JPH07271446A - 位置決め制御装置 - Google Patents
位置決め制御装置Info
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- JPH07271446A JPH07271446A JP6242294A JP6242294A JPH07271446A JP H07271446 A JPH07271446 A JP H07271446A JP 6242294 A JP6242294 A JP 6242294A JP 6242294 A JP6242294 A JP 6242294A JP H07271446 A JPH07271446 A JP H07271446A
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- JP
- Japan
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- signal
- acceleration feedforward
- acceleration
- positioning
- target
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- Pending
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Landscapes
- Moving Of Head For Track Selection And Changing (AREA)
- Control Of Position Or Direction (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】加速度フィードフォワード調整器２７が、操作
信号２４に基づいて、加速度フィードフォワードテーブ
ル２１を調整する。 【効果】目標値追従能力に優れた加速度フィードフォワ
ードテーブルを作成でき、目標値への追従誤差を低減
し、高精度位置決めが可能となる。
信号２４に基づいて、加速度フィードフォワードテーブ
ル２１を調整する。 【効果】目標値追従能力に優れた加速度フィードフォワ
ードテーブルを作成でき、目標値への追従誤差を低減
し、高精度位置決めが可能となる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、磁気ディスク装置や光
ディスク装置のヘッド位置決め制御系，半導体製造装置
用ＸＹステージの位置決め制御系，ロボットの関節角制
御系やモータ制御系等の位置決め制御系に係り、特に、
フィードバック制御系の目標位置信号に対する位置信号
の追従遅れを低減する加速度フィードフォワード補償を
備えた位置決め制御系において、加速度フィードフォワ
ード信号を学習的に調整することにより、目標位置信号
に対する位置信号の追従誤差を低減可能な位置決め制御
装置に関する。
ディスク装置のヘッド位置決め制御系，半導体製造装置
用ＸＹステージの位置決め制御系，ロボットの関節角制
御系やモータ制御系等の位置決め制御系に係り、特に、
フィードバック制御系の目標位置信号に対する位置信号
の追従遅れを低減する加速度フィードフォワード補償を
備えた位置決め制御系において、加速度フィードフォワ
ード信号を学習的に調整することにより、目標位置信号
に対する位置信号の追従誤差を低減可能な位置決め制御
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の位置決め制御装置は、キャリッジ
の目標位置に実際の位置を追従させるために、位置信号
をフィードバックし、目標位置と実際の位置との偏差を
演算し、この偏差を低減するように、位置決め補償器が
演算を行い、演算結果を駆動回路に入力する、いわゆる
フィードバック制御を行っていた。一般に位置決め補償
器としては、ＰＩＤ（比例・積分・微分）補償器や位相
補償器から成る。しかし、このフィードバック制御系で
は、目標位置信号の変化に対し、現在位置信号は追従誤
差を生じてしまう。この課題を解決するための従来技術
は、特開平4− 159669号公報のように、目標位置信号
を２階微分した加速度フィードフォワード信号を操作信
号の一部として入力する方式が従来から発明されてい
る。また、目標速度信号に速度信号を追従させる速度制
御系でも、同様に、目標速度信号を一階微分した信号を
加速度フィードフォワード信号として操作信号の一部と
して入力方式が考案されている。
の目標位置に実際の位置を追従させるために、位置信号
をフィードバックし、目標位置と実際の位置との偏差を
演算し、この偏差を低減するように、位置決め補償器が
演算を行い、演算結果を駆動回路に入力する、いわゆる
フィードバック制御を行っていた。一般に位置決め補償
器としては、ＰＩＤ（比例・積分・微分）補償器や位相
補償器から成る。しかし、このフィードバック制御系で
は、目標位置信号の変化に対し、現在位置信号は追従誤
差を生じてしまう。この課題を解決するための従来技術
は、特開平4− 159669号公報のように、目標位置信号
を２階微分した加速度フィードフォワード信号を操作信
号の一部として入力する方式が従来から発明されてい
る。また、目標速度信号に速度信号を追従させる速度制
御系でも、同様に、目標速度信号を一階微分した信号を
加速度フィードフォワード信号として操作信号の一部と
して入力方式が考案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】加速度フィードフォワ
ード信号は、キャリッジが目標位置信号あるいは目標速
度信号通りに動くような加速度信号であるが、制御対象
の入力ゲインを正確に知っていないと、理想的な加速度
フィードフォワード信号を作り出せない。また、制御開
始時点で、加速度フィードフォワード信号が理想的な信
号であっても、制御対象の入力ゲインが経時的に変動し
た場合、理想的な加速度フィードフォワード信号からず
れてしまい、目標位置信号あるいは目標速度信号に対
し、追従誤差が発生してしまい、位置決め精度を劣化さ
