JPH03502015A - 推定位置決めシステム及び方法 - 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】 推定位置決めシステムおよび方法 ［発明の技術分野］ 本発明は推定装置によって、部材の指定位置への移動を制御するシステム及び方 法に関し、詳細にいえばディスク・ファイルのヘッドの位置決めに関する。

［発明の背景］ 情報の入るトラック上にデータを書き込み、またこれからデータを読み取るため にディスク・ファイルのヘッドを位置決めする態様の１つは、トラックの間のい わゆる「シークＪ運動である。これは一般に、データの読取り、書込みを行なえ るトラック追随モードに入る前に、最終位置誤差を最小とする最短時間で、かつ 整定時間で、ヘッドを移動するのが望ましい、トラックの追随は、ディスクの少 なくとも一方の表面に、しばしば「サーボ・パターン」と呼ばれる位置基準情報 を提供することによって左右される１位置基準情報は専用のサーボ表面にあり、 専用のサーボ・ヘッドによって読み取られるものであっても、データ表面にサー ボ・セクタとして離散されており、データ・ヘッドによって読み取られるもので あってもかまわない、一般に、位置基準情報はヘッドの絶対的な位置を与えるも のではなく、単一のトラックに関する。

あるいはトラックの小グループ内でのオフセット位置を与えるだけである。従来 、シーク操作はこの情報を使用して、絶対位置または目標トラックまでのトラッ ク数のいずれかを含んでいるレジスタを更新する。

シーク操作は通常、開ループ形態で、ヘッドをできるだけ高速で加速する加速フ ェーズと、これに続いた、何らかの閉ループ制御によってヘッドを減速し、はぼ 目標トラックで停止させる減速フェーズからなっている。加速フェーズと減速フ ェーズの間に、中間の「惰行」ないし定速フェーズがあることもある。

従来、減速の制御はヘッド速度を測定または推定し、ヘッドに速度のプロフィー ルを追跡させることによって行なわれていた。速度のプロファイルは「ディスク ・ファイル・ヘッド位置決めサーボの設定（Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ａ　Ｄｉｓｋ 　Ｆ４１ｅ　）Ｉｅａｄ−Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　５ｅｒｖｏ）　Ｊ　　（Ｉ 　Ｂ　Ｍジャーナル・オブＲ＆Ｄ、１９７４年１１月、ＰＰ、５０６−５１２） というＲ，Ｅ。

オスワルド（Ｏｓｗａｌｄ）の記事で説明されているように、進行距離の平方根 に基づいて計算される。あるいは、プロファイルを進行するトラック数によって アドレスされるテーブルに記憶できる。このようなシステムの１つがＥＰ　　０ １．１１６５４　Ａ１に記載されている。

ディスク・ファイル・ヘッドの移動の制御における最近の開発は位置基準情報を 、フランクリン（Ｆｒａｎｋ　ｌｉｎ　）およびパラエル（Ｐｏｗｅｌｌ）によ る「動的システムのディジタル制御（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　 Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｓｙｓｔｅｍｓ）　Ｊ　　（Ａｄｄｉｔｉｏｎ−Ｖｅｓｌｅｙ 、　１９８０）に記載されているような状態推定制御理論と組み合わせて導かれ る、ディジタル化位１％差のサンプリングを使用している。米国特許明細書第４ ６７９１０３号及び第４６９７１２７号は、ディスク・ファイルに用いられたこ のようなシステムを記載しており、このシステムにおいて。

位置決めシステムの数学モデルによって定義される状態変数は状態推定装置によ る各サンプリング時に更新される。推定装置への入力は位置の誤差、及び現在印 加されているアクチュエータ制御信号である。出力の１つは速度推定量であり、 これはシーク・モードにおいて、以前のサーボ・システムと同様に速度のプロフ ァイルと比較される。

理想的なアクチュエータは二重積分器システムであり、コイルの電流が時間に対 して積分され、速度をもたらし、速度が積分されて位置をもたらす１士エアンペ アに制限されたドライバを備えた理想的なアクチュエータの場合、最小減速時間 は全減速電流を臨界進行距離に印加することによって得られる。この距離は次い で、放物線状に減少し、最終的に、速度がゼロの必要位置に達する。理想的な速 度のプロファイルは、次式によって与えられる。

