝達関数のゲインが
１となった場合の一１８０°からの位置のずれとして評
価される。

第３図における速度推定回路２４のパルス伝達関数をＧ
　ｄ　（Ｚ）とすると、第３図のブロック図の開ループ
伝達関数は、以下に示す（９）式となる。

ここでＺ−１は１サンプル遅れを表す。

比較のために、一般に多く用いられている速度検出法で
ある後退差分法について示す。これは、サンプル点間の
平均速度を計算する方法であり、第１図の速度検出回路
１７のうち、サンプル点間平均速度計算部１５に相当す
る。また、本方式のブロック図を第４図に示す。第４図
のブロック図の伝達関数は。

Ｚ であるので、間ループ伝達関数は以下に示す（１１）式
となる。

（１１）式のゲインが１となる周波数、すなわち、０ク
ロス周波数に対する位相余裕の変化を、サンプリングタ
イムＴ＝３５０　（μＳ）とした場合を例にとって、第
５図の５２に示す。理想的な位相余裕である９０°より
も、悪化している。

第６図は、このときの、目標速度６２、磁気ヘッドの速
度６３の代表的な波形である。速度６３は目標速度６２
に対して、オーバシュート、あるいは、アンダーシュー
トを生じ、速度制御系の追従特性が悪化している。これ
は、後退差分による速度検出が以下に示す（１２）式か
ら明らかなように、サンプル点間の平均速度を計算する
手法であるため、第５図の５２に示した位相余裕の悪化
を生じる為である。

Ｖ（ＫＴ）＝−（ｙ（ＫＴ）−ｙ（Ｋ−１−Ｔ））　　
　＝（１２）後退差分により速度検出を行った場合の、
位相余裕の悪化に伴う、速度制御系の追従特性の悪化は
、セクタサーボ方式の磁気ディスク装置では、避けられ
ない問題であるが、本発明の速度検出法により、位相余
裕の悪化を回復することが可能である。次に本発明の速
度検出法について検討する。

（８）式を変形することにより、（１３）式を得る。

Ｙ（１）（ＫＴ）＝−［（１−Ｚ−リＹ（ＫＴ）＋−（
１−Ｚ−〇（（１−Ｚ″″１）Ｙ（ＫＴ））＋２・−（
１−Ｚ−リ（（１−Ｚ−１）（（１−Ｚ−１）Ｙ（ＫＴ
））））・・（１３） 第８図（１３）式に対するブロック図を示す。８１゜８
２．８３はそれぞれ（１３）式の右辺、第１項、第２項
、第３項に対応する。また、第８図中のＰｓ。

Ｐ２はそれぞれＰｚ＝１／２．Ｐｚ＝２／３である。

また、８１は第１図のサンプル間平均速度計算部１５に
相当し、８２．８３は高次モード計算部１６に相当する
。

（１３）式の速度検出方式を用いた場合その間ループ伝
達関数は、　（１４）式となる。

・・・（１４） 本方式に対して、後退差分方式の場合と同様に、サンプ
リングタイムをＴ＝３５０　［μＳ］と固定した場合の
Ｏクロス周波数に対する位相余裕を、第５図の５１に示
す。

第５図から明らからように１水力式に従うことによって
、位相遅れが回復し、位相余裕が増加する。また、この
ときの代表的な磁気ヘッドの速度及び、目標速度を、そ
れぞれ、第７図の７２及び７１に示す。

サンプル点における磁気ヘッドの速度を正確に計算する
こにより、速度検出による位相遅れが回復され、位相余
裕が増加したことにより、目標速度に対する、オーバシ
ュート、あるいは、アンダーシュートが減少し、速度制
御系の追従性が向上する。

第８図に示した速度検出回路は、前記の通り。

第２図のＦ２〜Ｆ５の手順によって実現される。

また、第８図、に示した速度検出方式において、サンプ
ル時点での磁気ヘッド２の速度が正確に計算されるのは
、その加速度が、たとえば、第９図。

第１０図に示される場合である。すなわち、Ｙ（’）（
ｔ）＝Ｏ（ｉ＝４．５．６・・・）の場合である。ここ
で、Ｙ（ｔ）は磁気ヘッド２の位置を示し、Ｙ（’）（
ｔ）はその１次の微分を示す。

一方、 Ｙ（’）（ｔ）≠Ｏ（ｉ＝４．５．−ｎ）の場合には、
サンプル時点で演算された速度と実速度の間には、速度
誤差を生じる。

このような、磁気ヘッド２の位置が、（１５）式で示さ
れる場合には、（１６）式で示される速度検出アルゴリ
ズムによって、サンプル時点で計算される速度を実速度
と一致させることができる。これは、第１１図に示され
る構成によって実現される。

Ｙ（す（ＫＴ）＝−（（１−Ｚ−りＹ（ＫＴ）＋Ｐ１（
１−Ｚ−”）”Ｙ（ＫＴ） ＋Ｐｚ（１−Ｚ−’）”Ｙ（ＫＴ） ＋　　　　　　　　　・・・ 十Ｐｎ（１−Ｚ−１）”Ｙ（ＫＴ））　　　・−（１６
）ここでＰ　Ｌ　　（ｉ　＝　１　、２　、−　ｎ　）
は（１５）式より計算される。本速度検出法は、第１１
図より明らかなように１１１に示す基本要素を縦列に接
続していくことにより実現されるが、これは、Ｙ　（’
）（ＫＹ）の−サンプル間での平均的な変化量が、（１
７）式で表わされることより理解される。

