JPH07117856B2 - 推定位置決めシステム及び方法 - Google Patents

推定位置決めシステム及び方法

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JPH07117856B2
JPH07117856B2 JP1503474A JP50347489A JPH07117856B2 JP H07117856 B2 JPH07117856 B2 JP H07117856B2 JP 1503474 A JP1503474 A JP 1503474A JP 50347489 A JP50347489 A JP 50347489A JP H07117856 B2 JPH07117856 B2 JP H07117856B2
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actuator
control signal
signal
actuator control
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/416—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by control of velocity, acceleration or deceleration
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • 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
    • G11B5/5526—Control therefor; circuits, track configurations or relative disposition of servo-information transducers and servo-information tracks for control thereof
    • G11B5/553—Details
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  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Control Of Position Or Direction (AREA)
  • Moving Of Head For Track Selection And Changing (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は推定装置によって、部材の指定位置への移動を
制御するシステム及び方法に関し、詳細にいえばディス
ク・ファイルのヘッドの位置決めに関する。
［発明の背景］ 情報の入るトラック上にデータを書き込み、またこれか
らデータを読み取るためにディスク・ファイルのヘッド
を位置決めする態様の１つは、トラック間のいわゆる
「シーク」運動である。これは一般に、データの読取
り、書込みを行なえるトラック追従モードに入る前に、
最終位置誤差を最小とする最短時間で、かつ整定時間
で、ヘッドを移動するのが望ましい。トラックの追従
は、ディスクの少なくとも一方の面に、しばしば「サー
ボ・パターン」と呼ばれる位置基準情報を提供すること
によって左右される。位置基準情報は専用のサーボ面に
あり、専用のサーボ・ヘッドによって読み取られるもの
であっても、データ面にサーボ・セクタとして離散され
ており、データ・ヘッドによって読み取られるものであ
ってもかまわない。一般に、位置基準情報はヘッドの絶
対的な位置を与えるものではなく、単一のトラックに関
する、あるいはトラックの小グループ内でのオフセット
位置を与えるだけである。従来、シーク操作はこの情報
を使用して、絶対位置または目標トラックまでのトラッ
ク数のいずれかを含んでいるレジスタを更新する。
シーク操作は通常、開ルーフ形態で、ヘッドをできるだ
け高速で加速する加速フェーズと、これに続いた、何ら
かの閉ループ制御によってヘッドを減速し、ほぼ目標ト
ラックで停止させる減速フェーズからなっている。加速
フェーズと減速フェーズの間に、中間の「惰行」ないし
定速フェーズがあることもある。
従来、減速の制御はヘッド速度を測定または推定し、ヘ
ッドに速度のプロファイルを追跡させることによって行
なわれていた。速度のプロファイルは「ディスク・ファ
イル・ヘッド位置決めサーボの設定（Design of a Disk
File Head-Positioning Servo）」（IBM Journal of R
