JPH09251739A - 位置決め制御システム及びそのシステムを適用するシーク制御装置 - Google Patents
位置決め制御システム及びそのシステムを適用するシーク制御装置Info
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- JPH09251739A JPH09251739A JP6137396A JP6137396A JPH09251739A JP H09251739 A JPH09251739 A JP H09251739A JP 6137396 A JP6137396 A JP 6137396A JP 6137396 A JP6137396 A JP 6137396A JP H09251739 A JPH09251739 A JP H09251739A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】２自由度機構を使用した位置決め制御系によ
り、特にシーク制御の高速化と高精度化を実現すること
にある。 【解決手段】粗動側アクチュエータの制御系と微動側ア
クチュエータの制御系とを組み合わせた２自由度機構の
制御系により、目標位置を入力とする所定の規範モデル
の出力Ｙｍに追従させるように制御する。規範モデルの
出力Ｙｍを粗動側アクチュエータと微動側アクチュエー
タの両方に入力し、粗動側アクチュエータで規範モデル
の出力に追従できない誤差分を、微動側アクチュエータ
により吸収させるように制御するようにした制御系であ
る。粗動側アクチュエータの制御系は粗動制御器Ｃ２と
ＶＣＭ等のアクチュエータＰ２からなる。微動側アクチ
ュエータの制御系は微動制御器Ｃ１と圧電素子を使用し
たアクチュエータＰ１からなる。
り、特にシーク制御の高速化と高精度化を実現すること
にある。 【解決手段】粗動側アクチュエータの制御系と微動側ア
クチュエータの制御系とを組み合わせた２自由度機構の
制御系により、目標位置を入力とする所定の規範モデル
の出力Ｙｍに追従させるように制御する。規範モデルの
出力Ｙｍを粗動側アクチュエータと微動側アクチュエー
タの両方に入力し、粗動側アクチュエータで規範モデル
の出力に追従できない誤差分を、微動側アクチュエータ
により吸収させるように制御するようにした制御系であ
る。粗動側アクチュエータの制御系は粗動制御器Ｃ２と
ＶＣＭ等のアクチュエータＰ２からなる。微動側アクチ
ュエータの制御系は微動制御器Ｃ１と圧電素子を使用し
たアクチュエータＰ１からなる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、いわゆる２自由度
機構を使用した目標位置に対する送り制御を行なうため
のシステムであり、特に磁気ディスク装置等のシーク制
御装置および磁気ディスク装置等の製造装置に適用でき
る位置決め制御システムに関する。
機構を使用した目標位置に対する送り制御を行なうため
のシステムであり、特に磁気ディスク装置等のシーク制
御装置および磁気ディスク装置等の製造装置に適用でき
る位置決め制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、磁気ディスク装置（ＨＤＤ）や光
ディスク装置等の記録再生装置では、記憶容量の大容量
化に伴って高記録密度化が要求されている。これに伴っ
て、各装置を製造するために必要な各種製造装置におい
て、特に記録再生の精度を左右する位置決め制御に関し
て高精度化が要求されている。
ディスク装置等の記録再生装置では、記憶容量の大容量
化に伴って高記録密度化が要求されている。これに伴っ
て、各装置を製造するために必要な各種製造装置におい
て、特に記録再生の精度を左右する位置決め制御に関し
て高精度化が要求されている。
【０００３】具体的には、ＨＤＤでは、ヘッドをディス
ク上の指定位置に位置決め制御するためにサーボ情報が
ディスク上に記録されているが、このサーボ情報を書き
込むためのサーボライタと称するサーボ情報書き込み装
置が使用される。また、光ディスク装置の分野では、デ
ィスクの原盤を製造する装置がある。いずれの装置にお
いても、ナノオーダの位置決め精度が要求されるように
なってきている。
ク上の指定位置に位置決め制御するためにサーボ情報が
ディスク上に記録されているが、このサーボ情報を書き
込むためのサーボライタと称するサーボ情報書き込み装
置が使用される。また、光ディスク装置の分野では、デ
ィスクの原盤を製造する装置がある。いずれの装置にお
いても、ナノオーダの位置決め精度が要求されるように
なってきている。
【０００４】このような高精度の位置決め制御を達成す
る技術として、近年では２自由度機構を使用した位置決
め制御系が注目されている。この２自由度機構を使用し
た位置決め制御系は、粗動側アクチュエータと微動側ア
クチュエータとを組み合わせて、周波数分離制御を行な
うことにより、高精度な位置決めを実現するシステムで
ある。
る技術として、近年では２自由度機構を使用した位置決
め制御系が注目されている。この２自由度機構を使用し
た位置決め制御系は、粗動側アクチュエータと微動側ア
クチュエータとを組み合わせて、周波数分離制御を行な
うことにより、高精度な位置決めを実現するシステムで
