JPH06301948A

JPH06301948A - ヘッド駆動装置

Info

Publication number: JPH06301948A
Application number: JP8594693A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Mitani; 浩三谷; Tadashi Kunihira; 宰司國平; Yoshifumi Yanagawa; 良文柳川; Masahiro Motosugi; 昌広本杉
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-04-13
Filing date: 1993-04-13
Publication date: 1994-10-28

Abstract

(57)【要約】【目的】ピエゾアクチュエータの鋭い共振特性を速度
推定手段からの速度情報のフィードバックによりダンピ
ングし、ヘッド駆動装置としての制御周波数帯域を大幅
に改善すると同時に、ノッチフィルタを不要とする。【構成】ピエゾアクチュエータ１０１の変位量と、ピ
エゾアクチュエータの駆動信号からピエゾアクチュエー
タの速度情報を推定する速度オブザーバ１０４と、偏差
補償手器１０７の出力と速度オブザーバ１０４の出力を
合成しピエゾアクチュエータの駆動信号とする合成器１
０８とを備えている。速度情報のフィードバックにより
ピエゾアクチュエータの共振特性にダンピングをかける
と共に、偏差情報のフィードバックにより目的の位置に
ヘッドの位置ぎめを行なう。【効果】ヘッド駆動装置としての極配置を略々ベッセ
ル低域通過フィルタの極配置に一致させることで応答特
性の最適化を図る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ピエゾアクチュエータ
による可動のヘッドを持ち、ダイナミックトラッキング
機能を有する磁気記録再生装置、特にＶＴＲに関する。

【０００２】

【従来の技術】ピエゾアクチュエータは小型で効率がよ
いため、ダイナミックトラッキング用のヘッドアクチュ
エータとして広く利用されている。しかしピエゾアクチ
ュエータは内部損失が極めて小さいため、鋭い共振特性
を有するという特徴がある。図７はピエゾアクチュエー
タの印加電圧の周波数と変位量の関係を示したものであ
る。

【０００３】ピエゾアクチュエータの共振周波数ωｏ付
近では低い周波数領域の１０倍を越える共振ピークがあ
り、わずかな印加電圧でも大きな変位を生じる。このピ
エゾアクチュエータにダイナミックトラッキング動作に
必要なノコギリ波状の指令信号を与えたときの応答波形
を図８に示す。801は指令信号波形であり、802がピエゾ
アクチュエータの応答波形である。応答波形にはピエゾ
アクチュエータの共振周波数ｆｏ付近の不要な振動が重
畳しており、このままでは正しくダイナミックトラッキ
ングの動作をさせることはできない。

【０００４】そこで従来のヘッド駆動装置では図９のよ
うな構成をとっていた。すなわち、ピエゾアクチュエー
タ901の変位量は変位量検出手段902によって検出され、
偏差検出手段903によって外部からの指令信号との偏差
が偏差信号として検出される。偏差補償手段904ではこ
の偏差信号をもとに制御量を出力する。ここで偏差補償
手段904と駆動手段905の間にノッチフィルタ906を挿入
する。ノッチフィルタの特性はある周波数付近の信号成
分を除去するもので、ここではピエゾアクチュエータ90
1の共振周波数にその除去周波数を一致させる。これに
よりピエゾアクチュエータ901にその共振周波数付近の
信号が加わることがなく、図８の802のような不要な振
動が重畳した応答波形となることを防ぐことができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来の構成では、次のような問題点がある。

【０００６】一つは図８のノッチフィルタ906によって
ヘッド駆動装置全体の周波数特性が制限されてしまうこ
とである。これはノッチフィルタが偏差補償手段904の
出力する制御量のうち、ピエゾアクチュエータ901の共
振周波数付近の成分は無条件に除去してしまうことから
も容易に理解することができるように、ヘッド駆動装置
としての周波数特性の上限はノッチフィルタの信号除去
周波数の下限以下に制限される。

