JPH11297012A

JPH11297012A - ディスク装置

Info

Publication number: JPH11297012A
Application number: JP10093028A
Authority: JP
Inventors: Hiroji Ishikawa; 洋児石川
Original assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1998-04-06
Filing date: 1998-04-06
Publication date: 1999-10-29

Abstract

(57)【要約】【課題】非干渉化で制御演算量を抑え、初期化時の不具
合等を解消し、高速かつ安定したシーク・セトリングを
実現する。【解決手段】ディスク装置の制御動作を行うＤＳＰ１０
０は、前処理部１０１ａ、加速度外乱補償部１０１ｂを
備える粗動用レギュレータ１０１と、前処理部１０２
ａ、低域強調部１０２ｂを備える精動用レギュレータ１
０２と、非干渉化を行う非干渉化部１０３と、粗動モー
ターの位置、速度、精動モーターの位置、速度を少なく
とも推定するオブザーバ１０４と、位相空間上の状態軌
跡を拘束面に拘束するフィードバック係数を記憶する係
数テーブル１０５ａ、１０５ｂと、所定タイミングで割
り込み信号を出力するタイマー部１０７とを有してい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＣＤ、ＭＯ、ＤＶ
Ｄ、ＦＤ、ＨＤ等のディスクからの情報の読み出しまた
は書き込を行うためのピックアップ部を、粗動モーター
や精動モーターを用いてディスクの半径方向に移動制御
する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】実用途において、有界の制御入力で可能
な限り高速かつ定常偏差の少ない位置決め制御を行いた
いという要求は非常に多い。しかし、目標軌道を時間関
数として与える制御手法では、モデル化誤差や予想外の
大きな外乱により、オーバーシュート、ワインドアッ
プ、さらには回復不能な暴走に陥ることもあり得る。そ
こで、実際には、目標位置までの偏差に応じて初めは速
度制御を行い、次に目標位置の極く近傍に到達したら位
置制御へ制御則を切り換えるモード切り換え型の制御則
を採用することが多い。例えば、磁気ディスク装置や光
ディスク装置では、シーク、セトリング、フォロイング
の各モードで異なる補償器を切り換えて使用するものが
一般的である。

【０００３】また、スライディングモード制御の基本的
特徴の１つとして、位相空間上で状態の軌跡を、ある滑
り多様体（Sliding manifold：スライディングマニホー
ルド）と呼ばれる超平面上に拘束することで、間接的に
出力を目標値へ収束させるという点がある。この制御手
法によれば、滑り多様体の設計によっては極めて理にか
なったロバストな制御系を実現可能とする。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この補
償器の切り換え制御手法にあっては、制御則の切り換え
時に、初期化を適切に行わなければパルス性の過渡応答
が生じたり、切り換え点をいずれの位置に設定しようと
も、制御則の切り換えの前後で互いの制御則では要求す
る特性が得られないということもあり、さらには、オー
バーシュートや暴走を招きかねない。一般に適切な初期
化を行うことは難しく、また、一般的に知られている離
散モデルに基づくＩＤシステム等の非干渉化方法は複雑
で演算量が多いという問題があった。

【０００５】また、光ディスクシーク時に、ピックアッ
プ部が偏心運動をしないまま目標トラックに接近する
と、目標トラックに到達できなかったり、相対速度が速
すぎてオーバーシュートしてしまう問題があり、これに
対処するために、精動モーターを目標トラックに収束す
るように制御しつつ、粗動モーターと精動モーターとの
相対位置を狭めるよう粗動モーターを制御するという手
法を用いていたが、この方法で高速なシーク動作は難し
かった。

【０００６】さらに、従来の単純なモーター速度制御で
は、大きな偏心に対する漸近収束が難しく、制御器の切
り換えに伴い過渡振動が発生してしまうという問題もあ
った。

【０００７】本発明は、このような従来の課題を解決す
るためになされたもので、その目的は、非干渉化を可能
とすると共に制御演算量を抑え、初期化時の不具合等を
解消したディスク装置を提供することにある。

【０００８】また、本発明の他の目的は、高速なシーク
動作を行うディスク装置を提供することにある。さら
に、本発明の他の目的は、特に減速領域での制御に工夫
をして、目標速度軌道からのずれの少ない滑らかな収束
特性とロバスト安定な制御特性を与えるディスク装置を
提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決し本
発明の目的を達成するため、請求項１に係る発明は、円
盤状記憶媒体からの情報を読み出しまたは円盤状記憶媒
体への情報の書き込を行うためのピックアップ部を粗く
移動させる粗動モーターと細かく移動させるための精動
モーターとを用いて、前記ピックアップ部を前記円盤状
記憶媒体の半径方向に移動制御する装置であって、前記
粗動モーターを制御する粗動レギュレータと前記精動モ
ーターを制御する精動レギュレータとを設けたレギュレ
ータ部と、前記粗動モーターの位置、速度、および、前
記精動モーターの位置、速度を少なくとも推定して前記
レギュレータ部に推定値を供給するオブザーバと、を独
立動作可能に備えたことを特徴とするディスク装置であ
る。ここで、ピックアップは、光ディスクや磁気ディス
クにデータ記録や読み出しを行うピックアップ機能を有
するものである。