せてしまうという問題があった。
ード信号は、キャリッジが目標位置信号あるいは目標速
度信号通りに動くような加速度信号であるが、制御対象
の入力ゲインを正確に知っていないと、理想的な加速度
フィードフォワード信号を作り出せない。また、制御開
始時点で、加速度フィードフォワード信号が理想的な信
号であっても、制御対象の入力ゲインが経時的に変動し
た場合、理想的な加速度フィードフォワード信号からず
れてしまい、目標位置信号あるいは目標速度信号に対
し、追従誤差が発生してしまい、位置決め精度を劣化さ
せてしまうという問題があった。
【０００４】本発明の目的は、フィードバック制御系に
おける目標値への追従誤差を低減する加速度フィードフ
ォワードテーブルを調整し、目標値への追従誤差を低減
する位置決め制御装置を提供することにある。
おける目標値への追従誤差を低減する加速度フィードフ
ォワードテーブルを調整し、目標値への追従誤差を低減
する位置決め制御装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、加速度
フィードフォワードテーブルのデータが理想的な信号か
らずれている場合でも、加速度フィードフォワードテー
ブルを理想的なデータに調整する加速度フィードフォワ
ードテーブル調整器を設けることにより達成される。
フィードフォワードテーブルのデータが理想的な信号か
らずれている場合でも、加速度フィードフォワードテー
ブルを理想的なデータに調整する加速度フィードフォワ
ードテーブル調整器を設けることにより達成される。
【０００６】
【作用】加速度フィードフォワードテーブルが理想的な
加速度フィードフォワード信号を発生しない時、位置決
め補償器もしくは速度補償器は、追従誤差を低減する補
償信号を生成し、加速度フィードフォワード信号と補償
信号が加算され、操作信号として、制御対象に加えられ
る。この操作信号は、加速度フィードフォワード信号の
持つ目標値追従能力よりも改善されたものである。そこ
で、加速度フィードフォワードテーブル調整器は、操作
信号を用いて加速度フィードフォワードテーブルを調整
する。調整された加速度フィードフォワードテーブルを
用いて位置決め動作を行うと、目標位置信号に対する追
従誤差が低減することが可能となる。
加速度フィードフォワード信号を発生しない時、位置決
め補償器もしくは速度補償器は、追従誤差を低減する補
償信号を生成し、加速度フィードフォワード信号と補償
信号が加算され、操作信号として、制御対象に加えられ
る。この操作信号は、加速度フィードフォワード信号の
持つ目標値追従能力よりも改善されたものである。そこ
で、加速度フィードフォワードテーブル調整器は、操作
信号を用いて加速度フィードフォワードテーブルを調整
する。調整された加速度フィードフォワードテーブルを
用いて位置決め動作を行うと、目標位置信号に対する追
従誤差が低減することが可能となる。
【０００７】
（実施例１）以下、磁気ディスク装置における請求項１
〜３に記載の本発明の一実施例を図面により詳細に説明
する。
〜３に記載の本発明の一実施例を図面により詳細に説明
する。
【０００８】図２は、従来方式のヘッド位置決め制御系
のブロック図である。図２の制御系では、アクチュエー
タとしてボイスコイルモータ（ＶＣＭ）２が用いられて
いる。ＶＣＭ２は、スピンドルモータ３により回転駆動
されるディスク４上の任意のトラックまでヘッド１を搭
載したキャリッジ５をディスク半径方向に移動位置決め
することが可能である。これらの構成要素は、全てベー
ス６上に搭載されている。位置検出器１０は、ディスク
４に対向したヘッド１から読みだされたサーボ信号を位
置信号１１に変換する。目標位置テーブル１２は、コン
トローラ１３から出力される移動コマンド１４に応じて
目標位置信号１６をクロック信号１５に基づいて時間関
数として出力する。減算器１７は、目標位置信号１６か
ら位置信号１１を減算した位置偏差信号１８を位置決め
補償器１９に送っている。位置決め補償器１９は、通
常、ＰＩＤ（比例・積分・微分）補償器や、リードラグ
（位相進み遅れ）補償器から構成され、目標位置信号１
６に位置信号１１が追従するように位置決め補償信号２
０を出力する。
のブロック図である。図２の制御系では、アクチュエー
タとしてボイスコイルモータ（ＶＣＭ）２が用いられて
いる。ＶＣＭ２は、スピンドルモータ３により回転駆動
されるディスク４上の任意のトラックまでヘッド１を搭
載したキャリッジ５をディスク半径方向に移動位置決め
することが可能である。これらの構成要素は、全てベー
ス６上に搭載されている。位置検出器１０は、ディスク
４に対向したヘッド１から読みだされたサーボ信号を位
置信号１１に変換する。目標位置テーブル１２は、コン
トローラ１３から出力される移動コマンド１４に応じて
目標位置信号１６をクロック信号１５に基づいて時間関
数として出力する。減算器１７は、目標位置信号１６か
ら位置信号１１を減算した位置偏差信号１８を位置決め
補償器１９に送っている。位置決め補償器１９は、通
常、ＰＩＤ（比例・積分・微分）補償器や、リードラグ
（位相進み遅れ）補償器から構成され、目標位置信号１
６に位置信号１１が追従するように位置決め補償信号２
０を出力する。
【０００９】一般に、フィードバック制御系では、低周
波数の目標値変化に対しては追従誤差が現れないが、目
標値変化が高周波成分を持つと、追従誤差が発生する。
そこで、図２の制御系では、あらかじめ定められた時間
関数で変化する目標位置信号１６に位置信号１１が追従
するように、加速度フィードフォワードテーブル２１が
加速度フィードフォワード信号２２を出力している。加
算器２３は、加速度フィードフォワード信号２２と位置
決め補償信号２０を加算した操作信号２４をパワーアン
プ２５に出力している。パワーアンプ２５は、操作信号
２４に比例した電流を駆動信号２６としてＶＣＭ２に流
している。ＶＣＭ２は駆動信号２６に比例した力を発生
し、ヘッド１を搭載したキャリッジ５を移動位置決めし
ている。
波数の目標値変化に対しては追従誤差が現れないが、目
標値変化が高周波成分を持つと、追従誤差が発生する。