＆Ｄ、1974年11月、pp.506-512）というR.E.オスワルド
（Oswald）の記事で説明されているように、進行距離の
平方根に基づいて計算される。あるいは、プロファイル
を進行するトラック数によってアドレスされるテーブル
に記憶できる。このようなシステムの１つがEP 0111654
A1に記載されている。
ディスク・ファイル・ヘッドの移動の制御における最近
の開発は位置基準情報を、フランクリン（Franklin）お
よびパウエル（Powell）による「動的システムのディジ
タル制御（Digital Control of Dynamic Systems）」
（Addison-Wesley,1980）に記載されているような状態
推定制御理論と組み合わせて導かれる、ディジタル化位
置誤差のサンプリングを使用している。米国特許第4679
103号及び第4697127号は、ディスク・ファイルに用いら
れたこのようなシステムを記載しており、このシステム
において、位置決めシステムの数学モデルによって定義
される状態変数は状態推定装置による各サンプリング時
に更新される。推定装置への入力は位置の誤差、及び現
在印加されているアクチュエータ制御信号である。出力
の１つは速度推定量であり、これはシーク・モードにお
いて、以前のサーボ・システムと同様に速度のプロファ
イルと比較される。
理想的なアクチュエータは二重積分器システムであり、
コイルの電流が時間に対して積分され、速度をもたら
し、速度が積分されて位置をもたらす。±Ｉアンペアに
制限されたドライバを備えた理想的なアクチュエータの
場合、最小減速時間は全減速電流を臨界進行距離に印加
することによって得られる。この距離は次いで、放物線
状に減少し、最終的に、速度がゼロの必要位置に達す
る。理想的な速度のプロファイルは、次式によって与え
られる。
vt＝（2XIKf/M）１ ］ ２ ただし、vtは所与の進行距離Ｘに対する最適速度、Ｍは
システムの質量、Kfはアクチュエータの力の定数であ
る。
従来技術の実施形態において、サーボはテーブル索引の
形で、あるいはこれを直ちに計算するかしたこの理想的
な軌道すなわち速度のプロファイルを有している。各サ
ンプル時に、あるいはトラックの交差時に、これはアク
チュエータの速度及び残りの進行距離を、理想軌道と比
較し、アクチュエータの速度が、その進行距離に対して
理想軌道によって与えられる前記の速度よりも大きい場
合には、アクチュエータに対する駆動電流を増加させ
る。
テーブル索引または「迅速な」計算との間の選択を行な
うに当たり、適切な分解能を有するテーブルに必要な大
きなコード・スペースと、平方根を計算するのに必要な
時間の長さの間のトレードオフ、すなわち反復処理を行
なわなければならない。EP 0111454 A1などの若干のア
ルゴリズムは、コンパクトなテーブルを使用するが、テ
ーブルにアクセスするのに長い時間がかかる。
さらに、他に４つの要因も状況を複雑にしている。
１）アクチュエータの速度が軌道速度よりも大きいこと
が判明した場合には、駆動力を増加させる必要がある。
したがって、軌道は最悪の場合のファイルにおけるサー
ボ動作を可能とするのに利用できる全駆動力よりも若干
低い駆動力レベル、通常75％に基づいたものでなければ
ならない。
２）アクチュエータ・コイルおよびドライバ電子回路の
時間定数により、アクチュエータに力を印加し、除去す
る際に遅延が生じる。軌道に到達した際に駆動力を逆転
する時期の決定、及び駆動力を除去し、かつ整定アルゴ
リズムに接近する時期の決定に当たり、何らかの形式の
推定が必要となる。
３）最終位置において、きわめて高い電流の変化率が生
じ（コイルの立上り時間のみによって制限される）、ま
た結果として生じるジャークないし力の変化率が機械的
システムにおける共振による問題を惹起する。
４）ドライバに印加されるように発生される誤差信号
が、前記で概略を示した単純な手法、すなわちサーボ利
得係数kd×アクチュエータ速度vaと軌道速度vtの差に基
づいている場合には、軌道で暗示される駆動力レベルを
生じるのに必要な誤差が一定、すなわち公称1/kdなので
あるから、パーセント項の誤差は速度が減少するこした
がって増加し、速度ゼロに近づくと、受け入れられない
ものとなる。これを補償するには、軌道を変形して、必
要な誤差を認めるようにするか、あるいはフィードフォ
ワード電流を誤差項に加えるかすることができる。しか
しながら、これらの解はシステムをさらに複雑にする。
［発明の開示］ 従来技術で実施されている速度のプロファイル制御で発
生する上述の問題の多くは、本発明によって解決される
