JPH07105122B2 - ヘッド位置制御方法および装置 - Google Patents
ヘッド位置制御方法および装置Info
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- JPH07105122B2 JPH07105122B2 JP2117029A JP11702990A JPH07105122B2 JP H07105122 B2 JPH07105122 B2 JP H07105122B2 JP 2117029 A JP2117029 A JP 2117029A JP 11702990 A JP11702990 A JP 11702990A JP H07105122 B2 JPH07105122 B2 JP H07105122B2
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- G11B5/48—Disposition or mounting of heads or head supports relative to record carriers ; arrangements of heads, e.g. for scanning the record carrier to increase the relative speed
- G11B5/54—Disposition or mounting of heads or head supports relative to record carriers ; arrangements of heads, e.g. for scanning the record carrier to increase the relative speed with provision for moving the head into or out of its operative position or across tracks
- G11B5/55—Track change, selection or acquisition by displacement of the head
- G11B5/5521—Track change, selection or acquisition by displacement of the head across disk tracks
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- G11B5/5547—"Seek" control and circuits therefor
-
- G—PHYSICS
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- Moving Of The Head To Find And Align With The Track (AREA)
Description
してデータの書込みまたは読出しを行うディスク装置に
係り、特にヘッドがトラック追随動作を行う間、定常偏
差を除去するために積分器を使用してヘッドの位置制御
を行う方法および装置に関する。
作中、ヘッドを駆動するアクチュエータのボイス・コイ
ル・モータ(以下、VCMと略称)は、ほぼ一定な、ある
いはきわめて低い周波数の偏倚力を受ける。この偏倚力
は、ヘッドをVCMに接続するアーム・アセンブリを通る
循環空気流、ヘッドの入出力信号を電子回路に供給する
ための可撓性ケーブルの運動等によって生じる。また、
VCMに制御電流を供給する電力増幅機の電圧オフセット
がある。上述の偏倚力および電圧オフセットは、ディス
ク装置に定常偏差を生じさせる。
4、679、103号は、ヘッドが目的トラックの中心線に対
してトラック幅のほぼ2分の1の範囲に入ったとき、ヘ
ッド位置エラー信号を積分するスチフネス積分器をフィ
ードバックループに挿入することを開示している。
27号は、現在のセクタを(k+1)、その前のセクタを
k、セクタkのヘッド位置(これは位置エラー(PES)
に等しい)をX1(k)とすると、セクタ(k+1)にお
いて次式で示される積分位置X4(k+1)を出力する積
分器を設け、 X4(k+1)=X4(k)+X1(k) (すなわち、X4はX1を順次合計したものである)、トラ
ック追随モードにおいて、積分器の出力である積分位置
信号を、ヘッド位置(エラー)信号および推定速度信号
と組合せて、ヘッドを動かすアクチュエータのVCMに入
