JPH04159669A - ディスク記録装置 - 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、ディスク記録装置に係り、特に、磁気ディス
ク装置のヘッド位置決め制御手段に関する。

〔従来の技術〕

ディスク記録装置は情報記憶装置であり、特に、磁気デ
ィスク装置は、コンピュータの大容量外部記憶媒体とし
て、非常に多く用いられている。

磁気ディスク装置は、一般に、同軸に支持され回転する
複数の記録媒体ディスクと、各ディスク面に対向する複
数のヘッドと、これらのヘッドを支持して目標トラック
に移動させるヘッド位置決め機構と、ヘッド位置決め機
構の動作を制御する制御回路とを主要素とする。

ヘッド位置決め制御は、速度制御と位置制御を切り換え
て実行するものが多い。まず、目標トラックからヘッド
の現在位置までのトラック数に応じた速度命令を与え、
ヘッドの速度をこれに追従させる速度フィードバック制
御系により、ヘッドを目標トラック近傍に高速移動させ
る。そこで、位置フィードバック制御系に切り換え、目
標トラックの中心に精密にヘッドを位置決めする。

関連する従来技術として、特開平２−５６００８号公報
は、ヘッド位置決め機構（制御対象）と補償器とヘッド
位置検呂器とからなる位ｌ！＃御系を備えた磁気ディス
ク装置において、位置制御系の前段に、この制御系の遊
動特性を持つフィルタを直列に接続し、フィルタ久方か
ら制御系出方までの伝達特性を１にして、希望する出力
応答を得る方式を提案している。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記磁気ディスク装置のヘッド位置決め制御方式には、
以下のような問題があった。

（１）速度制御から位置制御に切り換える従来の方式で
は、一種類の速度命令により、移動距離の短い動作から
移動距離の長い動作までのすべてを実行していることが
多い。この場合、特に移動距離の短い動作において、ア
クチュエータに十分大きな出力を発生させることは不可
能であり、十分に高速化することができない。

（２）従来の制御系を切り換える方式では、切り換え点
において、制御対象の加速度が急激に変化するため、ヘ
ッドやヘッド位置決め機構が励振され、ヘッド位置の整
定時間が長くなる。

（３）ヘッド位置制御系の進動特性を持つフィルタを作
るには、制御対象のモデルを用いねばならない。しかし
、制御対象のヘッド位置決め機構は複雑な振動モードを
持つことが多く、厳密なモデル化は不可能である。した
がって、進動特性のフィルタの入力から制御系の出力ま
での伝達特性は、正確には１にならない。このことを考
慮せずに入力を設計して動作させると、ヘッド位置決め
機構の共振点を励振し、ヘッド位置の整定時間が長くな
ることがある。

本発明の目的は、これまで用いられてきた制御系の基本
的構成を大きくは変更することなく、ヘッドの振動を抑
制し、位置決め動作を高速化したディスク記録装置を提
供することである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記目的を達成するために、データ記録媒体
ディスクと、ディスクの記録面に対向しデータを読み書
きするヘッドと、ヘッドを支持し移動させ位置決めする
機構と、ヘッドの位置を検出する手段と、検出した位置
信号を処理し前記位置決め機構に制御信号を出力する制
御手段とからなるヘッド位置制御系を有するディスク記
録装置において、ヘッドの位置決め動作の目標位置信号
を算出する手段と９位置制御系の近似逆システムのモデ
ル（逆モデル）に目標位置信号を入力し位置指令値を演
算する手段と、演算結果の位置指令値とヘッドの位置検
出信号とを比較し位置追従誤差を制御手段に出力する手
段とを備えたディスク記録装置を提案するものである。

本発明は、また、ヘッドの位置決め動作の目標速度信号
を算出する手段と、速度制御系の近似逆システムのモデ
ル（逆モデル）に目標速度信号を入力し速度指令値を演
算する手段と、演算結果の速度指令値とヘッドの速度検
出信号とを比較し速度追従誤差を制御手段に出力する手
段とを備えたディスク記録装置を提案するものである。

本発明は、さらに、ヘッドの位置決め動作の目標位置信
号を算出する手段と、目標位置信号にヘッド位置検出ゲ
インを乗じて第一指令値を算出する手段と、第一指令値
とヘッド位置検出信号とを比較し位置追従誤差を制御手
段に出力する手段と。

ヘッド位置決め機構の近似逆伝達特性のモデル（逆モデ
ル）に目標位置信号を入力し第二指令値を演算する手段
と、第二指令値を制御手段の出力信号に加算し位置決め
機構への制御信号を出力する手段とを備えたディスク記
録装置を提案するものである。

本発明は、データ記録媒体ディスクとディスクの記録面
に対向しデータを読み書きするヘッドとヘッドを支持し
移動させ位置決めする機構とヘッドの速度を検出する手
段と検出した速度信号を処理し位置決め機構への速度制
御信号を出力する制御手段とからなるヘッド速度制御系
と、前記ディスクとヘッドと位置決め機構とヘッドの位
置を検出する手段と検出した位置信号を処理し位置決め
機構への位置制御信号を出力する制御手段とからなるヘ
ッド位置制御系と、速度制御および位置制御のいずれか
を選択する切り換えスイッチとを備えたディスク記録装
置において、ヘッドの位置決め動作の目標速度信号を算
出する手段と、速度制御系の近似逆システム（逆モデル
）に目標速度信号を入力し速度指令値を演算する手段と
、演算結果の速度指令値とヘッドの速度検出信号とを比
較し速度追従誤差を速度制御手段に出力手段と、へラド
の位置決め動作の目標位置信号を算出する手段と、位置
制御系の逆モデルに目標位置信号を入力し位置指令値を
演算する手段と、演算結果の位置指令値とヘッドの位置
検出信号と比較し位置追従誤差を位置制御手段に出力す
る手段とを備えたディスク記録装置を提案するものであ
る。

