JPH06203498A - ディスク装置のヘッド位置決め制御装置 - Google Patents

ディスク装置のヘッド位置決め制御装置

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JPH06203498A
JPH06203498A JP1694493A JP1694493A JPH06203498A JP H06203498 A JPH06203498 A JP H06203498A JP 1694493 A JP1694493 A JP 1694493A JP 1694493 A JP1694493 A JP 1694493A JP H06203498 A JPH06203498 A JP H06203498A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 逆動力学計算手段を利用して、制御対象の線
形化を行い、サーボ補償器の設計を容易するディスク装
置のヘッド位置決め制御装置を提供する。 【構成】 逆動力学計算部113は、モータ101を加
速度指令信号117どおりに動かすための制御入力11
8を計算する。この逆動力学計算部113とモータ駆動
入力生成部114とを合わせた逆動力学計算による入力
生成手段112が、サーボ補償器111とモータ101
の間に直列に備えてある。したがって、サーボ補償器1
11から見た、モータ101と逆動力学計算による入力
生成手段112を合わせた制御対象115は、完全に2
重積分器1/s2 と等価になる。その結果、加速度指令
信号117のなかの目標加速度110が、そのままモー
タ101の非線形特性を考慮したフィードフォワード補
償となるばかりでなく、サーボ補償器111の設計にお
いても、制御対象を完全に2重積分器1/s2 として線
形化した設計ができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ディスク装置におい
て、目標とするトラックにヘッドを高速に位置決めする
制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、参照軌道にヘッドを追従させるこ
とにより、目標トラックに対するアクセスを行う軌道追
従型のヘッド位置決め制御装置では、図5のブロック図
に示されるように、逆動力学計算手段(逆モデル、逆シ
ステムと表現されることもある)をサーボ補償器と並列
に備えていた。(第35回自動制御連合講演会(199
2.10.28〜30)予稿集,No2048,PP.
361〜362「磁気ディスク装置の高速ヘッド位置決
め方式」)この方式では、様々な手法を使用して構成さ
れる逆動力学計算手段は、制御対象に対するフィードフ
ォワード補償信号を、単により精度良く発生させるため
の手段としてしか使用されていなかった。
【0003】また、従来は、この種の軌道追従型の制御
装置において重要となる参照軌道発生手段においても、
例えば、一般に、よく知られている下記時間の関数(数
1),(数2),(数3)のように、モータの特性を考
慮しないで、加速および減速を対称に行う参照軌道を発
生していた。ここで、Tはアクセスに要する時間、Lは
アクセス距離である。
【数1】
【数2】
【数3】
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述のとおり、従来の
ヘッド位置決め制御装置では、逆動力学計算手段は、参
照軌道より逆動力学計算を行い、その結果を制御対象に
対する、より精度の良いフィードフォワード補償を行う
手段として使用するだけであった。そのため、逆動力学
計算手段を備えることで、フィードフォワード補償を行
うと同時に、制御対象であるモータを線形化できるとい
うメリットを活用していなかった。また、モータ特性
(逆起電力)を考慮せずに、あるいはその影響を単に打
ち消すように参照軌道を発生しているため、モータを飽
和させない範囲で参照軌道を発生した場合、モータの性
能を十分に引き出して高速に位置決めするということが
できなかった。このように、従来のヘッド位置決め制御
装置には、サーボ補償器の設計の容易さおよび位置決め
の高速化に関し解決すべき課題があった。
【0005】本発明の目的は、逆動力学計算手段を利用
して、フィードフォワード補償の精度を上げると同時
に、制御対象の線形化を行い、サーボ補償器の設計を容
易するディスク装置のヘッド位置決め制御装置を提供す
ることにある。また、モータ特性(逆起電力)を積極的
に活用した参照軌道を発生することで、より高速な位置
決めを可能にする参照軌道発生手段も、加えて提供す
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めに本願発明が提供する手段は、モータによりヘッドの
移動駆動を行い、参照軌道に前記ヘッドを追従させ、目
標トラックに前記ヘッドを位置決めするディスク装置の
ヘッド位置決め制御装置であって、ディスク面に対する
前記ヘッドの位置を検出する位置検出手段と、ディスク
面に対する前記ヘッドの速度を検出する速度検出手段
と、前記ヘッドの目標位置、目標速度および目標加速度
で規定される参照軌道を発生する参照軌道発生手段と、
前記位置検出手段により検出される前記ヘッドの検出位
置、および前記速度検出手段により検出される前記ヘッ
ドの検出速度のうち少なくとも一方並びに前記参照軌道
を用いて、前記ヘッドを前記参照軌道に追従させるため
の加速度指令を生成する軌道追従型のサーボ補償器と、
前記加速度指令と、前記検出位置又は前記目標位置と、
前記検出速度又は前記目標速度とを用いて、前記モータ
