JPH05109220A - 記録装置のヘツドを高速に位置決めする方法及び装置 - Google Patents

記録装置のヘツドを高速に位置決めする方法及び装置

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JPH05109220A
JPH05109220A JP3294875A JP29487591A JPH05109220A JP H05109220 A JPH05109220 A JP H05109220A JP 3294875 A JP3294875 A JP 3294875A JP 29487591 A JP29487591 A JP 29487591A JP H05109220 A JPH05109220 A JP H05109220A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 制御モード切替時における系の状態変数から
初期値を動的に決めることによって高速なヘッド位置決
めを可能にすること。 【構成】 ヘッド、該ヘッドによってアクセスされる複
数のトラックを含む記録媒体及びヘッドを移動させるた
めのモータを有する記録装置において、制御モードを切
り替えて、現ヘッド位置と目標トラックとの差を表す入
力信号値y(n)に応答してモータを駆動するための制御信
号値u(n)を出力することにより、ヘッドを目標トラック
に位置決めするために、入力信号値及び制御信号値を状
態変数とする制御系のゲインをモード切替時にのみ変化
させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、複数のトラックを含む
記録媒体を備えた記録装置のヘッドを高速に目標トラッ
クに位置決めする方法及び装置に係り、特に磁気ディス
ク装置又は光磁気ディスク装置のヘッドを閉ループ制御
によって位置決めする方法及び装置に係る。
【０００２】
【従来の技術】シーク動作によってディスク装置のヘッ
ドを目標トラックに位置決めする場合、ヘッドを駆動す
るボイス・コイル・モータ（ＶＣＭ）への制御入力は、
速度制御モード、セトリング・モード及びトラック追従
モードによって供給される。セトリング・モード及びト
ラック追従モードを合わせて位置制御モードと呼ぶこと
が多い。これらのモードはそれぞれ制御内容が異なるた
め、速度制御モードからセトリング・モードに切り替わ
る時及びセトリング・モードからトラック追従モードに
切り替わる時に初期設定を適切にしておかないとオーバ
ーシュートが生じて、ヘッドを目標トラックに位置決め
するまでの時間が長くなることがある。従来の位置決め
方式では、一般に速度制御モードからセトリング・モー
ドに切り替わる時は特に何も行わず、セトリング・モー
ドからトラック追従モードに切り替わる時は、目標トラ
ックで静止している時に記憶していた値を積分器の初期
出力値として使用する、ということが行われている。し
かし、こうした方法が高速な位置決めに適当かどうかの
保証はない。
【０００３】特開平２−２４４４６７号公報は、ヘッド
を目標トラックに向けて移動するシーク制御及びヘッド
を目標トラックの中心に位置決めするフォロイング制御
を行う磁気ディスク装置において、フォロイング制御で
用いるディジタル・フィルタの計算の一部を、モード切
替直前の所定期間、シーク制御と並列に処理するように
した位置決め制御方式を開示している。それによれば、
シーク制御からフォロイング制御への切替時に最適の状
態変数の初期値が与えられるため、ヘッドのオーバーシ
ュートが防止される。しかし、この制御方式では並列計
算が必要であり、モード切替時の状態変数だけを使用す
る本発明より複雑である。
【０００４】特開平２−３０４７８２号公報は、ヘッド
を目標トラックに移動させる速度制御及び目標トラック
に位置決めする位置制御を使用する磁気ディスク装置に
おいて、オーバーシュートを押えるために、速度制御か
ら位置制御への切替時点の初期位置及び初期速度に応じ
て、位置制御の初期操作量及びカットオフ周波数を調整
するようにした制御方法を開示している。しかし、速度
を利用するのは精度の点であまり好ましくない。またこ
の方法では、カットオフ周波数まで調整しなければなら
ず、これも本発明に比べて複雑である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、ヘッド
のオーバーシュートを防止する従来の方式は余分の計算
や操作を必要としており、従ってモード切替時の初期設
定をもっと簡単に行うことが望まれる。
【０００６】本発明の目的は、モード切替時における系
の状態変数から初期値を動的に決めることによって、高
速なヘッド位置決めを可能にすることにある。
【０００７】本発明の他の目的は、速度制御モードから