Ｙ（１）（ＫＴ）＝−（Ｙ（’−１）（ＫＴ）−Ｙ（１
−リ（Ｋ−１・Ｔ））・・・（１７）また、本速度検出
方式は、第８図の速度検出回路の実現手順を第１２図の
ように、繰り返していくことにより実現される。

また、第８図、第１１図のブロック図で示される速度検
出回路は、全く等価の効果を持つ、第１３図、第１４図
の方式に置き換えることができる。このとき、ｑｔ　（
ｉ＝ｏ、１，２，３・・・）は、第１３図、第１４図の
伝達関数と第８図、第１１図のブロック図の伝達関数の
係数を比較することにより計算される。

また、第１３図、第１４図の方式の一実現手順を第１５
図、第１６図に示す。ここで、計算に使用される。各サ
ンプル時点での磁気ヘッド２の位置は前述の手順で、位
置検出回路１３で計算され、記憶部１４に記憶されてい
る。

また、乗算の各定数ｑｉも、記憶部１４に記憶されてい
る。

に、サンプル時点で磁気ヘッド２の速度を正確に計算で
きるが、このＰｌ、Ｐ２を適当に変化させてやることに
より、サンプル時点から次のサンプル時点までの時間で
の任意の時間の速度を正確に求めることができる。

第１１図のＰｘｔ　Ｐｚ・＝Ｐｎ、第１３図のｑ。。

ｑｌｅ　ｑｌｅ　ｑ８第１４図のｑＯ９・・・ｑｎにつ
いても同様である。

以上の速度検出方式を実現するための具体的な回路構成
を第１７図に示す。図において、１５１はマイクロプロ
セッサ（ＭＰＵ）であり、１５２はプログラム等を記憶
するリードオンリメモリ（ＲＯＭ）１５３は計算値を一
時的にストアしたりするワークエリアをもつランダムア
クセスメモリ（ＲＡＭ）である。ＭＰＵ１５７は一定の
サンプリング間隔で、サーボ信号を受は取り、演算処理
後、Ｄ／Ａ変換器１０に出力する。

〔発明の効果〕

本発明によれば、速度の推定がより正確に、しかも、容
易に実現できるため、安定度が高くしかも応答性の高い
サーボ系をもつディスク装置が実現できるという効果が
ある。

また、速度推定演算を位置信号のみを用いてマイクロプ
ロセッサ内で行うため、他のハードウェアが必要ない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例のブロック図、第２図は、
第１図の実施例の計算手順の説明図、第３図は、第１図
の実施例のうちの速度制御回路図、第４図は、速度推定
回路２４を後退差分法で実現した場合のブロック図、第
５図は後退差分法と本発明の速度検出法との位相余裕特
性図、第６図は後退差分法を用いた場合の目標速度と実
速度の説明図、第７図は本発明の速度検出法を用いた場
合の目標速度と実速度の説明図、第８図は、本発明の速
度検出法のブロック図、第９図、第１０図は加速度パタ
ーン図、第１１図は本発明の速度検出法の説明図、第１
２図は第１１図の一実現手順図、第１３図、第１４図は
本発明の速度検出の一実現法の説明図、第１５図、第１
６図は第１３図、第１４図の一実現手順説明図、第１７
図は本発明の回路構成のブロック図である。 １・・・ディスク、２・・・ヘッド、３・・・ヘッド支
持系、４・・・ボイスコイルモータ、５・・・パワーア
ンプ、６・・・ヘッドアンプ、７・・・トラック信号復
調回路、８・・・ポジション信号復調回路、９・・・Ａ
／Ｄ変換器、１０・・・Ｄ／Ａ変換器、１１・・・位置
検出回路、１２・・・目標速度発生回路、１５・・・ル
ープゲイン、１６・・・速度検出回路、２０・・・速度
制御系ループゲイン、２１・・・Ｏ次ホールド回路、２
４・・・速度推定回路、第 ２ 国 第３（ｉｌ ４ 第 第 閏 １０σ ｌσσＯ Ｏクロス居ト皮数 〔ＨｔＥ 第 ろ 口 第 （２） ＄ｑ ｊ 第 ０ 口 第 １２ 第 ３ 第 ５ 図 第 １６ 閃 Ｐ　／７　ＥＥｒ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ディスク面上の複数の同心円状の記録領域にデータ
   が記録される部分と、前記記録領域の前記ディスク面上
   での位置及び、前記記録領域の中心位置を示すサーボ情
   報が記録されてある部分とを複数個もつた磁気ディスク
   と、前記磁気ディスクの回転中に前記サーボ情報を読み
   取る磁気ヘッドと、前記磁気ヘッドに接続され、入力信
   号に応じて、前記磁気ヘッドを、現時点において記録の
   読み書きをする為に追従している記録領域から、次に記
   録を読み書きするための記録領域に移動、追従するよう
   に駆動するアクチュエータと、前記アクチュエータに操
   作量を出力する制御装置とを含む磁気ディスク装置であ
   つて、 現サンプル時点、及び、これにより過去の複数のサンプ
   ル時点で、前記磁気ヘッドにより検出された、前記磁気
   ヘッドの前記磁気ディスク面上での位置情報を記憶する
   手段と、前記位置情報よりサンプル点間の平均速度情報
   を計算する手段と、前記平均速度情報を記憶する手段と
   、前記位置情報、あるいは、前記平均速度情報より、サ
   ンプル点間の平均加速度、及び、更に高次の時間に対す
   る変化量を計算及び記憶する手段を持つことににより、
   サンプル時点での前記磁気ヘッドの速度を正確に検出す
   ることができる速度検出回路を備えたことを特徴とする
   磁気ディスク装置。