を前記加速度指令どおりに駆動するための前記モータへ
の入力を計算し生成する逆動力学計算による入力生成手
段とを備えていることを特徴とする。
【0007】
【作用】本発明のディスク装置のヘッド位置決め制御装
置では、サーボ補償器と制御対象であるモータとの間に
直列に、前記モータを望みの加速度どおりに駆動するた
めの前記モータへの入力を計算して生成する逆動力学計
算による入力生成手段を備えているため、前記逆動力学
計算による入力生成手段と前記モータとを合わせたブロ
ックが2重積分器1/s2に線形化される。その結果、
前記ブロックを制御対象としてサーボ補償器を設計する
場合、その設計がきわめて容易になる。
【0008】また、前記モータの逆起電力の影響を考慮
した前記モータの近似モデルを使用し、参照軌道として
目標位置、目標速度、および目標加速度を発生する参照
軌道発生手段を備えているため、加速時には逆起電力に
よる加速不良を考慮し、減速時には逆起電力による過減
速を積極的に活用した前記参照軌道が生成される。その
結果、逆起電力の影響を受ける前記モータの性能をより
効率よく利用でき、ヘッドを目標とするトラックに高速
に位置決めするための前記参照軌道を発生することがで
きる。
【0009】
【実施例】次に、図1から図4を参照して、本発明の実
施例について説明する。図1は、本発明の一実施例の構
成を表すブロック図である。モータ101、ヘッド10
2、およびディスク面119から得られる情報より、位
置検出手段103は、ヘッド102のディスク面119
に対する位置を検出し、ヘッド検出位置104を生成す
る。また、モータ101、ヘッド102、およびディス
ク面119より得られる情報より、速度検出手段105
は、ヘッド102のディスク面119に対する速度を検
出し、ヘッド検出速度106を生成する。参照軌道発生
手段107は、ヘッド102を目標トラックに位置決め
するための参照軌道として目標位置108、目標速度1
09、および目標加速度110を発生する。サーボ補償
器111は、ヘッド検出位置104と目標位置108の
誤差信号と、ヘッド検出速度106と目標速度109の
誤差信号とを使用して、参照軌道にヘッド102を追従
させるための誤差補正信号116を加速度の次元で生成
する。この誤差補正信号116は目標加速度110と加
算され、加速度指令信号117が生成される。一方、逆
動力学計算部113は、ヘッド検出位置104とヘッド
検出速度106より、モータ101の非線形特性を補償
し、モータ101を加速度指令信号117どおりに動か
すための制御入力118を計算する。モータ駆動入力生
成部114は、その計算結果に基づいた制御入力118
を、モータ101を駆動する物理的な入力に変換して、
モータ101に伝達する。この逆動力学計算部113と
モータ駆動入力生成部114とを合わせて、逆動力学計
算による入力生成手段112と呼ぶ。
【0010】この逆動力学計算による入力生成手段11
2を、サーボ補償器111とモータ101の間に直列に
備えることにより、サーボ補償器111から見た、モー
タ101と逆動力学計算による入力生成手段112を合
わせた制御対象115は、完全に2重積分器1/s2
等価になる。その結果、加速度指令信号117のなかの
目標加速度110が、そのままモータ101の非線形特
性を考慮したフィードフォワード補償となるばかりでな
く、サーボ補償器111の設計においても、制御対象を
完全に2重積分器1/s2 として線形化して設計できる
というメリットも得ることができる。
【0011】図2は、本発明の別の実施例の構成を示し
ており、図1の速度検出手段105を使用しない場合の
ブロック図である。図1の速度検出手段105を使用し
ない場合、逆動力学計算部113の入力として、図1の
ヘッド検出速度106の変わりに、目標速度109を使
用する。また、サーボ補償器111は、ヘッド検出位置
104と目標位置108の誤差信号を使用して、参照軌
道にヘッドを追従させるための誤差補正信号116を加
速度の次元で生成する。
【0012】図2の場合においても、加速度指令信号1
17のなかの目標加速度110が、そのままモータの特
性を考慮したフィードフォワード補償となるばかりでな
く、サーボ補償器111の設計においても、制御対象を
完全に2重積分器1/s2 として線形化して設計ができ
るというメリットを得ることができる。
【0013】図3は、図1や図2のヘッド位置決め制御
装置における中の参照軌道発生手段107の具体例を示
すブロック図である。
【0014】モータの近似モデル201は、入力制限手
段202によって制限を受けた加速度203から、目標
速度109に逆起電力に相当するゲイン204を掛けた
信号を減じた目標加速度110を生成し、さらに目標加
速度110を積分することで目標速度109を、もう1
回積分を行うことで目標位置108を生成する。このよ
うなモータの近似モデル201を使用することにより、
目標速度109と目標加速度110の符号が同じとき
は、逆起電力の影響を考慮して、入力制限より小さな目
標加速度110を発生し、また目標速度109と目標加
速度110の符号が違うときは、逆起電力の影響を積極
的に利用して、入力制限より大きな目標加速度110を
発生する。すなわち、逆起電力の影響を受けるモータの
性能をより効率よく利用でき、目標とするトラックにヘ
ッドを高速に位置決めするための参照軌道を発生するこ
とができる。
【0015】入力生成手段206は、最終目標位置20
4と、目標位置108、目標速度109、および目標加
速度110のフィードバックとから、モータ近似モデル
201が、最終目標位置204に整定するように、制御
のための加速度207を生成する。また、目標位置10