【０００７】もう一つはピエゾアクチュエータの共振周
波数が変動した場合、ノッチフィルタの除去周波数もそ
れに応じて調整しなければならないことである。ピエゾ
アクチュエータの共振周波数は個々にばらつきを持ち、
さらに時間とともにずれていく可能性がある。ピエゾア
クチュエータの共振特性は鋭いので、その共振周波数が
ノッチフィルタが除去する周波数とずれを生じるとノッ
チフィルタの効果がなくなってしまう。このため調整は
難しく、性能的な妥協をせざるを得なかった。

【０００８】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、ヘッド駆動装置の性能向上の阻害要因となっていた
ノッチフィルタを不要とし、従来に比べてヘッド駆動装
置としての周波数特性を改善できるヘッド駆動装置を提
供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、変位量検出手
段の出力と駆動手段への入力、あるいは変位量検出手段
の出力とピエゾアクチュエータ印加電圧からピエゾアク
チュエータの速度情報を推定する推定手段と、偏差補償
手段の出力と推定手段の出力を合成し駆動手段への入力
とする合成手段と、その出力抵抗とピエゾアクチュエー
タのキャパシタンスとで構成される低域通過フィルタの
カットオフ周波数をピエゾアクチュエータの共振周波数
の２倍以上の周波数に設定できる駆動手段とを備えてい
る。

【００１０】

【作用】この構成によって、本発明のヘッド駆動装置は
推定手段の出力するピエゾアクチュエータの推定速度情
報をフィードバックすることで、ピエゾアチュエータが
有する鋭い共振特性をダンピングすることが可能とな
り、共振特性を避けるために必要であったノッチフィル
タを不要とすることができる。これにより、ヘッド駆動
装置としての周波数特性を改善することができる。

【００１１】さらに偏差補償手段の出力と推定手段の出
力を合成して駆動手段への入力とする際、ヘッド駆動装
置への指令信号からピエゾアクチュエータの変位までの
伝達関数を略々ベッセル型の低域通過フィルタの極配置
とすることで、指令信号に対する応答特性を改善するこ
とができる。また、その出力抵抗に特徴のある駆動手段
の作用により精度の高い推定速度情報を得ることができ
る。

【００１２】

【実施例】以下、図を参照しながら、本発明の実施例に
ついて説明する。

【００１３】図１は本発明の一実施例におけるヘッド駆
動装置の構成を示すブロック図である。図１において、
101はピエゾアクチュエータであって、駆動手段である
駆動アンプ102の出力する駆動電圧によって変位を発生
させ、図に示さないヘッドを目的の位置に位置ぎめす
る。ピエゾアクチュエータ101の変位量は、変位量検出
手段である歪みセンサ103で検出される。推定手段であ
る速度オブザーバ104は、駆動アンプ102の入力信号と歪
みセンサ103の出力信号からピエゾアクチュエータ101の
速度情報を推定する。駆動装置への指令信号は入力端子
105から与えられ、偏差検出手段である差動アンプ106で
は指令信号と歪みセンサの出力する変位信号から偏差信
号を発生する。偏差補償手段である偏差補償器107は積
分器から構成され、偏差信号を積分し制御信号に変換す
る。合成手段である加算アンプ108では、偏差補償器の
出力する制御信号と速度オブザーバの出力する推定速度
信号を加算し、駆動アンプの入力に加える。図１からわ
かるように本発明のヘッド駆動装置には２つのフィード
バックループが存在する。

【００１４】まず、駆動アンプ102、ピエゾアクチュエ
ータ101、歪みセンサ103、速度オブザーバ104、加算ア
ンプ108で構成される内側のフィードバックループは、
速度オブザーバ104で推定した速度情報をフィードバッ
クすることでピエゾアクチュエータ101の共振特性をダ
ンピングする。ピエゾアクチュエータ101単独の伝達特
性は、