ものであり、本発明はアクチュエータ制御信号に応じて
アクチュエータによって、部材が運動可能な所定の経路
の指定の位置に、位置決めシステムにおける部材の運動
を制御する方法を提供するものであり、前記運動は少な
くとも加速及び減速フェーズからなる。システムはさら
に位置基準情報、及びこのような位置基準情報を読み取
って、部材の相対位置を示す信号を発生できる変換手段
を含んでいる。該方法は規則的なサンプリング時間で位
置変換手段からの信号をサンプリングし、指定位置まで
の進行距離を計算し、システムの数学モデルにしたが
い、かつ少なくとも電流位置信号サンプルとアクチュエ
ータ制御信号に応じて各サンプリング時間における部材
の速度を推定し、運動の前記の減速フェーズ中に、前記
の速度の推定値及び進行距離に基づいてアクチュエータ
制御信号を発生し、発生したアクチュエータ制御信号を
アクチュエータに印加し、部材が指定の位置の所定の距
離内になるまで、前記の各ステップを反復するステップ
からなり、アクチュエータ制御信号が進行距離で除算し
た推定速度の２乗の関数として、運動の前記減速フェー
ズ中の各サンプリング時間で計算されることを特徴とす
るものである。
本発明はアクチュエータ制御信号に応じて所定の経路に
沿って指定の位置に部材を運動させるためのアクチュエ
ータを含む位置決めシステムも提供するものであり、該
運動は少なくとも加速及び減速フェーズと、運動経路に
関連した位置基準情報と、このような位置基準情報を読
み取り、部材の相対位置を示す信号を発生することので
きる変換手段と、規則的なサンプリング時間で相対位置
指示信号をサンプリングするためのサンプリング手段
と、指定位置までの進行距離を計算するための手段と、
位置決めシステムの数学モデルに基づき、かつ少なくと
も現在位置サンプル及びアクチュエータ制御信号に応じ
て各サンプリング時に部材の速度を推定するための速度
推定装置と、運動の前記減速フェーズ中の各サンプリン
グ時に、前記速度推定値及び進行距離に基づいて、アク
チュエータ制御信号を発生し、発生したアクチュエータ
制御信号をアクチェータに印加するための手段とからな
り、運動の前記減速フェーズ中に前記発生手段によって
発生されたアクチュエータ制御信号が、各サンプリング
時に、進行距離で除算した推定速度の２乗の関数として
計算されることを特徴とするものである。
本発明によるシステム及び方法は、軌道テーブルを必要
とせず、コード・スペースを節減するという利点を有し
ている。さらに、平方根の代替計算が回避され、時間が
節減される。平方根をとることは反復処理を含んでお
り、必要な反復の数は最悪な場合の入力データに必要な
ものでなければならない。また、速度誤差項（1/kd）が
ない。これは指定した位置に接近し、制御が位置ループ
整定アルゴリズムに渡された場合に重要となる。速度の
誤差が整定フェーズにおけるオーバーシュートを増加さ
せるからである。
駆動電流が限定された理想的な電磁アクチュエータを与
えた場合、減速のための最短時間は減速フェーズ全体に
わたって、全電流（または、その数パーセント）を印加
することによって与えられる。しかしながら、実際のア
クチュエータにおいては、減速電流をもたらすことによ
って得られるという利点がある。このような利点の１つ
は、最大減速電流が利用可能な電源電流及びコイルの抵
抗によってしばしば決定されることによって生じる。こ
の場合、大きな力係数を有するシステムでは、逆起電力
の付加効果のため、大きな電流が減速期間の初期に利用
できるので、電流を適切に与えれば、減速時間が短縮さ
れる。システム内に有意の共振がある場合に、減速フェ
ーズの終わりから、整定基準が満たされるときまでの時
間を、減速時間と関連して考慮しなければならないの
で、第２の利点が生じる。減速の最後の部分で、電流が
滑らかにゼロまで減らされると、ジャーク（jerk）を減
らすことができる。また、速度の変化率が減らせれた場
合、速度の推定値の誤差も小さくなる。結果として、整
定アルゴリズムへの受渡しが低い共振振幅によってより
良好に制御され、かつ速度の推定値がより正確になる。
電流のこの変化は減速時間を延ばすが、減速及び整定時
間の全体的な現象をもたらすことができるのは明らかで
ある。
このような変化は本発明による好ましい方法において、
ヘッドを指定のトラックに配置するのに必要な最低アク
チュエータ制御信号を、所定の率だけ越えるアクチュエ
ータ制御信号を計算することによって容易に達成され
る。
この改変形はアクチュエータ制御信号（電流）の好まし
い計算で使用される定数Kf/M（ただし、Kfはアクチュエ