そこで、図２の制御系では、あらかじめ定められた時間
関数で変化する目標位置信号１６に位置信号１１が追従
するように、加速度フィードフォワードテーブル２１が
加速度フィードフォワード信号２２を出力している。加
算器２３は、加速度フィードフォワード信号２２と位置
決め補償信号２０を加算した操作信号２４をパワーアン
プ２５に出力している。パワーアンプ２５は、操作信号
２４に比例した電流を駆動信号２６としてＶＣＭ２に流
している。ＶＣＭ２は駆動信号２６に比例した力を発生
し、ヘッド１を搭載したキャリッジ５を移動位置決めし
ている。
【００１０】コントローラ１３から出力される移動コマ
ンド１４として、ｄ（ｍ）の移動命令が発せられた場
合、キャリッジ５の目標位置関数として、数１のような
時間関数ｒp(ｔ）を仮定する。
ンド１４として、ｄ（ｍ）の移動命令が発せられた場
合、キャリッジ５の目標位置関数として、数１のような
時間関数ｒp(ｔ）を仮定する。
【００１１】
【数１】
【００１２】ただし、ここで、τは、移動終了の時刻を
表す。数１は時刻０（秒）から時刻τ（秒）までの間
に、目標位置関数ｒp(ｔ）が、０（ｍ）からｄ（ｍ）ま
で、なめらかに変化することを意味している。
表す。数１は時刻０（秒）から時刻τ（秒）までの間
に、目標位置関数ｒp(ｔ）が、０（ｍ）からｄ（ｍ）ま
で、なめらかに変化することを意味している。
【００１３】この時、キャリッジ５の目標加速度関数ｒ
α（ｔ）は、数１を２階微分した数２に示す時間関数と
なる。
α（ｔ）は、数１を２階微分した数２に示す時間関数と
なる。
【００１４】
【数２】
【００１５】操作信号２４をｕ（ｔ），位置信号１１を
ｙ1(ｔ），キャリッジ５の加速度をα（ｔ）とした時の
制御対象の運動方程式は、数３のようになる。
ｙ1(ｔ），キャリッジ５の加速度をα（ｔ）とした時の
制御対象の運動方程式は、数３のようになる。
【００１６】
【数３】
【００１７】ただし、ＫA は、パワーアンプ２５の電圧
−電流変換ゲイン（Ａ／Ｖ）、ＫF はＶＣＭ２の電流−
推力変換ゲイン（Ｎ／Ａ）、Ｍはキャリッジ５の質量
（kg）、そして、ＫP は位置検出器１０の検出ゲイン
（１／ｍ）を表している。
−電流変換ゲイン（Ａ／Ｖ）、ＫF はＶＣＭ２の電流−
推力変換ゲイン（Ｎ／Ａ）、Ｍはキャリッジ５の質量
（kg）、そして、ＫP は位置検出器１０の検出ゲイン
（１／ｍ）を表している。
【００１８】キャリッジ５の位置及び加速度が、数１及
び数２となるためには、数３の運動方程式のモデルか
ら、目標位置テーブル１２及び加速度フィードフォワー
ドテーブル２１が、それぞれ、数４で表される目標位置
信号ｒy1（ｔ）及び数５で表される加速度フィードフォ
ワード信号ｒu（ｔ）を出力する。
び数２となるためには、数３の運動方程式のモデルか
ら、目標位置テーブル１２及び加速度フィードフォワー
ドテーブル２１が、それぞれ、数４で表される目標位置
信号ｒy1（ｔ）及び数５で表される加速度フィードフォ
ワード信号ｒu（ｔ）を出力する。
【００１９】
【数４】
【００２０】
【数５】
【００２１】本実施例では、目標位置テーブルの関数と
して、７次関数を適用したが、もちろん、任意の時間関
数を適用することが可能である。
して、７次関数を適用したが、もちろん、任意の時間関
数を適用することが可能である。
【００２２】数４及び数５の演算を行う回路として、ア
ナログ回路で実現する方法とディジタル回路で実現する
方法が考えられる。アナログ回路での実現では、非線形
演算を含み、実現が困難である。一方のディジタル回路
での実現では、一定時間間隔における数４および数５の
結果を時系列データとして、目標位置テーブル１２及び
加速度フィードフォワードテーブル２１内に、あらかじ
め記憶しておき、移動コマンド１４が発せられた時、ク
ロック信号１５に同期して、目標位置信号１６と加速度
フィードフォワード信号２２を出力する。
ナログ回路で実現する方法とディジタル回路で実現する
方法が考えられる。アナログ回路での実現では、非線形
演算を含み、実現が困難である。一方のディジタル回路
での実現では、一定時間間隔における数４および数５の
結果を時系列データとして、目標位置テーブル１２及び
加速度フィードフォワードテーブル２１内に、あらかじ
め記憶しておき、移動コマンド１４が発せられた時、ク
ロック信号１５に同期して、目標位置信号１６と加速度
フィードフォワード信号２２を出力する。
【００２３】目標位置テーブル１２及び加速度フィード
フォワードテーブル２１の実現方法として、たとえば、
図３に示すように、ＣＰＵ３１，ＲＯＭ３２、そして、
ＲＡＭ３３を備えたマイコン３０とＤＡ変換器（ＤＡ
Ｃ）３４，３５により達成される。
フォワードテーブル２１の実現方法として、たとえば、
図３に示すように、ＣＰＵ３１，ＲＯＭ３２、そして、
ＲＡＭ３３を備えたマイコン３０とＤＡ変換器（ＤＡ
Ｃ）３４，３５により達成される。
【００２４】マイコン３０は、移動コマンド１４を受け
とると、あらかじめ、ＲＯＭ３２もしくはＲＡＭ３３に
記憶された移動量ｄについての目標位置信号データ、及
び、加速度フィードフォワードデータをＤＡＣ３４，３
５を介して目標位置信号１６と加速度フィードフォワー
ド信号２２を出力する。目標位置信号データおよび加速
度フィードフォワードデータは、あらかじめ、ＲＯＭ３
２に記憶しておいても良いし、電源投入直後、マイコン
３０上で演算し、それをＲＡＭ３３に記憶しても良い。
とると、あらかじめ、ＲＯＭ３２もしくはＲＡＭ３３に
記憶された移動量ｄについての目標位置信号データ、及
び、加速度フィードフォワードデータをＤＡＣ３４，３
５を介して目標位置信号１６と加速度フィードフォワー
ド信号２２を出力する。目標位置信号データおよび加速
度フィードフォワードデータは、あらかじめ、ＲＯＭ３
２に記憶しておいても良いし、電源投入直後、マイコン
３０上で演算し、それをＲＡＭ３３に記憶しても良い。
【００２５】加速度フィードフォワードテーブル２１内
のデータを導出する数５には、制御対象モデル、すなわ
ち、パワーアンプ２５の電圧−電流変換ゲインＫA(Ａ／
Ｖ），ＶＣＭ２の電流−推力変換ゲイン（Ｎ／Ａ）及び