【００１５】

【数１】

【００１６】と現すことができる。ただし、ｓはラプラ
ス演算子、ωｏは角周波数、ξはバンピング係数であ
る。分母多項式のｓの１次の係数が他の項より小さいた
め、角周波数がωｏに近づくと急激に分母が小さくな
り、全体のゲインが急激に大きくなる。すなわち鋭い共
振特性を示す。ここでピエゾアクチュエータ101の速度
を検出し、その入力にフィードバックするとその伝達特
性は、

【００１７】

【数２】

【００１８】となる。ここでＫvはフィードバックゲイ
ンである。Ｋvを大きくすることによって分母多項式の
ｓの１次の係数を大きくすることができるので、角周波
数がωｏに近づいても急激にゲインが大きくなることを
防ぐことができる。すなわち速度情報をフィードバック
することで鋭い共振特性をダンピングすることができ
る。

【００１９】図３はこのフィードバックループで重要な
役割を果たす速度オブザーバ104の構成を示すブロック
図である。入力端301には駆動アンプ102への入力信号
が、入力端302には歪みセンサ103によって検出されたピ
エゾアクチュエータ101の変位量信号が加えられる。ま
ず、差動アンプ303によってこれらは合成され、１次の
低域通過フィルタ304に与えられる。低域通過フィルタ3
04の出力は加算アンプ305で加算され、アンプ306でＫv
倍されて速度オブザーバ104の出力となる。

【００２０】図４は、速度オブザーバ104の動作を理解
し易くするために図３を書き換えたものである。入力端
301に加えられた駆動アンプ102の入力信号は、差動アン
プ303によって入力端302に加えられる歪みセンサ103か
らの変位量信号を差し引かれる。ピエゾアクチュエータ
101の伝達特性は、図７に示すように２次の低域通過フ
ィルタの特性なので、ピエゾアクチュエータ101の共振
周波数以下の周波数では差動アンプ303の入力どうしが
相殺するので出力は小さくなり、周波数がピエゾアクチ
ュエータ101の共振周波数を越えたあたりから出力が現
れ始める。差動アンプ303の出力は１次の低域通過フィ
ルタ304に加えられる。１次の低域通過フィルタ304はω
より上の周波数で積分特性を示す。駆動アンプ102の入
力信号はピエゾアクチュエータ101の発生力に対応して
おり、さらに発生力は加速度に対応している。従って、
低域通過フィルタ304の出力にはωより上の周波数域に
おいてピエゾアクチュエータ101の速度情報が得られる
ことになる。

【００２１】一方、入力端302に加えられた歪みセンサ1
03からの変位量信号は１次の高域通過フィルタ307に加
えられる。１次の高域通過フィルタ307はωより下の周
波数において微分特性を示す。従って、高域通過フィル
タ307の出力にはωより下の周波数においてピエゾアク
チュエータ101の速度情報が得られることになる。加算
アンプ305では、低域通過フィルタ304の出力と高域通過
フィルタ307の出力を加算することによって、全周波数
域にわたってピエゾアクチュエータ101の速度情報を得
ることができる。

【００２２】ここで注意しなければならないのは、低域
通過フィルタ304では、因果関係でいうところの原因で
あるピエゾアクチュエータ101の発生力から、結果であ
る速度情報を推定する。ピエゾアクチュエータ101の速
度を決める要素は発生力だけではなく、外部から加わる
力も存在する。また構造的な原因によって発生力が加速
度と１対１に対応しない条件も有り得る。一方、高域通
過フィルタ307では因果関係でいうところの結果である
変位量から、原因である速度情報を推定している。この
関係は１対１であり、他の要因が入る余地はない。従っ
て、速度情報の推定量としては高域通過フィルタから得
られる情報の方が信頼性が高い。ωは速度情報を低域通
過フィルタ304、高域通過フィルタ307のいずれから取り
出すかを切り替える周波数であり、速度オブザーバの極
周波数と呼ばれるパラメータである。速度情報の精度を
高めるには極周波数ωはできるだけ高い方が望ましい。
実験によれば極周波数ωはピエゾアクチュエータ101の
共振周波数の２倍以上の値とする必要があることが確認
された。