ある。
【０００５】この２自由度機構を使用した位置決め制御
系の特徴としては、粗動側アクチュエータはダイナミッ
クレンジを大きく取れるが、共振によってサーボ帯域を
高くすることができないため、低周波領域の大きい外乱
を抑制できるが、高い周波数の小さい外乱を抑制できな
い。このため、ダイナミックレンジは小さいが、サーボ
帯域を高く取れる微動側のアクチュエータにより、高い
周波数の小さい外乱を抑制することができる。
系の特徴としては、粗動側アクチュエータはダイナミッ
クレンジを大きく取れるが、共振によってサーボ帯域を
高くすることができないため、低周波領域の大きい外乱
を抑制できるが、高い周波数の小さい外乱を抑制できな
い。このため、ダイナミックレンジは小さいが、サーボ
帯域を高く取れる微動側のアクチュエータにより、高い
周波数の小さい外乱を抑制することができる。
【０００６】ところで、ＨＤＤ等の位置決め制御系は、
ヘッドを目標位置に位置決めするための狭義の位置決め
制御と、ヘッドを目標位置まで移動制御するシーク制御
とに大別される。シーク制御はいわゆる送り制御に相当
する内容であり、速度制御とも称する。シーク制御で
は、高速に目標位置まで移動させて、目標位置までの到
達時間を短縮化させることが重要である。このようなシ
ーク制御に対して、前記の２自由度機構を使用した位置
決め制御系を適用することが考えられる。
ヘッドを目標位置に位置決めするための狭義の位置決め
制御と、ヘッドを目標位置まで移動制御するシーク制御
とに大別される。シーク制御はいわゆる送り制御に相当
する内容であり、速度制御とも称する。シーク制御で
は、高速に目標位置まで移動させて、目標位置までの到
達時間を短縮化させることが重要である。このようなシ
ーク制御に対して、前記の２自由度機構を使用した位置
決め制御系を適用することが考えられる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】前述したように、２自
由度機構を使用した位置決め制御系を、特にＨＤＤ自体
やサーボライタ等のシーク制御、即ちヘッドを目標位置
まで移動制御するシステムに適用すれば、高速かつ高精
度のシーク制御を実現できる可能性がある。本発明の目
的は、２自由度機構を使用した位置決め制御系により、
特にシーク制御または送り制御（速度制御）の高速化と
高精度化を実現することにある。
由度機構を使用した位置決め制御系を、特にＨＤＤ自体
やサーボライタ等のシーク制御、即ちヘッドを目標位置
まで移動制御するシステムに適用すれば、高速かつ高精
度のシーク制御を実現できる可能性がある。本発明の目
的は、２自由度機構を使用した位置決め制御系により、
特にシーク制御または送り制御（速度制御）の高速化と
高精度化を実現することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、粗動側アクチ
ュエータと微動側アクチュエータとを組み合わせた２自
由度機構を使用し、目標位置を入力とする所定の規範モ
デルの出力に追従させるように制御する制御系であっ
て、規範モデルの出力を前記粗動側アクチュエータと前
記微動側アクチュエータの両方に入力し、粗動側アクチ
ュエータで規範モデルの出力に追従できない誤差分を、
微動側アクチュエータにより吸収させるように制御する
ようにした制御系である。
ュエータと微動側アクチュエータとを組み合わせた２自
由度機構を使用し、目標位置を入力とする所定の規範モ
デルの出力に追従させるように制御する制御系であっ
て、規範モデルの出力を前記粗動側アクチュエータと前
記微動側アクチュエータの両方に入力し、粗動側アクチ
ュエータで規範モデルの出力に追従できない誤差分を、
微動側アクチュエータにより吸収させるように制御する
ようにした制御系である。
【０００９】規範モデルとは、例えばマイクロプロセッ
サの内部演算処理によるシミュレーションである。従っ
て、マイクロプロセッサは、内部演算処理により得られ
た目標位置として、規範モデルの出力を粗動側アクチュ
エータと微動側アクチュエータに与える。粗動側アクチ
ュエータの制御系は、現在位置と規範モデルとの誤差を
入力し、その出力と規範モデルの制御出力とを加算した
ものを粗動側アクチュエータに対する制御出力として出
力する。また、微動側アクチュエータの制御系は、現在
位置と規範モデルとの誤差を入力する。
サの内部演算処理によるシミュレーションである。従っ
て、マイクロプロセッサは、内部演算処理により得られ
た目標位置として、規範モデルの出力を粗動側アクチュ
エータと微動側アクチュエータに与える。粗動側アクチ
ュエータの制御系は、現在位置と規範モデルとの誤差を
入力し、その出力と規範モデルの制御出力とを加算した
ものを粗動側アクチュエータに対する制御出力として出
力する。また、微動側アクチュエータの制御系は、現在
位置と規範モデルとの誤差を入力する。
【００１０】このような構成の制御系により、粗動側ア
クチュエータの制御系は、規範モデルと実際の制御対象
との誤差と制御系に加わる外乱を吸収するように作用す
る。そして、粗動側のアクチュエータの制御系により吸
収できない規範モデル出力との誤差を、制御帯域の高い