セトリング・モードに切り替わった時に、その時点の状
態変数から決るフィードフォワード値を加算することに
よって、高速なヘッド位置決めを可能にすることにあ
る。
【０００８】本発明の他の目的は、セトリング・モード
からトラック追従モードに切り替わった時に、その時点
の状態変数から決る値を積分器の初期値に使用すること
によって高速なヘッド位置決めを可能にすることにあ
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、ヘッド、該ヘ
ッドによってアクセスされる複数のトラックを含む記録
媒体（例えば磁気ディスク）及びヘッドを移動させるた
めのモータを有する記録装置において、制御モードを切
り替えて、現ヘッド位置と目標トラックとの差を表す入
力信号値に応答してモータを駆動するための制御信号値
を出力することにより、ヘッドを目標トラックに位置決
めする方法及び装置に係る。本発明によれば、入力信号
値及び制御信号値を状態変数とする制御系のゲインが、
制御モードの切替時においてのみ、目標トラックへの収
束を速くするように変化される。具体的には、上記制御
系の状態式において、絶対値が最大の固有値の項をゼロ
にする初期値をモード切替時においてのみ制御信号値に
加算することにより、ゲインが変化される。
【００１０】初期値の加算は、速度制御モードから位置
制御モードに切り替わった時、すなわち位置制御モード
の開始時点においてのみ行われる。位置制御モードは、
積分器を使用しないセトリング・モード及び積分器を使
用するトラック追従モードに分けられ、セトリング・モ
ードからトラック追従モードに切り替わった時も同様な
初期値が生成されて、積分器の初期出力値に使用され
る。
【００１１】
【実施例】本発明に従ってヘッドが位置決めされる磁気
ディスク装置の実施例を図１に示す。この実施例は、セ
クタサーボ方式によって位置決めを行う磁気ディスク装
置を想定しているが、本発明は他の位置決め方式にも適
用することができる。セクタサーボ方式は、複数のトラ
ックを含むディスク１０の各トラックを複数のセクタに
分けて、各セクタの境界部分にサーボ情報を書込んでお
き、これをヘッド１２で次々に読み出してヘッド位置を
検出することにより速度制御及び位置制御を行うもので
ある。通常、ヘッド位置は、現在ヘッド１２が位置して
いるトラックの番号と、そのトラックの中心からの変位
量とによって表される。ヘッド１２で読み取られたサー
ボ情報は、増幅器１４で増幅された後、変位検出回路１
６及びトラック番号検出回路１８へ送られる。変位検出
回路１６は、サーボ情報に含まれるバースト・パターン
を復調して、ヘッド１２がトラックの中心からどれくら
いずれているかを示す変位信号を生成し、アナログ・デ
ィジタル変換回路（ＡＤＣ）２０に送る。このＡＤＣ２
０は所定のサンプリング周波数で変位信号をサンプリン
グし、ディジタル式位置決め装置２２へ供給する。ディ
スク１０の回転速度を３６００ｒｐｍ、トラック１周当
りのセクタ数を３０とすると、サンプリング周波数は１
８００Ｈｚである。その場合、ＡＤＣ２０は約５５５μ
ｓに１回の割合で変位信号サンプル値を出力する。トラ
ック番号検出回路１８は、増幅器１４の出力をパルス化
し、サーボ領域にグレイコードで書込まれていたトラッ
ク番号を検出して、２進データの形で位置決め装置２２
へ供給する。位置決め装置２２はこのトラック番号を上
述のサンプリング周期で取り込む。
【００１２】位置決め装置２２は速度制御部２４及び位
置制御部２６を含み、ＡＤＣ２０からの変位信号値及び
トラック番号検出回路１８からのトラック番号によって
示されるヘッド位置と目標トラックとの差（以下、位置
誤差という）を監視している。シーク動作においてこの
差が所定トラック数（例えば１６トラック）よりも大き
い間は、位置決め装置２２は速度制御モードにあり、周
知のように予め設定した速度曲線に従って速度制御部２
４がヘッド１２の移動を制御する。位置誤差が１６トラ
ックに達すると、ヘッド移動制御が速度制御部２４から
位置制御部２６に切り替えられる。以下で詳述するよう
に、位置制御部２６はセトリング・モード又はトラック
追従モードで動作し、速度制御モードから入るのはセト
リング・モードである。そして位置誤差が例えば１トラ
ックに達すると、セトリング・モードからトラック追従
モードに切り替わり、最終的なヘッド位置決めを行う。
【００１３】位置決め装置２２のディジタル制御出力
は、ディジタル・アナログ変換回路（ＤＡＣ）２８でア
ナログ信号に変換された後、ＶＣＭドライバ３０へ供給
される。ＶＣＭドライバ３０はＤＡＣ２８からのアナロ
グ制御信号に応答して、それに比例した電流をＶＣＭ３
２に流し、それによりヘッド１２を移動させる。