【００２３】次に図１の外側のフィードバックループ、
すなわち内側のフィードバックループ、差動アンプ10
6、偏差補償器107で構成されるフィードバックループに
ついて説明する。このフィードバックループは外部から
与えられるヘッド駆動装置への指令信号に応じてピエゾ
アクチュエータ101を目的の位置へ位置ぎめを行う。

【００２４】外側のフィードバックループからみて内側
のフィードバックループは２次遅れ系であり、これに１
次の積分要素である偏差補償器107を前置し、閉ループ
とすることで３次系となる。ここに現れる３つの極は、
内側のループの速度オブザーバ104のゲインと偏差補償
器107のゲインによってその極配置を設定することがで
きる。極配置には最大振幅平坦特性として知られるバタ
ーワース低域通過フィルタの極配置、位相特性の平坦な
ベッセル低域通過フィルタの極配置などがある。一般の
制御系では同じ条件のもとでより制御帯域を広くとれる
バターワース低域通過フィルタの極配置が取られること
が多い。しかし、本発明のヘッド駆動装置では、ベッセ
ル低域通過フィルタの極配置に略々一致する極配置とな
るよう速度オブザーバ104、偏差補償器107のゲインを設
定している。これはヘッド駆動装置に与えられる指令信
号の特徴によるものである。

【００２５】ヘッド駆動装置には図５の501のようなの
こぎり波状の指令信号が与えられる。この指令信号に対
してバターワース低域通過フィルタの極配置にした場合
の応答特性は502のようになり、オーバーシュートを生
じ整定時間が長くなる。指令波形の形状の再現性も必ず
しも良好ではない。これに対して503は極配置をベッセ
ル低域通過フィルタとした場合の応答波形である。全体
としての応答時間遅れはバターワース低域通過フィルタ
に比べて大きいものの、オーバーシュートがなく整定時
間も短い。また指令信号に対する波形の再現性も良好で
ある。このように極配置されたヘッド駆動装置は従来の
ノッチフィルタを使用したヘッド駆動装置に比べて２倍
以上の制御帯域を得ることができる。

【００２６】図６は駆動手段である駆動アンプ102の説
明のための等価回路図である。駆動アンプ102には出力
抵抗が存在するが、これを等価回路で表現すると出力抵
抗が０の理想的なアンプ602の出力に出力抵抗603が直列
に挿入されたものと見ることができる。この状態で負荷
であるピエゾアクチュエータ101を駆動することにな
る。ピエゾアクチュエータ101は電気的に見ると誘電体
を電極で挟んだコンデンサと同じ構造であるため、比較
的大きなキャパシタンスを持っている。このピエゾアク
チュエータ101のキャパシタンス606と駆動アンプの出力
抵抗603は１次の低域通過フィルタ607を構成する。

【００２７】この低域通過フィルタの存在は速度オブザ
ーバ104での速度推定の精度を低下させる。それは速度
オブザーバ104は入力される２点間の伝達特性、すなわ
ち駆動アンプ102から歪みセンサ103までの伝達特性が２
次系であることを仮定して構成されているためである。
新たな低域通過フィルタ607の存在はこの仮定に違いを
生じ、推定速度情報の精度低下につながる。また、この
低域通過フィルタ607は内側のフィードバックループに
挿入されることになるので、その位相特性によってフィ
ードバックループの位相余裕を減少させ安定性を阻害す
る要因になる。このため本発明のヘッド駆動装置におい
ては、駆動アンプの出力抵抗603とピエゾアクチュエー
タ101のキャパシタンス606とで構成される低域通過フィ
ルタのカットオフ周波数を少なくともピエゾアクチュエ
ータ101の共振周波数の２倍以上の周波数に設定してい
る。

【００２８】なお、以上の説明では、速度オブザーバ10
4の入力は駆動アンプ102の入力と歪みセンサ103の出力
から得ていたが、図２に示すようにピエゾアクチュエー
タ101の印加電圧と歪みセンサ103の出力から得ても基本
的な動作は同一である。