ータの力の定数であり、Ｍは可動システムの質量であ
る）の調節を含んでいる。Kf/Mに通常0.18ないし0.95の
範囲の定数Koを乗じた場合、アクチュエータに与えられ
る制御信号は過大となる。結果として、次のサンプリン
グ時に、比2/X（ただし、は速度の推定値であり、
Ｘは進行距離である）は減少する。しかしながら、制御
信号の新しい値も過大であるから、次のサンプリング時
に、制御信号が再度減少されるなどのこととなる。これ
は各サンプリング時における次の計算によって実現され
る。
Ｕ＝Ｍ2/2MfKoX ただし、Ｕは駆動電流を表わすアクチュエータ制御信号
であり、Ｋは過大推定係数である。
2KfKoX/Mが一定であり、したがって各サンプリング時に
計算する必要がないものであることに留意されたい。過
大推定係数及び臨界進行距離を慎重に選択すると、利用
できる逆起電力を利用し、かつ減速フェーズの終わりに
ジャークを減少できる減速電流のプロファイルが増加す
る。
前記の計算において、位置の推定値を使用することもで
きるが、変換手段からの実際の測定された位置信号を使
用して、進行距離Ｘを計算するのが好ましい。実際に
は、位置の変化のみが計算され、各サンプリング時にお
ける進行距離を修正するのに使用される。
速度及び必要なアクチュエータ制御信号が減速フェーズ
中の各サンプリング時に計算されるのと同様に、減速フ
ェーズが始まる臨界進行距離Xcrが加速及び惰行フェー
ズ中の各サンプリング時に計算される。この計算は広い
意味で、推定速度ｖの２乗をその速度での最大使用可能
アクチュエータ電流で除したものに基づいている。計算
された進行距離がXcrよりも小さくなると直ぐに、シス
テムは減速フェーズに切り換えられる。電磁アクチュエ
ータの場合、利用可能な最大電流は逆起電力のため速度
とともに増加する。アクチュエータの電流の旋回速度
も、Xcrの計算に含まれることが好ましい。Xcrをプラン
トの利得であるKfと速度に無関係であると示すことがで
きる。結果として、プラントの利得が低い場合、Xcrが
増加し、所与の電流プロファイルの制約内で停止するの
に余分な時間がかかるのを可能とする。それゆえ、最悪
の場合のプラントはそれ自体の性能に影響を及ぼすだけ
であり、最善のものは公称値を改善する。
本発明はディスク上の情報記憶トラックに関してヘッド
を位置決めするための磁気ディスク・ファイル・ヘッド
位置決めシステムに、特に適用できるものであるか、ア
クチュエータを用いている任意の他の精密位置決めシス
テムにも適用できるものである。光ディスク・ファイ
ル、プリンタの印刷ヘッドの運動及びロボットのマニピ
ュレータはすべて、新しい位置への最短時間での移動が
重要な代替例である。
ディスク・ファイルの用途において、ファイルは表面に
位置基準情報が、好ましくは専用で、設けられた少なく
とも１枚のディスクを含んでおり、また変換手段は好ま
しくは専用のサーボ・ヘッドである少なくとも１個のヘ
ッドと、サーボ・ヘッドによって読み取られた信号を復
調し、情報記憶トラックの半径方向に反復したサブセッ
トの位置に関する位置指示信号をもたらす復調手段とか
らなっている。
［図面の簡単な説明］ 第１図は、ディスク・ファイルのヘッドを位置決めする
ための本発明によるヘッド位置決めシステムの略ブロッ
ク線図である。
第２図は、ディスク・ファイルのトラックのグループに
関し、第１図のシステムで生じたヘッド位置指示信号の
公称変化を示す図である。
第３図は、第１図のシステムにおけるヘッドの典型的な
シーク運動の際のアクチュエータ電流、ヘッド位置及び
速度の変化を示す図である。
［発明の詳細な説明］ 第１図に略示したディスク・ファイル・ヘッド位置決め
システムは、実際の機械的及び電気的両方の構成要素、
ならびにマイクロプロセッサの制御によってマイクロコ
ードで実現された各種の機能ブロックを含んでいる。こ
のような機能コード・ブロックがコードのモジュールと
して存在しているだけであって、物理的に別な構成要素
として存在しているのではないことを認識するべきであ
る。
まず、ハードウェアを考えると、ディスク・ファイルは
制御理論の観点から「プラント」とみなすことのできる
機械的及び電気的な構成要素10と、各種の電気回路とか
らなっている。11などの多数の情報収納ディスクが、モ
ータ（図示せず）によってスピンドル12上で回転するよ
うになっている。周知のボイス・コイル・モータ・タイ
プのアクチュエータ14によって配置される、13などのヘ
ッドによって、情報がディスクに書き込まれ、かつこれ
から読み取られる。アクチュエータは、マイクロコード