キャリッジ質量Ｍ（kg）が含まれる。このモデルのゲイ
ンが、実際の制御対象と等しければ、位置信号１１は目
標位置信号１６に一致するが、モデルと制御対象が等し
くなければ追従誤差が生じる。図４はモデル誤差がある
状態で、移動量１０μｍの距離を移動時間１０ｍｓで移
動位置決めしようとした時の位置偏差信号１８，位置信
号１１と操作信号２４の応答結果である。図４の結果を
見てわかるように、１０ｍｓ以上経過した以降も追従誤
差が残っていることがわかる。
のデータを導出する数５には、制御対象モデル、すなわ
ち、パワーアンプ２５の電圧−電流変換ゲインＫA(Ａ／
Ｖ），ＶＣＭ２の電流−推力変換ゲイン（Ｎ／Ａ）及び
キャリッジ質量Ｍ（kg）が含まれる。このモデルのゲイ
ンが、実際の制御対象と等しければ、位置信号１１は目
標位置信号１６に一致するが、モデルと制御対象が等し
くなければ追従誤差が生じる。図４はモデル誤差がある
状態で、移動量１０μｍの距離を移動時間１０ｍｓで移
動位置決めしようとした時の位置偏差信号１８，位置信
号１１と操作信号２４の応答結果である。図４の結果を
見てわかるように、１０ｍｓ以上経過した以降も追従誤
差が残っていることがわかる。
【００２６】そこで、本発明の磁気ディスク装置ヘッド
位置決め制御系では、図１に示すように、加速度フィー
ドフォワード調整器２７が、所定の移動量ｄを移動中の
操作信号２４により、加速度フィードフォワードテーブ
ル２１を更新する。所定の移動量ｄを移動中の位置決め
補償信号２４は、加速度フィードフォワード信号２２と
位置決め補償信号２０を加算した信号であるが、位置決
め補償信号２０は、加速度フィードフォワード信号２２
で、目標位置信号１６に追従しきれずに残った追従誤差
を、さらに、低減しようとする信号である。すなわち、
加速度フィードフォワード信号２２と位置決め補償信号
２０を加算した信号は、更新前の加速度フィードフォワ
ードテーブルの持つ目標値追従能力よりも改善された信
号となる。
位置決め制御系では、図１に示すように、加速度フィー
ドフォワード調整器２７が、所定の移動量ｄを移動中の
操作信号２４により、加速度フィードフォワードテーブ
ル２１を更新する。所定の移動量ｄを移動中の位置決め
補償信号２４は、加速度フィードフォワード信号２２と
位置決め補償信号２０を加算した信号であるが、位置決
め補償信号２０は、加速度フィードフォワード信号２２
で、目標位置信号１６に追従しきれずに残った追従誤差
を、さらに、低減しようとする信号である。すなわち、
加速度フィードフォワード信号２２と位置決め補償信号
２０を加算した信号は、更新前の加速度フィードフォワ
ードテーブルの持つ目標値追従能力よりも改善された信
号となる。
【００２７】ここで、加速度フィードフォワード調整器
が加速度フィードフォワードテーブルの更新を繰り返せ
ば、次第に、目標値追従能力が改善されていく。図５
は、加速度フィードフォワード調整器により一度の加速
度フィードフォワードテーブルを調整した後の応答波形
である。さらに、図６は、さらに、もう一度の加速度フ
ィードフォワードテーブルの調整を行った後での応答波
形である。図４，図５、そして、図６と調整回数を増す
に従い、位置偏差信号が小さくなり、図６の場合では、
１０ｍｓ経過した時の位置偏差信号は、ほぼゼロにする
ことが可能である。
が加速度フィードフォワードテーブルの更新を繰り返せ
ば、次第に、目標値追従能力が改善されていく。図５
は、加速度フィードフォワード調整器により一度の加速
度フィードフォワードテーブルを調整した後の応答波形
である。さらに、図６は、さらに、もう一度の加速度フ
ィードフォワードテーブルの調整を行った後での応答波
形である。図４，図５、そして、図６と調整回数を増す
に従い、位置偏差信号が小さくなり、図６の場合では、
１０ｍｓ経過した時の位置偏差信号は、ほぼゼロにする
ことが可能である。
【００２８】上記の結果は、移動量が１０μｍの場合に
ついてであるが、異なる移動量についても同様に調整を
行えば、目標位置信号１６に対する追従誤差を低減する
ことができる。
ついてであるが、異なる移動量についても同様に調整を
行えば、目標位置信号１６に対する追従誤差を低減する
ことができる。
【００２９】また、ＶＣＭ２の発生する推力は、電流−
推力変換ゲインＫF(Ｎ／Ａ）により決定されるが、ＶＣ
Ｍ２の温度上昇に伴い、ＶＣＭ２のコイル抵抗値が変動
する。このため、加速度フィードフォワードテーブル内
のデータも時間の経過に伴い、理想的なデータからずれ
てくる。そこで、加速度フィードフォワード調整器２７
は、装置の電源投入直後とその後の所定の時間に、加速
度フィードフォワードテーブル２１を調整する。この結
果、制御対象の変動がある場合でも、追従能力に優れた
加速度フィードフォワードテーブルを実現し、位置決め
精度の向上を図ることが可能になる。
推力変換ゲインＫF(Ｎ／Ａ）により決定されるが、ＶＣ
Ｍ２の温度上昇に伴い、ＶＣＭ２のコイル抵抗値が変動
する。このため、加速度フィードフォワードテーブル内
のデータも時間の経過に伴い、理想的なデータからずれ
てくる。そこで、加速度フィードフォワード調整器２７
は、装置の電源投入直後とその後の所定の時間に、加速
度フィードフォワードテーブル２１を調整する。この結
果、制御対象の変動がある場合でも、追従能力に優れた
加速度フィードフォワードテーブルを実現し、位置決め
精度の向上を図ることが可能になる。
【００３０】以上、本発明を磁気ディスク装置ヘッド位
置決め制御系に適用した場合について説明したが、磁気
ディスク装置に限らず、半導体製造装置用ＸＹステージ
位置決め制御系，ロボットの関節角制御系やモータ制御
系等の位置決め制御系でも実施することができる。
置決め制御系に適用した場合について説明したが、磁気
ディスク装置に限らず、半導体製造装置用ＸＹステージ
位置決め制御系，ロボットの関節角制御系やモータ制御
系等の位置決め制御系でも実施することができる。
【００３１】（実施例２）以下、磁気ディスク装置にお
ける請求項４，５記載の本発明の一実施例を図面により
詳細に説明する。
ける請求項４，５記載の本発明の一実施例を図面により