【００２９】

【発明の効果】以上のように、本発明はピエゾアクチュ
エータの速度情報を推定する推定手段と、偏差補償手段
の出力と推定手段の出力を合成し駆動手段への入力とす
る合成手段とを備えることにより、制御帯域を大幅に制
限し、調整の煩雑なノッチフィルタを使うことなくピエ
ゾアクチュエータの鋭い共振特性の影響を抑えることが
できる。

【００３０】さらに、推定手段と偏差補償手段のゲイン
設定を適切に選ぶことでベッセル低域通過フィルタの極
配置とすることにより、ヘッド駆動装置特有ののこぎり
波状の指令信号に対して優れた応答特性を得ることがで
きる。また、駆動アンプの出力抵抗を適切に設定するこ
とにより、簡単な構造で精度の高い速度推定を可能とす
ると同時に安定性を維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例におけるヘッド駆動装置のブ
ロック図

【図２】本発明の他の実施例におけるヘッド駆動装置の
ブロック図

【図３】速度オブザーバのブロック図

【図４】速度オブザーバの原理説明図

【図５】のこぎり波状の指令信号に対する応答波形図

【図６】駆動アンプの等価回路図

【図７】ピエゾアクチュエータの伝達特性

【図８】のこぎり波状の指令信号に対する応答波形図

【図９】従来のヘッド駆動装置の構成を示すブロック図

【符号の説明】

101 ピエゾアクチュエータ 102 駆動アンプ 103 歪みセンサ 104 速度オブザーバ 107 偏差補償器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者本杉昌広大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】磁気記録再生装置におけるダイナミックト
ラッキングに供される装置であって、磁気ヘッドを駆動
するピエゾアクチュエータと、前記ピエゾアクチュエー
タに印加する駆動電圧を発生する駆動手段と、前記ピエ
ゾアクチュエータの変位量を検出する変位量検出手段
と、ヘッド位置指令信号と前記変位量検出手段の出力す
る変位量信号の偏差を出力する偏差検出手段と、前記偏
差検出手段の出力を受け制御量を出力する偏差補償手段
と、前記変位量検出手段の出力と前記駆動手段への入力
から前記ピエゾアクチュエータの速度情報を推定する推
定手段と、前記偏差補償手段の出力と前記推定手段の出
力を合成し前記駆動手段への入力とする合成手段とを備
えてなることを特徴とするヘッド駆動装置。
【請求項２】磁気記録再生装置におけるダイナミックト
ラッキングに供される装置であって、磁気ヘッドを駆動
するピエゾアクチュエータと、前記ピエゾアクチュエー
タに印加する駆動電圧を発生する駆動手段と、前記ピエ
ゾアクチュエータの変位量を検出する変位量検出手段
と、ヘッド位置指令信号と前記変位量検出手段の出力す
る変位量信号の偏差を出力する偏差検出手段と、前記偏
差検出手段の出力を受け制御量を出力する偏差補償手段
と、前記変位量検出手段の出力と前記ピエゾアクチュエ
ータ印加電圧から前記ピエゾアクチュエータの速度情報
を推定する推定手段と、前記偏差補償手段の出力と前記
推定手段の出力を合成し前記駆動手段への入力とする合
成手段とを備えてなることを特徴とするヘッド駆動装
置。
【請求項３】駆動手段は、その出力抵抗とピエゾアクチ
ュエータのキャパシタンスで構成される低域通過フィル
タのカットオフ周波数をピエゾアクチュエータの共振周
波数の２倍以上に設定することを特徴とする請求項１ま
たは請求項２記載のヘッド駆動装置。
【請求項４】推定手段はその極周波数をピエゾアクチュ
エータの共振周波数の２倍以上に設定することを特徴と
する請求項１または請求項２記載のヘッド駆動装置。
【請求項５】ヘッド駆動装置への指令信号からピエゾア
クチュエータの変位までの伝達特性が略々ベッセル低域
通過フィルタの極配置に一致することを特徴とする請求
項１または請求項２記載のヘッド駆動装置。