JPH0664723B2 - 磁気ヘッド駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、ビデオテープレコーダ（以下、「VTR」と
いう）において自動トラツキング等に用いられるヘツド
位置調整制御が可能な磁気ヘツド駆動装置に関する。

〔従来の技術〕

第９図は例えば特開昭52−117107号公報に示された従来
のバイモルフを用いた磁気ヘツド駆動装置のブロツク回
路図である。図において、（101）は印加された電位に
応じて曲り動作をするピエゾ電気バイモルフ、（102）
はセンサで、バイモルフ（101）の一部を切ることによ
り形成されたピエゾ電気発電器からなる。（103）はセ
ンサ（102）に負荷をほとんど与えない高インピーダン
ス増幅器、（104）は加算器で、高インピーダンス増幅
器（103）からの出力と、後に述べるポテンシヨメータ
（111）からの出力を加算する。（105）は加算器（10
4）からの出力を微分する微分器、（106）はローパスフ
イルタで、微分器（105）からの出力をバイモルフ（10
1）の２次及び高次共振特性に寄与する信号を減衰させ
るように選択されたカツトオフ周波数を有する。（10
7）はローパスフイルタ（106）からの出力の位相遅れを
補償する位置進み回路、（108）は位置進み回路（107）
からの出力を可変反転増幅するゲイン可変増幅器、（10
9）は後述する周波数補償器（115）からの出力とゲイン
可変増幅器（108）からの出力を加算する加算器、（11
0）は加算器（109）からの出力を増幅する駆動増幅器、
（111）は加算器（109）からの出力が供給されるポテン
シヨメータ、（112）は磁気ヘツドで、片持ち支持され
たバイモルフ（101）の自由端に支持されている。（11
3）は磁気ヘツド（112）からの出力をビデオ処理するビ
デオ処理回路、（114）はヘツド位置制御回路で、ウオ
ブリングサーボ系が構成され、磁気ヘツド（112）から
の出力からトラツキング補正信号を出力する。（115）
は周波数補償器で、ヘツド位置制御回路（114）からの
出力及び後述する変換器リセツト信号発生器（116）か
らの出力をうけ、周波数補償する。（116）は変換器リ
セツト信号発生器で、必要に応じて磁気ヘツド（112）
をトラツクの始めに選択的にリセツトするために、偏向
可能な支持アームすなわちバイモルフ（101）に与える
リセツト信号を発生する。

次に動作について説明する。バイモルフ（101）は、一
体に構成されたセンサ（102）を含み、このセンサ（10
2）は磁気ヘツド（112）の瞬間偏向位置を表す信号を発
生する。この出力信号は、バイモルフ（101）を駆動す
る信号に対して90゜の位相遅れを有している。この出力
は高入力インピーダンスの増幅器（103）に供給され
る。センサ（102）は、１つのコンデンサと直列な電圧
源と等価であるため、センサ（102）上の電気的負荷は
センサ（102）からの低周波数信号を効果的に結合する
ために小さくなくてはならない。

増幅器（103）の出力は加算器（104）に与えられる。加
算器（108）の他方の入力は後述する。加算器（108）の
出力は微分器（105）に与えられる。この微分器（105）
は、センサ（102）からのヘツド位置信号を微分し、瞬
間ヘツド速度を表す信号に変換する。微分器（105）は
ハイパスフイルタと同様の周波数特性とするため、通過
信号には位相進みが生じる。微分器（105）によつて生
じたヘツド速度信号はローパスフイルタ（106）に給供
され、ローパスフイルタ（106）のカツトオフ周波数
は、バイモルフ（101）の２次及び高次共振特性に寄与
する信号を実質的に減衰させるように選ばれている。ロ
ーパスフイルタ（106）は、それを通過する信号にある
位相遅れを与える。位相進み回路（107）は、共振位置
近くの信号が受ける全位相遅れを補償するために、バイ
モルフ（101）の共振点付近の周波数の信号成分が、位
相進み回路（107）を出る時にＯ゜の正味の移相となる
ように移相する。この位相進み回路（107）の出力信号
は反転ゲイン可変増幅器（108）に入力され、増幅器（1
08）の出力信号は後述する周波数補償器（115）の出力
と加算器（109）で加算され、駆動増幅器（110）で増幅
されてバイモルフ（101）に偏向信号として与えられて
その共振振動を減衰させる。ゲイン可変増幅器（108）
はバイモルフ（101）の特性のばらつきに対応できるよ
うにゲインが調節される。