ただし、■、は所与の進行比ＨＸに対する最適速度、Ｍはシステムの質量、Ｋ、 はアクチュエータの力の定数である。

従来技術の実施形態において、サーボはテーブル索引の形で、あるいはこれを直 ちに計算するかしたこの理想的な軌道すなわち速度のプロファイルを有している 。各サンプル時に、あるいはトラックの交差時に、これはアクチュエータの速度 及び残りの進行距離を、理想軌道と比較し、アクチュエータの速度が、その進行 距離に対して理想軌道によって与えられる上記の速度よりも大きい場合には、ア クチュエータに対する軽動電流を増加させる。

テーブル索引または「迅速な」計算との間の選択を行なうに当たり、適切な分解 能を有するテーブルに必要な大きなコード・スペースと、平方根を計算するのに 必要な時間の長さの間のトレードオフ、すなわち反復処理を行なわなければなら ない、ＥＰ　　０１１１４５４　　Ａｌなどの若干のアルゴリズムは、コンパク トなテーブルを使用するが、テーブルにアクセスするのに長い時間がかかる。

さらに、他に４つの要因も状況を複雑にしている。

１）アクチュエータの速度が軌道速度よりも大きいことが判明した場合には、駆 動力を増加させる必要がある。したがって、軌道は最悪の場合のファイルにおけ るサーボ動作を可能とするのに利用できる全駆動力よりも若干低い駆動力レベル 。

通常７５％に基づいたものでなければならない。

２）アクチュエータ・コイルおよびドライバ電子回路の時間定数により、アクチ ュエータに力を印加し、除去する際に遅延が生じる。軌道に到達した際に駆動力 を逆転する８時期の決定、及び駆動力を除去し、かつ整定アルゴリズムに接近す る時期の決定に当たり、何らかの形式の推定が必要となる。

３）最終位置において、きわめて高い電流の変化率が生じ（コイルの立上り時間 のみによって制限される）、また結果として生じるジャークないし力の変化率が 機械的システムにおける共振による問題を惹起する。

４）ドライバに印加されるように発生される誤差信号が、上記で概略を示した単 純な手法、すなわちサーボ利得係数に４Ｘアクチユ工−タ速度Ｖ、と軌道速度ｖ Ｌの差に基づいている場合には、軌道で暗示される駆動力レベルを生じるのに必 要な誤差が一定、すなわち公称１／に４なのであるから、パーセント項の誤差は 速度が減少するにしたがって増加し、速度ゼロに近づくと、受は入れられないも のとなる。これを補償するには、軌道を変形して、必要な誤差を認めるようにす るか、あるいはフィードフォワード電流を誤差項に加えるかすることができる。

しかしながら、これらの解はシステムをさらに複雑にする。

［発明の開示］ 従来技術で実施されている速度のプロファイル制御で発生する上述の問題の多く は、本発明によって解決されるものであり１本発明はアクチュエータ制御信号に 応じてアクチュエータによって、部材が運動可能な所定の経路の指定の位置に、 位置決めシステムにおける部材の運動を制御する方法を提供するものであり、前 記運動は少なくとも加速及び減速フェーズからなる。システムはさらに位置基準 情報、及びこのような位置基準情報を読み取って１部材の相対位置を示す信号を 発生できる変換手段を含んでいる。該方法は規則的なサンプリング時間で位置変 換手段からの信号をサンプリングし、指定位置までの進行距離を計算し、システ ムの数学モデルにしたがい、かつ少なくとも電流位置信号サンプルとアクチュエ ータ制御信号に応じて各サンプリング時間における部材の速度を推定し、運動の 上記の減速フェーズ中に、前記の速度の推定値及び進行距離に基づいてアクチュ エータ制御信号を発生し、発生したアクチュエータ制御信号をアクチュエータに 印加し、部材が指定の位置の所定の距離内になるまで、上記の各ステップを反復 するステップからなり、アクチュエータ制御信号が進行距離で除算した推定速度 の２乗の関数として、運動の前記減速フェーズ中の各サンプリング時間で計算さ れることを特徴とするものである。

本発明はアクチュエータ制御信号に応じて所定の経路に沿って指定の位置に部材 を運動させるためのアクチュエータを含む位置決めシステムも提供するものであ り、該運動は少なくとも加速及び減速フェーズと、運動経路に関連した位置基準 情報と、このような位置基準情報を読み取り、部材の相対位置を示す信号を発生 することのできる変換手段と、規則的なサンプリング時間で相対位置指示信号を サンプリングするためのサンプリング手段と、指定位置までの進行距離を計算す るための手段と、位置決めシステムの数学モデルに基づき、かつ少なくとも現在 位置サンプル及びアクチュエータ制御信号に応じて各サンプリング時に部材の速 度を推定するための速度推定装置と、運動の前記減速フェーズ中の各サンプリン グ時に、前記速度推定値及び進行距離に基づいて、アクチュエータ制御信号を発 生し１発生したアクチュエータ制御信号をアクチュエータに印加するための手段 とからなり、運動の前記減速フェーズ中に前記発生手段によって発生されたアク チュエータ制御信号が、各サンプリング時に、進行距離で除算した推定速度の２ 乗の関数として計算されることを特徴とするものである。