力する電流の大きさを示す信号を発生することを開示し
ている。
ているようにトラック追随モードにおいてフィードバッ
ク・ループに積分器を入れるのは、上述の定常偏差を打
消すためである。しかし、積分器を入れると、オーバー
シュートが生じる。従って、ヘッドの速度が過大な場合
に、そのときの位置エラー信号を積分した信号を使用し
てヘッド位置制御を行うと、過大なオーバーシュートが
生じ、ヘッド静定時間が長くなってしまう。
っても過大なオーバーシュートを生じさせないヘッド位
置制御方法及び装置を提供することを目的とする。
トラックに対するヘッドの位置ずれを示すヘッド位置エ
ラー信号を積分する積分器の出力信号をディスク装置の
定常偏差補償信号として使用してヘッドを目標トラック
に追随させる場合に、ヘッド速度が所定範囲(例えば−
1/4トラック幅/セクタ時間から+1/4セクタ時間の範
囲)にあるときには、そのときのヘッド位置エラー信号
を積分器に入力し、ヘッドの速度が所定範囲にないとき
には、そのときのヘッド位置エラー信号の積分器への入
力を停止する。
る場合には、上記積分は、ディジタル積分となり、過去
から現在にかけてサンプリング時間毎に発生された複数
の位置エラー信号が加算されて定常偏差補償信号が発生
される。この場合、ヘッド速度が所定範囲にないときに
は、そのときのヘッド位置エラー信号が加算されずに定
常偏差補償信号が発生される。
法は、サンプリング時間tnおよびtn-1(nは正の整数)
における前記目標トラックに対する前記ヘッドの位置ず
れを示すヘッド位置エラー信号をY(n)およびY(n
−1)、サンプリング時間tnおよびtn+1におけるヘッド
位置エラー信号の積分信号をI(n)およびI(n+
1)、前記ヘッドを動かすアクチュエータへ供給される
サンプリング時間tn、tn-1およびtn-2におけるヘッド位
置制御信号をU(n),U(n−1)とすると、次の関係
に従ってヘッドを目標トラックに追随させる。
(n−1) +k4*U(n−2)+k5*I(n) I(n+1)=I(n)+Y(n)(前記ヘッドの速度
が所定範囲内のとき) I(n+1)=I(n)(前記ヘッドの速度が所定範囲
外のとき) (ただし、k1、k2、k3、k4およびk5はフィードバック係
数) 本発明によるヘッド位置制御装置は、ヘッドがディスク
の目標トラックに追随するようにヘッド駆動アクチュエ
ータを制御する装置であって、 各サンプリング時点において前記目標トラックに対する
前記ヘッドの位置ずれを示すヘッド位置エラー信号を発
生するヘッド位置エラー検出手段と、 第1入力に印加される信号と、第2入力に印加される信
号とを加算して出力する加算手段と、 前記ヘッドの速度が所定値より大きいときにヘッド速度
過大信号を出力するヘッド速度検出手段と、 前記ヘッド位置検出手段と前記加算手段の第1入力との
間に設けられ、前記ヘッド速度過大信号が出力されない
ときに前記ヘッド位置エラー信号を前記第1入力に供給
し、前記ヘッド速度過大信号が出力されたときには前記
ヘッド位置エラー信号を前記第1入力に供給しないスイ
ッチング手段と、 前記加算手段の出力を1サンプリング時間間隔分遅延さ
せる遅延手段と、 前記遅延手段の出力を前記加算手段の第2入力に供給す
るフィードバック手段と、 少なくとも、前記ヘッド位置エラー信号と、前記遅延手
段の出力とに基づいて、前記アクチュエータに供給する
位置制御信号を作り出す位置制御信号発生手段と、 を具備する。
は、そのときのヘッド位置エラー信号が積分されずに
(すなわち加算されずに)定常偏差補償信号が発生され
るので、定常偏差補償信号が不当に過大なってしまうこ
とがなく、従って、オーバーシュートが過大になること
はない。
場合のヘッド位置制御装置の一実施例を示す。磁気ヘッ
ド2を担持するアクチュエータのVCMは、ディジタル/
アナログ(D/A)変換器6および電力増幅器8を介して
入力される位置制御信号U(n)に従って、磁気ヘッド
2を磁気ハードディスク10の目標トラックに追随させ
る。磁気ディスク10は、スピンドルモータ12によって回
転させられる。
で設けられた複数のセクタ102に分割されている。第2
図には8個のセクタしか示されていないが、実際には例
えば32個のセクタが設けられる。各セクタ102は、サー
ボ情報が記録されるサーボセクタ106と、磁気ヘッド2
を介してデータの書込みまたは読出しが行われるデータ
センタ104とから構成される。