によって発生するアクチュエータ制御電圧信号Ｕを受け
取る電圧ドライバ15からの電流に応じて移動する。
ファイルは専用サーボ・タイプのものであり、ディスク
16の１つは専用サーボ・ヘッド17のための位置基準情報
を構成するサーボ・パターンを収める面を有している。
サーボ・ヘッドからの信号は、増幅器18で増幅され、復
調器19によって復調され、位置誤差信号x1を発生する。
信号x1はディジタル信号であり、ディスク16の専用面上
で半径方向に反復している４トラックのグループ内のサ
ーボ・ベッドの位置を与える。第２図は、トラック位置
によるこのような位置誤差信号の公称変動を示す。
本発明を理解するのに必ずしも必要ではないが、サーボ
・パターンが「位相変調サーボ・システム」という名称
の米国特許第4549232号の第７図に示したもののような
マルチバースト位相変調パターンであるという説明が役
に立とう。したがって、ディスク16の専用サーボ面は、
円周方向に隣接したセクタに分割されており、これらセ
クタの各々はセクタの開始部のサーボ識別子（SID）
と、セクタ内で位置基準情報を構成するサーバ・パター
ンとを含んでいる。各セクタのサーボ・パターン内で、
サーボ情報は３つの円周方向に離隔したフィールドに記
録され、これらのフィールドの各々には、４つのトラッ
クのグルーブのどれに入っているかにしたがって、記録
された転移のバーストが連続的にスタッガされている。
第１及び第３のフィールドのスタッガが同じ円周方向に
あるのにたいし、第２のフィールドのスタッガは円周方
向に逆になっている。第１図のサーボ・ヘッド17は幅が
２トラックのものであり、その出力は２つの多重化され
たほぼ正弦波のものであり、その位相差はトラックのグ
ループ内の半径方向位置を示す。増幅器18によって増幅
されたこの信号は、第１図の復調器19に印加される。
基準位相に関する２つの位相の検出による信号の復調の
概略は米国特許第4549232号に記載されているが、位相
変調を精密なディジタル信号に変換する方法に関する詳
細な説明は、「位相差復調器」という名称の米国特許第
4642562号に記載されている。簡単に言えば、これはま
ず、ディジタル信号とアナログの残余の組合せとして位
相差を検出することを含んでいる。ディジタル信号はPE
Sの最上位ビットを与える。アナログの残余は別にディ
ジタル化されて、合計11ビットのPESをもたらし、その
２つの最上位ビットは４つの取りうるトラック・タイプ
のうち１つを示し、他の９つのビットはトラック内での
端数位置を示す。
第１図のハードウェア部分を説明したが、ここで他のブ
ロックを位置決めシステムの作動に関連したその機能に
よって明白にする。上述のように、これらのブロックは
市販されているマイクロプロセッサ（テキサス・インス
トルメンツTMS320C25）及び関連する内部及び外部メモ
リのマイクロコードとして実現される。
システムの中心部には、状態推定装置30があり、これは
復調器19からの線27のクロック入力によって決定される
規則的な所定のサンプリング時間ｋで、線28の位置誤差
信号x1（ｋ）及び線29のアクチュエータ制御信号ｕ
（ｋ）の電流ディジタル値を入力として受け取る。復調
器19によって検出された各セクタの開始時に、サーボ・
ヘッド17によるSIDパターンの発生に応じて、サンプル
・クロックが発生する。これらの入力に応じて、状態推
定装置は速度推定値２およびバイアス推定値３を発
生するが、これらの値はいずれもシステムのハードウェ
アによって直接測定できないものである。バイアス推定
値３はウィンデジ及びアクチュエータのケーブルの張
力に関連するものであり、詳細は米国特許第4697127号
に記載されている。速度推定値の導出については、以下
で詳細に説明する。
速度推定値は当初ゼロであり、位置変化信号δｘととも
に、位置計算／モード選択装置31に印加される。モード
選択装置は制御プロセッサ（図示せず）からシークコマ
ンドも受け取り、他のトラックへのシーク運動を開始す
る。シーク・コマンドは目標トラックのトラック番号を
含んでいる。当初、電源投入時に、ヘッドはブロック31
の位置計算部のレジスタに保持されているトラック・ゼ
ロに配置される。シーク・コマンドに応じて、このレジ
スタの値はシーク・コマンドによって画定された目標ト
ラック番号に変更される。
ブロック31のモード選択部はスイッチ33を作動させ、シ
ステムをその各種のモード及び位相にステップさせる。
シーク・モード前に、システムはトラック追従モードと
なり、スイッチ33は総和接合部34に接続される。これは
位置誤差x1の部分k1を、積分された位置の誤差の部分k4