微動側アクチュエータの制御系により吸収する。この結
果として、微動側アクチュエータ、大きく動かすことな
く、規範モデルの応答特性に一致する先端位置の応答波
形を得ることができる。これにより、粗動側アクチュエ
ータのセトリング時間よりも速く微動側アクチュエータ
のセトリングを完了させることができるため、粗動側ア
クチュエータのセトリングを待つことなく先端のセトリ
ングを完了させることができる。
クチュエータの制御系は、規範モデルと実際の制御対象
との誤差と制御系に加わる外乱を吸収するように作用す
る。そして、粗動側のアクチュエータの制御系により吸
収できない規範モデル出力との誤差を、制御帯域の高い
微動側アクチュエータの制御系により吸収する。この結
果として、微動側アクチュエータ、大きく動かすことな
く、規範モデルの応答特性に一致する先端位置の応答波
形を得ることができる。これにより、粗動側アクチュエ
ータのセトリング時間よりも速く微動側アクチュエータ
のセトリングを完了させることができるため、粗動側ア
クチュエータのセトリングを待つことなく先端のセトリ
ングを完了させることができる。
【００１１】換言すれば、２自由度機構を使用してシス
テムでは、粗動側アクチュエータの制御帯域が低いため
に、規範モデルとの誤差と外乱により、粗動側アクチュ
エータは、規範モデルの出力に追従することができな
い。そこで、制御帯域は広い微動側アクチュエータの制
御により、その規範モデルとの誤差を吸収する。このよ
うな制御系を組むことにより、先端位置を規範モデルの
出力に精度良く追従させながら目標位置に高速に移動さ
せることができる。
テムでは、粗動側アクチュエータの制御帯域が低いため
に、規範モデルとの誤差と外乱により、粗動側アクチュ
エータは、規範モデルの出力に追従することができな
い。そこで、制御帯域は広い微動側アクチュエータの制
御により、その規範モデルとの誤差を吸収する。このよ
うな制御系を組むことにより、先端位置を規範モデルの
出力に精度良く追従させながら目標位置に高速に移動さ
せることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態を説明する。図１は本実施形態に関係する位置決
め制御システムをシーク制御系に適用した構成を示すブ
ロック図であり、図４は２自由度機構を使用した制御系
の原理を説明するためのブロック図であり、図８は２自
由度機構を使用した位置決め制御システムのモデルを示
す概念図である。
の形態を説明する。図１は本実施形態に関係する位置決
め制御システムをシーク制御系に適用した構成を示すブ
ロック図であり、図４は２自由度機構を使用した制御系
の原理を説明するためのブロック図であり、図８は２自
由度機構を使用した位置決め制御システムのモデルを示
す概念図である。
【００１３】本実施形態のシーク制御系の説明の前提と
して、図４と図８を参照して２自由度機構を使用した制
御系の原理を簡単に説明する。図８に示すように、２自
由度機構として粗動側の可動部（粗動側アクチュエー
タ）Ｍ１と微動側の可動部（微動側アクチュエータ）Ｍ
２とを組み合わせた機構において、先端位置の動き（ｙ
２）は、粗動側アクチュエータＭ１の動き（ｙ１）と微
動側アクチュエータＭ２の動きとを加えたものである。
ここで、粗動側アクチュエータＭ１はボイスコイルモー
タ（ＶＣＭ）を使用したリニアガイドのアクチュエータ
である。また、微動側アクチュエータＭ２は、例えば圧
電素子（ピエゾ素子）を使用したアクチュエータであ
る。
して、図４と図８を参照して２自由度機構を使用した制
御系の原理を簡単に説明する。図８に示すように、２自
由度機構として粗動側の可動部（粗動側アクチュエー
タ）Ｍ１と微動側の可動部（微動側アクチュエータ）Ｍ
２とを組み合わせた機構において、先端位置の動き（ｙ
２）は、粗動側アクチュエータＭ１の動き（ｙ１）と微
動側アクチュエータＭ２の動きとを加えたものである。
ここで、粗動側アクチュエータＭ１はボイスコイルモー
タ（ＶＣＭ）を使用したリニアガイドのアクチュエータ
である。また、微動側アクチュエータＭ２は、例えば圧
電素子（ピエゾ素子）を使用したアクチュエータであ
る。
【００１４】このモデルの伝達関数マトリックスは、粗
動側アクチュエータＭ１と微動側アクチュエータＭ２と
の質量比が十分に大きければ、下記の式（１），（２）
に示すようになる。
動側アクチュエータＭ１と微動側アクチュエータＭ２と
の質量比が十分に大きければ、下記の式（１），（２）
に示すようになる。
【００１５】
【数１】
【００１６】この式（２）から前記のように、先端位置
の動き（ｙ２）は、粗動側アクチュエータＭ１の動き
（ｙ１）と微動側アクチュエータＭ２の動きとを加えた
ものであることが分かる。また、式（２）から互いの動
きが干渉しあわないことが分かるので、粗動側アクチュ
エータＭ１と微動側アクチュエータＭ２との質量比が十
分に大きいとした際には、それぞれの制御器を独立に設
計することができる。
の動き（ｙ２）は、粗動側アクチュエータＭ１の動き
（ｙ１）と微動側アクチュエータＭ２の動きとを加えた
ものであることが分かる。また、式（２）から互いの動
きが干渉しあわないことが分かるので、粗動側アクチュ
エータＭ１と微動側アクチュエータＭ２との質量比が十