れるサーボ情報パターンを示す。このサーボ情報パター
ンは、トラック中心の一方の側と他方の側にそれぞれ記
録されたサーボ・パターンaおよびサーボ・パターンb
を含む。
ド2が各セクタ102のサーボ・パターンaおよびbを読
取る毎に、すなわち各サーボ情報サンプリング時間tn毎
に、磁気ディスク10の目標トラックに対する磁気ヘッド
20の位置ずれを示すヘッド位置エラー信号Y(n)を出
力する。第4図は、ヘッド位置エラー検出回路14の一構
成例を示す。増幅器202は、磁気ヘッド2の読取り信号
を増幅する。ピーク検出回路204Aおよび204Bは、タイミ
ング発生回路206から出力されるタイミング信号に従っ
て、それぞれ、ヘッド2がサーボ・パターンaおよびb
を読取ったときに生じる読取り信号のピーク値aおよび
bを出力する。差動増幅器208は、ピーク値aとbの差
信号(a−b)を出力し、アナログ/ディジタル(A/
D)変換器210は、この差信号(a−b)をディジタル信
号に変換する。第3図に示されているように、ヘッド2
の中心が目標トラックの中心に一致しているときには、
差信号(a−b)は0であり、ヘッド位置エラー信号Y
(n)は0である。ヘッド2の中心がトラック境界Aに
一致しているときには、差動増幅器208から出力される
信号は、ヘッドがサーボ・パターンaを読取ったときに
生じるピーク値aのみである。このとき、A/D変換器
は、ピーク値aに対応するディジタル信号Y(n)を出
力して、ヘッドが目標トラックから+1/2トラック幅ず
れていることを示す。ヘッド2の中心がトラック境界B
に一致しているときには、差動増幅器から出力される信
号は、ヘッド2がサーボ・パターンbを読取ったときに
生じるピーク値bを負極性にしたものである。このと
き、A/D変換器210は、負極性ピーク値bに対応するディ
ジタル信号Y(n)を出力して、ヘッドが目標トラック
から−1/2トラック幅ずれていることを示す。
16によって係数k1が乗算されて、加算器18の第1入力に
供給される。また、ヘッド位置エラー信号は、遅延要素
20によって1サンプリング時間間隔(すなわち1セクタ
時間=ディスクが1セクタ分回転するのに要する時間)
遅延させられた後、係数器22によって係数k2が乗ぜられ
て加算器18の第2入力に供給される。従って、加算器18
にk1*Y(n)が印加されるときにk2*Y(n−1)が
印加される。また、ヘッド位置エラー信号Y(n)は、
ヘッド速度検出回路24の第1入力に供給される。また、
ヘッド位置エラーは、遅延要素26によって1サンプリン
グ時間間隔すなわち1セクタ時間遅延させられてヘッド
速度検出回路24の第2入力に供給される。従って、回路
24の第1入力にヘッド位置エラー信号Y(n)が供給さ
れるとき、第2入力には信号Y(n)より1サンプリン
グ時間間隔(すなわち1セクタ時間)前に出力されたヘ
ッド位置エラー信号Y(n−1)が供給される。
算器302は、ヘッド位置エラー信号Y(n)とY(n−
1)の差信号{Y(n)−Y(n−1)}を出力する。
絶対値回路303は、この差信号の絶対値|Y(n)−Y
(n−1)|を出力し、この絶対値と所定速度すなわち
1/4トラック幅/セクタ時間を示す信号とが比較器304に
おいて比較される。比較器304は、ヘッド速度の絶対値|
Y(n)−Y(n−1)|が所定値(1/4トラック幅/セ
クタ時間)より大きいときに、ヘッド速度過大信号を出
力する。
間に設けられているスイッチ26は、回路24からヘッド速
度過大信号を受けていないときにはオン状態であり、ヘ
ッド位置エラー信号Y(n)をディジタル積分器28に供
給し、回路24からヘッド速度過大信号を受けているとき
にはオフ状態であり、ヘッド位置エラー信号Y(n)を
ディジタル積分器28に供給しない。
を供給する電力増幅器8の電圧オフセットに帰因する磁
気ディスク装置の定常偏差を打消すのに必要な定常偏差
補償信号を発生するために設けられており、スイッチ26
からの信号を第1入力に受ける加算器29と、この加算器
29の出力を1サンプリング時間間隔すなわち1セクタ時
間遅延させる遅延要素30と、この遅延要素30の出力を加
算器29の第2入力に供給するフィードバック・ループ31
とを備える。積分器28の出力信号I(n+1)は、ヘッ
ド2の速度の絶対値が所定値(1/4トラック幅/セクタ
時間)より大きいときには、 I(n+1)=I(n)+Y(n) であり、ヘッド2の速度の絶対値が所定値(1/4トラッ