詳細に説明する。
【００３２】図８は、従来方式のヘッド位置決め制御系
のブロック図である。図８の制御系では、アクチュエー
タとしてボイスコイルモータ（ＶＣＭ）２が用いられて
いる。ＶＣＭ２は、スピンドルモータ３により回転駆動
されるディスク４上の任意のトラックまでヘッド１を搭
載したキャリッジ５をディスク半径方向に移動位置決め
することが可能である。これらの構成要素は、全てベー
ス６上に搭載されている。位置検出器１０は、ディスク
４に対向したヘッド１から読みだされたサーボ信号を位
置信号１１に変換する。速度検出器７０は、駆動信号１
７と位置信号１１から、キャリッジ速度に相当する速度
信号７１を演算し出力する。減算器１７は、コントロー
ラ１３から発せられた移動コマンド１４から位置信号１
１を減算した位置偏差信号１８を出力する。目標速度テ
ーブル７２は、位置偏差信号１８の関数として、目標速
度信号７３を出力する。減算器７４は、目標速度信号７
３から速度信号７１を減算した速度偏差信号７５を速度
補償器７６に送っている。速度補償器７６は、通常、Ｐ
ＩＤ（比例・積分・微分）補償器や、リードラグ（位相
進み遅れ）補償器から構成され、目標速度信号７３に速
度信号７１が追従するように速度補償信号７７を出力す
る。
のブロック図である。図８の制御系では、アクチュエー
タとしてボイスコイルモータ（ＶＣＭ）２が用いられて
いる。ＶＣＭ２は、スピンドルモータ３により回転駆動
されるディスク４上の任意のトラックまでヘッド１を搭
載したキャリッジ５をディスク半径方向に移動位置決め
することが可能である。これらの構成要素は、全てベー
ス６上に搭載されている。位置検出器１０は、ディスク
４に対向したヘッド１から読みだされたサーボ信号を位
置信号１１に変換する。速度検出器７０は、駆動信号１
７と位置信号１１から、キャリッジ速度に相当する速度
信号７１を演算し出力する。減算器１７は、コントロー
ラ１３から発せられた移動コマンド１４から位置信号１
１を減算した位置偏差信号１８を出力する。目標速度テ
ーブル７２は、位置偏差信号１８の関数として、目標速
度信号７３を出力する。減算器７４は、目標速度信号７
３から速度信号７１を減算した速度偏差信号７５を速度
補償器７６に送っている。速度補償器７６は、通常、Ｐ
ＩＤ（比例・積分・微分）補償器や、リードラグ（位相
進み遅れ）補償器から構成され、目標速度信号７３に速
度信号７１が追従するように速度補償信号７７を出力す
る。
【００３３】一般に、フィードバック制御系では、低周
波数の目標値変化に対しては追従誤差が現れないが、目
標値変化が高周波成分を持つと、追従誤差が発生する。
そこで、図８の制御系では、あらかじめ定められた目標
速度信号７３に速度信号７１が追従するように、加速度
フィードフォワードテーブル２１が加速度フィードフォ
ワード信号２２を出力している。加算器２３は、加速度
フィードフォワード信号２２と速度補償信号７７を加算
した操作信号２４をパワーアンプ２５に出力している。
パワーアンプ２５は、操作信号２４に比例した電流を駆
動信号２６としてＶＣＭ２に流している。ＶＣＭ２は駆
動信号２６に比例した力を発生し、ヘッド１を搭載した
キャリッジ５を移動位置決めしている。コントローラ１
３から出力される移動コマンド１４として、ｄ（ｍ）の
移動命令が発せられたとすると、目標速度テーブル７２
は、位置偏差信号１８の関数として目標速度信号７３を
出力する。位置偏差ｅ（ｍ）の関数として、数６のよう
な目標速度関数ｒv（ｅ）を仮定する。
波数の目標値変化に対しては追従誤差が現れないが、目
標値変化が高周波成分を持つと、追従誤差が発生する。
そこで、図８の制御系では、あらかじめ定められた目標
速度信号７３に速度信号７１が追従するように、加速度
フィードフォワードテーブル２１が加速度フィードフォ
ワード信号２２を出力している。加算器２３は、加速度
フィードフォワード信号２２と速度補償信号７７を加算
した操作信号２４をパワーアンプ２５に出力している。
パワーアンプ２５は、操作信号２４に比例した電流を駆
動信号２６としてＶＣＭ２に流している。ＶＣＭ２は駆
動信号２６に比例した力を発生し、ヘッド１を搭載した
キャリッジ５を移動位置決めしている。コントローラ１
３から出力される移動コマンド１４として、ｄ（ｍ）の
移動命令が発せられたとすると、目標速度テーブル７２
は、位置偏差信号１８の関数として目標速度信号７３を
出力する。位置偏差ｅ（ｍ）の関数として、数６のよう
な目標速度関数ｒv（ｅ）を仮定する。
【００３４】
【数６】
【００３５】数６の目標速度関数ｒv(ｅ）にキャリッジ
５の速度が到達した後、目標速度関数ｒv（ｅ）にキャ
リッジ速度が追従するには、キャリッジ５を、−αmax
なる一定の減速度で減速すればよい。すなわち、数７に
示す目標加速度関数をフィードフォワード信号として制
御対象に加える必要がある。数７は、速度偏差ｖe がし
きい値εより大きい時は一定加速度αmax を、速度偏差
ｖe がしきい値εより小さい時は一定減速度−αmax を
制御対象に加えている。
５の速度が到達した後、目標速度関数ｒv（ｅ）にキャ
リッジ速度が追従するには、キャリッジ５を、−αmax
なる一定の減速度で減速すればよい。すなわち、数７に
示す目標加速度関数をフィードフォワード信号として制
御対象に加える必要がある。数７は、速度偏差ｖe がし
きい値εより大きい時は一定加速度αmax を、速度偏差
ｖe がしきい値εより小さい時は一定減速度−αmax を
制御対象に加えている。
【００３６】
【数７】
【００３７】実際には、操作信号２４をｕ（ｔ），位置
信号１１をｙ1(ｔ），速度信号７１をｙ2(ｔ），キャリ
ッジ加速度をα（ｔ），キャリッジ速度をｖ（ｔ）とし
た時の制御対象の運動方程式は数８のようになる。
信号１１をｙ1(ｔ），速度信号７１をｙ2(ｔ），キャリ
ッジ加速度をα（ｔ），キャリッジ速度をｖ（ｔ）とし
た時の制御対象の運動方程式は数８のようになる。
【００３８】
【数８】
【００３９】ただし、ＫA は、パワーアンプ２５の電圧
−電流変換ゲイン（Ａ／Ｖ）、ＫF はＶＣＭ２の電流−
推力変換ゲイン（Ｎ／Ａ）、Ｍはキャリッジ５の質量