分に大きいとした際には、それぞれの制御器を独立に設
計することができる。
【００１７】即ち、図４に示すような制御系を構成する
ことができる。図４において、粗動側アクチュエータＭ
１の制御系は、粗動制御器Ｃ２とＶＣＭ等のアクチュエ
ータＰ２からなる。また、微動側アクチュエータＭ２の
制御系は、微動制御器Ｃ１と圧電素子を使用したアクチ
ュエータＰ１からなる。入力側には目標位置ｒが入力さ
れて、出力側から先端位置ｙが出力される。ここで、図
５（Ａ），（Ｂ）は粗動側アクチュエータＭ１の制御系
のオープンループ特性をシミュレーションにより出力し
たときの一例である。また、図６（Ａ），（Ｂ）は微動
側アクチュエータＭ２の制御系のオープンループ特性を
シミュレーションにより出力したときの一例である。
ことができる。図４において、粗動側アクチュエータＭ
１の制御系は、粗動制御器Ｃ２とＶＣＭ等のアクチュエ
ータＰ２からなる。また、微動側アクチュエータＭ２の
制御系は、微動制御器Ｃ１と圧電素子を使用したアクチ
ュエータＰ１からなる。入力側には目標位置ｒが入力さ
れて、出力側から先端位置ｙが出力される。ここで、図
５（Ａ），（Ｂ）は粗動側アクチュエータＭ１の制御系
のオープンループ特性をシミュレーションにより出力し
たときの一例である。また、図６（Ａ），（Ｂ）は微動
側アクチュエータＭ２の制御系のオープンループ特性を
シミュレーションにより出力したときの一例である。
【００１８】これらの図５と図６から明らかなように、
微動側アクチュエータＭ２の制御帯域は、粗動側アクチ
ュエータＭ１の制御帯域に対して広くとることができ
る。これは、微動側アクチュエータＭ２としてダイナミ
ックレンジは狭いが、高域まで共振のないものを用いる
からである。
微動側アクチュエータＭ２の制御帯域は、粗動側アクチ
ュエータＭ１の制御帯域に対して広くとることができ
る。これは、微動側アクチュエータＭ２としてダイナミ
ックレンジは狭いが、高域まで共振のないものを用いる
からである。
【００１９】これらの制御系において、目標位置まで先
端位置を移動させようとした際に、そのまま目標位置を
制御系に与えると、微動側アクチュエータＭ２の制御帯
域が粗動側アクチュエータＭ１の制御帯域よりも高いの
で、微動側アクチュエータＭ２の速い応答により先端位
置を目標位置にまで移動させるようになってしまう。こ
のような具体例を図７（Ａ）〜（Ｃ）に示す。図７
（Ａ）は粗動側アクチュエータＭ１の応答特性、同図
（Ｂ）は微動側アクチュエータＭ２の応答特性、同図
（Ｃ）は先端位置の応答特性を示す図である。図７
（Ｂ）に示すように、微動側アクチュエータＭ２は相対
的に大きく動いていることが分かる（可動範囲が大き
い）。先端位置の応答特性は、微動側アクチュエータＭ
２の可動範囲に依存するが、同図（Ｃ）に示す応答特性
を得るように微動側アクチュエータＭ２を構成すること
は通常では困難である。
端位置を移動させようとした際に、そのまま目標位置を
制御系に与えると、微動側アクチュエータＭ２の制御帯
域が粗動側アクチュエータＭ１の制御帯域よりも高いの
で、微動側アクチュエータＭ２の速い応答により先端位
置を目標位置にまで移動させるようになってしまう。こ
のような具体例を図７（Ａ）〜（Ｃ）に示す。図７
（Ａ）は粗動側アクチュエータＭ１の応答特性、同図
（Ｂ）は微動側アクチュエータＭ２の応答特性、同図
（Ｃ）は先端位置の応答特性を示す図である。図７
（Ｂ）に示すように、微動側アクチュエータＭ２は相対
的に大きく動いていることが分かる（可動範囲が大き
い）。先端位置の応答特性は、微動側アクチュエータＭ
２の可動範囲に依存するが、同図（Ｃ）に示す応答特性
を得るように微動側アクチュエータＭ２を構成すること
は通常では困難である。
【００２０】この図７（Ａ）〜（Ｃ）から明白であるよ
うに、そのまま目標位置を制御系に与えても、先端位置
を目標位置まで移動する動作は、帯域の広い微動側アク
チュエータＭ２の制御系の働きに依存しているのが分か
る。移動距離が微動側アクチュエータＭ２のダイナミッ
クレンジの範囲内に収まっているのならば差し支えない
が、そのダイナミックレンジの範囲を越えるような場合
は正常な応答は不可能となる。最悪の場合には、微動側
アクチュエータＭ２を破壊するおそれがある。
うに、そのまま目標位置を制御系に与えても、先端位置
を目標位置まで移動する動作は、帯域の広い微動側アク
チュエータＭ２の制御系の働きに依存しているのが分か
る。移動距離が微動側アクチュエータＭ２のダイナミッ
クレンジの範囲内に収まっているのならば差し支えない
が、そのダイナミックレンジの範囲を越えるような場合
は正常な応答は不可能となる。最悪の場合には、微動側
アクチュエータＭ２を破壊するおそれがある。
【００２１】以下、図１を参照して本実施形態のシーク
制御系に適用した位置決め制御システムについて説明す
る。 （本実施形態のシーク制御系）本実施形態は、図１に示
すように、２自由度機構によるシーク制御系であり、粗
動側アクチュエータと微動側アクチュエータとの質量比
が十分に大きいことを想定している。粗動側アクチュエ
ータの制御系は、粗動制御器Ｃ２とＶＣＭ等のアクチュ
エータＰ２からなる。また、微動側アクチュエータの制