【００１４】次に、位置制御部２６のセトリング・モー
ド及びトラック追従モードの詳細について説明する。前
述のように、位置誤差が１６トラックに達すると、速度
制御モードからセトリング・モードに切り替わる。な
お、この１６トラックという差は設計に応じて変わるも
のであり、本発明はこの値に限定されない。セトリング
・モードでは、ＶＣＭ３２の伝達関数から、時点ｎでの
位置誤差y(n)及びそのときの制御出力値u(n)を状態変数
とする状態空間方程式に従って適当なフィードバックの
値が決められる。簡単のためオフセットがないものとす
ると、ＶＣＭ３２のパルス伝達関数は、
【００１５】
【数１】
【００１６】数１において、Y(z)及びU(z)はそれぞれy
(n)及びu(n)のＺ変換を表す。a、b、及びc は、モータ
の特性、サンプリング時間、遅れ時間、電気回路によっ
て決る定数であり、典型的な２．５型ディスクでは次の
ようになっている。
【００１７】a = 0.54 b = 1.8 c = 0.145
【００１８】数１を差分方程式で表現すると、 y(n+1) = 2y(n) - y(n-1) + b・u(n-1) + c・u(n-2) + a・u(n) となる。もしオフセットo(n)があると、右辺にd・o(n)
が加算される。この式より、
【００１９】
【数２】 なる状態空間方程式を得る。ここでフィードバックを考
慮してu(n)を
【数３】 と計算すると、数２は次のようになる。
【００２０】
【数４】 または P(n+1)=Q・P(n)
【００２１】行列Ｑの固有値をα1、α2、α3及びα4
（簡単のため重根はないとする）とすると、αi（i＝
1、2、3、4）に対する固有ベクトルＶαiは、
【数５】
【数６】 となる。数４から極配置法等の公知の設計法により、フ
ィードバック係数K1、K2、K3、K4を計算することができ
る。このフィードバックがセトリング・モードの間行わ
れることになるが、前述のように、速度制御モードから
セトリング・モードに切り替わった時点で直ちに上式に
従う位置制御を行うと、オーバーシュートが生じて、位
置決め時間が長くなることがある。従って本発明は、セ
トリング・モードの開始時点 t=mにおける制御出力値u
(m)に特定の値r0を加える。これは、数２及び数３にお
けるu(n)の代わりにu(m)+r0にすることを意味する。そ
うすると数４は次のようになる。
【００２２】
【数７】
【００２３】時点m+1以降は
【数８】 但し
【数９】
【００２４】ここでα４の絶対値が他の固有値の絶対値
に比べて大きいとすると、ｎが大きくなったとき最後ま
で数８で残るのは係数Ｄの項である。数７及び数９か
ら、
【数１０】 と書けるが、この方程式の右辺で未知数はr0だけなの
で、Ｄ＝０としてr0を解くことができる。このときr0は r0 = L1y(m) + L2y(m-1) + L3u(m-1) +L4u(m-2) と書ける。これから明らかなように、r0は系の入出力の
みによって決る動的な値である。このr0を時点ｍで、予
め設計されたフィードバックの値に加えてやれば、数８
は
【数１１】 となり、高速に収束する固有値で表され、高速な位置決
めが可能となる。
【００２５】速度制御モードからセトリング・モードに
切り替わった時点ｍでの位置制御部２４の構成を図２
に、それ以降トラック追従モードに切り替わるまでの構
成を図３に示す。いずれも乗算要素（Ｋi、Ｌi）、加算
要素（＋）及び１サンプルの遅延要素（Ｚ-1）で構成さ
れる。図２において、時点ｍで出力に加算されるフィー
ドフォワード値r0は上記のr0の式に従って生成されてい
ることが判る。すなわち、r0は、モード切替時点の入力
信号値y(m)、それより１サンプル前の入力信号値y(m-1)
及び制御信号値u(m-1)、並びに２サンプル前の制御信号
値u(m-2)をそれぞれ所定の係数L1、L2、L3及びL4で乗算
したものを加算することにより生成される。図２及び図
３の構成はディジタル・フィルタの一種であるが、時点
ｍでr0を加算するということは、その瞬間だけフィルタ
のゲインを変化させることに相当する。そしてこのゲイ
ンの変化は、数８の状態式において、絶対値が最大の固
有値α４の項（係数Ｄの項）がゼロになるようにr0を設
定することにより達成される。
【００２６】図４は、本発明に従ってモード切替時にフ
ィードフォワード値を加算した場合の収束の様子を、従
来技術と比較して示したものである。図示のように、本
発明によれば、従来に比べて極めて速く収束しているこ
とが判る。図４は、固有値αi及び係数Ki、Liを次のよ
うに選んだ場合の例である。
【００２７】 α1 = 0.0 α2 = 0.1 α3 = 0.5 α4 = 0.85 K1 = -0.26 K2 = 0.23 K3 = -0.41 K4 = -0.034 L1 = -0.46 L2 = 0.30 L3 = -0.61 L4 = -0.044