（kg）、ＫP は位置検出器１０の検出ゲイン（１／
ｍ）、ＫV は速度検出器７０の検出ゲイン（１／（ｍ／
ｓ））を表している。
−電流変換ゲイン（Ａ／Ｖ）、ＫF はＶＣＭ２の電流−
推力変換ゲイン（Ｎ／Ａ）、Ｍはキャリッジ５の質量
（kg）、ＫP は位置検出器１０の検出ゲイン（１／
ｍ）、ＫV は速度検出器７０の検出ゲイン（１／（ｍ／
ｓ））を表している。
【００４０】キャリッジ５の速度及び加速度が、数６及
び数７となるためには、数８の運動方程式のモデルか
ら、目標速度テーブル７２及び加速度フィードフォワー
ドテーブル２１が、それぞれ、数９で表される目標速度
信号ｒy2（ｅ）および数１０で表される加速度フィード
フォワード信号ｒu（ｅ）を出力する。
び数７となるためには、数８の運動方程式のモデルか
ら、目標速度テーブル７２及び加速度フィードフォワー
ドテーブル２１が、それぞれ、数９で表される目標速度
信号ｒy2（ｅ）および数１０で表される加速度フィード
フォワード信号ｒu（ｅ）を出力する。
【００４１】
【数９】
【００４２】
【数１０】
【００４３】本実施例では、加速度フィードフォワード
テーブルの関数として、一定の加速度で減速する関数を
適用したが、もちろん、任意の関数を適用することが可
能である。
テーブルの関数として、一定の加速度で減速する関数を
適用したが、もちろん、任意の関数を適用することが可
能である。
【００４４】数９及び数１０の演算を行う回路として、
アナログ回路で実現する方法とディジタル回路で実現す
る方法が考えられる。アナログ回路での実現では、非線
形演算を含み、実現が困難である。一方のディジタル回
路での実現では、数９および数１０の結果を位置偏差信
号１８のデータとして、目標位置テーブル１２及び加速
度フィードフォワードテーブル２１内に、あらかじめ記
憶しておき、移動コマンド１４が発せられた時、位置偏
差信号１８に応じて、目標速度信号７３と加速度フィー
ドフォワード信号２２を出力する。
アナログ回路で実現する方法とディジタル回路で実現す
る方法が考えられる。アナログ回路での実現では、非線
形演算を含み、実現が困難である。一方のディジタル回
路での実現では、数９および数１０の結果を位置偏差信
号１８のデータとして、目標位置テーブル１２及び加速
度フィードフォワードテーブル２１内に、あらかじめ記
憶しておき、移動コマンド１４が発せられた時、位置偏
差信号１８に応じて、目標速度信号７３と加速度フィー
ドフォワード信号２２を出力する。
【００４５】目標速度テーブル７２及び加速度フィード
フォワードテーブル２１の実現方法として、たとえば、
図９に示すように、ＡＤ変換器（ＡＤＣ）８０，目標速
度信号発生用メモリ８１，加速度フィードフォワード発
生用メモリ８２とＤＡ変換器３４，３５により達成され
る。
フォワードテーブル２１の実現方法として、たとえば、
図９に示すように、ＡＤ変換器（ＡＤＣ）８０，目標速
度信号発生用メモリ８１，加速度フィードフォワード発
生用メモリ８２とＤＡ変換器３４，３５により達成され
る。
【００４６】ＡＤ変換器８０は、位置偏差信号１８をデ
ィジタル信号に変換する。さらに、目標速度信号発生用
メモリ８１と加速度フィードフォワード発生用メモリ８
２は、ディジタル化された位置偏差信号についての目標
速度信号データ、及び、加速度フィードフォワードデー
タをＤＡＣ３４，３５を介して目標速度信号７３と加速
度フィードフォワード信号２２を出力する。
ィジタル信号に変換する。さらに、目標速度信号発生用
メモリ８１と加速度フィードフォワード発生用メモリ８
２は、ディジタル化された位置偏差信号についての目標
速度信号データ、及び、加速度フィードフォワードデー
タをＤＡＣ３４，３５を介して目標速度信号７３と加速
度フィードフォワード信号２２を出力する。
【００４７】加速度フィードフォワードテーブル２１内
のデータを導出する数１０には、制御対象モデル、すな
わち、パワーアンプ２５の電圧−電流変換ゲインＫ
A（Ａ／Ｖ），ＶＣＭ２の電流−推力変換ゲインＫF（Ｎ
／Ａ)及びキャリッジ質量Ｍ(kg)が含まれる。このモデ
ルのゲインが、実際の制御対象と等しければ、速度信号
７１は目標速度信号７３に一致するが、モデルと制御対
象が等しくなければ追従誤差が生じる。図１０はモデル
誤差がある状態で、移動量１０μｍの距離を移動位置決
めしようとした時の目標速度信号７３，速度信号７１と
速度偏差信号７５の応答結果である。図１０の結果を見
てわかるように、減速時に、追従誤差が残っていること
がわかる。
のデータを導出する数１０には、制御対象モデル、すな
わち、パワーアンプ２５の電圧−電流変換ゲインＫ
A（Ａ／Ｖ），ＶＣＭ２の電流−推力変換ゲインＫF（Ｎ
／Ａ)及びキャリッジ質量Ｍ(kg)が含まれる。このモデ
ルのゲインが、実際の制御対象と等しければ、速度信号
７１は目標速度信号７３に一致するが、モデルと制御対
象が等しくなければ追従誤差が生じる。図１０はモデル
誤差がある状態で、移動量１０μｍの距離を移動位置決
めしようとした時の目標速度信号７３，速度信号７１と
速度偏差信号７５の応答結果である。図１０の結果を見
てわかるように、減速時に、追従誤差が残っていること
がわかる。
【００４８】そこで、本発明の磁気ディスク装置ヘッド
位置決め制御系では、図７に示すように、加速度フィー
ドフォワード調整器２７が、キャリッジ５の移動中の操
作信号２４により、加速度フィードフォワードテーブル
２１を更新する。キャリッジ５移動中の位置決め補償信
号２４は、加速度フィードフォワード信号２２と速度補
償信号７７を加算した信号であるが、速度補償信号７７
は、加速度フィードフォワード信号２２で、目標速度信
号７３に追従しきれずに残った追従誤差を、さらに、低
減しようとする信号である。すなわち、加速度フィード
フォワード信号２２と速度補償信号７７を加算した信号
は、更新前の加速度フィードフォワードテーブルの持つ
目標値追従能力よりも改善された信号となる。
位置決め制御系では、図７に示すように、加速度フィー
ドフォワード調整器２７が、キャリッジ５の移動中の操
作信号２４により、加速度フィードフォワードテーブル