【００１０】この発明によれば、例えば、初めはオブザ
ーバのみを起動させておいて、オブザーバによる推定値
が収束してからレギュレータ部による制御を開始させる
ことができるので、制御装置内部の状態初期化が容易に
なり初期化時の不具合を解消することができる。

【００１１】また、請求項２に係る発明は、請求項１に
おいて、前記粗動モーターの操作量は粗動モーターの位
置、速度の制御量にのみ影響を与えるようにすると共
に、前記精動モーターの操作量は精動モーターの位置、
速度の制御量にのみ影響を与えるようにする非干渉化部
を備えたことを特徴とする。

【００１２】実際の制御器の多くは制御器の入出力信号
が一定のサンプル周期ごとにしか更新されない、デジタ
ル制御であるため、この発明によれば、非干渉化部によ
って、いわゆる非干渉化が行われるので、各モーターに
対する制御装置の構成が簡単になり、制御器の設計が容
易で、演算量も低減される。また、加速度外乱に対する
補償入力は、非干渉化しない場合は粗動モーター、精動
モーター双方に入力しなければならないが、非干渉化シ
ステムでは粗動モーターのみでよい。

【００１３】また、請求項３に係る発明は、請求項２に
おいて、前記非干渉化部は、前記粗動モーターの位置、
前記精動モーターの相対位置をｙ_C、ｙ_F、前記粗動モ
ーター、前記精動モーターに対する操作量をｕ_C、ｕ_F
とし、状態変数ｘを以下の式（１）としたときの状態方
程式（式（２））に対し、式３または式３’なる操作量
ｕ、

【００１４】

【数４】

【００１５】

【数５】

【００１６】

【数６】

【００１７】を与えることを特徴とする。この発明によ
れば、ＤＶＤドライブ装置の非干渉化が容易に実現可能
になる。なお、実際の制御器のほとんどが、その入出力
信号が一定のサンプル周期ごとにしか更新されないデジ
タル制御であるため、連続時間関数の式（３）は実現で
きなくなるが、このときには式（３’）の近似で十分実
用的な非干渉化が行える。また、式（３’）における
（ｋ）は、離散時間ｋにおけるサンプル値であることを
示す。

【００１８】さらに、請求項４に係る発明は、請求項
１、２および３のいずれかにおいて、前記オブザーバ
は、前記円盤状記憶媒体の偏心をモデル化せず、偏心成
分の多くを精動モーターの推定位置の誤差として転嫁さ
れるように、位置、速度の推定を行うことを特徴とす
る。

【００１９】この発明によれば、演算量が低減される。
例えば、次の請求項５に係る発明のレギュレータが適用
されると、セトリング時に発生しやすい偏心に起因する
オーバーシュートや逆行を容易に防止できるため、アク
セス速度が増すと共に、フォロイング時には、偏心運動
に対して粗動モーターはほとんど追従せず、精動モータ
ーが追従するため、エネルギー効率が良く振動が少なく
なる。

【００２０】また、請求項５に係る発明は、請求項１、
２、３および４のいずれかにおいて、前記精動レギュレ
ータは、シーク時には、前記精動モータの推定位置が所
定の値になり、フォロイング時には、与えられる目標ト
ラックと前記ピックアップ部との相対誤差がゼロになる
ように前記精動モーターの位置を制御することを特徴と
する。

【００２１】この発明によれば、精動モーターが、シー
ク時にその推定位置がゼロ近傍になるように制御される
と、結果として偏心と略同様な動きをして、その結果、
目標トラックに接近する際に相対速度は十分に抑制され
て、シークからセトリング、フォロイングへの移行が円
滑になる。

【００２２】さらに、請求項１、２、３、４および５の
いずれかにおいて、前記粗動レギュレータおよび前記精
動レギュレータのうちの少なくとも一方は、位相空間上
の状態の軌跡を定速領域、減速領域、収束領域を有す
る、拘束面に拘束するように操作量を求めることを特徴
とする発明が考えられ、この発明によれば、定速領域で
は通常の速度制御に相当する特性、収束領域では通常の
位置制御に相当する特性、減速領域は、速度制御から位
置制御へ徐々にその制御特性を変えていくため、各領域
において最適な制御が行われる、また、この発明におい
て、前記拘束面の減速領域を複数の直線で近似してお
き、前記粗動レギュレータおよび前記精動レギュレータ
のうちの少なくとも一方は、この減速領域において直線
近似されたものに拘束するように操作量を与えることを
特徴とする発明も考えられ、この発明によれば、減速領
域の拘束面を複数の直線で近似することによって、簡単
な構成で減速制御を行うことができる。

【００２３】さらに、請求項６に係る発明は、円盤状記
憶媒体からの情報を読み出しまたは円盤状記憶媒体への
情報の書き込を行うためのピックアップ部を移動させる
モーターを用いて、前記ピックアップ部を前記円盤状記
憶媒体の半径方向に移動制御する装置であって、前記モ
ーターを制御するレギュレータを備え、前記レギュレー
タは、位相空間上の状態の軌跡を定速領域、減速領域、
収束領域を有する、拘束面に拘束するように操作量を与
えることを特徴とするディスク装置である。