【００２８】セトリング・モードにおいて、入力位置誤
差y(n)が第２の値（例えば１トラック）に達すると、ト
ラック追従モードに切り替わる。トラック追従モードで
は、積分器を使った精密制御が行われる。時点ｎでの積
分器の値をz(n)とすると積分器の式は次のようになる。 z(n+1) = z(n) + y(n)
【００２９】トラック追従モードではオフセットが問題
になるのでこれをo(n)とする。数２に積分器及びオフセ
ットを加えると、
【数１２】 となり、これから数４と同様の次式が得られる。
【数１３】
【００３０】数１３の固有値は任意に選べるαi(i =
1...5)と１( = α6)である。対応する固有ベクトルは
【数１４】
【数１５】 及び
【数１６】 と書ける。時点ｔ＝ｐでセトリング・モードからトラッ
ク追従モードに切り替わるものとすると、数１３より
【数１７】
【数１８】
【００３１】数１８からＥないしＪが決る。絶対値が最
大の固有値をα５とすると、Ｉ＝０となるようにz(p)を
選べば、セトリング・モードのところで述べたのと同様
の理由により高速な収束が可能となる。z(p)は次式のよ
うになる。 z(p) = H1y(p) + H2y(p-1) + H3u(p-1) + H4u(p-2) + H5o(p)
【００３２】o(p)は、トラック追従モードで定常状態に
なったときにＤＡＣ２８へ出力される値であり、従って
以前に定常状態になったときの値を予め位置決め装置２
２に記憶しておけば、時点ｐで使用可能である。上記の
z(p)の値を時点ｐで積分器の初期値として与えれば、位
置決めが高速に収束する。セトリング・モードからトラ
ック追従モードに切り替った時点ｐでの位置制御部２６
の構成を図５に、時点ｐ＋１以降の構成を図６に示す。
図５及び図６において、係数K1ないしK4の値は必ずしも
セトリング・モードのときと同じではない。
【００３３】図７は、本発明に従うトラック追従モード
での収束の様子を、モード切替時に定常値を加えただけ
の従来技術と比較して示したものである。従来に比べて
極めて速く収束していることが判る。図７は、固有値α
i 及び係数Ki、Hiを次のように選んだ場合の例である。 α1=0.0 α2=-0.07+0.1i α3=-0.07-0.1i α4=0.54 α5=0.918 K1=-0.90 K2=0.64 K3=-1.20 K4=-0.093 K5=-0.017 H1=-4.22 H2=1.36 H3=-2.40 H4=-0.20 H5=127.8
【００３４】以上、本発明の良好な実施例について説明
してきたが、本発明はそれらに限定されるものではな
く、様々な変更が可能である。例えば、本発明は磁気デ
ィスク装置だけでなく光磁気ディスク装置等の他の記録
装置にも適用できる。また実施例で使用した種々の数値
も例に過ぎず、設計に応じて変わるものである。更に、
図２、図３、図５及び図６で説明した位置制御部はそれ
ぞれのモードに対応するハードウェア回路でも実現でき
るが、係数設定の融通性を考えると、マイクロプロセッ
サによるのが好ましい。その場合は速度制御部も同じマ
イクロプロセッサで実現できる。
【００３５】
【発明の効果】本発明によれば、モード切替時の状態変
数に応じた初期値を切替時点でのみ加えるだけで位置決
めを高速に収束させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用できる磁気ディスク装置の一例を
示すブロック図。
【図２】速度制御モードからセトリング・モードへの切
替時点における位置制御部の構成を示すブロック図。
【図３】切替後のセトリング・モード中の位置制御部の
構成を示すブロック図。
【図４】セトリング・モードにおける本発明及び従来技
術の収束の様子を比較したグラフ。
【図５】セトリング・モードからトラック追従モードへ
の切替時点における位置制御部の構成を示すブロック
図。
【図６】切替後のトラック追従モード中の位置制御部の
構成を示すブロック図。
【図７】トラック追従モードにおける本発明及び従来技
術の収束の様子を示すグラフ。
【符号の説明】
１０・・・・ディスク １２・・・・ヘッド １４・・・・増幅器 １６・・・・変位検出回路 １８・・・・トラック番号検出回路 ２０・・・・アナログ・ディジタル変換回路（ＡＤＣ） ２２・・・・位置決め装置 ２４・・・・速度制御部 ２６・・・・位置制御部 ２８・・・・ディジタル・アナログ変換回路（ＤＡＣ） ３０・・・・ＶＣＭドライバ ３２・・・・ＶＣＭ

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ヘッド、該ヘッドによってアクセスされる
    複数のトラックを含む記録媒体及び前記ヘッドを移動さ