本発明によるシステム及び方法は、軌道テーブルを必要とせず、コード・スペー スを節減するという利点を有している。

さらに、平方根の代替計算が回避され、時間が節減される。

平方根をとることは反復処理を含んでおり、必要な反復の数は最悪な場合の入力 データに必要なものでなければならない。

また、速度誤差項（１／に、）がない、これは指定した位置に接近し、制御が位 置ループ整定アルゴリズムに渡された場合に重要となる。速度の誤差が整定フェ ーズにおけるオーバーシュートを増加させるからである。

能動電流が限定された理想的な電磁アクチュエータを与えた場合、減速のための 最短時間は減速フェーズ全体にわたって、全電流（または、その数パーセント） を印加することによって与えられる。しかしながら、実際のアクチュエータにお いては、減速電流をもたらすことによって得られるという利点がある。このよう な利点の１つは、最大減速電流が利用可能な電源電流及びコイルの抵抗によって しばしば決定されることによって生じる。この場合、大きな力係数を有するシス テムでは、逆起電力の付加効果のため、大きな電流が減速期間の初期に利用でき るので、電流を連句に与えれｌ！、減速時間が短縮される。システム内に有意の 共振がある場合に、減速フェーズの終わりから、整定基準が満たされるときまで の時間を、減速時間と関連して考慮しな番プればならなし１ので、第２の利点が 生じる。減速の最後の部分で、電流力１清ら力１番こゼロまで減らされると、ジ ャークを減らすことができる。また、速度の変化率が減らされた場合、速度の推 定値の誤差も小さくなる。結果として、整定アルゴリズムへの受渡しが低い共振 振幅によってより良好に制御され、かつ速度の推定値がより正確になる。電流の この変化は減速時間を延ばすが、減速及び整定時間の全体的な現象をもたらすこ とができるのは明らかである。

このような変化は本発明による好ましい方法にお−１で、ヘッドを指定のトラッ クに配置するのに必要な最低アクチュエータ制御信号を、所定の率だけ越えるア クチュエータ制御信号を計算することによって容易に達成される。

この改変形はアクチュエータ制御信号（電流）の好ましν１計算で使用される定 数に、／Ｍ　（ただし、Ｋｔはアクチュエータの力の定数であり、Ｍは可動シス テムの質量である）の調節を含んでいる。　Ｋ　ｆ　／　Ｍに通常０．８なりｔ Ｌ、０．９５の範囲の定数に、を乗じた場合、アクチュエータに与えられる制御 信号は過大となる。結果として、次のサンプリング時レニ、比ｖ２／Ｘ（ただし 、■は速度の推定値であり、Ｘは進行距離である）は減少する。しかしながら、 制御信号の新しい値も過大であるから、次のサンプリング時に、制御信号が再度 減少されるなどのこととなる。これは各サンプリング時における次の計算によっ て実現される。

Ｕ　＝　Ｍｖ　”　／　２　Ｍ　ｔ　Ｋ　、　Ｘ。

ただし、Ｕは駆動電流を表わすアクチュエータ制御信号であり、に、は過大推定 係数である。

２に、に、Ｘ／Ｍが一定であり、したがって各サンプリング時に計算する必要が ないものであることに留意されたい、過大推定係数及び臨界進行距離を慎重に選 択すると、利用できる逆起電力を利用し、かつ減速フェーズの終わりにジャーク を減少できる減速電流のプロファイルが増加する。

上記の計算において１位置の推定値を使用することもできるが、変換手段からの 実際の測定された位置信号を使用して。

進行距離Ｘを計算するのが好ましい、実際には、位置の変化のみが計算され、各 サンプリング時における進行距離を修正するのに使用される。

速度及び必要なアクチュエータ制御信号が減速フェーズ中の各サンプリング時に 計算されるのと同様に、減速フェーズが始まる臨界進行距離Ｘ　ａ　ｒがカロ速 及び惰行フェーズ中の各サンプリング時に計算される。この計算は広い意味で、 推定速度Ｖの２乗をその速度での最大使用可能アクチュエータ電流りも小さくな ると直ぐに、システムは減速フェーズに切り換えられる。電磁アクチュエータの 場合、利用可能な最大電流は逆起電力のため速度とともに増加する。アクチュエ ータの電流の旋回速度も、Ｘ６１の計算に含まれることが好ましい。