【００２４】この発明によれば、モーターをピックアッ
プ部の移動制御用アクチュエータとして用いた場合、定
速領域では通常の速度制御に相当する特性、収束領域で
は通常の位置制御に相当する特性、減速領域は、速度制
御から位置制御へ徐々にその制御特性を変えていくた
め、各領域において最適な制御が行われる。

【００２５】さらに、請求項７に係る発明は、請求項６
において、前記拘束面の減速領域を複数の直線で近似し
ておき、前記レギュレータは、この減速領域において直
線近似されたものに拘束するように操作量を与えること
を特徴とするディスク装置である。

【００２６】この発明によれば、減速領域の拘束面を複
数の直線で近似することによって、簡単な構成で減速制
御を行うことができる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しつつ説明する。図１は制御ブロック線図であ
り、図２は制御対象を模式的に説明した説明図である。

【００２８】図２に示すように、スピンドルモーター３
０によって光ディスク２０が回転駆動される。レーザ・
フォトダイオード３４のレーザにより発光された光は光
学系３１を介して光ディスク２０のあるトラックに対し
て照射され、その反射光は光学系３１を介してレーザ・
フォトダイオード３４のフォトダイオードによって受光
され、この受光強度に基づいて、光ディスク２０に記憶
されている情報が再生可能となっている。また、光学系
を上下方向に移動させて合焦動作を行うためのアクチュ
エータであるフォーカスモーター３５と、光学系３１を
光ディスク２０の半径方向に細かく移動制御するための
アクチュエータである精動モーター３２と、光学系３
１、精動モーター３２、レーザ・フォトダイオード３
４、およびフォーカスモーター３５全体を光ディスク２
０の半径方向に粗く移動制御するためのアクチュエータ
である粗動モーター３３とを備えている。

【００２９】そして、粗動モーター３３の位置、精動モ
ーター３２の相対位置を「ｙ_C、ｙ _F」、光ディスク２
０の偏心量を「ｄ」、目標トラック（ターゲットトラッ
ク）の位置を「ｒ」、目標トラックと実際のピックアッ
プ（焦点）位置との誤差を「ｅ」としている。

【００３０】さて、図１は、このようなパラメータを用
いた本発明に係る装置の制御ブロック線図を示してい
る。その制御概要を説明すると、粗動モーター、精動モ
ーターの操作量ｕ_C、ｕ_Fは夫々、１０ｂｉｔＰＷＭ７
によってパルス幅変調されると共に、８ｂｉｔＤ／Ａ８
によってデジタルアナログ変換される。パルス幅変調結
果はＨブリッジＭＯＳ９に供給され、ＨブリッジＭＯＳ
９からの出力はモーターシステム１１の粗動モーターに
供給される。一方、デジタルアナログ変換結果は電流ア
ンプ１０で電流増幅されてモーターシステム１１の精動
モーターに供給される。

【００３１】モーターシステム１１では、加速度外乱ｇ
が外部入力され、出力されるｙ_C、ｙ_Fは加算されると
共に偏心分ｄが減算されて「ｙ_C＋ｙ_F−ｄ」なる値に
応じて発生するトラックエラー信号が８ｂｉｔＡ／Ｄ、
カウンタ１２でアナログデジタル変換されると共に、そ
の２値化で得られるパルスがカウンタによって計数され
て光学系３１の相対位置（ｙ）がオブザーバ１３に供給
される。オブザーバ１３は、粗動モーターの位置、速
度、精動モーターの位置、速度、および外乱の値を推定
出力する。以下、記号ハットは推定値、添字「_C」は粗
動モータに関するもの、添字「_F」は粗動モータに関す
るものを表す。

【００３２】また、スイッチ（ＳＷ）１には、精動モー
ターの位置推定値（）、精動モーターの速度推定値
（）、相対位置から目標位置を減じた誤差である
「ｅ」そのままのもの（）、および、「ｅ」が例えば
「（ｅ（ｋ）−ｅ（ｋ−１））／Ｔ _S：但し、ｋは離散
時刻を示すパラメータ、Ｔ_Sはサンプリング周期」なる
式によって差分処理されたもの（）とがスイッチ（Ｓ
Ｗ）１に入力されていて、シーク時には、、が出力
され、一方、フォロイング時には、が出力される。

【００３３】粗動モーター用のスライディングモードレ
ギュレータ（Coarse SMR) ２は、粗動モーターの速度推
定値と、粗動モーターの位置推定値から目標位置ｒを減
算したものとを入力して、粗動モーターの操作量（ｕ’
_C）を出力する。この際、加速度外乱に所定の係数４
（ｋ）を乗じたものを加算するようにして、加速度外乱
の影響を相殺している。一方、精動モーター用のスライ
ディングモードレギュレータ（Fine SMR) ３は、上述し
た「、」の組、または、「、」の組のデータを
入力して、出力をブーストフィルタ５で低域強調したも
のを精動モーターの操作量（ｕ’_F）として出力する。
そして、デカップラー（Decoupler)６は、非干渉系とし
て求めた操作量ｕ’_C、ｕ’_Fから、実際に印加する干
渉系としての操作量ｕ_C、ｕ_Fを求め、夫々を１０ｂｉ
ｔＰＷＭ７、８ｂｉｔＤ／Ａ８に出力する。