    せるためのモータを有する記録装置において、制御モー
    ドを切り替えて、前記ヘッドの現在の位置と目標トラッ
    クとの差を表す入力信号値に応答して前記モータを駆動
    するための制御信号値を出力することにより、前記ヘッ
    ドを前記目標トラックに位置決めするために、 前記入力信号値及び前記制御信号値を状態変数とする制
    御系のゲインを、前記制御モードの切替時においての
    み、前記目標トラックへの収束を速くするように変化さ
    せる、 ことを特徴とするヘッド位置決め方法。
  2. 【請求項２】前記制御系の状態式において絶対値が最大
    の固有値の項をゼロにする初期値を前記切替時において
    のみ前記制御信号値に加算することにより、前記ゲイン
    を変化させる、請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】前記入力信号値及び前記制御信号値は何れ
    もサンプル値であり、前記初期値は、モード切替時点の
    第１入力信号値、それより１サンプル前の第２入力信号
    値及び第１制御信号値、並びに２サンプル前の第２制御
    信号値をそれぞれ所定の係数で乗算したものを加算する
    ことによって生成される、請求項２に記載のヘッド位置
    決め方法。
  4. 【請求項４】速度制御モードから位置制御モードに切り
    替わった時に前記ゲインを変化させる、請求項１ないし
    ３の何れか一つに記載の方法。
  5. 【請求項５】前記位置制御モードは、積分器を使用しな
    いセトリング・モード及び積分器を使用するトラック追
    従モードに分けられる、請求項４に記載の方法。
  6. 【請求項６】前記差が所定値に達した時に前記速度制御
    モードから前記セトリング・モードに切り替え、前記初
    期値をフィードフォワード値として加算する、請求項５
    に記載の方法。
  7. 【請求項７】前記差が第２の所定値に達した時に前記セ
    トリング・モードから前記トラック追従モードに切り替
    え、切替時点での前記初期値を前記積分器の初期出力値
    に使用する、請求項６に記載の方法。
  8. 【請求項８】前記ヘッドが定常状態にあった時のオフセ
    ット値を記憶しておき、前記トラック追従モードへの切
    替時に該オフセット値を前記初期出力値に加算する、請
    求項７に記載の方法。
  9. 【請求項９】ヘッド、該ヘッドによってアクセスされる
    複数のトラックを含む記録媒体及び前記ヘッドを移動さ
    せるためのモータを有する記録装置において、制御モー
    ドを切り替えて、前記ヘッドの現在の位置と目標トラッ
    クとの差を表す入力信号値に応答して前記モータを駆動
    するための制御信号値を出力することにより、前記ヘッ
    ドを前記目標トラックに位置決めするヘッド位置決め装
    置であって、 前記制御モードの切替時における前記入力信号値及び前
    記制御信号値に応答して、前記目標トラックへの収束を
    速くする初期値を生成する第１手段と、 前記制御モードの切替時においてのみ前記初期値を前記
    制御信号値に加算する第２手段と、 を具備するヘッド位置決め装置。
  10. 【請求項１０】前記第１手段は、モード切替時の入力信
    号値を受け取る第１乗算手段と、前記モード切替時より
    １サンプル前の入力信号値を受け取る第２乗算手段と、
    前記モード切替時より１サンプル前の制御信号値を受け
    取る第３乗算手段と、前記モード切替時より２サンプル
    前の制御信号値を受け取る第４乗算手段と、前記第１な
    いし第４乗算手段の出力を加算して前記初期値を生成す
    る加算手段とを含む、請求項９に記載の装置。
  11. 【請求項１１】前記第２手段は、速度制御モードから位
    置制御モードへの切替時に前記初期値を加算する、請求
    項１０に記載の装置。
  12. 【請求項１２】前記位置制御モードは、前記差が所定の
    値に達した時に前記速度制御モードから切り替えられる
    セトリング・モード、及び前記差が所定の第２の値に達
    した時に前記セトリング・モードから切り替えられるト
    ラック追従モードに分けられる、請求項１１に記載の装
    置。
  13. 【請求項１３】前記入力信号値を積分する積分器を設
    け、前記セトリング・モードから前記トラック追従モー
    ドへの切替時に前記初期値を前記積分器の初期出力値に
    使用する、請求項１２に記載の装置。
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