Ｘ　ｃ　ｒをプラントの利得であるＫｔｋ速度に無関係であると示すことができ る。結果として、プラントの利得が低０場合。

Ｘ　ａ　ｒが増加し、所与の電流プロファイルの制約内で停止するのに余分な時 間がかかるのを可能とする。それゆえ、最悪の場合のプラントはそれ自体の性能 に影響を及ぼすだけであり、最善のものは公称値を改善する。

本発明はディスク上の情報記憶トラックに関してヘッドを位置決めするための磁 気ディスク・ファイル・ヘッド位置決めシステムに、特に適用できるものである が、アクチュエータを用いている任意の他の精密位置決めシステムにも適用でき るものである。光ディスク・ファイル、プリンタの印刷ヘッドの運動及びロボッ トのマニピュレータはすべて、新しし）位置への最短時間での移動が重要な代替 例である。

ディスク・ファイルの用途において、ファイルは表面し二位置基準情報が、好ま しくは専用で、設けられた少なくとも１枚のディスクを含んでおり、また変換手 段は好ましくは専用のサーボ・ヘッドである少なくとも１個のヘッドと、サーボ ・ヘッドによって読み取られた信号を復調し、情報記憶トラックの半径方向に反 復したサブセットの位置に関する位置指示信号をもたらす復調手段とからなって いる。

［図面の簡単な説明］ 第１図は、ディスク・ファイルのヘッドを位置決めするための本発明しこよるヘ ッド位置決めシステムの略ブロック線図である。

第２図は、ディスク・ファイルのトラックのグループに関し、第１図のシステム で生じたヘッド位置指示信号の公称変化を示す図である。

第３図は、第１図のシステムにおけるヘッドの典型的なシーク運動の際のアクチ ュエータ電流、ヘッド位置及び速度の変化を示す図である。

［発明の詳細な説明コ 第１図に略伝したディスク・ファイル・ヘッド位置決めシステムは、実際の機械 的及び電気的両方の構成要素、ならびにマイクロプロセッサの制御によってマイ クロコードで実現された各種の機能ブロックを含んでいる。このような機能コー ド・ブロックがコードのモジュールとして存在しているだけであって、物理的に 別な構成要素として存在して（するのではないことを認識するべきである。

まず、ハードウェアを考えると、ディスク・ファイル番よ制御理論の観点から「 プラント」とみなすことのできる機械的及び電気的な構成要素１０と、各種の電 気回路とからなっている。１１などの多数の情報収納ディスクが、モータ（図示 せず）によってスピンドル１２上で回転するようになってしＮる１周知のボイス ・コイル・モータ・タイプのアクチュエータ１４によって配置される。１３など のヘッドによって、情報がディスクに書き込まれ、かつこれから読み取られる。

アクチュエータは、マイクロコードによって発生するアクチュエータ制御電圧信 号Ｕを受は取る電圧ドライバ１５からの電流に応じて移動する。

ファイルは専用サーボ・タイプのものであり、ディスク１６の１つは専用サーボ ・ヘッド１７のための位置基準情報を構成するサーボ・パターンを収める表面を 有している。サーボ・ヘッドからの信号は、増幅器１８で増幅され、復調器１９ によって復調され、位置誤差信号Ｘ工を発生する。信号Ｘ工はディジタル信号で あり、ディスク１６の専用表面上で半径方向に反復している４トラツクのグルー プ内のサーボ・ヘッドの位置を与える。第２図は、トラック位置によるこのよう な位置誤差信号の公称変動を示す６ 本発明を理解するのに必ずしも必要ではないが、サーボ・パターンが「位相変調 サーボ・システム」という名称の米国特許第４５４９２３２号の第７図に示した もののようなマルチバースト位相変調パターンであるという説明が役に立とう。

したがって、ディスク１６の専用サーボ表面は、周縁方向に隣接したセクタに分 割されており、これらセクタの各々はセクタの開始部のサーボ識別子（Ｓ　Ｉ　 Ｄ）と、セクタ内で位置基準情報を構成するサーバ・パターンとを含んでいる。