【００３４】この制御ブロック線図によれば、初めはオ
ブザーバのみを起動させておいて、オブザーバによる推
定値が収束してからスライディングモードレギュレータ
による制御を開始させることができるので、制御装置内
部の状態初期化が容易になり初期化時の不具合を解消す
ることが可能になる。

【００３５】次に、このような制御動作を実際に行うた
めのハードウエアブロック構成図とその動作を説明する
フローチャートとを用いて実際の制御動作を説明する。
図３に示すように、この装置には上位ＣＰＵ１６０か
ら、目標トラック（ｒ）の情報がＤＳＰ（デジタルシグ
ナルプロセッサー）１００に供給されるようになってい
る。図示しない記憶部に記憶されているプログラムにし
たがって動作を行うＤＳＰ１００が出力した操作量
ｕ_C、ｕ_Fの夫々は、粗動モータードライバ１１０、精
動モータードライバ１１１に供給される。粗動モーター
ドライバ１１０、精動モータードライバ１１１の夫々
は、供給された操作量ｕ_C、ｕ_Fに応じて粗動モーター
１２０、精動モーター１３０を駆動して、光学系１４０
の位置や速度の制御を行う。一方、光学系１４０から得
られるトラック信号は、Ａ／Ｄ、カウンタ１５０によっ
てアナログデジタル変換した値と、２値化して得られる
パルスを計数した値に変換され相対位置（ｙ）の情報と
してＤＳＰ１００に供給される。

【００３６】図４は、このＤＳＰ１００を機能ブロック
で示した構成図である。ＤＳＰ１００は、前処理部１０
１ａ、および加速度外乱補償部１０１ｂを備える粗動用
レギュレータ１０１と、前処理部１０２ａ、および低域
強調部１０２ｂを備える精動用レギュレータ１０２と、
非干渉化を行う非干渉化部１０３と、粗動モーターの位
置、速度、精動モーターの位置、速度を少なくとも推定
するオブザーバ１０４と、係数テーブル１０５ａ、１０
５ｂと、所定タイミングで割り込み信号を出力するタイ
マー部１０７とを有している。

【００３７】以下、まず、主要な構成要素の構成や動作
について説明し、その後フローチャートを用いて装置全
体の制御動作について説明する。非干渉化部１０３は、
粗動モーター１２０の操作量は粗動モーター１２０の位
置、速度の制御量にのみ影響を与えるようにすると共
に、精動モーター１３０の操作量は精動モーター１３０
の位置、速度の制御量にのみ影響を与えるようにする。

【００３８】この具体例をＤＶＤドライブ装置を例にと
り説明する。まず、粗動モーター１２０の位置、精動モ
ーター１３０の相対位置をｙ_C、ｙ_F、粗動モーター１
２０の絶対位置（レーザ焦点距離）をｙ、粗動モーター
１２０、精動モーター１３０の入力電圧をｕ_C、ｕ_F、
コイル電流をｉ_C、ｉ_Fとすると、運動方程式は、以下
の式（４）となる。

【００３９】

【数７】

【００４０】ここで、Ｍは質量、Ｄはダンピング定数、
Ｋはスチフネス、Ｐは力−電流定数、Ｎは逆起電力、Ｒ
はコイル抵抗であり、添字Ｃ、Ｆは夫々粗動モーター、
精動モーターに関するものを示す。

【００４１】これを粗動モーター１２０の位置、速度、
精動モーター１３０の位置、速度を状態変数とする状態
方程式に書き直すと以下の式（５）のようになる。

【００４２】

【数８】

【００４３】ここで、Ｖ、Ｗを次式（６）のようにす
る。

【００４４】

【数９】

【００４５】そして、ｕ＝Ｖｕ’−Ｗｘ、なるｕを与え
るようにすると、状態方程式は次式（７）のようにな
る。

【００４６】

【数１０】

【００４７】結局、この式は次式（８）のように分解で
きる。

【００４８】

【数１１】

【００４９】厳密には通常の離散系の制御器では連続時
間関数ｘを含む、式（３）は実現できないが、その代わ
りに、式（３’）（ｋは離散系の時刻）なるｕを与える
と、厳密な離散系モデルに基づく式より単純でかつ実用
上十分な非干渉化が行えるため、ＤＶＤドライブ装置に
おいて、粗動モーター１２０の操作量は粗動モーターの
位置、速度の制御量にのみ影響を与えるようになると共
に、精動モーター１３０の操作量は精動モーターの位
置、速度の制御量にのみ影響を与えるようになる。この
非干渉化により次数も少なくなるので各モーターに対す
る制御器の簡素化が実現できる。また、式（３）または
式（３’）のＷｘの項が相殺される干渉成分は実際には
無視できる程度小さいことが多く、その場合はＷｘの項
の省略が可能である。