他方、反共振点付近の信号成分は、バイモルフ（101）
に供給される駆動信号の一部を結合することで効果的に
零調される。加算器（109）の偏向信号はポテンシヨメ
ータ（111）に供給され、ポテンシヨメータ（111）の出
力は加算器（104）の他方の入力端に供給されて増幅器
（103）から入力されるセンサ（102）で検出された偏向
位置信号と加算される。この偏向信号の位相は、バイモ
ルフ（101）を介してセンサ（102）で検出される際に18
0゜の移相を受けるので、偏向信号のうち反共振点付近
の周波数成分は加算器（104）に於いて零調整され、そ
のためループは反共振点付近の周波数に対して安定化さ
れる。

以上のようにしてバイモルフ（101）のダンピング動作
が行われ、かつ安定なトラツキング制御が可能となる。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の磁気ヘツド駆動装置はアクチユエータにバイモル
フを用いているので、磁気ヘツドを大振幅で振動させた
場合ヘツド当りが悪化すること、ヒステリシスがあるこ
と、駆動電圧が高い等の問題点があり、これを改善する
ためには複雑な機構構造や駆動回路が必要となるという
問題点があつた。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、磁気ヘツドを大振幅で振動する際もヘツド当
りが良好で、ヒステリシスもなく、駆動電圧も低く、か
つ制御性の極めて良い磁気ヘツド駆動装置を得ることを
目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る磁気ヘツド駆動装置は、電佐駆動型のア
クチユエータの被駆動部に一端が固着された片持ばり部
材の開放端に磁気ヘツドを取り付け、この被駆動部の位
置の位置検出手段で検知し、この位置検出信号を利用し
て被駆動部の速度をオブザーバによつて推定し、推定さ
れた被駆動部の速度信号を所定のゲインで被駆動部の駆
動回路にフイードバツクするように構成した点を特徴と
するものである。

〔作用〕

この発明における磁気ヘツド駆動装置は、位置検出手段
で被駆動部の位置を検知し、この検出信号を利用して被
駆動部の速度をオブザーバによつて推定し、推定された
被駆動部の速度信号を所定のゲインで被駆動部の駆動回
路にフイードバツクするので、アクチユエータの被駆動
部および１次及び高次共振をおさえることができるの
で、極めて制御性のよい磁気ヘツド駆動装置となる。

〔発明の実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図において、（１）は電磁駆動型アクチユエータ、
（２）は磁気ヘツド、（３）は電磁駆動型アクチユエー
タ（１）に入力された電気信号を機械的変位に変換する
被駆動部であるボイスコイル、（４）はボイスコイル
（３）に一端が固着され、開放端部に磁気ヘツド（２）
が取り付けられた片持ばり部材、（５）はボイスコイル
（３）の絶対位置を検出して電気信号に変換して出力す
る位置検出センサで、例えば光ダイオードと光検出器で
構成される。（６）は磁気ヘツド（２）の出力信号か
ら、例えば４周波パイロツト方式等の手法によつて目標
トラツクと磁気ヘツド（２）との相対位置ずれ量を検出
するトラツクエラー検出装置、（７）はトラツクエラー
検出装置で検出されたトラツクエラー信号を増幅する増
幅器、（８）は増幅器（７）の出力信号の位相を、トラ
ツキング制御系が安定に動作するように位相を補償する
位相補償器、（９）は位相補償器（８）の出力信号と、
後述する反転増幅器（12）の出力信号とを加算する加算
器、（10）は加算器（９）の出力信号を入力としてアク
チユエータ（１）が駆動する駆動増幅器、（11）はアク
チユエータ（１）と等価な特性を電気的に実現し、駆動
増幅器（10）の出力と、位置検出センサ（５）からの絶
対位置情報とを基に、ボイスコイル（３）の速度を推定
する速度推定オブザーバ、（12）は速度推定オブザーバ
から出力されるボイスコイル（３）の推定速度信号を反
転増幅する反転増幅器で、アクチユエータ（１）、速度
推定オブザーバ（11）、反転増幅器（12）、加算器
（９）および駆動増幅器（10）で磁気ヘツド駆動装置
（13）を構成しており、トラツクエラー検出装置
（６）、増幅器（７）および位相補償器（８）でトラツ
キング制御系を構成している。

次に、この実施例の動作について説明する。

トラツクエラー検出装置（６）は、例えば民生用VTRの
一つである8mmVTRの４周波パイロツト方式等を用いて、
磁気ヘツド（２）の出力信号からトラツクエラーを検出
し、増幅器（７）でトラツクエラー信号を増幅する。位
相補償器（８）は、増幅器（７）の出力信号をトラツキ
ング制御系が安定になるように位相補償を行う。ここで
は低減ゲインをかせぎ、位相余裕を60゜以上となるため
に位相遅れ進み補償をしている。以上はこの実施例の磁
気ヘツド駆動装置（13）を利用したダイナミツクトラツ
キング制御装置の一例を示したものである。なおトラツ
クエラー検出手段としてウオブリング法を用いても良い
ことはいうまでもない。