と、また推定された速度２の部分k2及びアクチュエー
タ電流ｕの部分k5と合計する。これは遅延補償による位
置ループを制御するための、周知の比例−積分−微分構
成と等しい。
シーク・コマンドを受けると、シークが８つ以上のトラ
ックに対するものである場合、モード選択装置31はスイ
ッチ33を加速制御装置35の出力にセットし、加速制御装
置は開ループ状に最大電流を印加し、アクチュエータに
ヘッドを目標トラックに向かって、できるだけ高速で加
速させる。第３図に示すように、電流は当初最大値であ
るが、次いでアクチュエータの速度が上がると、アクチ
ュエータ・コイルの逆起電力の効果によって若干減少す
る。
所定の速度に達すると、モード選択装置はスイッチ33を
惰行制御装置36に切り換える。これは推定速度２を閉
ループ状に一定の所定値に制御する。惰行モードは第３
図において、速度曲線の上部が平らな部分によって表さ
れる。
加速フェーズ及び惰行フェーズ中に、モード選択装置は
定常的に、臨界進行距離を計算するが、この距離におい
て、ヘッドが速度の推定値から、また各種の記憶されて
いる定数から指定のトラックに置かれる場合には、減速
を開始しなければならない。この距離に達した場合に
は、モード選択装置はスイッチ33を減速制御装置37に切
り換え、制御装置は本発明によるアクチュエータの減速
を行なう。
最後に、モード選択装置がいくつかの基準が満たされた
と判断すると、これはトラック追従モードに戻る。この
モードの最初の部分は整定フェーズであるが、その説明
は本発明の理解に関係がない。
７つ未満のトラックのシークはトラック追従モードのス
テップされた位置ループ制御によって処理される。この
タイプの短いシークは本発明の主題ではない。
第１図のシステムの各種のコード・ブロックの機能を詳
細に説明する。システムの中心には、状態推定装置30が
あるが、これは低次電流推定装置というタイプのもので
ある。
推定装置はサーボの設計において、測定が不可能であっ
たり、経済的でない、システムの各種の状態（たとえ
ば、速度やバイアス力）を推定するのに使用される。場
合によっては、推定装置は測定装置の雑音が多すぎて直
接使用できない場合に、測定される状態を推定するのに
使用される。推定装置には、主要なカテゴリーが２つあ
る。現時点の状態に対する推定値が、前のサンプリング
時からの測定された状態及び推定された状態に基づいた
ものである予測推定装置、ならびに推定値が現在のサン
プリング時に対して行なわれた測定及び予測に基づいて
いる現時点推定装置である。
推定装置30のような現時点推定装置を使用したサーボ・
システムにおいて、何らかの初期臨界計算の後、その他
の多数の計算が次のサンプリング時の準備の際に行なわ
れる。これらの計算は次のサンプリング時におけるシス
テムの状態の値を予測する。次のサンプリングが行なわ
れると、測定された状態の予測が実際の測定値と比較さ
れ、補正係数が発生される。残差と呼ばれるこの補正係
数が、未測定の状態の予測に対する変化率に適用され、
使用される最終推定値を与える。
本システムにおいて、力が質量、すなわちアクチュエー
タにかけられ、最も単純な場合には、速度及び位置とい
う２つの状態をもたらす。このシステムを次の１次微分
式によって説明することができる。１ （ｔ）＝X2（ｔ）２ （ｔ）＝nu（ｔ） ただし、x1＝位置 x2＝速度（m/秒） ｕ＝制御電流（アンペア） ｎ＝Kf/M ただし、K1＝力の定数（N/アンペア）及びＭ＝kg 一定のサンプリング速度を与えた場合、これらの式を離
散時間差式に変換できる。
ｘ（ｋ＋１）Φｘ（ｋ）＋Γｕ（ｋ） （１） ただし、 ｘ＝x1 x2 行列Φ及びΓはサンプリング時間及びトラックのピッチ
について正規化した場合、次のようになる。
Φ＝11 01 Γ＝Γ１ Γ２ ただし、Γ１＝KfTpmT2/2M およびΓ２＝２Γ１ また、Tpm＝トラックピッチ（トラック／メートル）、
Ｔ＝サンプリング期間である。
これらの式を使用して、次の式によって状態の現在の推
定値ｘ（ｋ）及び入力電流ｕ（ｋ）を与えた場合の、次
のサンプルにおける状態を予測するための推定装置を構
築することができる。
（ｋ＋１）＝Φ（ｋ）＋Γｕ（ｋ） （２） 有効なものであるには、推定装置は状態に関するその予
想値を、測定されたこれらの状態の値と比較し、状態の
この予測値に対する補正値を発生する必要がある。この
手段により、状態の当初の推定値における誤差をゼロま
で減らすことができ、またプラントのモデルの不適合性
を許容できる。これを行うため、アクチュエータの例で
は次のものである残差を生成した。
残差（ｋ＋１）＝x1（ｋ＋１）−１（ｋ＋１）（３）