8、目標速度109、および目標加速度110から高い
周波数成分を除去する目的で、制御のための加速度20
7をローパスフィルタ208を通して、モータの近似モ
デル201に伝えるように構成することもできる。
【0016】図4は、図1や図2のヘッド位置決め制御
装置における参照軌道発生手段107の別の具体例を示
すブロック図である。図4では、最終目標位置205、
目標位置108および目標速度109のフィードバック
とから、制御のための加速度207を生成している。図
4では、図3のローパスフィルタ208を使用しない場
合の参照軌道発生手段107を構成している。
【0017】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明によるデ
ィスク装置のヘッド位置決め制御装置では、従来、単に
モータに対するフィードフォワード補償を行うためだけ
に使用されていた逆動力学計算部を、モータとサーボ補
償器の間に備えることで、逆動力学計算による入力生成
手段を含めて、制御対象であるモータが2重積分器1/
2 に線形化される。その結果、制御対象に対する目標
加速度が、そのままモータの特性を考慮したフィードフ
ォワード補償となるばかりでなく、制御対象を完全に2
重積分器1/s2 に線形化して考えることができるの
で、サーボ補償器の設計をきわめて容易にすることがで
きた。
【0018】さらに、図3や図4の参照軌道発生手段を
備えた制御装置では、モータの近似モデルを使用した参
照軌道発生手段を備えているため、モータの性能を越え
ない範囲で、逆起電力の影響を積極的に利用して、高速
位置決めを可能にする参照軌道を発生することができる
ようになった。
【0019】最後に、図3や図4の参照軌道発生手段を
備えた本発明3(図3に示すもので、ω=2π×150
0、Keb=100)と従来方式(数1,数2,数3に示
すもの)との効果の差を、同じ距離をアクセスする場合
に生成される参照軌道を具体的に比較して述べる。
【0020】図6(本発明3)と図7(従来方式)は、
アクセス中に許容速度(1.5[m/sec])に達しない場合の
参照軌道の比較である。図6(c)及び図7(c)で
は、破線で逆起電力を考慮したときの許容加速度を示し
ているが、この許容範囲を越えないように目標加速度を
発生した場合、本発明3では、4.7[msec] で目標位置に
到達する参照軌道が生成できるのに対して、従来法で
は、5.2[msec] を必要としている。 また、図8(本発
明3)と図9(従来方式)は、アクセス中に許容速度
(1.5[m/sec])に達した場合の参照軌道の比較である。
図8(b)及び図9(b)の(b)に示される目標速度
が、1.5[m/sec]を越えないように目標速度を発生した場
合、本発明3では、12.2[msec]で目標位置に到達する参
照軌道が生成できるのに対して、従来法では、16.9[mse
c]を必要としている。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示すブロック図である。
【図2】本発明の別の一実施例を示すブロック図であ
る。
【図3】図1又は図2における参照軌道発生手段107
の具体例を示すブロック図である。
【図4】図1又は図2における参照軌道発生手段107
の別の具体例を示すブロック図である。
【図5】従来例を示すブロック図である。
【図6】本発明3による一参照軌道例を示す図である。
【図7】従来例による一参照軌道例を示す図である。
【図8】本発明3による別の参照軌道例を示す図であ
る。
【図9】本発明3による別の参照軌道例を示す図であ
る。
【符号の説明】
101 モータ 107 参照軌道発生手段 112 逆動力学計算による入力生成手段 113 逆動力学計算部 201 モータの近似モデル 202 入力制限手段 204 逆起電力に相当するゲイン

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 モータによりヘッドの移動駆動を行い、
    参照軌道に前記ヘッドを追従させ、目標トラックに前記
    ヘッドを位置決めするディスク装置のヘッド位置決め制
    御装置において、 ディスク面に対する前記ヘッドの位置を検出する位置検
    出手段と、 ディスク面に対する前記ヘッドの速度を検出する速度検
    出手段と、 前記ヘッドの目標位置、目標速度および目標加速度で規
    定される参照軌道を発生する参照軌道発生手段と、 前記位置検出手段により検出される前記ヘッドの検出位
    置、および前記速度検出手段により検出される前記ヘッ
    ドの検出速度のうち少なくとも一方並びに前記参照軌道
    を用いて、前記ヘッドを前記参照軌道に追従させるため
    の加速度指令を生成する軌道追従型のサーボ補償器と、 前記加速度指令と、前記検出位置又は前記目標位置と、
    前記検出速度又は前記目標速度とを用いて、前記モータ
    を前記加速度指令どおりに駆動するための前記モータへ
    の入力を計算し生成する逆動力学計算による入力生成手
    段とを備えていることを特徴とするディスク装置のヘッ
    ド位置決め制御装置。
  2. 【請求項2】 前記モータの逆起電力の影響を考慮した
    前記モータの近似モデルを使用し、前記参照軌道として
    目標位置、目標速度、および目標加速度を発生すること
    を特徴とする前記参照軌道発生手段を備えている請求項
    1に記載のディスク装置のヘッド位置決め制御装置。
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