各センタのサーボ・パターン内で、サーボ情報は３つの周縁方向に離隔したフィ ールドに記録され、これらのフィールドの各々には、４つのトラックのグループ のどれに入ってν曳る力１番こしたがって、記録された転移のバーストが連続的 にスタツガされている。第１及び第３のフィールドのスタツガカ１同じ周縁方向 にあるのにだいし、第２のフィールドのスタツガは周縁方向に逆になっている。

第１図のサーボ・ヘッド１７龜ま幅が２トラツクのものであり、その出力は２つ の多重化されたほぼ正弦波のものであり、その位相差はトラックのグル−プ内の 半径方向位置を示す、増幅器１８によって増幅されたこの信号は、第１図の復調 器１９に印加される。

基準位相に関する２つの位相の検出による信号の復調の概略は米国特許第４５４ ９２３２号に記載されて−る力１２位相変調を精密なディジタル信号に変換する 方法に関する詳細な説明は、「位相差復調器」と１λう名称の米国特許第４６４ ２５６２号に記載されている。簡単に言えば、これはまず、ディジタル信号とア ナログの残余の組合せとして位相差を検出することを含んでいる。ディジタル信 号はＰＥＳの最上位ビットを与える。アナログの残余は別にディジタル化されて 、合計１１ビツトのＰＥＳをもたらし、その２つの最上位ビットは４つの取りう るトラック・タイプのうち１つを示し、他の９つのビットはトラック内での端数 位置を示す。

第１図のハードウェア部分を説明した力ｔ、ここで他のブロックを位置決めシス テムの作動に関連したその機能源；よって明白にする。上述のように、これらの ブロック番士市販されているマイクロプロセッサ（テキサス・インストルメンツ ＴＭＳ３２０Ｃ２５）及び関連する内部及び外部メモリのマイクロコードとして 実現される。

システムの中心部には、状態推定装置３ｏがあり、これは復調器１９からの線２ ７のクロック入力によって決定される規則的な所定のサンプリング時間にで、線 ２８の位置誤差信号Ｘ□（ｋ）及び！２９のアクチュエータ制御信号ｕ　（ｋ） の電流ディジタル値を入力として受は取る。復調器１９によって検出された各セ クタの開始時に、サーボ・ヘッド１７によるＳＩＤパターンの発生に応じて、サ ンプル・クロックが発生する。これらの入力に応じて、状態推定装置は速度推定 値ｘ８およびバイアス推定値Ｘ、を発生するが、これらの値はいずれもシステム のハードウェアによって直接測定できないものである。バイアス推定値ｘ３はウ ィンデジ及びアクチュエータのケーブルの張力に関連するものであり、詳細は米 国出については、以下で詳細に説明する。

速度推定値は当初ゼロであり１位置変化信号δ８とともに。

位置計算／モード選択装置３１に印加される。モード選択装置は制御プロセッサ （図示せず）からシーク・コマンドも受は取り、他のトラックへのシーク運動を 開始する。シーク・コマンドは目標トラックのトラック番号を含んでいる。当初 。

電源投入時に、ヘッドはブロック３１の位置計算部のレジスタに保持されている トラック・ゼロに配置される。シーク・コマンドに応じて、このレジスタの値は シーク・コマンドによって画定された目標トラック番号に変更される。

ブロック３１のモード選択部はスイッチ３３を作動させ、システムをその各種の モニド及び位相にステップさせる。シーク・モード前に、システムはトラック追 随モードとなり。

スイッチ３３は総和接合部３４に接続される。これは位置誤差ｘ１の部分に２を 、積分された位置の誤差の部分に４と、また推定された速度；２の部分に２及び アクチュエータ電流Ｕの部分に５と合計する。これは遅延補償による位置ループ を制御するための、周知の比例−積分一徹分構成と等しい。

シーク・コマンドを受けると、シークが８つ以上のトラックに対するものである 場合、モード選択装置３１はスイッチ３３を加速制御装置ｉ３５の出力にセット し、加速制御装置は開ループ状に最大電流を印加し、アクチュエータにヘッドを 目標トラックに向かって、できるだけ高速で加速させる。第３図に示すように、 電流は当初最大値であるが５次いでアクチュエータの速度が上がると、アクチュ エータ・コイルの逆起電力の効果によって若干減少する。

所定の速度に達すると、モード選択装置はスイッチ３３を惰行制御装＠３６に切 り換える。これは推定速度Ｘ、を閉ループ状に一定の所定値に制御する。惰行モ ードは第３図において、速度曲線の上部が平な部分によって表される。