【００５０】次に、オブザーバ１０４は、相対位置ｙを
入力して、粗動モーター１２０の位置、速度、および精
動モーター１３０の位置、速度を少なくとも推定する。
この推定は定常型カルマンフィルタ等の公知のものを用
いれば行うことが可能で、離散時間を表すパラメータを
ｋ、相対位置をｙ、操作量をｕ、推定すべき変数をｘと
すると、例えば、以下の式（９）によって推定するよう
にすればよい。

【００５１】

【数１２】

【００５２】なお、レギュレータ１０４は、光ディスク
２０やスピンドルモーター３０系に含まれる偏心（ｄ）
をモデル化しないで、位置、速度を推定するようになっ
ており、このため、推定演算量が低減され。また、精動
モーター１３０の推定位置が偏心成分の多くを含むよう
にしておけばよく、このためには、適切な重み付けをす
るために式（９）の定数を適切に定めておけばよい。

【００５３】次に、係数テーブル１０５ａ、１０５ｂに
ついて説明する。ところで、本発明に係る装置において
は、粗動用レギュレータ１０１、精動用レギュレータ１
０２を定速領域、減速領域、収束領域を有する、拘束面
に拘束されて非干渉化部に与える操作量を求めるように
している。

【００５４】図５は、この拘束面の一例を示したもの
で、横軸は目標位置までの偏差（ｅ）、縦軸は速度であ
る。この拘束面によれば、定速領域（ｅ＜−ｅ
₂（Ｓ_3-）、ｅ＞ｅ₂（Ｓ₃₊））では最大加速度で最高
速度（ｖ_max）に到達し、減速領域（−ｅ₂≦ｅ＜−ｅ
₁（Ｓ_2-）、ｅ₁＜ｅ≦ｅ₂（Ｓ₂₊））では、想定外乱
の存在下で操作量が飽和しない範囲のある加速度ａで減
速し、収束領域（−ｅ₁＜ｅ＜ｅ ₁（Ｓ₁））ではオー
バーシュートなしに安定に収束されるべく、高域のモー
ドを励起しないよう徐々に減速させる。

【００５５】これを定式化すると、例えば、次式（１
０）のような拘束面が提供される。

【００５６】

【数１３】

【００５７】このような拘束面を用いれば、例えば、定
速領域では通常の速度制御に相当する特性、収束領域で
は通常の位置制御に相当する特性、減速領域は、速度制
御から位置制御へ徐々にその制御特性を変えていくこと
ができるため、各領域において最適な制御が行われるこ
とになる。

【００５８】さて、実際には、減速領域では、複雑な計
算を行う必要があるため、この減速領域を複数の区間で
直線近似することが提案される。図６に示す一例は、減
速領域「−ｅ₂≦ｅ＜−ｅ₁（Ｓ_2-）」、「ｅ₁＜ｅ≦
ｅ₂（Ｓ₂₊）」の夫々を３つの直線「ｌ１、ｌ２、ｌ
３」、「ｌ４、ｌ５、ｌ６」で直線近似している。具体
的には、減速領域での各直線に対して、ｈ_e、ｈ_v、ｈ
_cの組を係数テーブル１０５ａ、１０５ｂに記憶してお
くと共に、定速領域（Ｓ_3-、Ｓ₃₊）では、ｈ_e＝０とし
たｈ_e、ｈ_v、ｈ_cの組を、収束領域（Ｓ₁）では、ｈ
_c＝０としたｈ_e、ｈ_v、ｈ_cの組を係数テーブル１０
５ａ、１０５ｂに記憶しておき、この係数の組を用いて
「ｕ（ｋ）＝ｈ_eｅ（ｋ）＋ｈ_vｖ（ｋ）＋ｈ_c」なる
式で操作量を求めるようにしておく。

【００５９】なお、精動用レギュレータ１０２におい
て、シーク時とフォロイング時とで係数の組を同じくし
ても異なるようにしても良い。図７は、このような係数
を格納した係数テーブル１０５ａ、１０５ｂの一例を示
していて、図示したものは直線ｌ１、ｌ２、…に対し
て、係数「ｈ_e1、ｈ_v1、ｈ_c1」、「ｈ_e2、ｈ_v2、
ｈ_c2」、…が対応付けて記憶されていると共に、定速領
域Ｓ_3-、Ｓ₃₊では「０、ｈ_vS3-、ｈ_cS3-」、「０、ｈ
_vS3+、ｈ_cS3+」が記憶され、収束領域（Ｓ₁）では「ｈ
_eS1、ｈ_vS1、０」が記憶されている様子を示してい
る。例えば、ｅの値が直線ｌ１で示す領域のものであれ
ば、レギュレータは係数「ｈ_e1、ｈ_v1、ｈ_c1」を選択す
る。このように、すべり多様体の減速領域の減速特性を
複数の直線で近似すれば簡単な構成で減速制御を行うこ
とができる。