御系は、微動制御器Ｃ１と圧電素子を使用したアクチュ
エータＰ１からなる。
制御系に適用した位置決め制御システムについて説明す
る。 （本実施形態のシーク制御系）本実施形態は、図１に示
すように、２自由度機構によるシーク制御系であり、粗
動側アクチュエータと微動側アクチュエータとの質量比
が十分に大きいことを想定している。粗動側アクチュエ
ータの制御系は、粗動制御器Ｃ２とＶＣＭ等のアクチュ
エータＰ２からなる。また、微動側アクチュエータの制
御系は、微動制御器Ｃ１と圧電素子を使用したアクチュ
エータＰ１からなる。
【００２２】規範モデル系は、例えばサーボライタ等の
装置内部に設けられたマイクロプロセッサの演算処理に
より実現される制御系であり、モデルアクチュエータＰ
ｍとモデル制御器Ｃｍとから構成されている。規範モデ
ル系は、目標位置（停止位置）Ｒを入力として、目標軌
道Ｙｍを粗動側アクチュエータと微動側アクチュエータ
の各制御系に出力する。
装置内部に設けられたマイクロプロセッサの演算処理に
より実現される制御系であり、モデルアクチュエータＰ
ｍとモデル制御器Ｃｍとから構成されている。規範モデ
ル系は、目標位置（停止位置）Ｒを入力として、目標軌
道Ｙｍを粗動側アクチュエータと微動側アクチュエータ
の各制御系に出力する。
【００２３】モデルアクチュエータＰｍは、粗動側アク
チュエータの特性を理想的な１／Ｓ2 とする。また、モ
デル制御器Ｃｍは、先端位置Ｙが所望とする応答特性を
示すように設定される。モデル制御器Ｃｍの設計方法と
しては、線形制御系では状態フィードバックによる極配
置、ＬＱ最適制御、Ｈ2 最適制御、非線形制御ではスラ
イディングモード制御等がある。
チュエータの特性を理想的な１／Ｓ2 とする。また、モ
デル制御器Ｃｍは、先端位置Ｙが所望とする応答特性を
示すように設定される。モデル制御器Ｃｍの設計方法と
しては、線形制御系では状態フィードバックによる極配
置、ＬＱ最適制御、Ｈ2 最適制御、非線形制御ではスラ
イディングモード制御等がある。
【００２４】一方、粗動側アクチュエータと微動側アク
チュエータの各制御系としては、モデルアクチュエータ
Ｐｍの応答Ｙｍが目標軌道Ｙｍとして入力される。さら
に、粗動側アクチュエータには、モデル制御器Ｃｍの出
力Ｒｃが粗動制御器Ｃ２の出力に加算されて、アクチュ
エータＰ２の制御入力となる。このような構成により、
粗動側アクチュエータの制御器Ｃ２は、実際の粗動側ア
クチュエータＰ２と規範モデルとの誤差ｅ２と制御系に
加わる外乱ｄ２を吸収するように働く。しかし、粗動側
アクチュエータの制御系の帯域は、アクチュエータＰ２
の共振により広くすることができないので、完全にはモ
デル誤差ｅ２と外乱ｄ２を吸収することはてぎない。こ
のため、粗動側アクチュエータの制御系だけでは、規範
モデル系の目標軌道Ｙｍと先端位置Ｙの応答波形を一致
させることができない。
チュエータの各制御系としては、モデルアクチュエータ
Ｐｍの応答Ｙｍが目標軌道Ｙｍとして入力される。さら
に、粗動側アクチュエータには、モデル制御器Ｃｍの出
力Ｒｃが粗動制御器Ｃ２の出力に加算されて、アクチュ
エータＰ２の制御入力となる。このような構成により、
粗動側アクチュエータの制御器Ｃ２は、実際の粗動側ア
クチュエータＰ２と規範モデルとの誤差ｅ２と制御系に
加わる外乱ｄ２を吸収するように働く。しかし、粗動側
アクチュエータの制御系の帯域は、アクチュエータＰ２
の共振により広くすることができないので、完全にはモ
デル誤差ｅ２と外乱ｄ２を吸収することはてぎない。こ
のため、粗動側アクチュエータの制御系だけでは、規範
モデル系の目標軌道Ｙｍと先端位置Ｙの応答波形を一致
させることができない。
【００２５】そこで、本実施形態では、微動側アクチュ
エータの制御器Ｃ１により制御帯域の広い制御系を構成
し、目標軌道Ｙｍと先端位置Ｙとの誤差ｅ１を吸収する
ようにする。
エータの制御器Ｃ１により制御帯域の広い制御系を構成
し、目標軌道Ｙｍと先端位置Ｙとの誤差ｅ１を吸収する
ようにする。
【００２６】以上のように本実施形態によれば、粗動側
アクチュエータの制御系は、微動側アクチュエータのア
クチュエータＰ１のダイナミックレンジの範囲内に収ま
るだけの誤差を持って目標軌道Ｙｍに追従できれば、目
標軌道Ｙｍと先端位置Ｙの差を吸収するために微動側の
アクチュエータＰ１は大きく動く必要がなく、微動側の
アクチュエータＰ１の動きによって目標軌道Ｙｍと先端
位置Ｔとの誤差を吸収することができる。図２は本実施
形態の制御系の応答特性をシミュレーションによる結果
として示す。なお、規範モデル系のモデル制御器Ｃｍと
して、スライディングモード制御方法を採用している。
ここで、図２（Ａ）は粗動側アクチュエータの制御系の
応答特性を示し、同図（Ｂ）は微動側アクチュエータの
制御系の応答特性を示し、同図（Ｃ）は先端位置Ｙの応
答波形と規範モデルの出力Ｙｍを示す。
アクチュエータの制御系は、微動側アクチュエータのア
クチュエータＰ１のダイナミックレンジの範囲内に収ま
るだけの誤差を持って目標軌道Ｙｍに追従できれば、目
標軌道Ｙｍと先端位置Ｙの差を吸収するために微動側の
アクチュエータＰ１は大きく動く必要がなく、微動側の
アクチュエータＰ１の動きによって目標軌道Ｙｍと先端