加速フェーズ及び惰行フェーズ中に、モード選択装置は定常的に、臨界進行距離 を計算するが、この距離において、ヘッドが速度の推定値から、また各種の記憶 されている定数から指定のトラックに置かれる場合には、減速を開始しなければ ならない、この距離に達した場合には、モード選択装置はスイッチ３３を減速制 御装置３７に切り換え、制御装置は本発明によるアクチュエータの減速を行なう 。

最後に、モード選択装置がいくつかの基準が満たされたと判断すると、これはト ラック追随モードに戻る。このモードの最初の部分は整定フェーズであるが、そ の説明は本発明の理解に関係がない。

７つ未満のトラックのシークはトラック追随モードのステップされた位置ループ 制御によって処理される。このタイプの短いシークは本発明の主題ではない。

第１図のシステムの各種のコード・ブロックの機能を詳細に説明する。システム の中心には、状態推定装置３０があるが、これは低次電流推定装置というタイプ のものである。

推定装置はサーボの設計において、測定が不可能であったり、経済的でない、シ ステムの各種の状態（たとえば、速度やパイアスカ）を推定するのに使用される 。場合によっては、推定装置は測定装置の雑音が多すぎて直接使用できなり）場 合に、測定される状態を推定するのに使用される。推定装置には、主要なカテゴ リーが２つある。現時点の状態に対する推定値が、前のサンプリング時からの測 定された状態及び推定された状態に基づいたものである予測推定装置、ならびに 推定値が現在のサンプリング時に対して行なわれた測定及び予測に基づいている 現時点推定装置である。

推定装置３ｏのような現時点推定装置を使用したサーボ・システムにおいて、何 らかの初期臨界計算の後、その他の多数の計算が次のサンプリング時の準備の際 に行なわれる。これらの計算は次のサンプリング時におけるシステムの状態の値 を予測する０次のサンプリングが行なわれると、測定された状態の予測が実際の 測定値と比較され、補正係数が発生される。残差と呼ばれるこの補正係数が、未 測定の状態の予測に対する変化率に適用され、使用される最終推定値を与える。

本システムにおいて、力が質量、すなわちアクチュエータにかけられ、最も単純 な場合には、速度及び位置という２つの状態をもたらす、このシステムに次の１ 次微分式によって説明することができる。

仝ｚ　（ｔ）＝Ｘ２　（ｔ） ｘ、（ｔ）＝ｎｕ　（ｔ） ただし、Ｘ工＝位置 ｘ！＝速度（ｍ／秒） Ｕ　＝制御電流（アンペア） ｎ　　”　Ｋ　ｔ／　Ｍ ただし、Ｋ１＝力の定数（Ｎ／アンペア）及びＭ＝ｋｇ一定のサンプリング速度 を与えた場合、これらの式を離散時間差式に変換できる。

ｘ　（ｋ＋１）Φｘ　（ｋ）＋ｒｕ　（ｋ）　　　　　　　（１）行列Φ及びｒ はサンプリング時間及びトラックのピッチｌ：ついて正規化した場合１次のよう になる。

ただし、ｒ、＝ＫｔＴ、、Ｔ２／２Ｍ および　ｒ、＝２ｒよ また。Ｔ、、＝トラックピッチ（トラック／メートル）、Ｔ＝サンプリング期間 である・ これらの式を使用して、次の式によって状態の現在の推定値ｘ　（ｋ）及び入力 電流ｕ　（ｋ）を与えた場合の１次のサンプルにおける状態を予測するための推 定装置を構築すること有効なものであるには、推定装置は状態に関するその予想 値を、測定されたこれらの状態の値と比較し、状態のこの予測値に対する補正値 を発生する必要がある。この手段しこよｉＪ、状態の当初の推定値における誤差 をゼロの減らすことができ、またプラントのモデルの不適合性を許容できる。こ れを行なうため、アクチュエータの例では次のものである残差を生成した。

残差（ｋ　＋　１）　＝　Ｘ、　（ｋ　＋　１　）　−Ｘｘ　（ｋ　＋　１）　 　（３）ただし、ｘ、（ｋ＋１）は次のもので与えられる遅延補償を無視した。

サンプルに＋１における予測位置である。

推定値ｘ　（ｋ＋１）が測定された状態で構成されておらず、代わりに測定値が 使用されている低次推定装置を使用することによって、計算の数を最少とするこ とができる。状態推定装置３０は位置に関しこのような低次推定装置であり、次 の位Ｎマ、の予測値に関する式（４）は、位置が測定値であって、推定値でない 場合１次のように単純化される。