本発明は、また、ヘッドの位置決め動作の目標速度信号
を算出する手段と、速度制御系の近似逆システム（逆モ
デル）に目標速度信号を入力し速度指令値を演算する手
段と、演算結果の速度指令値とヘッドの速度検出信号と
を比較し速度追従誤差を速度制御手段に出力する手段と
、ヘッドの位置決め動作の目標位置信号を算出する手段
と、目標位置信号にヘッド位置検出ゲインを乗じ第一指
令値を算出する手段と、第一指令値とヘッド位置検出信
号とを比較し位置追従誤差を制御手段に出力する手段と
、ヘッド位置決め機構の近似逆伝達特性のモデル（逆モ
デル）に目標位置信号を入力し第二指令値を演算する手
段と、第二指令値を制御手段の出力信号に加算し位置決
め機構への制御信号を出力する手段とを備えたディスク
記録装置を提案するものである。

いずれかの場合も、ディスク記録装置は、目標加速度信
号の周波数成分の折り返し周波数をヘッド位置決め機構
の共振周波数に一致させる手段を備え、目標速度信号ま
たは目標位置信号を算出する手段を、目標加速度信号を
それぞれ１階または２階積分して前記目標速度信号また
は目標位置信号を算出する手段とすることができる。

また、ディスク記録装置は、ヘッド位置決め機構の共振
周波数成分を除去するノツチフィルタにヘッド位置決め
動作の理想加速／減速パターンを入力して得られる信号
を目標加速度信号とする手段を備え、目標速度信号また
は目標位置信号を算出する手段を、目標加速度信号をそ
れぞれ１階または２階積分して前記目標速度信号または
目標位置信号を算出する手段とすることができる。

前記各逆モデルは、より具体的には、ヘッド位置決め機
構を慣性体とみなしたモデルを含み、または、前記ヘッ
ド位置決め機構の固有振動モードのモデルを含んでいる
。

いずれのディスク記録装置も、各指令値をリアルタイム
に演算する必要は無く、前記の各指令値を算出する手段
の少なくとも一部に代えて予め算出した結果の指令値デ
ータを表またはマツプとして記憶する手段を備え、その
記憶手段から再生したデータに基づき前記位置制御また
は速度制御を行なうことも可能である。

本発明は、データ記録媒体ディスクと、ディスクの記録
面に対向しデータを読み書きするヘッドと、ヘッドを支
持し移動させ位置決めする機構と、ヘッドの位置を検出
しトラックの境界で不連続になる第一位置信号を生成す
る手段と、位置決め機構への制御信号を生成する制御手
段とを有するディスク記録装置において、不連続な第一
位置信号をつなぎ目標位置からの偏差を表す第二位置信
号を生成する手段を備え、第二位置信号を用いてヘッド
位置を制御するディスク記録装置を提案するものである
。

〔作用〕

現在用いられている多くのディスク記録装置では、ヘッ
ドを目標位置の近くに高速移動させる速度制御系と目標
位置に精密に位置決めする位置制御系とを切り換えて、
ヘッドを位置決めする。

本発明による位置決め動作指令値の演算手段は、速度制
御系または位置制御系の動作時間遅れの特性を打消し、
しかも、ヘッド位置決め機構の振動を抑制するような指
令値を算出する。この指令値を用いてヘッド位置決め制
御を実行するので、動作を高速化するとともに、ヘッド
の振動を防止できる。

〔実施例〕

次に、本発明によるヘッド位置決め制御系を採用した磁
気ディスク装置の実施例を詳細に説明する。

（第１実施例） 第１図は１本発明によるヘッド位置決め制御系を採用し
た磁気ディスク装置の一実施例を示すブロック図である
。本実施例は、位置制御により、ヘッドを高速かつ安定
に位置決めするものである。

磁気ディスク装置機構部１は、スピンドルモータ１７に
より回転能動される軸に取り付けられたディスク１１と
、ディスク１１の外周から内周方向またはその逆方向に
移動しディスク１１に記録された情報を読み取りまたは
情報をディスク１１に書き込むヘッド１３．１４と、こ
れらのヘッド１３．１４を支持するヘッド位置決め機４
ｉ１１５と、ヘッド１３．１４を取り付けたヘッド位置
決め機構１５を郵動するアクチュエータ１６とを備えて
いる。

本実施例は、サーボヘッド１３がサーボ面１２からサー
ボ信号３２を読み取り、データヘット１４の現在位置を
検出しその位置を制御するいわゆるサーボ面サーボ方式
を採用している。位置信号復調回路３１は、サーボ信号
３２を取り込み、ヘッドの位置偏差に比例したヘッド位
置信号３３を出力する。

中央処理装置すなわちＣＰＵ６がディスクコントローラ
６１に磁気ディスク装置への入出力を命令すると、マイ
クロプロセッサ５はヘッド位置決め動作のための位置指
令［３８を演算し、ディジタル／アナログ変換器ＤＡＣ
５５を介して出力する。この演算のため、マイクロプロ
セッサ５は。

アナログ／ディジタル変換器ＡＤＣ５１を介して、前記
ヘッド位置信号３３を取り込む。メモリ５２は、マイク
ロプロセッサ５の動作プログラムや演算に必要な各定数
等を記憶している。マイクロプロセッサ５の演算処理の
詳細については、後述する。

比較回路３４は、位置指令値３８からヘッド位置信号３
３を減算し、位置追従誤差信号３９を出力する。補償回
路３５は、位置追従誤差信号３９を取り込み、制御系の
安定性を高めたり、外乱や機構振動の影響を抑制するた
めの処理を実行し、パワーアンプ２１に制御信号を出力
する。パワーアンプ２１は、この制御信号に基づいて、
アクチュエータ１６に電気的エネルギーを供給する。