【００６０】次に、粗動用レギュレータ１０１の前処理
部１０１ａは、粗動モーター１２０の速度推定値をその
まま入力すると共に、粗動モーター１２０の位置推定値
から目標トラック（ｒ）を減算した値を入力する。さら
に、精動用レギュレータ１０２の前処理部１０２ａは、
シーク時には、精動モーター１３０の位置推定値、速度
推定値をそのまま入力して出力し、一方、フォロイング
時には、相対位置ｙから目標トラックｒを減算した値
（ｅ）とこのｅを差分部１０６によって差分処理したも
のを入力して出力する。ここで、差分部１０６が行う差
分処理としては、例えば、「（ｅ（ｋ）−ｅ（ｋ−
１））／Ｔ_S、但し、ｋは時間を示すパラメータ、Ｔ_S
はサンプリング周期」なる近似微分演算を行うものが挙
げられる。

【００６１】これによれば、シーク時には、精動モータ
ー１３０の推定位置がゼロ近傍になるように制御される
が、推定位置は偏心成分を多く含むため、精動モーター
１３０の可動範囲の中央を中心にトラックの偏心ｄと同
じ正弦波運動をするので、偏心に関わらず、略一定して
十分小さい相対速度で目標トラックに漸近し、セトリン
グを容易にする。また、フォロイング時には、目標トラ
ックとの精動モーターの位置との相対誤差がゼロになる
ように制御することができ、目標トラック中心に収束さ
れる。

【００６２】さて、図８のフローチャートを参照して装
置の制御動作について説明する。まず、ステップＳ８０
０において、ＤＳＰ１００は初期化を行う。初期化とし
ては、例えばオブザーバ１０４の状態推定値の初期設定
や低域強調部１０２ｂの内部状態をクリアすることが挙
げられる。

【００６３】次に、ステップＳ８０２において、タイマ
ー部１０７が割り込み信号を出力した場合（Ｙｅｓ）に
はステップＳ８０４に進み、一方、これ以外の場合に
は、ステップＳ８０２で待機状態となる。

【００６４】次に、ステップＳ８０４において、Ｄ／
Ａ、カウンタ１５０の値から相対位置ｙを合成する。次
に、ステップＳ８０６において、オブザーバ１０４が、
前述したようにして、相対位置ｙ、操作量ｕ_C、ｕ_Fに
基づいて、粗動モーター１２０の位置、速度、精動モー
ター１３０の位置、速度を推定して必要箇所に供給す
る。なお、図示していないが加速度外乱の推定値も出力
可能に構成されていて、このような加速度外乱の推定は
公知のアルゴリズムを用いて実現可能である。

【００６５】次に、粗動用レギュレータ１０１および精
動用レギュレータ１０２の制御動作が並列に開始される
が、まず、粗動用レギュレータ１０１の制御動作につい
て説明する。

【００６６】ステップＳ８１０において、前処理部１０
１ａは、粗動モーター１２０の位置推定値から目標トラ
ックｒを減じて偏差検出（ｅ）を行い、次いで、ステッ
プＳ８１２において、粗動レギュレータ１０１は、係数
テーブル１０５ａから係数の組「ｈ_e、ｈ_v、ｈ_c」を
選択する。

【００６７】ステップＳ８１４では、粗動用レギュレー
タ１０１は、操作量ｕ_C’’を「ｕ _C’’＝ｈ_eｅ＋ｈ
_vｖ＋ｈ_c」なる式で求めて、さらに、ステップＳ８１
６において、加速度外乱補償部１０１ｂは、オブザーバ
１０４で推定された加速度外乱の推定値に定数ｋを乗じ
たものをｕ_C’’から減算して操作量ｕ_C’を求める。

【００６８】一方、精動用レギュレータ１０は以下の処
理を行う。前処理部１０２ａは、シーク時には、精動モ
ーター１３０の位置推定値、および速度推定値の第１の
組を選択出力し、一方、フォロイング時には、相対位置
ｙから目標トラックｒを減じたもの（ｅ）、および差分
部１０６によってこのｅの差分を取ったものの第２の組
を選択出力する。なお、前処理部１０２ａは、例えばｅ
の絶対値が所定値ｅ₀より小さな場合のみにフォロイン
グ時と判断して処理を行うようにすればよい。

【００６９】次に、ステップＳ８２０では、第１の組が
選択された場合においては、位置推定値を図６の横軸の
値ｅとして、図７の係数テーブル１０５ｂから係数を選
択し、また、第２の組が選択された場合においては、ｅ
を図６の横軸の値ｅとして、図７の係数テーブル１０５
ｂから係数を選択する。

【００７０】ステップＳ８２２では、精動用レギュレー
タ１０２は、操作量ｕ_F’’を「ｕ _F’’＝ｈ_eｅ＋ｈ
_vｖ＋ｈ_c」なる式で求めて、さらに、ステップＳ８２
４において、低域強調部１０２ｂによってｕ_F’’の低
域を強調して操作量ｕ_F’を求める。

【００７１】そして、ステップＳ８２６において、非干
渉部１０３は、ｕ_C’、ｕ_F’を用いて、前述したよう
な非干渉化を行ってｕ_C、ｕ_Fを求めて、ステップＳ８
２８では、ｕ_C、ｕ_Fの夫々が、粗動モータードライバ
１１０、精動モータードライバ１１１に出力される。以
上のような制御動作が制御終了指令が与えられるまで行
われる（ステップＳ８３０）。以上のようにして制御動
作が行われることによって拘束面を用いた制御が行わ
れ、目標トラックへの収束の高速化、オーバーシュー
ト、振動の抑制も実現可能である。