同様に、サンプルに＋１における予測速度は次式によって与えられる。

残差を使用して１次のように状態の予測値を補正して推定値を与える。

Ｘｉ　（ｋ＋ｉ）：：ｙ、ｃｋ＋１）＋Ｉ、２残差（ｋ＋１）Ｘ）　（ｋ　＋　 １　）　＝マ１　（ｋ＋１）＋Ｌ、残差（ｋ＋１）ただし、Ｌ、、Ｌ、及びＬ３ は誤差に対する推定装置の応答速度を決定する定数であり、適宜位置または速度 の以前の予想値を補正するために加えられる残差の割合を決定する。実際の測定 位置が利用できるので、Ｘ□の推定は行なわれない。

推定装置３０はサンプル間で予備計算（３）、（５）及び（６）を行ない、すべ てのサンプリング時に、時間クリティカル推定計算（７）及び（８）を行なう。

式（５）を考慮した場合、第２項と第３項の合計は位置の変化、すなわちΔ位置 の予測値を与える。したがって、この予備計算の場合に、この合計値を次のよう な形式で保管する。

次いで、残差の補正を適用して、アクチュエータの位置の変化である次式を得る ことができる。

δｘ　ｘ　（ｋ　＋１　）　＝ｇ　Ｍ、（ｋ＋１）十残差（ｋ＋１）最後の式を 拡張することによって、これを次のように表わδＸｉ　（ｋ＋１）　＝ｘｔ　（ ｋ）＋ｒ、（ｕ　（ｋ）＋ｘ、（ｋ））＋ ｘ、（ｋ＋１）−Ｘｔ　（’に’＋１）　　　　　　　（１１）ｘ、（ｋ＋１） を拡張することによって、次式が得られる。

δｘ１（ｋ＋ｘ）＝ｘ、（ｋ）＋ ｒｚ　（ｕ　（ｋ）　十Ｘ３　（ｋ）　）　＋　Ｘｉ　（ｋ　＋　１）−ｘ、（ ｋ＋１）−（ｘ、（ｋ）＋ｘ、（ｋ）＋ｒｚ　（ｕ　（ｋ）＋Ｘａ　（ｋ））） これは次の必要な結果をもたらす。

δｘ、（ｋ＋１）＝ｘ、（ｋ＋１）−Ｘｌ（ｋ）Δ位置の計算によって、目標ト ランクまでの進行距離を必要な減速電流を計算するために各サンプリング時に更 新することができる。残差の生成時にあいまい性がなければ、Δ位置の計算がシ ーク速度に何の制約も課さないことに留意されたい、これはシステムのモデルの 精度と測定の雑音の関数である。推定装置自体が適正に機能するには、この制約 を満たさなければならないことは明らかである。

上記の計算は状態推定装置３０によって、ヘッド位置決めシステムのシーク・モ ードのすべてのフェーズ中（ならびに、トラック追随モード中）のすべてのサン プリング時間及びサンプリング時に行なわれる。

シーク中に、各種の固有の計算が位置計算／モード選択装置３１ならびに位相制 御装置３５．３６及び３７によって行なわれる。これらの計算の最善の説明は、 下記のシーク・アルゴリズム全体にある。アルゴリズムのステップには（ａ）− （１）のラベルが付けられており、また説明の注釈も含め豊里止−（ブロック３ １） ａ）ｔｔｇ←１目標トラック番号−現在のトラック番号まただし、ｔｔｇは進行 するトラック数であり、目標トラック番号はシーク・コマンドによって指定され る。

ｂ）Ｄｉｒｎ←記号（目標トラック番号−現在のトラック番号） ただし、Ｄｉｒｎはシークの方向である。

ｃ）ｔｔｇ）７であれば、加速モードに入るサンプリング−（状態推定装置３０ ） ｄ）ＰＥＳ　　ｘ工（ｋ）を得る（復調器１９から）ｅ）残差←（Ｘ工（ｋ）− マ、（ｋ））、モジュロ４ｇ）ｔｔｇ←ｔｔｇ十Δ位置ＮＤｉｒｎただし、Ｄｉ ｒｎ＝−１は内方へのシーク、Ｄ　ｉ　ｒ　ｎ　＝　＋　１は外方へのシークで ある。

１定（状態推定装置３０） シーク・モード　′　（ブロック３１）ｊ）モード＝加速であり、かつ ｔ　ｔ　ｇ＜２ｘ、　（ｋ）　Ｓ＋ｘ：　（ｋ）　／［２ｒｚ　（Ｉ、＋１．Ｘ −（ｋ））］であれば。