前記実施例の具体的動作を説明する前に、第１図マイク
ロプロセッサ５で行なう指令値決定の原理について、第
２図を用いて説明する。

ここでは、ヘッド位置決め機構１５と、アクチュエータ
１６と、パワーアンプ２１とを合わせて、前記位置制御
系の制御対象１ａと呼ぶ。ヘッド位置決め機構１５を慣
性体、アクチュエータ１６とパワーアンプ２１とを線形
なゲインにモデルΔ 化すると、制御対象１ａの線形慣性体モデルＧｐ（ｓ）
の伝達関数は、 ここで、ｍは機構の質量、Ｋａはパワーアンプのゲイン
−Ｋｆはアクチュエータの力定数を表す。

補償回路３５は位相遅れ進み補償器を構成し、その伝達
関数をＧｃ　（ｓ）とする。

（１＋τｚｓ）（１＋τ４５） Ｇｃ（ｓ）＝Ｋｃ−−〜−−−−−− （１＋τ１ｓ）（１＋τ３ｓ） ・・・・・・（２） ここでτ１．τ２．τ７．τ、は時定数、Ｋｃは線形ゲ
インを表す０位置信号復調回路３１は、ヘッドの位置偏
差に比例したヘッド位置信号３３を発生するので、その
線形ゲインをＫｐと表す。（１）式、（２）式を用いて
、位置制御系の閉ループ伝達関数の近似逆システムを示
す。

ハ １　　　１　＋　ＫｐＧｃ（ｓ）　Ｇｐ（ｓ）＝Ｋｐ＋
□ Δ Ｇｃ（ｓ）　　Ｇｐ（ｓ） ・・・・・・（３） （３）式は、実際の位置制御系の近似逆システムである
ことから、以後これを位置制御系の逆モデルと呼ぶ。

ヘッドの位置決め動作の理想的な応答を表す時系列信号
（以後、目標位置と呼ぶ）をｒ　（ｔ）とおく。そのラ
プラス変換をＲ（ｓ）とする。逆モデルに目標位置を入
力して得られる信号を位置制御系への指令値にすると、
次式で表すようにヘッドは応答する。

１　＋　Ｋ　ｐ　Ｇ　ｃ　（ｓ）Ｇ　ｐ　（ｓ）　　Ｇ
ｃｔ、（ｓ）△ Δ １＋ＫｐＧｃ（ｓ）Ｇｐ（ｓ）Ｇｐ（ｓ）・・・・・・
（４） ここで、Ｙ　（ｓ）はヘッドの応答のラプラス変換を△ 示す。Ｇｐ（ｓ）がＧ　ｐ　（ｓ）に厳密に一致してい
れば、（４）式の結果、ヘッドの応答Ｙ　（ｓ）は目標
位置Ｒ（Ｓ）に等しくなる。しかし、ヘッド位置決め機
構１５は複雑な振動モードを多く持つため、慣性体モデ
△ ルＧ　ｐ　（ｓ）では機構の固有振動を十分には抑制で
きず、したがってヘットの応答Ｙ　（ｓ）は振動的にな
り、目標位置Ｒ（ｓ）に等しくならない。

そこで、次に、この振動を抑制するような目標位置の設
計手順を説明する。

目標位置ｒ（ｔ）は第３図に示すように、単調増加して
、その後、時刻τで一定値になる。ｒ（ｔ、）の２階微
分（以後、目標加速度と呼ぶ）ｒ（ｔ）は第４図に示す
波形になる。これを ｒ（ｔ）＝αｔｎ（ｔ−０，５で）（１−τ）１・・・
・・・（５） と定式化する。目標加速度の周波数成分は、第５図に示
すように、折返し周波数ｆ□、ｆ２．・・・を持つ。ま
た、目標加速度の基本振動数は１／でである。

ヘッド位置決め機構の周波数伝達特性を第６図に示す。

この伝達特性は実験で測定できる。第６図のゲイン特性
には多くの共振点があるが、特に共振周波数ｆｒが位置
決め動作の特性を劣化させる最大の要因である。そこで
、前記目標加速度の折返し周波数ｆ１が共振周波数ｆｒ
に一致するように、（５）式の中の次数ｎと移動時間τ
を選択する。なお、閉ループ位置制御系が厳密にプロパ
なため、（３）式の逆モデルは２個の微分器を持つので
、目標位置は時間について少くとも２階微分可能なこと
が必要条件である。し、たがって、第４図に示すような
加・減速を行なうには、（５）式の次数Ｄ≧１が必要条
件である。以上のように目標加速度を決めたら、第２図
の積分器９１．９２により目標加速度を２階積分し、目
標位置を求める。

なお、（５）式の係数αはヘッドの最終移動距離によっ
て決める。

上記手順で求めた目標位置を（３）式で表わされる逆モ
デルに入力して得られた信号を位置制御系への位置指令
値とすると、ヘッド位置決め機構１５の共振を抑制して
、位置決め動作を高速化できる９以上が位置指令値の決
定の原理である。

次に、第１図実施例の動作を説明する。まず、ＣＰＴＪ
６がディスクコントローラ６１に磁気ディスク装置への
入出力を命令すると、マイクロプロセッサ５は位置指令
値３８を計算する。