ク幅/セクタ時間)以下のときには、 I(n+1)=I(n) となる。
れ、スイッチ34を介して加算器18の第3入力に供給され
る。スイッチ34は、ヘッド2が目標トラックの中心線か
ら±1/2トラック幅の範囲に入ったときにオン状態とな
る。このことは、例えば特開昭62-257682号等に記載さ
れているように従来より周知なので、スイッチ34をオン
オフさせるための信号を発生する回路の説明は省略す
る。
遅延要素38によって1サンプリング時間間隔すなわち1
セクタ時間遅延させられた後、係数器40によって係数k3
が乗ぜられて加算器18の第4入力に供給される。従っ
て、加算器18の第4入力に供給される信号はk3*U(n
−1)と表現できる。また、遅延要素38の出力信号U
(n−1)は、遅延要素42によって1サンプリング時間
間隔すなわち1セクタ時間遅延させられた後、係数器44
によって係数k4が乗ぜられて加算器18の第5入力に供給
される。
る前記目標トラックに対する前記ヘッドの位置ずれを示
すヘッド位置エラー信号をY(n)およびY(n−
1)、サンプリング時間tnおよびtn+1におけるヘッド位
置エラー信号の積分信号をI(n)およびI(n+
1)、前記ヘッドを動かすアクチュエータへ供給される
サンプリング時間tn、tn-1およびtn-2におけるヘッド位
置制御信号をU(n)、U(n−1)およびU(n−
2)とすると、加算器18の出力信号すなわちヘッド位置
制御信号U(n)は、次式(1)で表現することができ
る。
(n−1) +k4*U(n−2)+k5*I(n)……(1) ただし、ヘッド2の速度が所定範囲(±1/4トラック幅
/セクタ時間)内のときには、 I(n+1)=I(n)+Y(n) ……(2) であり、ヘッド2の速度が所定範囲(±1/4トラック幅
/セクタ時間)外のときには、 I(n+1)=I(n) ……(3) である。位置制御信号U(n)はP/A変換器6によって
アナログの電流信号に変換され、この電流信号は電力増
幅器8によって増幅されてアクチュエータのVCM4に供給
される。
安定に制御できることを説明する。
制御のためのU(n)を出力しその値をサンプリング時
間tn+1までホールドする場合、式(4)の離散化表現は
美多勉著“ディジタル制御理論”昭晃堂、1984年発行、
第173頁に記載された方法にしたがい A1 : Kt/J*d/2*(2*T−d) A2 : Kt/J*d B1 : Kt/J*1/2*(T-d)2 B2 : Kt/J*(T−d) T : サンプリング時間間隔 となる。式(6)をUからYのパルス伝達関数になおす
と、 となる。これを、差分方程式にすると Y(n+1)=2*Y(n)−Y(n−1)+a1*U
(n) +a2*U(n−1)+a3*U(n−2)…
…(8) となる。上式から状態変数として{Y(n)、Y(n−
1)、U(n−1)、U(n−2)}とすることで次の
行列方程式が得られる。
ある。上式は可制御であり状態変数{Y(n)、Y(n
−1)、U(n−1)、U(n−2)}をフィードバッ
クしてやれば安定な制御ができる。式(8)に積分項I
(n)を加えると、 但し X(n)=[Y(n)Y(n−1)U(n−1)U(n
−2)I(n)]t となる。現代制御理論によれば上式を安定に制御するた
めには U(n)=k1*Y(n)+k2*Y(n−1)+k3*U
(n−1) +k4*U(n−2)+k5*I(n)≡k*X
(n) ……(11) 但し K=[k1 k2 k3 k4 k5] という制御入力を使えばよい。係数k1、k2、k3、k4およ
びk5は極配置方やLQ方を例えば計算で求めることができ
る。これら係数の計算については、ジー・エフ・フラン
クリン(G.F.Franklin)およびジェー・ディー・パウエ
ル(J.D.Powell)著の「動的システムのデジタル制御
(Digital Control of Dynamic Systems)」アジソン−
ウエズリー(Addison-Wesley)社、MA、1980年を参照さ
れたい。
+BB*k) *X(n)=(AA+BB*k)*(AA+BB*
k) *X(n−1) ………=(AA+BB*k)n+1*X(0) と書け、これより行列(AA+BB*k)nが発散しなければ安定
な制御が可能となる。逆に言えば、この行列が発散しな
いようにKを選ぶ方法が極配置法やLQ法といえる。但
し、この理論はX(n)をフィードバックすれば必ず安
定な係数が得られると言っているだけで、X(n)より