【００７２】以上説明してきたように、本発明の実施の
形態によれば、非干渉化や偏心モデルを考慮しないこ
と、拘束面を区分的に直線近似すること等により演算処
理量が大幅に低減されるため、例えば２０〜４０ＭＩＰ
Ｓ程度の能力を有する１６ビットＤＳＰで制御部を実現
することが可能となる。また、本発明はピックアップ部
を粗動モーターと精動モーターとを用いて、平面視円盤
状の記憶媒体の半径方向にピックアップ部を移動制御す
る装置に適用可能であり、その適用対象は光ディスクに
限定されない。

【００７３】また、レギュレータが定速領域、減速領
域、収束領域を有する拘束面に拘束するように操作量を
求めることや、減速領域を複数の直線で近似してこの直
線近似されたものに拘束するように操作量を求めること
は、例えば１つのモーターを用いてピックアップ部を移
動制御する磁気ディスク装置にも適用可能である。

【００７４】次に、この実施の形態について説明する。
図９はこの実施の形態に係る磁気ディスクのヘッド位置
決め制御系の制御ブロック図である。図９に示すよう
に、この装置には図示しない上位ＣＰＵから、目標トラ
ック（ｒ）の情報がＤＳＰ２００に供給されるようにな
っている。図示しない記憶部に記憶されているプログラ
ムにしたがって動作を行うＤＳＰ２００が出力した操作
量ｕは、Ｄ／Ａ変換器２０３によってデジタルアナログ
変換されてこのアナログ信号がモータードライバ２０４
に供給される。

【００７５】モータードライバ２０４は、供給された操
作量に応じてヘッド駆動モーター２０５を駆動する。磁
気センサ２０６はヘッド（ピックアップ部）のディスク
上の位置に応じてトラック信号を出力し、この出力され
たトラック信号は、Ａ／Ｄ変換器、カウンタ２０７によ
ってアナログデジタル変換した値と、２値化して得られ
るパルスを計数した値に変換され相対位置（ｙ）の情報
としてＤＳＰ２００に供給される。

【００７６】さらに、ＤＳＰ２００内において、相対位
置（ｙ）から目標トラック（ｒ）を減じた偏差ｅを得
て、この偏差ｅは、スライディングモードレギュレータ
２０２に供給されると共に、差分部２０１が誤差ｅに基
づいて求めた速度ｖもスライディングモードレギュレー
タ２０２に供給される。また、スライディングモードレ
ギュレータ２０２は、図７に示したような係数テーブル
２０８から係数を獲得して前述したうような拘束面制御
を行っている。

【００７７】次に、図１０を参照してＤＳＰ２００が行
う制御動作について説明する。まず、ステップＳ３００
において、ＤＳＰ２００の内部状態を初期化する。次
に、ステップＳ３０１において、ＤＳＰ２００に設けた
図示しないタイマー部が割り込み信号を発生した場合に
は（Ｙｅｓ）にはステップＳ３０２に進み、一方、これ
以外の場合にはステップＳ３０１で待機状態となる。

【００７８】次に、ステップＳ３０２において、Ａ／Ｄ
変換器、カウンタ２０７の値からヘッドのディスク上の
位置ｙを合成し、目標トラックとの偏差ｅ（ｙ−ｒ）を
求め、差分部２０１は、前サンプル時刻における偏差ｅ
との差をとって速度ｖを求めて、スライディングモード
レギュレータ２０２に供給する。

【００７９】ステップＳ３０３では、偏差ｅの値を図６
の位相空間の横軸として、係数テーブル２０８から対応
する係数の組（ｈ_e、ｈ_v、ｈ_c）を求める。そして、
ステップＳ３０４において、スライディングモードレギ
ュレータ２０２は、偏差ｅ、速度ｖを用い、図６の拘束
面に拘束する操作量ｕを、「ｕ＝ｈ_eｅ＋ｈ_vｖ＋
ｈ _c」なる式で求める。次に、ステップＳ３０５におい
て、求めた操作量ｕをモータードライバ２０４に供給す
べくＤ／Ａ変換器２０３に出力する。以上のような制御
動作を制御終了指示が与えられるまで行う（ステップＳ
３０６）。

【００８０】なお、この処理では減速領域を直線近似し
て拘束面制御を行っているが、前述したように、一般に
は、式（１０）のような拘束面を用いれば、例えば、定
速領域では通常の速度制御に相当する特性、収束領域で
は通常の位置制御に相当する特性、減速領域は、速度制
御から位置制御へ徐々にその制御特性を変えていくこと
ができるため、各領域において最適な制御が行われるこ
とになる。

【００８１】このような拘束面制御によれば、モーター
がいくつ設けられても、目標トラックへの高速かつ安定
なシーク・セトリングが実現可能となる。

【００８２】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係る発
明によれば、例えば、初めはオブザーバのみを起動させ
ておいて、オブザーバによる推定値が収束してからレギ
ュレータ部による制御を開始させることができるので、
制御装置内部の状態初期化が容易になり初期化時の不具
合を解消することができるという効果が得られる。