第７図はマイクロプロセッサ５内の処理手順を示すフロ
ーチャートである。

ステップＦｌでは、ディスクコントローラ６１から受け
る信号の中にヘッドの位置を移動させるアクセス動作命
令があるかをチエツクする。

ステップＦ２では、アクセス動作命令がある場合、ディ
スクコントローラ６１から目標トラック番号を読み込む
。

ステップＦ３では、ヘッドの現在位置を知るために、ヘ
ッド位置信号３３をＡＤＣ５１を介して読み込む。

ステップＦ４では、目標トラックにおけるアクチュエー
タ１６の力定数値をメモリ５２から読み込む。アクチュ
エータの力定数は、ヘッドの位置により変化することが
あるので、その変化の様子をあらかじめ測定し、メモリ
５２に表形式で格納しておく。

ステップＦ５では、位置決め動作に最も悪影響をおよぼ
す機構の共振周波数をメモリ５２から読み出す。

ステップＦ６では、ヘッドの現在位置と目標トラックと
の間のトラック数から、ヘッドの移動距離を計算する。

ステップＦ７では、アクチュエータ１６の力定数値と機
構の共振周波数とヘッドの移動距離とから、前述の目標
加速度を表す関数（５）式の次数ｎ。

移動時間τ、係数αを決定する。

ステップＦ８では、決定した移動時間τをマイクロプロ
セッサ５の処理時間刻みで割り、それ以後の処理のルー
プ回数を求める。

ここまでは位置指令値を出力する前に行なう処理であり
、これ以後は、ヘッド移動開始後の逐次処理である。

ステップＦ９では、目標加速度を時間について２階積分
して目標位置を求める。

ステップＦＩＯでは、目標位置を逆モデルに入力して処
理し、位置指令値を計算する。

ステップＦＩＬでは、位置指令値をＤＡＣ５５に出力す
る。

ステップＦ１２では、ループ回数を１ずつ減らす。移動
終了（ループ回数二〇）までは、ステップＦ１３からＦ
９に戻って、一定周期で位置指令値の出力を繰り返す。

ステップＦ１４では、動作の終了をディスクコントロー
ラ６１に知らせる。

このようにして作成した位置指令値３８とベツド位置信
号３３との偏差に基づき、乳に述べたように位置制御を
行なう。

本実施例によれば、位置制御だけで、閉ループ系固有の
時間遅れを位置制御系の逆モデルで補償し、目標加速度
の設計手順により、ヘッド位置決め機構の固有振動との
共振を抑制しながら、高速に位置決めできる。

上記実施例では、位置指令値の演算処理をすべて実時間
で行っているが、例えば隣接トラックへの移動にだけこ
の処理手順を用いる時のように、移動距離が一定不変の
場合には、前記手順で指令値を予め計算し、装置製造時
にその時系列データをメモリ５２に格納しておき、実際
の動作時にはそのデータをマイクロプロセッサ５で順次
読み呂すだけの構成にしても良い。このようにすると、
より低速のマイクロプロセッサを採用することもできる
。

現在の多くの磁気ディスク装置では、２相ポジション信
号が用いられている。この方式は、互いに９０°位相の
ずれた２つの三角波状のポジション信号のうち、ヘッド
の位置偏差に比例する一方の相を選択する方式であるた
め、隣接するトラックの境界で不連続なヘッド位置信号
が作られる。

これを線形化ポジション信号と呼ぶ。３トラツク移動し
た時の信号波形を第８図に示す。一方、本発明によって
１トラック以上のヘッドの移動／位置決めを行なうには
、位置指令値への追従誤差を動作中継続して検出するた
め、目標トラック中心からの位置偏差を検出する必要が
ある。

そこで、第１図の位置信号復調回路３１は、第９図に示
すように、線形化ポジション信号をつないで、目標トラ
ック中心からの位置偏差を表す連続した第２の位置信号
を生成する手段を持ち、これを比較回路３４にフィード
バックする。第２の位置信号は、前述の線形化ポジショ
ン信号から。

（トラック＠）　　Ｘ　（目標トラックまでの残トラッ
ク数）×（位置偏差検出ゲイン）の値を常に減算して作
る。

そのための回路の構成を第１０図に示す。線形化ポジシ
ョン信号３３ａは、ＡＤＣ３１ｂを介して、ディジタル
シグナルプロセッサＤＳＰ３１ａに取り込む。次に、上
記計算を実行し、第２の位置信号３３ｂをＤＡＣ３１Ｃ
を介して出力する。

本実施例では、従来のサーボ信号やポジション信号の方
式を変えなくても、位置信号をつなぐ手段を新たに付加
すれば、前述の高速位置決め制御手順と同等の効果が得
られる。

（第二実施例） 第１１図は、本発明によるディスク記録装置の第二実施
例の構成を示すブロック図である。

本実施例が第一実施例と異なる点は。

ａ、マイクロプロセッサ５がＤＡＣ５５を介して位置指
令値３８を出力するのと並行し、ＤＡＣ５７を介して加
速度指令値３ａを出力するｂ９加速度指令値３ａを補償
回路３５の出力に加算する加算回路３７を位置制御系に
付加したことである。

第１２図を参照して、本実施例の動作原理を説明する。

ここでは、ヘッド位置決め機構１５とアクチュエータ１
６とパワーアンプ２１とを合わせて、位置制御系の制御
対象１ａと呼び、その伝達関数をＧ　ｐ　（ｓ）と表す
。制御対象１ａは機構の複雑な振動モードを持っている
が、これを簡単な伝達関数にモデル化し、その逆システ
ムを制御対象Δ の逆モデル９４とする。その伝達関数をｌ／Ｇｐ（Ｓ）
と表す。また、位置信号復調回路３１の位置偏差検出ゲ
インは線形であるが、これをＫｐと表す。