少ない変数で制御できないとは言っていない。多くの場
合少ない変数で制御可能であるがその場合厳密に理論的
に設計する方法はない。
のヘッド速度検出回路24およびスイッチ26を設けずに、
すべてのヘッド位置エラー信号Y(n)を積分して定常
偏差補償信号を発生させた場合のヘッド位置エラーの推
移例を示す。大きなオーバーシュートが生じ、静定時間
が長くなっていることがわかる。第6図の例は、次式で
示されるVCM系に対し、 X: ポジション V: 速度 初期条件として、 X(0) =−0.5 V(0) =0.3 U(−1)=0 が与えられたとき、位置制御信号U(n)および積分信
号In(すなわち定常偏差補償信号)が次式で示される制
御を行った場合の例である。
1.06 *U(n−1)−0.136*U(n−2)−0.05
*I(n) I(n+1)=I(n)+Y(n) 第7図は、第1図の本発明の実施例のようにヘッド速度
検出回路24およびスイッチ26を使用して、ヘッド2の速
度が所定範囲(±1/4トラック幅/セクタ時間)内のと
きのヘッド位置エラー信号は積分し、ヘッド2の速度が
所定範囲(±1/4トラック幅/セクタ時間)外のときヘ
ッド位置エラー信号は積分しないで定常偏差補償信号を
発生させた場合のヘッド位置エラーの推移例を示す。オ
ーバーシュートは小さく、静定時間も短いことがわか
る。第7図の場合の位置制御信号U(n)および積分信
号I(n)は次の通りである。
1.06 *U(n−1)−0.136*U(n−2)−0.05
*I(n) I(n+1)=I(n)+Y(n) (ヘッド速度が所定範囲内のとき) I(n+1)=I(n) (ヘッド速度が所定範囲外のとき) なお、第1図に示された係数器16、22、32、40および4
4、加算器18、遅延要素20、26、38および42、ヘッド速
度検出回路24、ならびに積分器28は、マイクロプロセッ
サおよびプログラムを使用して構成できる。
ラック幅/セクタ時間より大きいときに、そのときのヘ
ッド位置エラー信号の積分を行わないようにしたが、必
ずしも1/4トラック幅/セクタ時間を基準にする必要は
なく、ディスク装置の特性に応じて適当な値を選択でき
ることはもちろんである。
大となっても、オーバーシュートは過大とならず、静定
時間を短くすることができる。
た場合の一実施例を示すブロック図、 第2図は、第1図の磁気ディスクの構成例を示す説明
図、 第3図は、第2図に示された磁気ディスクのサーボ・パ
ターンの一例を示す説明図、 第4図は、第1図に示されたヘッド位置エラー検出回路
の一構成例を示すブロック図、 第5図は、第1図に示されたヘッド速度検出回路の一構
成例を示すブロック図、 第6図は、従来技術に従ってヘッド位置制御を行ったと
きのヘッド位置エラーの推移を示すグラフ、 第7図は、第1図の本発明の実施例に従ってヘッド位置
制御を行ったときのヘッド位置エラーの推移を示すグラ
フである。 2……ヘッド、4……アクチュエータのVCM、14……ヘ
ッド位置エラー検出回路、24……ヘッド速度検出回路、
26……スイッチ、28……積分器。
Claims (10)
- 【請求項1】ディスクの目標トラックに対してヘッドを
介してデータの書込みまたは読出しを行うディスク装置
において、前記目標トラックに対する前記ヘッドの位置
ずれを示すヘッド位置エラー信号を積分する積分器の出
力信号を使用して前記ヘッドを前記目標トラックに追随
させるヘッド位置制御方法であって、 前記ヘッドの速度が所定範囲にあるときには、そのとき
のヘッド位置エラー信号を前記積分器に入力し、 前記ヘッドの速度が所定範囲にないときには、そのとき
のヘッド位置エラー信号の前記積分器への入力を停止す
ることを特徴とするヘッド位置制御方法。 - 【請求項2】前記所定範囲が負の所定速度から正の所定
速度までの範囲であることを特徴とする請求項1に記載
のヘッド位置制御方法。 - 【請求項3】前記所定範囲が+1/4トラック幅/セクタ
時間から−1/4トラック幅/セクタ時間の範囲であるこ
とを特徴とする請求項2に記載のヘッド位置制御方法。 - 【請求項4】前記積分器の出力信号は、前記ディスク装
置の定常偏差を打消すのに必要な定常偏差補償信号であ
ることを特徴とする請求項1に記載のヘッド位置制御方
法。 - 【請求項5】前記積分器がディジタル積分器であり、前
記ヘッド位置エラー信号が各サンプリング時間毎に発生
し、前記積分器が加算動作を行うことにより前記積分を