位置Ｔとの誤差を吸収することができる。図２は本実施
形態の制御系の応答特性をシミュレーションによる結果
として示す。なお、規範モデル系のモデル制御器Ｃｍと
して、スライディングモード制御方法を採用している。
ここで、図２（Ａ）は粗動側アクチュエータの制御系の
応答特性を示し、同図（Ｂ）は微動側アクチュエータの
制御系の応答特性を示し、同図（Ｃ）は先端位置Ｙの応
答波形と規範モデルの出力Ｙｍを示す。
【００２７】図２（Ａ）に示すように、粗動側アクチュ
エータの制御帯域が低いため、モデル誤差ｅ２を完全に
吸収することができず、規範モデル系の出力Ｙｍと粗動
側の応答波形（アクチュエータＰ１の出力Ａｃ）に誤差
が発生している。ここで、微動側のアクチュエータの制
御系は、同図（Ｂ）に示すように動作し、その誤差ｅ１
を吸収する。従って、同図（Ｃ）に示すように、先端位
置Ｙと規範モデルの応答は一致することになる。このと
き、微動側のアクチュエータは十分小さい範囲でしか動
いていない。 （本実施形態の変形例）本実施形態の変形例として、粗
動側アクチュエータの応答波形のオーバーシュートとア
ンダーシュートが、微動側アクチュエータの可動範囲内
に納まるように粗動側アクチュエータの制御系を構成す
る方法でもよい。制御系の具体的設計方法については、
前述のように様々な方法がある。
エータの制御帯域が低いため、モデル誤差ｅ２を完全に
吸収することができず、規範モデル系の出力Ｙｍと粗動
側の応答波形（アクチュエータＰ１の出力Ａｃ）に誤差
が発生している。ここで、微動側のアクチュエータの制
御系は、同図（Ｂ）に示すように動作し、その誤差ｅ１
を吸収する。従って、同図（Ｃ）に示すように、先端位
置Ｙと規範モデルの応答は一致することになる。このと
き、微動側のアクチュエータは十分小さい範囲でしか動
いていない。 （本実施形態の変形例）本実施形態の変形例として、粗
動側アクチュエータの応答波形のオーバーシュートとア
ンダーシュートが、微動側アクチュエータの可動範囲内
に納まるように粗動側アクチュエータの制御系を構成す
る方法でもよい。制御系の具体的設計方法については、
前述のように様々な方法がある。
【００２８】この変形例では、先端位置を目標位置まで
移動させるときに、粗動側アクチュエータによる粗動の
位置と目標位置との誤差が、微動側アクチュエータの可
動範囲より大きいときは、微動側アクチュエータによる
制御は実行しない。そして、粗動側のアクチュエータの
位置と目標位置との誤差が微動側アクチュエータの可動
範囲よりも小さくなったときに、微動側アクチュエータ
の制御を開始する。
移動させるときに、粗動側アクチュエータによる粗動の
位置と目標位置との誤差が、微動側アクチュエータの可
動範囲より大きいときは、微動側アクチュエータによる
制御は実行しない。そして、粗動側のアクチュエータの
位置と目標位置との誤差が微動側アクチュエータの可動
範囲よりも小さくなったときに、微動側アクチュエータ
の制御を開始する。
【００２９】前述したように、微動側アクチュエータの
制御帯域は粗動側の制御帯域に対して高いので、微動側
のアクチュエータの動きにより先端位置はすばやく目標
位置に到達することができる。即ち、粗動側アクチュエ
ータのセトリングを待つことなく、先端位置のセトリン
グを完了させることができることになる。図３は、本変
形例の制御系の応答特性をシミュレーションによる結果
として示す。同図（Ａ）は先端位置の応答波形であり、
同図（Ｂ）は微動側アクチュエータの応答特性（動作）
である。図３から明白なように、微動側アクチュエータ
を大きく動かすことなく、先端位置を目標位置にすばや
く到達させることができていることが分かる。
制御帯域は粗動側の制御帯域に対して高いので、微動側
のアクチュエータの動きにより先端位置はすばやく目標
位置に到達することができる。即ち、粗動側アクチュエ
ータのセトリングを待つことなく、先端位置のセトリン
グを完了させることができることになる。図３は、本変
形例の制御系の応答特性をシミュレーションによる結果
として示す。同図（Ａ）は先端位置の応答波形であり、
同図（Ｂ）は微動側アクチュエータの応答特性（動作）
である。図３から明白なように、微動側アクチュエータ
を大きく動かすことなく、先端位置を目標位置にすばや
く到達させることができていることが分かる。
【００３０】以上のように本実施形態によれば、２自由
度機構を使用したシーク制御系において、粗動側アクチ
ュエータの制御系は、規範モデルと実際の制御対象との
誤差と制御系に加わる外乱を吸収するように作用する。
そして、粗動側のアクチュエータの制御系により吸収で
きない規範モデル出力との誤差を、制御帯域の高い微動
側アクチュエータの制御系により吸収する。この結果と
して、微動側アクチュエータ、大きく動かすことなく、
規範モデルの応答特性に一致する先端位置の応答波形を
得ることができる。従って、本実施形態を例えばＨＤＤ
を製造するためのサーボライタのシーク制御装置に適用
した場合に、サーボ情報をディスク上に書き込むための
ヘッドを目標位置（目標トラック）まで高速かつ高精度
に移動させることができる。なお、ＨＤＤの制御系で
は、シーク制御の後に、従来のように制御系を切替える