第一実施例の指令値決定の原理で述べた手順と同様にし
て、目標位置の時系列値ｒ　（ｔ）を設計する。このラ
プラス変換をＲ（ｓ）とすると、Ｋｐ−Ｒ（ｓ）を前記
の位置指令値３８、Ｒ（ｓ）　／△ Ｇ　ｐ　（ｓ）を前記の加速度指令値３ａとして各々用
いる。この構成により、ヘッドの応答が第一実施例の（
４）式の結果に等しくなることを次の式で示す。

八 〇　ｐ　（ｓ） 八 Ｇｐ（ｓ） Δ Δ １＋ＫｐＧｃ（ｓ）Ｇｐ（ｓ）Ｇｐ（ｓ）・・・・・・
（６） 上述の原理をヘッド位置決め制御系に適用した場合の各
要素の動作は、第一実施例とほぼ同様である。マイクロ
プロセッサ５は、目標加速度を表す関数の各パラメータ
を決定し、ループ処理を開始し、目標加速度を時間につ
いて２階積分して目標位置を算出し、この値から前記の
位置指令値と加速度指令値を算出し、ＤＡＣ５５，５７
にそれぞれ出力する。

本実施例によれば、第一実施例と同等の効果が得られる
。しかも、第一実施例では位置制御系全体の逆モデルを
用いるのに対して、本実施例は制御対象だけの逆モデル
を用いるので、指令値を計算するための処理手順は、本
実施例の方が簡単にできる。

（第三実施例） 第１３図は、本発明の第三実施例を示すブロック図であ
る。本実施例は、速度制御と位置制御の組み合わせで、
ヘッドを高速かつ安定に移動させ位置決めしようとする
例である。

第１３図において、磁気ディスク装置機構部１は第一、
第二実施例と同様に動作する。位置信号復調回路３１は
、サーボ信号３２を取り込み、ヘッドの位置偏差に比例
したヘッド位置信号３３を出力する。

ＣＰＵ６が、ディスクコントローラ６１に磁気ディスク
装置への入出力を命令すると、マイクロプロセッサ５は
ヘッド位置決め動作のための速度指令値または位置指令
値を逐次計算し、ＤＡＣ５６，５５を介して出力する。

メモリ５２は、マイクロプロセッサ５の動作プログラム
および演算に必要な各定数などを記憶している。マイク
ロプロセッサ５の演算処理の詳細については後述する。

速度検出器４１は、ヘッド位置信号３３の近似微分と電
流検出信号４３の近似積分とを合成し。

ヘッドの速度に比例した信号４５を出力する。速度偏差
増幅回路４２は、速度指令値４４から検出速度４５を減
算して、その差を線形に増幅する。

制御モードスイッチ３６は、ヘッド位置決め動作中に速
度制御から位置制御に切り換えるためにある。切り換え
は、マイクロプロセッサ５が、あらかじめ決められた条
件に従って行なう。

第１４図を参照して、第１３図のマイクロプロセッサ５
で行なう速度および位置指令値の決定の原理を説明する
。本実施例においても、第一実施例と同様に、第４図に
示すような加・減速により、ヘッドの移動・位置決めを
行なう。したがって、次式のように、目標加速度を時間
関数で定式化する。

ｒ　ａ（ｔ）＝αｔ”　（ｔ−０，５τ）（ｔ　−τ）
　”１７）また、目標加速度のラプラス変換をＲａ　（
ｓ）と表す。目標加速度の成分は、第５図に示すように
、折り返し周波数ｆ、、　ｆ２・・・・・・を持ち、ヘ
ッド位置決め機構の周波数伝達特性は、第６図に示すよ
うに、共振周波数ｆｒを持つ。折り返し周波数が共振周
波数に一致するように、目標加速度の次数りと移動時間
τを設計できない場合には１周波数ｆｒでゲインが低下
するノツチフィルタ により、目標加速度を補正する。また、目標加速度の係
数αは、ヘッドの最終移動距離に応じて決める。このよ
うに目標加速度を設計したら、その目標加速度を時間に
ついて一階、二階積分し、目標速度Ｒｖ（ｓ）、目標位
置Ｒｐ　（ｓ）を求める。

Ｒｖ　（ｓ）　＝−ＧＮ（Ｓ）　Ｒａ　（ｓ）　　　　
　−−（９）次に、速度制御系と位置制御系の閉ループ
伝達関数の逆モデルを定義する。ヘッド位置決め機構１
５とアクチュエータ１６とパワーアンプ２１とを合わせ
て、制御対象１ａと呼び、その伝達特性をＧ　ｐ　（ｓ
）と表す。また、これを簡単な伝達関数△ で表したモデルをＧ　ｐ　（Ｓ）と表す。速度検出器４
１は、ヘッドの位置の応答Ｙ　（ｓ）を微分する要素と
して、次のように微分器でモデル化できる。ただし、Ｋ
ｖは線形なゲインである。

Ｇｖ（ｓ）＝Ｋｖ　＋　Ｓ　　　　　　　　　−・・・
（１１）また、速度偏差増幅回路の線形なゲインをＫｅ
と表す。以上のように定義すると、速度指令値４４から
検出速度４５までの伝達関数は次のようにモしたがフて
、　（１２）式の逆システム（速度制御系のΔ　　　　
　　　　　　　　　　　へ Ｇ　ｓ　ｐ　（ｓ）　　　Ｋ　ｅ　Ｋ　ｖ　Ｓ　Ｇ　ｐ
　（ｓ）“　また、位置制御系の逆モデルは第一実施例
で述べたように、次式になる。

１　　　　　１　＋　Ｋ　ｐ　Ｇ　ｃ　（ｓ）　Ｇ　ｐ
　（ｓ）□工□・・・・・・（１４） 次に、速度指令値と位置指令値の求め方を説明する。（
９）式の目標速度を速度制御系の逆モデル（１３）式に
入力して得られる出力を速度指令値とする。また、（１
０）式の目標位置を位置制御系の逆モデル（１４）式に
入力して得られる出力を位置指令値とする。