行うことを特徴とする請求項1に記載のヘッド位置制御
方法。 - 【請求項6】前記ディスクが複数のセクタを含み、各セ
クタ毎に前記ヘッド位置エラー信号が発生することを特
徴とする請求項5に記載のヘッド位置制御方法。 - 【請求項7】ディスクの目標トラックに対してヘッドを
介してデータの書込みまたは読出しを行うディスク装置
において、サンプリング時間tnおよびtn-1(nは正の整
数)における前記目標トラックに対する前記ヘッドの位
置ずれを示すヘッド位置エラー信号をY(n)およびY
(n−1)、サンプリング時間tnおよびtn+1におけるヘ
ッド位置エラー信号の積分信号をI(n)およびI(n
+1)、前記ヘッドを動かすアクチュエータへ供給され
るサンプリング時間tn、tn-1およびtn-2におけるヘッド
位置制御信号をU(n),U(n−1)およびU(n−
2)とすると、次の関係に従って前記ヘッドを前記目標
トラックに追随させるヘッド位置制御方法。 U(n)=k1*Y(n)+k2*Y(n−1)+k3*U
(n−1) +k4*U(n−2)+k5*I(n) I(n+1)=I(n)+Y(n)(前記ヘッドの速度
が所定範囲内のとき) I(n+1)=I(n)(前記ヘッドの速度が所定範囲
外のとき) (ただし、k1、k2、k3、k4およびk5はフィードバック係
数) - 【請求項8】ヘッドがディスクの目標トラックに追随す
るようにヘッド駆動アクチュエータを制御する装置であ
って、 各サンプリング時点において前記目標トラックに対する
前記ヘッドの位置ずれを示すヘッド位置エラー信号を発
生するヘッド位置エラー検出手段と、 第一入力に印加される信号と、第2入力に印加される信
号とを加算して出力する加算手段と、 前記ヘッドの速度が所定範囲にないときにヘッド速度過
大信号を出力するヘッド速度検出手段と、 前記ヘッド位置エラー検出手段と前記加算手段の第1入
力との間に設けられ、前記ヘッド速度過大信号が出力さ
れないときに前記ヘッド位置エラー信号を前記第1入力
に供給し、前記ヘッド速度過大信号が出力されたときに
は前記ヘッド位置エラー信号を前記第1入力に供給しな
いスイッチング手段と、 前記加算手段の出力を1サンプリング時間間隔分遅延さ
せる遅延手段と、 前記遅延手段の出力を前記加算手段の第2入力に供給す
るフィードバック手段と、 少なくとも、前記ヘッド位置エラー信号と、前記遅延手
段の出力とに基づいて、前記アクチュエータに供給する
位置制御信号を作り出す位置制御信号発生手段と を具備するヘッド位置制御装置。 - 【請求項9】前記ディスクには複数のセクタが形成さ
れ、前記ヘッド速度検出手段は、前記ディスクが1セク
タ分回転する時間に前記ヘッドが正方向または負方向に
所定トラック幅より大きな距離移動したときに、前記ヘ
ッド過大信号を出力することを特徴とする請求項8に記
載のヘッド位置制御装置。 - 【請求項10】前記所定トラック幅が、1/4トラック幅
であることを特徴とする請求項9に記載のヘッド位置制
御装置。
Priority Applications (3)
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JP2117029A JPH07105122B2 (ja) | 1990-05-08 | 1990-05-08 | ヘッド位置制御方法および装置 |
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US08/127,704 US5404254A (en) | 1990-05-08 | 1993-09-27 | Method and apparatus for controlling head position |
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JP2117029A JPH07105122B2 (ja) | 1990-05-08 | 1990-05-08 | ヘッド位置制御方法および装置 |
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JP2117029A Expired - Fee Related JPH07105122B2 (ja) | 1990-05-08 | 1990-05-08 | ヘッド位置制御方法および装置 |
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