ことなく、ヘッドを目標位置にセトリングするための位
置制御（トラック追従制御）が実行される。
度機構を使用したシーク制御系において、粗動側アクチ
ュエータの制御系は、規範モデルと実際の制御対象との
誤差と制御系に加わる外乱を吸収するように作用する。
そして、粗動側のアクチュエータの制御系により吸収で
きない規範モデル出力との誤差を、制御帯域の高い微動
側アクチュエータの制御系により吸収する。この結果と
して、微動側アクチュエータ、大きく動かすことなく、
規範モデルの応答特性に一致する先端位置の応答波形を
得ることができる。従って、本実施形態を例えばＨＤＤ
を製造するためのサーボライタのシーク制御装置に適用
した場合に、サーボ情報をディスク上に書き込むための
ヘッドを目標位置（目標トラック）まで高速かつ高精度
に移動させることができる。なお、ＨＤＤの制御系で
は、シーク制御の後に、従来のように制御系を切替える
ことなく、ヘッドを目標位置にセトリングするための位
置制御（トラック追従制御）が実行される。
【００３１】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、２
自由度機構による高精度位置決め制御系において、粗動
側アクチュエータの制御系では吸収できない規範モデル
出力との誤差と制御系に加わる外乱を微動側の制御帯域
の広い制御系によって吸収することにより、微動側のア
クチュエータの可動範囲を越すことなく、先端位置を目
標とする位置に高速に移動させることが可能となる。従
って、２自由度機構を使用した位置決め制御系を、特に
ＨＤＤ自体やサーボライタ等のシーク制御、即ちヘッド
を目標位置まで移動制御するシステムに適用すれば、高
速かつ高精度のシーク制（送り制御または速度制御）を
実現することができる。
自由度機構による高精度位置決め制御系において、粗動
側アクチュエータの制御系では吸収できない規範モデル
出力との誤差と制御系に加わる外乱を微動側の制御帯域
の広い制御系によって吸収することにより、微動側のア
クチュエータの可動範囲を越すことなく、先端位置を目
標とする位置に高速に移動させることが可能となる。従
って、２自由度機構を使用した位置決め制御系を、特に
ＨＤＤ自体やサーボライタ等のシーク制御、即ちヘッド
を目標位置まで移動制御するシステムに適用すれば、高
速かつ高精度のシーク制（送り制御または速度制御）を
実現することができる。
【図１】本発明の実施形態に関係する位置決め制御シス
テムをシーク制御系に適用した構成を示すブロック図。
テムをシーク制御系に適用した構成を示すブロック図。
【図２】本実施形態に関係する粗動側アクチュエータ、
微動側アクチュエータ、および先端位置の各応答特性を
示す図。
微動側アクチュエータ、および先端位置の各応答特性を
示す図。
【図３】本実施形態の変形例に関係する先端位置と微動
側アクチュエータの応答特性を示す図。
側アクチュエータの応答特性を示す図。
【図４】本実施形態に関係する２自由度機構を使用した
制御系の原理を説明するためのブロック図。
制御系の原理を説明するためのブロック図。
【図５】本実施形態に関係する粗動側アクチュエータの
制御系のオープンループ特性を示す図。
制御系のオープンループ特性を示す図。
【図６】本実施形態に関係する微動側アクチュエータの
制御系のオープンループ特性を示す図。
制御系のオープンループ特性を示す図。
【図７】本実施形態に関係する粗動側アクチュエータ、
微動側アクチュエータ、および先端位置の各応答特性を
示す図。
微動側アクチュエータ、および先端位置の各応答特性を
示す図。
【図８】本実施形態に関係する２自由度機構を使用した
位置決め制御システムのモデルを示す概念図。
位置決め制御システムのモデルを示す概念図。
Ｐ１…微動側アクチュエータ Ｐ２…粗動側アクチュエータ Ｃ１…微動側制御器 Ｃ２…粗動側制御器 Ｃｍ…規範モデル系の制御器 Ｐｍ…規範モデル系のアクチュエータ
Claims (5)
- 【請求項１】 粗動側アクチュエータと微動側アクチュ
エータとを組み合わせた２自由度機構を使用し、目標位
置を入力とする所定の規範モデルの出力に追従させるよ
うに制御する位置決め制御システムであって、 前記規範モデルの出力を前記粗動側アクチュエータと前
記微動側アクチュエータの両方に入力する手段と、 シーク系において、前記粗動側アクチュエータで前記規
範モデルの出力に追従できない誤差分を、前記微動側ア
クチュエータにより吸収させるように制御する手段とを
具備したことを特徴とする位置決め制御システム。 - 【請求項２】 粗動側アクチュエータと微動側アクチュ
エータとを組み合わせた２自由度機構を使用し、目標位
置を入力とする所定の規範モデルの出力に追従させるよ
うに制御する位置決め制御システムであって、 前記規範モデルの出力を前記粗動側アクチュエータと前
記微動側アクチュエータの両方に入力する手段と、 前記粗動側アクチュエータの現在位置と前記規範モデル
の出力との誤差を前記粗動側アクチュエータの制御系に
入力する手段と、 前記微動側アクチュエータと前記粗動側アクチュエータ
とにより調整された現在位置と前記規範モデルの出力と
の誤差を微動側アクチュエータの制御系に入力する手段