次に、第１３図実施例の動作を説明する。ｃｐＵ６がデ
ィスクコントローラ６１に磁気ディスク装置への入出力
を命令すると、マイクロプロセッサ５は、制御モードス
イッチ３６を速度制御系の側に切り換える。そして、速
度指令値４４と位置指令値３８を計算し、出力する。

第１５図は、マイクロプロセッサ５内の動作手順を示す
フローチャートである。

ステップＦｌでは、ディスクコントローラ６１から受け
る信号の中にヘッド位置を移動させるアクセス動作命令
があるかをチエツクする。

ステップＦ２では、制御モードスイッチ３６により速度
制御系に切り換える。

ステップＦ３では、ディスクコントローラ６１から目標
トラック番号を読み込む。

ステップＦ４では、ヘッドの現在位置を知るため、ヘッ
ド位置信号をＡＤＣ５１を介して読み込む。

ステップＦ５では、目標トラックにおけるアクチュエー
タの力定数値を読み込む。アクチュエータ１６の力定数
は、ヘッドの位置により変化することがあるので、その
変化の様子を予め測定し、メモリ５２に表形式で格納し
ておく。

ステップＦ６では、位置決め動作に最も悪影響を及ぼす
機構の共振周波数をメモリ５２から読み出す６ ステップＦ７では、ヘッドの現在位置と目標トラック間
のトラック数とから、ヘッドの移動距離を計算する。

ステップＦ８では、アクチュエータ１６の力定数値と機
構の共振周波数とヘッドの移動距離とから、目標加速度
を表す関数（７）式の次数り、移動時間で、係数αを決
定する。

ステップＦ９では、前に決定した移動時間τをマイクロ
プロセッサ５の処理時間刻みで割りそれ以後の処理のル
ープ回数を求める。

ここまでは前処理であり、これ以後は、ヘッド移動開始
後の逐次処理である。

ヘッドが目標トラックに接近するまでは速度制御を行な
うので、ステップＦＩＯの判別はＹである。

ステップＦｉｌでは、（９）式に基づいて目標速度を求
める。

ステップＦ１２では、目標速度を速度制御系の逆モデル
に入力して処理し、速度指令値を計算する。

ステップＦ１３では、速度指令値をＤ　Ａ　Ｃ５６’に
出力する。また、ヘッドが目標トラックに接近してから
は、制御モードスイッチによって位置制御系に切り換え
るので、ステップＦＩＯの判別はＮである。

ステップＦ１４では、（１０）式に基づいて目標位置を
求める。

ステップＦ１５では、目標位置を位置制御系の逆モデル
に入力して処理し１位置指令値を計算する。

ステップＦ１６では、位置指令値をＤＡＣ５５に出力す
る。

速度制御１位置制御いずれの場合も、ステップＦ１７で
、ループ回数を１ずつ減らす。

移動終了すなわちループ回数＝０までは、ステップＦ１
８からＦＩＯに戻って、一定周期で速度または位置指令
値の出力を繰り返す。

ステップＦ１９では、移動の終了をディスクコントロー
ラ６１に知らせる。

このようにして作成した速度指令値４４と位置指令値３
８とを用いて、速度制御と位置制御を行なう。制御モー
ドスイッチ３６の切り換え条件は、例えばヘッドが目標
トラック中心の手前１トラック以内に達し、しかも予め
定めた値まで検出速度４５が低下した場合とする。この
切り換えのために、マイクロプロセッサ５はＡＤＣ５８
を介して検出速度信号４５を常に取り込んでいる。

本実施例によれば、速度制御系と位置制御系の両方を用
いて、機構の共振を抑制しながらヘッド位置決め動作を
高速に実現できる。

本発明の上記各実施例によるヘッド位置決め動作の応答
を従来方法と比較して第１６図に示す。

同じく本発明の上記各実施例によるヘッド位置決め動作
中のヘッドの加速度波形を従来方法と比較して第１７図
に示す。

これらの応答波形から２本発明では従来方法より移動時
間が短いことは明らかである。しかも、本発明によれば
、速度制御系から位置制御系に切り換わる瞬間に、ヘッ
ドの加速度が急激に変化しないので、残留振動が発生し
ない。本発明で、ヘッドの加速度の急激な変化を防止で
きるのは、既に述べたように、目標速度と目標位置とを
共通する一つの目標加速度から設計しており、切り換え
時点の前後で、アクチュエータへの制御入力が連続して
いるためである。

〔発明の効果〕

（１）本発明では、ヘッド位置決め機構の共振を抑制す
るように位置決め動作の目標値（目標位置。

目標速度、目標加速度）を設定し、しかも逆モデルに前
記目標値を入力し、その出力を各制御系への指令値信号
にしている。したがって、動作中のヘッドの振動を防止
し、各制御系に固有の動作時間遅れを打ち消し、ヘッド
を目標トラック中心まで高速に移動させることができる
。

（２）本発明では、また、隣接トラックの境界において
不連続な線形化ポジション信号をつなぎ、目標トラック
中心からの位置偏差を表す連続な第二位置信号を生成す
る。この方式により、現在の多くの磁気ディスク装置で
採用されている２相ポジション信号方式を変更せずに、
（１）で述べた本発明の高速位置決め制御法を現在の多
くの磁気ディスク装置にそのまま適用できる。

（３）本発明では、さらに、速度制御系と位置制御系を
切り換えてヘッドの位置決め動作を行なう場合に、速度
制御系に入力する速度指令値と位置制御系に入力する位
置指令値を共通する一つの目標加速度から作る。その結
果、制御系の切り換え時にヘッド加速度が不連続に変化
しないので、整定時間を短縮ができる。