２１を更新する。キャリッジ５移動中の位置決め補償信
号２４は、加速度フィードフォワード信号２２と速度補
償信号７７を加算した信号であるが、速度補償信号７７
は、加速度フィードフォワード信号２２で、目標速度信
号７３に追従しきれずに残った追従誤差を、さらに、低
減しようとする信号である。すなわち、加速度フィード
フォワード信号２２と速度補償信号７７を加算した信号
は、更新前の加速度フィードフォワードテーブルの持つ
目標値追従能力よりも改善された信号となる。
【００４９】ここで、速度誤差信号７５が、ある一定値
以下の（すなわち、目標速度信号７３に速度信号７１が
十分追従している）時の操作信号２４を用いて、加速度
フィードフォワード調整器２７が加速度フィードフォワ
ードテーブル２１内のαmax の調整を繰り返せば、次第
に、目標値追従能力が改善されていく。図１１は、加速
度フィードフォワード調整器により、加速度フィードフ
ォワードテーブルを調整した後の応答波形である。図１
０と図１１を比較してわかるように、調整により、速度
偏差信号を小さくすることが可能である。
以下の（すなわち、目標速度信号７３に速度信号７１が
十分追従している）時の操作信号２４を用いて、加速度
フィードフォワード調整器２７が加速度フィードフォワ
ードテーブル２１内のαmax の調整を繰り返せば、次第
に、目標値追従能力が改善されていく。図１１は、加速
度フィードフォワード調整器により、加速度フィードフ
ォワードテーブルを調整した後の応答波形である。図１
０と図１１を比較してわかるように、調整により、速度
偏差信号を小さくすることが可能である。
【００５０】上記の結果は、移動量が１０μｍの場合に
ついての結果であるが、異なる移動量についても同様に
調整を行えば、目標速度信号７３に対する追従誤差を低
減することができる。
ついての結果であるが、異なる移動量についても同様に
調整を行えば、目標速度信号７３に対する追従誤差を低
減することができる。
【００５１】また、ＶＣＭ２の発生する推力は、電流−
推力変換ゲインＫF(Ｎ／Ａ）により決定されるが、ＶＣ
Ｍ２の温度上昇に伴い、ＶＣＭ２のコイル抵抗値が変動
する。このため、加速度フィードフォワードテーブル内
のデータも時間の経過に伴い、理想的なデータからずれ
てくる。そこで、加速度フィードフォワード調整器２７
は、装置の電源投入直後とその後の所定の時間に、加速
度フィードフォワードテーブル２１を調整する。この結
果、制御対象の変動がある場合でも、追従能力に優れた
加速度フィードフォワードテーブルを実現し、位置決め
精度の向上を図ることが可能になる。
推力変換ゲインＫF(Ｎ／Ａ）により決定されるが、ＶＣ
Ｍ２の温度上昇に伴い、ＶＣＭ２のコイル抵抗値が変動
する。このため、加速度フィードフォワードテーブル内
のデータも時間の経過に伴い、理想的なデータからずれ
てくる。そこで、加速度フィードフォワード調整器２７
は、装置の電源投入直後とその後の所定の時間に、加速
度フィードフォワードテーブル２１を調整する。この結
果、制御対象の変動がある場合でも、追従能力に優れた
加速度フィードフォワードテーブルを実現し、位置決め
精度の向上を図ることが可能になる。
【００５２】以上、本発明を磁気ディスク装置ヘッド位
置決め制御系に適用した場合について説明したが、磁気
ディスク装置に限らず、半導体製造装置用ＸＹステージ
位置決め制御系，ロボットの関節角制御系やモータ制御
系等の位置決め制御系でも実施することができる。
置決め制御系に適用した場合について説明したが、磁気
ディスク装置に限らず、半導体製造装置用ＸＹステージ
位置決め制御系，ロボットの関節角制御系やモータ制御
系等の位置決め制御系でも実施することができる。
【００５３】
【発明の効果】本発明によれば、加速度フィードフォワ
ード調整器が、加速度フィードフォワードテーブルの調
整を行うことで、目標値への追従誤差を低減でき、高精
度位置決めができる。
ード調整器が、加速度フィードフォワードテーブルの調
整を行うことで、目標値への追従誤差を低減でき、高精
度位置決めができる。
【図１】本発明を適用した磁気ディスク装置ヘッド位置
決め制御系のブロック図。
決め制御系のブロック図。
【図２】従来の磁気ディスク装置ヘッド位置決め制御系
のブロック図。
のブロック図。
【図３】目標位置テーブルおよび加速度フィードフォワ
ードを実現するディジタル回路のブロック図。
ードを実現するディジタル回路のブロック図。
【図４】従来の磁気ディスク装置ヘッド位置決め制御系
の応答図。
の応答図。
【図５】本発明の磁気ディスク装置ヘッド位置決め制御
系において、調整を１度行った時のヘッドの応答波形
図。
系において、調整を１度行った時のヘッドの応答波形
図。
【図６】本発明の磁気ディスク装置ヘッド位置決め制御
系において、調整を２度行った時のヘッドの応答波形
図。
系において、調整を２度行った時のヘッドの応答波形
図。
【図７】本発明を適用した磁気ディスク装置ヘッド位置
決め制御系のブロック図。
決め制御系のブロック図。
【図８】従来の磁気ディスク装置ヘッド位置決め制御系
のブロック図。
のブロック図。
【図９】目標速度テーブルおよび加速度フィードフォワ
ードを実現するディジタル回路のブロック図。
ードを実現するディジタル回路のブロック図。
【図１０】従来の磁気ディスク装置ヘッド位置決め制御
系の応答図。
系の応答図。
【図１１】本発明の磁気ディスク装置ヘッド位置決め制
御系において、調整を１度行った時のヘッドの応答波形
図。
御系において、調整を１度行った時のヘッドの応答波形
図。
１…ヘッド、２…ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）、４…
ディスク、５…キャリッジ、１０…位置検出器、１１…
位置信号、１２…目標位置テーブル、１３…コントロー
ラ、１４…移動コマンド、１９…位置決め補償器、２０
…位置決め補償信号、２１…加速度フィードフォワード
テーブル、２５…パワーアンプ、２７…加速度フィード
フォワード調整器。
ディスク、５…キャリッジ、１０…位置検出器、１１…
位置信号、１２…目標位置テーブル、１３…コントロー