次に、この実施例におけるアクチユエータ（１）のダン
ピング作用について説明する。第２図にこの実施例で用
いたボイスコイル型アクチユエータの断面図を示す。第
１図で示した駆動増幅器（10）からの出力信号は第２図
中のボイスコイル（３）を構成するコイル（23）に供給
される。コイル（23）はコイルボビン（24）上に巻きつ
けられており、コイルボビン（24）は両端部近くを２つ
のジンバルバネ（26a），（26b）によって外周部（3
0），（31a），（31b）に支持されている。なお、コイ
ル（23）がジンバルバネ（26a），（26b）によつて支持
される部分には、Ｎ極同志を向かい合わせた２つの円柱
型永久磁石（28a），（28b）によつて、コイル（23）を
横切る磁気回路が形成されており、コイル（23）に電流
が流れると、フレミングの左手の法則によりコイルボビ
ン（24）が図において上下方向に運動することになる。
また、ジンバルバネ（26a），（26b）には、自由端側に
磁気ヘツド（２）が取付けられた片持ばり部材（４）の
一端が固着されており、コイルボビン（24）の動きが、
片持ばり部材（４）を通して磁気ヘツド（２）に伝達さ
れるように構成されている。

さて、ここで問題となるのは、電磁駆動装置の被駆動部
であるコイルボビン（24）の動きが片持ばり部材（４）
を通して磁気ヘツド（２）に伝達されるため、コイルボ
ビン（24）の動作と、磁気ヘツド（２）の動作が、片持
ばり部材（４）の動的特性によつて異なつたものになる
という点である。したがつて、磁気ヘツド（２）の動作
を制御するためには、コイルボビン（24）の動作と、磁
気ヘツド（２）の動作を何らかの手段で把握する必要が
生じる。そこで第２図で示したボイスコイル型アクチユ
エータの力学モデルを考えねばならない。

第２図に示したボイスコイル型アクチユエータは、第３
図に示した２自由度のバネ・マス・ダンパ系力学モデル
でモデル化が可能である。大まかに言えば、第３図中の
ｍ_１が第２図中の片持ばり部材（４）および磁気ヘツド
（２）を除いた被駆動部の質量に相当し、ｍ_２が第２図
中の片持ばり部材（４）と、磁気ヘツド（２）の質量を
加算した質量に相当し、Ｋ_１,C_１が第２図中のジンバル
バネ（26a），（26b）の粘弾性特性に相当し、Ｋ_２,C_２
が第２図中の片持ばり部材（４）の粘弾性特性に相当す
る。第３図に示す系の運動方程式は、次式のようにな
る。

ｍ_{１ １}＋（ｃ_１＋ｃ_２）−ｃ_{２ ２}＋（ｋ_１＋
ｋ_２）ｘ_１−ｋ_２ｘ_２＝ｆ_１ …… ｍ_{２ ２}−ｃ_{２ １}＋ｃ_{２ １}−ｋ_２ｘ_１＋ｋ_２ｘ_２＝
０ 式にラプラス変換を施すと、次式になる。

｛ｍ_１ｓ^２＋（ｃ_１＋ｃ_２）Ｓ＋（ｋ_１＋ｋ_２）｝Ｘ_１
−（ｃ_２ｓ＋ｋ_２）Ｘ_２＝Ｆ_１ …… （ｍ_１ｓ^２＋ｃ_２ｓ＋ｋ_２）Ｘ_２−（ｃ_２ｓ＋ｋ_２）Ｘ
_１＝０ 今、ｆ_１はアクチユエータの電磁駆動系で生じる力に、
ｘ_２の座標系は磁気ヘツドの位置に相当しているので、
ボイスコイル型アクチユエータの電磁駆動力ｆ_１から磁
気ヘツドまでの伝達関数は、次のようになる。

なお第２図で示したアクチユエータの周波数応答実験の
結果から第式のｍ_１,m_２,k_１,k_２,c_１,c_２の値を決め
た。第２図で示したアクチユエータの周波数応答特性は
第６図に示すとおりであり、ジンバルバネに起因する１
次共振、および１次共振点の比較的近くにＱの高い２次
共振点を有しており、極めて制御性の悪い特性をしてい
ることがわかる。よつてこのようなタイプのアクチユエ
ータをVTRのダイナミツクトラツキング等の用途で使用
するためには、電気的手法でダンピングをかける必要が
生じる。一般に制御対象にダンピングをかける場合、制
御系のダンピング係数を、見かけ上大きくするように、
制御対象の速度をフイードバツクすると効果がある。