（４）本発明では、指令値をヘッドの移動中に実時間で
計算する処理の少なくとも一部に代えて、予め計算した
指令値を表またはマツプとしてメモリに格納しておく構
成も採用可能である。このようにすると、マイクロプロ
セッサはメモリから必要な値を逐次読み出し、ＤＡ変換
器に出力するだけでよい。したがって、より低速で安価
なマイクロプロセッサを用いても、ヘッドを高速に位置
決めできる。

【図面の簡単な説明】 第１図は、本発明本発明によるディスク記録装置の第一
実施例を示すブロック図、第２図は第１図実施例の動作
原理を示すブロック図、第３図は移動距離の時間的変化
の一例を示す図、第４図は目標加速度の時間的変化の一
例を示す図、第５図は目標加速度の周波数成分の一例を
示す図、第６図はヘッド位置決め機構の伝達特性をの一
例を示す図、第７図は第１図実施例のマイクロプロセッ
サの処理手順の一例を示すフローチャート、第８図は線
形化ポジション信号の波形の一例を示す図。 第９図は線形化ポジション信号をつないで作る第二位置
信号の波形の一例を示す図、第１０図は線形化ポジショ
ン信号から第二位置信号を作る回路の一例のブロック図
、第１１図は本発明の第二実施例を示すブロック図、第
１２図は第１１図実施例の動作原理を示すブロック図、
第１３図は本発明の第三実施例を示すブロック図、第１
４図は第三実施例の動作原理を示すブロック図、第１５
図は第１３図実施例のマイクロプロセッサの処理手順の
一例を示すフローチャート、第１６図は発明の上記各実
施例によるヘッド位置決め動作の応答を従来方法と比較
して示す図、第１７図は同じく本発明の上記各実施例に
よるヘッド位置決め動作中のヘッドの加速度波形を従来
方法と比較して示す図である。 １・・・磁気ディスク装置機構部、１１・・ディスク、
１２・・・サーボ面、１３・・・サーボヘッド。 １４・・・データヘッド、 １５・・・ヘッド位置決め機構。 １６・・・アクチュエータ、 １７・・・スピンドルモータ、 ２１・・・パワーアンプ、 ３１・・・位置信号復調回路、３１ａ・・・ディジタル
シグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、３１ｂ・・・アナログ
・ディジタル変換器（ＡＤＣ）、３１　ｃ・・・ディジ
タル・アナログ変換器（ＤＡＣ）、３１ｄ・・・残トラ
ック数信号、 ３２・・・サーボ信号、３３・・・ヘッド位置信号。 ３３ａ・・・線形化ポジション信号、 ３３ｂ・・・第二位置信号、３４・・・比較回路、３５
・・・補償回路、３７・・・加算回路、３８・・・位置
指令値、３９・・・位置追従誤差信号、３ａ・・・加速
度指令値、４１・・・速度検出器、４２・・・速度偏差
増幅回路、４３・・・電流検出信号、４４・・・速度指
令値、４５・・・検出速度信号、５・・・マイクロプロ
セッサ、５１，５８・・・ＡＤＣ。 ５２・・・メモリ、５５，５６，５７・・・ＤＡＣ１６
・・・ＣＰＵ、６１・・・ディスクコントローラ、９０
・・・ノツチフィルタ、９１．９２・・・積分器、９３
・・・位置制御系の逆モデル、 ９４・・・制御対象の逆モデル、 ９５・・・速度制御系の逆モデル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、データ記録媒体ディスクと、ディスクの記録面に対
   向しデータを読み書きするヘッドと、ヘッドを支持し移
   動させ位置決めする機構と、ヘッドの位置を検出する手
   段と、検出した位置信号を処理し前記位置決め機構に制
   御信号を出力する制御手段とからなるヘッド位置制御系
   を有するディスク記録装置において、 ヘッドの位置決め動作の目標位置信号を算出する手段と
   、 前記位置制御系の近似逆システムのモデル（逆モデル）
   に前記目標位置信号を入力し位置指令値を演算する手段
   と、 演算結果の位置指令値と前記ヘッドの位置検出信号とを
   比較し位置追従誤差を前記制御手段に出力する手段と を備えたことを特徴とするディスク記録装置。 ２、データ記録媒体ディスクと、ディスクの記録面に対
   向しデータを読み書きするヘッドと、ヘッドを支持し移
   動させ位置決めする機構と、ヘッドの速度を検出する手
   段と、検出した速度信号を処理し前記位置決め機構に制
   御信号を出力する制御手段とからなるヘッド速度制御系
   を有するディスク記録装置において、 ヘッドの位置決め動作の目標速度信号を算出する手段と
   、 前記速度制御系の近似逆システムのモデル（逆モデル）
   に前記目標速度信号を入力し速度指令値を演算する手段
   と、 演算結果の速度指令値と前記ヘッドの速度検出信号とを
   比較し速度追従誤差を前記制御手段に出力する手段と を備えたことを特徴とするディスク記録装置。 ３、データ記録媒体ディスクと、ディスクの記録面に対
   向しデータを読み書きするヘッドと、ヘッドを支持し移
   動させ位置決めする機構と、ヘッドの位置を検出する手
   段と、検出した位置信号を処理する制御手段とからなる
   ヘッド位置制御系を有するディスク記録装置において、 ヘッドの位置決め動作の目標位置信号を算出する手段と
   、 前記目標位置信号にヘッド位置検出ゲインを乗じて第一
   指令値を算出する手段と、 前記第一指令値と前記のヘッド位置検出信号とを比較し
   位置追従誤差を前記制御手段に出力する手段と、 前記ヘッド位置決め機構の近似逆伝達特性のモデル（逆
   モデル）に前記目標位置信号を入力し第二指令値を演算
   する手段と、 前記第二指令値を前記制御手段の出力信号に加算し前記