ラ、１４…移動コマンド、１９…位置決め補償器、２０
…位置決め補償信号、２１…加速度フィードフォワード
テーブル、２５…パワーアンプ、２７…加速度フィード
フォワード調整器。
Claims (1)
- 【請求項１】キャリッジと、前記キャリッジを駆動する
アクチュエータと、入力信号に応じて駆動信号を出力し
前記アクチュエータを駆動する駆動回路と、前記キャリ
ッジの位置を表す位置信号を発生する位置検出器と、移
動コマンドに応じて目標位置信号を時間関数として発生
する目標位置テーブルと、前記移動コマンドに応じて加
速度フィードフォワード信号を時間関数として発生する
加速度フィードフォワードテーブルと、前記目標位置信
号と前記位置信号の偏差に応じて位置決め補償信号を発
生する位置決め補償器と、前記加速度フィードフォワー
ド信号と前記位置決め補償信号を加算して操作信号とし
て前記駆動回路へ入力する加算器と、前記移動コマンド
を発生し装置を制御するコントローラを具備した位置決
め制御装置において、 前記操作信号に基づいて、前記加速度フィードフォワー
ドテーブルの内容を補正する加速度フィードフォワード
調整器を設け、電源投入直後と電源投入直後の一定時間
毎に、可動部が所定の移動量を移動する際、前記加速度
フィードフォワード調整器が、所定の移動量についての
前記加速度フィードフォワードテーブルの補正を行い、
補正後の移動・位置決め動作時は、前記補正された加速
度フィードフォワードテーブル内の加速度フィードフォ
ワード信号を出力することを特徴とする位置決め制御装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6242294A JPH07271446A (ja) | 1994-03-31 | 1994-03-31 | 位置決め制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6242294A JPH07271446A (ja) | 1994-03-31 | 1994-03-31 | 位置決め制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07271446A true JPH07271446A (ja) | 1995-10-20 |
Family
ID=13199708
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6242294A Pending JPH07271446A (ja) | 1994-03-31 | 1994-03-31 | 位置決め制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07271446A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0878800A2 (en) * | 1997-05-12 | 1998-11-18 | Fujitsu Limited | Disk device and disk device calibrating method |
| EP0989549A1 (en) * | 1998-09-21 | 2000-03-29 | Texas Instruments Incorporated | Method and apparatus for controlling a voice control motor in a hard disk drive |
| US7030585B2 (en) | 2003-01-07 | 2006-04-18 | Fanuc Ltd | Controller |
| JP2009043336A (ja) * | 2007-08-08 | 2009-02-26 | Toshiba Corp | 磁気ディスク装置及び磁気ヘッドの制御方法 |
-
1994
- 1994-03-31 JP JP6242294A patent/JPH07271446A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0878800A2 (en) * | 1997-05-12 | 1998-11-18 | Fujitsu Limited | Disk device and disk device calibrating method |
| EP0878800A3 (en) * | 1997-05-12 | 1999-06-09 | Fujitsu Limited | Disk device and disk device calibrating method |
| US6239940B1 (en) | 1997-05-12 | 2001-05-29 | Fujitsu, Limited | Disk device and disk device calibrating method |
| EP0989549A1 (en) * | 1998-09-21 | 2000-03-29 | Texas Instruments Incorporated | Method and apparatus for controlling a voice control motor in a hard disk drive |
| US6320721B1 (en) | 1998-09-21 | 2001-11-20 | Texas Instruments Incorporated | Method and apparatus for controlling a voice control motor in a hard disk drive |
| US7030585B2 (en) | 2003-01-07 | 2006-04-18 | Fanuc Ltd | Controller |
| JP2009043336A (ja) * | 2007-08-08 | 2009-02-26 | Toshiba Corp | 磁気ディスク装置及び磁気ヘッドの制御方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20031128 |