ただし、１（ｋ＋１）は次のもので与えられる遅延補
償を無視した、サンプルｋ＋１における予測位置であ
る。１ （ｋ＋１）＝１（ｋ）＋２（ｋ）＋Γ1u（ｋ）
（４） 推定値（ｋ＋１）が測定された状態で構成されておら
ず、代わりに測定値が使用されている低次推定装置を使
用することによって、計算の数を最少とすることができ
る。状態推定装置30は位置に関しこのような低次推定装
置であり、次の位置１の予測値に関する式（４）は、
位置が測定値であって、推定値でない場合、次のように
単純化される。１ （ｋ＋１）＝x1（ｋ）＋２（ｋ）＋Γ１（ｕ
（ｋ）＋３（ｋ）） （５） 同様に、サンプルｋ＋１における予測速度は次式によっ
て与えられる。
x2（ｋ＋１）＝２（ｋ）＋Γ２（ｕ（ｋ）＋
３（ｋ）） （６） 残差を使用して、次のように状態の予測値を補正して推
定値を与える。
x2（ｋ＋１）＝２（ｋ＋１）＋L2残差（ｋ＋１）
（７） ３ （ｋ＋１）＝３（ｋ＋１）＋L3残差（ｋ＋１）
（８） ただし、L1、L2及びL3は誤差に対する推定装置の応答速
度を決定する定数であり、適宜位置または速度の以前の
予想値を補正するために加えられる残差の割合を決定す
る。実際の測定位置が利用できるので、x1の推定は行な
われない。
推定装置30はサンプル間で予備計算（３）、（５）及び
（６）を行ない、すべてのサンプリング時に、時間クリ
ティカル推定計算（７）及び（８）を行なう。
式（５）を考慮した場合、第２項と第３項の合計は位置
の変化、すなわちΔ位置の予測値を与える。したがっ
て、この予備計算の場合に、この合計値を次のような形
式で保管する。１ （ｋ＋１）＝２（ｋ）＋Γ１（ｕ（ｋ）＋３
（ｋ）） （９） 次いで、残差の補正を適用して、アクチュエータの位置
の変化である次式を得ることができる。
δx1（ｋ＋１）＝１（ｋ＋１）＋残差（ｋ＋１）
（10） 最後の式を拡張することによって、これを次のように表
わせる。
δx1（ｋ＋１）＝２（ｋ）＋Γ１（ｕ（ｋ）＋
３（ｋ））＋x1（ｋ＋１）−１（ｋ＋１）（11） １ （ｋ＋１）を拡張することによって、次式が得られ
る。
δx1（ｋ＋１）＝２（ｋ）＋Γ１（ｕ（ｋ）＋
３（ｋ））＋x1（ｋ＋１）−x1（ｋ＋１）−（x1（ｋ）
＋２（ｋ）＋Γ１（ｕ（ｋ）＋３（ｋ））） これは次の必要な結果をもたらす。
δx1（ｋ＋１）＝x1（ｋ＋１）−x1（ｋ） Δ位置の計算によって、目標トラックまでの進行距離を
必要な減速電流を計算するために各サンプリング時に更
新することができる。残差の生成時にあいまい性がなけ
れば、Δ位置の計算がシーク速度に何の制約も課さない
ことに留意されたい。これはシステムのモデルの精度と
測定の雑音の関数である。推定装置自体が適正に機能す
るには、この制約を満たさなければならないことは明ら
かである。
前記の計算は状態推定装置30によって、ヘッド位置決め
システムのシーク・モードのすべてのフェーズ中（なら
びに、トラック追従モード中）のすべてのサンプリング
時間及びサンプリング時に行なわれる。
シーク中に、各種の国有の計算が位置計算／モード選択
装置31ならびに位相制御装置35、36及び37によって行な
われる。これらの計算の最善の説明は、下記のシーク・
アルゴリズム全体にある。アルゴリズムのステップには
（ａ）−（１）のラベルが付けられており、また説明の
注釈も含められている。
シーク・アルゴリズム 初期化−（ブロック31） ａ）ttg←｜目標トラック番号−現在のトラック番号｜ ただし、ttgは進行するトラック数であり、目標トラッ
ク番号はシーク・コマンドによって指定される。
ｂ）Dirn←記号（目標トラック番号−現在のトラック番
号） ただし、Dirnはシークの方向である。
ｃ）ttg＞７であれば、加速モードに入る サンプリング−（状態推定装置30） ｄ）PES x1（ｋ）を得る（復調器19から） ｅ）残差←（x1（ｋ）−１（ｋ））、モジュロ４ 位置の計算（ブロック31） ｇ）ttg←ttg＋Δ位置・Dirn ただし、Dirn＝−１は内方へのシーク、Dirn＝＋１は外
方へのシークである。
推定（状態推定装置30） ｈ）２（ｋ）←２（ｋ）＋L2残差 ｉ）３（ｋ）←３（ｋ）＋L3残差 シーク・モード制御（ブロック） ｊ）モード＝加速であり、かつ ttg＜２２（ｋ）Ｓ＋2 2（ｋ）／［２Γ２（Io＋Iv
２（ｋ））］であれば、 モード←減速 ただし、Io＝速度ゼロで利用可能な最大電流、Iv＝単位
速度当たり利用可能な余剰電流、 Ｓはアクチュエータ・ドライバ旋回率によって決定され
る定数である。
ｋ）あるいは、｜２（ｋ）｜＞0.941×惰行速度であ