   位置決め機構への制御信号を出力する手段と を備えたことを特徴とするディスク記録装置。 ４、データ記録媒体ディスクとディスクの記録面に対向
   しデータを読み書きするヘッドとヘッドを支持し移動さ
   せ位置決めする機構とヘッドの速度を検出する手段と検
   出した速度信号を処理し前記位置決め機構への速度制御
   信号を出力する制御手段とからなるヘッド速度制御系と
   、前記ディスクとヘッドと位置決め機構とヘッドの位置
   を検出する手段と検出した位置信号を処理し前記位置決
   め機構への位置制御信号を出力する制御手段とからなる
   ヘッド位置制御系と、速度制御および位置制御のいずれ
   かを選択する切り換えスイッチとを備えたディスク記録
   装置において、 ヘッドの位置決め動作の目標速度信号を算出する手段と
   、 前記速度制御系の近似逆システム（逆モデル）に前記目
   標速度信号を入力し速度指令値を演算する手段と、 演算結果の速度指令値と前記ヘッドの速度検出信号とを
   比較し速度追従誤差を前記速度制御手段に出力手段と、 ヘッドの位置決め動作の目標位置信号を算出する手段と
   、 前記位置制御系の逆モデルに前記目標位置信号を入力し
   位置指令値を演算する手段と、 演算結果の位置指令値と前記ヘッドの位置検出信号と比
   較し位置追従誤差を前記位置制御手段に出力する手段と を備えたことを特徴とするディスク記録装置。 ５、データ記録媒体ディスクとディスクの記録面に対向
   しデータを読み書きするヘッドとヘッドを支持し移動さ
   せ位置決めする機構とヘッドの速度を検出する手段と検
   出した速度信号を処理し前記位置決め機構への速度制御
   信号を出力する制御手段とからなるヘッド速度制御系と
   、前記ディスクとヘッドと位置決め機構とヘッドの位置
   を検出する手段と検出した位置信号を処理し前記位置決
   め機構への位置制御信号を出力する制御手段とからなる
   ヘッド位置制御系と、速度制御および位置制御のいずれ
   かを選択する切り換えスイッチとを備えたディスク記録
   装置において、 ヘッドの位置決め動作の目標速度信号を算出する手段と
   、 前記速度制御系の近似逆システム（逆モデル）に前記目
   標速度信号を入力し速度指令値を演算する手段と、 演算結果の速度指令値と前記ヘッドの速度検出信号とを
   比較し速度追従誤差を前記速度制御手段に出力する手段
   と、 ヘッドの位置決め動作の目標位置信号を算出する手段と
   、 前記目標位置信号にヘッド位置検出ゲインを乗じ第一指
   令値を算出する手段と、 前記第一指令値と前記ヘッドの位置検出信号とを比較し
   位置追従誤差を前記制御手段に出力する手段と、 前記ヘッド位置決め機構の近似逆伝達特性のモデル（逆
   モデル）に前記目標位置信号を入力し第二指令値を演算
   する手段と、 前記第二指令値を前記制御手段の出力信号に加算し前記
   位置決め機構への制御信号を出力する手段と を備えたことを特徴とするディスク記録装置。 ６、請求項１ないし５のいずれか一項の記載のディスク
   記録装置において、 当該ディスク記録装置が、目標加速度信号の周波数成分
   の折り返し周波数を前記ヘッド位置決め機構の共振周波
   数に一致させる手段を備え、前記目標速度信号または目
   標位置信号を算出する手段が、前記目標加速度信号をそ
   れぞれ１階または２階積分して前記目標速度信号または
   目標位置信号を算出する手段からなる ことを特徴とするディスク記録装置。 ７、請求項１ないし５のいずれか一項に記載のディスク
   記録装置において、 当該ディスク記録装置が、前記ヘッド位置決め機構の共
   振周波数成分を除去するノッチフィルタにヘッド位置決
   め動作の理想加速／減速パターンを入力して得られる信
   号を目標加速度信号とする手段を備え、 前記目標速度信号または目標位置信号を算出する手段が
   、前記目標加速度信号をそれぞれ１階または２階積分し
   て前記目標速度信号または目標位置信号を算出する手段
   からなる ことを特徴とするディスク記録装置。 ８、請求項１ないし７のいずれか一項の記載のディスク
   記録装置において、 前記の各逆モデルが、前記ヘッド位置決め機構を慣性体
   とみなしたモデルを含んでいることを特徴とするディス
   ク記録装置。 ９、請求項１ないし７のいずれか一項の記載のディスク
   記録装置において、 前記の各逆モデルが、前記ヘッド位置決め機構の固有振
   動モードのモデルを含んでいることを特徴とするディス
   ク記録装置。 １０、請求項１ないし９のいずれか一項の記載のディス
   ク記録装置において、 前記の各指令値を算出する手段の少なくとも一部に代え
   て予め算出した結果の指令値データを表またはマップと
   して記憶する手段を備え、当該記憶手段から再生したデ
   ータに基づき前記位置制御または速度制御を行なうこと
   を特徴とするディスク記録装置。 １１、データ記録媒体ディスクと、ディスクの記録面に
   対向しデータを読み書きするヘッドと、ヘッドを支持し
   移動させ位置決めする機構と、ヘッドの位置を検出しト
   ラックの境界で不連続になる第一位置信号を生成する手
   段と、前記位置決め機構への制御信号を生成する制御手
   段とを有するディスク記録装置において、 不連続な第一位置信号をつなぎ目標位置からの偏差を表
   す第二位置信号を生成する手段を備え、第二位置信号を
   用いてヘッド位置を制御することを特徴とするディスク
   記録装置。