モード←減速 ただし、■、＝速度ゼロで利用可能な最大電流、１．＝単位速度当たり利用可能 な余剰電流、 Ｓはアクチュエータ・ドライバ旋回率によって決定される定数である。

ｋ）あるいは、Ｉｘｚ　（ｋ）Ｉ＞０．９４１Ｘ惰行速度であ１）モード＝惰行 であり。

ｔ　ｔ　ｇ＜ｘ、　（ｋ）　Ｓ＋ｘ”、　（ｋ）　／［２Ｆ、（１，＋１．ｘ２ （ｋ））］であれば、モード←減速 加速モード制御（加速制御装置３５） モード＝加速であれば、ｕ　（ｋ）＝Ｕ。

ただし、ｕ　（ｋ）はアクチュエータ電流制御であり、Ｕ、は一定の加速電流で 、最大電流■、に対応したものである。

惰行モード制御（惰行制御装置３５） モード＝惰行であれば、 ｕ　（ｋ）＝に、（ｘ、（ｋ）−Ｖ、）ただし、■。は所定の惰行速度である。

挨速ｉ二凡級鼠（減速制御装置３７） モード＝減速であれば。

ｕ　（ｋ）＝ｘ：　（ｋ）／ｌ　ｔ　ｇ　　Ｋ、ｒ。

シーク終了（ブロック３１） ｔｔｇ＜０．２５トラツクであるか、 ｔｔｇ＜１．０及びＩ　Ｘ、　ｌ　＜０　、１２５　トラック／サンプルであれ ば、 モードエトラツク追随（整定） 国際調査報告　　　。、Ｔ、１１’：、ＡＣ／ｌ’Ｔｎ７ｔｌＰＣＴ／Ｇミ８９ １００２３１ 国際調査報告　　　ＧＢ　８９１００２３１

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）アクチュエータ制御信号に応じてアクチュエータが部材を移動させること のできる所定の経路での、位置決めシステムの部材の指定位置への運動を制御す る方法において、前記運動が少なくとも加速フェーズと減速フェーズからなって おり、前記システムがさらに位置基準情報と、かかる位置基準情報を読み取って 、部材の相対位置を示す信号を発生できる変換手段とを含んでおり、前記方法が 、規則的なサンプリング時間で位置変換手段から信号をサンプリングし、 指定位置までの進行距離を計算し、 システムの数学モデルにしたがい、かつ少なくとも現在位置信号サンブル及びア クチュエータ制御信号にしたがって、各サンプリング時における部材の速度を推 定し、運動の上記減速フェーズ中に、前記速度推定値及び進行距離に基づいてア クチュエータ制御信号を発生し、発生したアクチュエータ制御信号をアクチュエ ータに印加し、 部材が指定位置の所定の距離内にくるまで、連続したサンプリング時に上記のス テップを反復するというステップからなり、 アクチュエータ制御信号を、運動の前記減速フェーズ中に、進行距離で除算した 推定速度の２乗の関数として各サンプリング時に計算することを特徴とする、 前記方法。
2. （２）アクチュエータ制御信号に応じて、所定の経路に沿って部材（１３、１７ ）を指定位置へ運動させるためのアクチュエータ（１４）を含んでおり、前記運 動が少なくとも加速フェーズと減速フェーズからなっている位置決めシステムに おいて、 運動の経路に関連して位置基準情報と、このような位置基準情報を読み取り、部 材（１３、１７）の相対位置を示す信号を発生できる変換手段（１７、１９）と ， 規則的なサンプリング時間で相対位置指示信号をサンプリングするためのサンプ リング手段（２８、２９）と、指定位置までの進行距離を計算するための手段（ ３１）と、位置決めシステムの数学モデルに基づき、かつ少なくとも現在位置サ ンプル及びアクチュエータ制御信号にしたがって、各サンプリング時における部 材の速度を推定するための速度推定装置（３０）と、 運動の前記減速フェーズ中の各サンプリング時に、前記速度推定値及び進行距離 に基づいてアクチュエータ制御信号を発生し、かつ発生したアクチュエータ制御 信号をアクチュエータに印加するための手段（３７）を包含しており、運動の前 記減速フェーズ中に前記発生手段によって発生されたアクチュエータ制御信号を 、各サンプリング時に、進行距離で除算した推定速度の２乗の関数として計算す ることを特徴とする、 前記システム。