れば、モード←惰行 ｌ）モード＝惰行であり、 ttg＜２（ｋ）Ｓ＋2 2（ｋ）／［２Γ２（Io＋Iv
２（ｋ））］であれば、 モード←減速 加速モード制御（加速制御装置35） モード＝加速であれば、ｕ（ｋ）＝Ｕ。
ただし、ｕ（ｋ）はアクチュエータ電流制御であり、Uo
は一定の加速電流で、最大電流Ioに対応したものであ
る。
惰行モード制御（惰行制御装置35） モード＝惰行であれば、 ｕ（ｋ）＝Kc（２（ｋ）−Vc） ただし、Vcは所定の惰行速度である。
減速モード制御（減速制御装置37） モード＝減速であれば、 ｕ（ｋ）＝2 2（ｋ）/ttg KoΓ２ シーク終了（ブロック31） ttg＜0.25トラックであるか、 ttg＜1.0及び｜2|＜0.125トラック／サンプルであれ
ば、 モード＝トラック追従（整定）
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−189217（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−257682（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−100676（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−23280（ＪＰ，Ａ) 米国特許4694229（ＵＳ，Ａ)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】アクチュエータ制御信号に応じてアクチュ
    エータが部材を移動させることのできる所定の経路で
    の、位置決めシステムの部材の指定位置への運動を制御
    する方法において、前記運動が少なくとも加速フェーズ
    と減速フェーズとを含み、前記システムがさらに位置基
    準情報と、該位置基準情報を読み取って、部材の相対位
    置を示す信号を発生できる変換手段とを含んでおり、前
    記方法が、 ａ）規則的なサンプリング時間で位置変換手段から前記
    信号をサンプリングするステップと、 ｂ）指定された位置までの進行距離を計算するステップ
    と、 ｃ）少なくとも現在サンプリングされている位置信号及
    び前記アクチュエータ制御信号にしたがって、各サンプ
    リング時における前記部材の速度を推定するステップ
    と、 運動の前記減速フェーズ中に、 ｄ）前記速度推定値及び進行距離に基づいて前記アクチ
    ュエータ制御信号を発生するステップと、 ｅ）発生した前記アクチュエータ制御信号を前記アクチ
    ュエータに印加するステップと、 ｆ）部材が指定された位置から所定の距離内にくるま
    で、連続したサンプリング時に前記ａ）〜ｅ）のステッ
    プを反復するステップとを含み、 前記アクチュエータ制御信号を、運動の前記減速フェー
    ズ中に、推定速度の２乗を進行距離で除算した関数とし
    て各サンプリング時に計算することを特徴とする、 前記方法。
  2. 【請求項２】アクチュエータ制御信号に応じて、所定の
    経路に沿って部材（13、17）を指定位置へ運動させるた
    めのアクチュエータ（14）を含んでおり、前記運動が少
    なくとも加速フェーズと減速フェーズを含む位置決めシ
    ステムにおいて、 運動の経路に関連する位置基準情報と、 該位置基準情報を読み取り、前記部材の相対位置を指示
    する信号を発生できる変換手段（17、19）と、 規則的なサンプリング時間で前記相対位置指示信号をサ
    ンプリングするためのサンプリング手段（28、29）と、 指定された位置までの進行距離を計算するための手段
    （31）と、 少なくとも現在サンプリングされている位置信号及び前
    記アクチュエータ制御信号にしたがって、各サンプリン
    グ時における前記部材の速度を推定するための速度推定
    装置（30）と、 運動の前記減速フェーズ中の各サンプリング時に、前記
    速度推定値及び進行距離に基づいて前記アクチュエータ
    制御信号を発生し、かつ発生した前記アクチュエータ制
    御信号を前記アクチュエータに印加するための手段（3
    7）を包含しており、 運動の前記減速フェーズ中に前記発生手段によって発生
    された前記アクチュエータ制御信号を、各サンプリング
    時に、推定速度の２乗を進行距離で除算した関数として
    計算することを特徴とする、 前記システム。
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