第４図に第２図に示したアクチユエータの極配置を示
す。全ての極（図中に白丸で示す）は虚軸Ｉ_ｍに極めて
近いため、振動的で制御性が悪いことを示している。そ
こで現代制御理論を適用して、第１図に示すようなオブ
ザーバを構成し、測定可能な状態量、ここではアクチユ
エータ駆動電圧もしくは駆動電流と、例えば第２図に示
すように、フオトセンサ（25）、およびLED（27）で構
成された位置検出センサ（５）で検知したコイルボビン
（24）の位置信号との２つの状態量から、速度推定オブ
ザーバ（11）でコイルボビン（24）の速度を推定し、反
転増幅器（12）および加算器（９）を介してコイル駆動
電流に所定のゲインでフイードバツクすると第５図に示
す極配置となる。すべての極は安定、かつ速応性の良い
方向に移動しており、アクチユエータの特性が改善され
ることがわかる。この改善されたアクチユエータの周波
数応答特性を第７図に示す。すなわち、１次共振および
２次共振ともにダンピングがかかり、かつ位相もなめら
かにまわつているため、制御性のよいアクチユエータに
改善されている。

次に、磁気ヘツド（２）の位置信号を位置検出センサ
（５）で取り出し、オブザーバによつて速度を推定し
て、推定速度フイードバツクする場合を考える。この場
合、極配置は第８図のようになる。極Ａが不安定な領域
に移動するので、この方法はダンピングの効果はないば
かりか、かえつて不安定になるので実施すべきでないこ
とがわかる。

以上から、このようなアクチユエータをダンピングする
場合、フイードバツクする速度は、片持ばり部材（４）
の駆動部であるコイルボビン（24）の部分の情報でなけ
れば効果がないことがわかる。

以上のようにダンピングがかけられ、制御性の改善され
た磁気ヘツド駆動装置（13）は、第１図に示すように、
閉ループのダイナミツクトラツキング制御系などに適用
して応答性の良い制御系が構成できる。

なお、ここで使用するオブザーバは同一次元オブザーバ
あるいは最小次元オブザーバのどちらでもよい。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、被駆動部に一方の端
部が固定され、他方の開放端に磁気ヘツドが装着されて
いる電磁駆動型のアクチユエータの上記被駆動部の位置
を検出し、この検出信号からオブザーバによつて当該被
駆動部の速度を推定し、この推定した速度信号を上記被
駆動子の駆動回路に所定のゲインでフイードバツクして
ダンピングを掛けるように構成したので、被駆動部の１
次共振および２次共振ともダンピングがかかり、かつ位
相もなめらかにまわるので、制御性のよいヘツド駆動装
置が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を用いたVTR装置のダイナ
ミツクトラツキング制御装置の構成を示すブロツク回路
図、第２図はこの実施例で用いた電磁駆動型アクチユエ
ータの構成を示す断面図、第３図はこの電磁駆動型アク
チユエータの等価力学モデルを示す図、第４図はこの電
磁駆動型アクチユエータのダンピングをかけていない場
合の極配置を示す概略図、第５図は第１図の実施例のダ
ンピングをかけた電磁駆動型アクチユエータの極配置の
移動を示す概略図、第６図はダンピングをかけていない
場合の電磁駆動型アクチユエータの周波数応答特性図、
第７図はこの実施例のダンピングをかけた電磁駆動型ア
クチユエータの周波数応答特性図、第８図はダンピング
効果がない場合の電磁駆動型アクチユエータの極配置の
移動を示す概略図、第９図は従来のVTR装置のトラツキ
ング制御装置の構成を示すブロツク回路図である。 （１）……電磁駆動型アクチユエータ、（２）……磁気
ヘツド、（３）……ボイス（被駆動部）、（４）……片
持ばり部材、（５）……位置検出センサ、（９）……加
算器、（10）……駆動増幅器、（11）……速度推定オブ
ザーバ、（12）……反転増幅器、（13）……磁気ヘツド
駆動装置。 なお、各図中、同一符号は同一、または相当部分を示
す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】片持ばり部材の自由端部に磁気ヘツドが固
   定され他方の端部が被駆動部に固着されている電磁駆動
   型のアークチユエータにおいて、上記アークチユエータ
   の測定可能な状態量を演算することによって上記被駆動
   部の速度を推定するオブザーバと、この推定された速度
   信号を所定のゲインで上記被駆動部の駆動回路に負帰還
   する手段とを備えた磁気ヘツド駆動装置
2. 【請求項２】上記アークチユエータに上記被駆動部の位
   置センサを備え、アークチユエータの駆動電流もしくは
   駆動電圧と被駆動部の位置とから、演算によって当該被
   駆動部の速度を推定する構成とすることを特徴とする請
   求項第１項記載の磁気ヘツド駆動装置。