とを具備し、 相対的に制御帯域の広い前記微動側アクチュエータによ
り、現在位置と前記規範モデルの出力との誤差を吸収さ
せるように構成されたことを特徴とする位置決め制御シ
ステム。 - 【請求項３】 粗動側アクチュエータと微動側アクチュ
エータとを組み合わせた２自由度機構を使用し、目標位
置を入力とする所定の規範モデルの出力に追従させるよ
うに制御する位置決め制御システムを適用するディスク
記録再生装置のシーク制御装置であって、 前記粗動側アクチュエータに相当し、モータの駆動力に
よりヘッドを目標位置まで移動させるためのヘッドアク
チュエータと、 前記微動側アクチュエータに相当し、前記ヘッドアクチ
ュエータを微動させる駆動手段と、 前記ヘッドの目標位置を前記ヘッドアクチュエータの制
御手段と前記駆動手段の制御手段の両方に入力させる手
段と、 前記駆動手段と前記ヘッドアクチュエータとにより調整
された前記ヘッドの現在位置と前記目標位置との誤差を
前記駆動手段の制御手段に入力する手段とを具備し、 相対的に制御帯域の広い前記駆動手段により、前記ヘッ
ドの現在位置と目標位置との誤差を吸収させるように構
成されたことを特徴とするシーク制御装置。 - 【請求項４】 粗動側アクチュエータと微動側アクチュ
エータとを組み合わせた２自由度機構を使用し、目標位
置を入力とする所定の規範モデルの出力に追従させるよ
うに制御する位置決め制御システムであって、 前記規範モデルの出力を前記粗動側アクチュエータと前
記微動側アクチュエータの両方に入力する手段と、 前記規範モデルに与える制御入力を前記粗動側アクチュ
エータの制御入力に加える制御系とを具備したことを特
徴とする位置決め制御システム。 - 【請求項５】 前記規範モデルの出力と前記粗動側アク
チュエータの現在位置との誤差が、前記微動側アクチュ
エータの可動範囲に収まっていることを特徴とする請求
項４記載の位置決め制御システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6137396A JPH09251739A (ja) | 1996-03-18 | 1996-03-18 | 位置決め制御システム及びそのシステムを適用するシーク制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6137396A JPH09251739A (ja) | 1996-03-18 | 1996-03-18 | 位置決め制御システム及びそのシステムを適用するシーク制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09251739A true JPH09251739A (ja) | 1997-09-22 |
Family
ID=13169321
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6137396A Pending JPH09251739A (ja) | 1996-03-18 | 1996-03-18 | 位置決め制御システム及びそのシステムを適用するシーク制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09251739A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20000062851A (ko) * | 1999-03-18 | 2000-10-25 | 포만 제프리 엘 | 모드 소거 액추에이터를 구비한 디스크 드라이브 |
| WO2001006513A1 (fr) * | 1999-07-21 | 2001-01-25 | Fujitsu Limited | Actionneur de tete |
| US6760180B2 (en) | 2001-04-10 | 2004-07-06 | Fujitsu Limited | Servo track writer and driving method therefor |
-
1996
- 1996-03-18 JP JP6137396A patent/JPH09251739A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20000062851A (ko) * | 1999-03-18 | 2000-10-25 | 포만 제프리 엘 | 모드 소거 액추에이터를 구비한 디스크 드라이브 |
| WO2001006513A1 (fr) * | 1999-07-21 | 2001-01-25 | Fujitsu Limited | Actionneur de tete |
| US7154702B2 (en) | 1999-07-21 | 2006-12-26 | Fujitsu Limited | Head actuator |
| US6760180B2 (en) | 2001-04-10 | 2004-07-06 | Fujitsu Limited | Servo track writer and driving method therefor |
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