【００８３】また、請求項２に係る発明によれば、非干
渉化部によって非干渉化が行われるので、各モーターに
対する制御装置の構成が簡単になり、初期化時の不具合
を一層解消可能になるという効果が得られる。

【００８４】また、請求項３に係る発明によれば、ＤＶ
Ｄドライブ装置の非干渉化が実現可能になる。さらに、
請求項４に係る発明によれば、演算量が低減されセトリ
ング時に発生しやすいオーバーシュートや逆行が防止さ
れ、アクセス速度や安定性が増すという効果が得られ
る。

【００８５】また、請求項５に係る発明によれば、精動
モーターが、シーク時にその推定位置がゼロ近傍になる
ように制御されると、結果として偏心と略同様な動きを
して、その結果、目標トラックに接近する際に相対速度
は十分に抑制されて、フォロイングやセトリングへの移
行が円滑になるという効果が得られる。

【００８６】さらに、請求項６に係る発明によれば、定
速領域では通常の速度制御に相当する特性、収束領域で
は通常の位置制御に相当する特性、減速領域は、速度制
御から位置制御へ徐々にその制御特性を変えていくた
め、各領域において最適な制御が行われるという効果が
得られる。

【００８７】また、請求項７に係る発明によれば、減速
領域の減速状態を複数の直線で近似することによって、
簡単な構成で減速制御を行うことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る装置の制御動作を説明する制御ブ
ロック図である。

【図２】制御対象の模式的説明図である。

【図３】本発明に係るディスク装置のハードウエア構成
図である。

【図４】ＤＳＰを機能ブロックで示した構成図である。

【図５】状態を拘束面に拘束する制御手法の説明図であ
る。

【図６】拘束面の減速領域を直線近似した制御手法の説
明図である。

【図７】係数テーブルの記憶内容の説明図である。

【図８】ＤＳＰによる制御動作を説明するフローチャー
トである。

【図９】本発明の他の実施の形態に係るディスク装置の
ハードウエア構成図である。

【図１０】ＤＳＰによる他の実施の形態の制御動作を説
明するフローチャートである。

【符号の説明】

１００ＤＳＰ１０１粗動用レギュレータ１０１ａ前処理部１０１ｂ加速度外乱補償部１０２精動用レギュレータ１０２ａ前処理部１０２ｂ低域強調部１０３非干渉化部１０４オブザーバ１０５ａ、１０５ｂ係数テーブル１０６差分部１０７タイマー部１１０粗動モータードライバー１１１精動モータードライバー１２０粗動モーター１３０精動モーター１４０光学系１５０Ａ／Ｄ、カウンタ１６０ＣＰＵ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０２Ｐ 5/00 Ｈ０２Ｐ 5/00 Ｘ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円盤状記憶媒体からの情報を読み出しま
たは円盤状記憶媒体への情報の書き込を行うためのピッ
クアップ部を粗く移動させる粗動モーターと細かく移動
させるための精動モーターとを用いて、前記ピックアッ
プ部を前記円盤状記憶媒体の半径方向に移動制御する装
置であって、前記粗動モーターを制御する粗動レギュレータと前記精
動モーターを制御する精動レギュレータとを設けたレギ
ュレータ部と、前記粗動モーターの位置、速度、および、前記精動モー
ターの位置、速度を少なくとも推定して前記レギュレー
タ部に推定値を供給するオブザーバと、を独立動作可能
に備えたことを特徴とするディスク装置。
【請求項２】請求項１において、前記粗動モーターの操作量は粗動モーターの位置、速度
の制御量にのみ影響を与えるようにすると共に、前記精
動モーターの操作量は精動モーターの位置、速度の制御
量にのみ影響を与えるようにする非干渉化部を備えたこ
とを特徴とするディスク装置。
【請求項３】請求項２において、前記非干渉化部は、前記粗動モーターの位置、前記精動モーターの相対位置
をｙ_C、ｙ_F、前記粗動モーター、前記精動モーターに
対する操作量をｕ_C、ｕ_Fとし、状態変数ｘを以下の式
（１）としたときの状態方程式（式（２））に対し、式
３または式３’なる操作量ｕ、【数１】【数２】【数３】を与えることを特徴とするディスク装置。
【請求項４】請求項１、２および３のいずれかにおい
て、前記オブザーバは、前記円盤状記憶媒体の偏心をモデル
化せず、偏心成分の多くを精動モーターの推定位置の誤
差として転嫁されるように、位置、速度の推定を行うこ
とを特徴とするディスク装置。
【請求項５】請求項１、２、３および４のいずれかに
おいて、前記精動レギュレータは、シーク時には、前記精動モーターの推定位置が所定の値
になり、フォロイング時には、与えられる目標トラック
と前記ピックアップ部の位置との相対誤差がゼロになる
ように前記精動モーターの位置を制御することを特徴と
するディスク装置。
【請求項６】円盤状記憶媒体からの情報を読み出しま
たは円盤状記憶媒体への情報の書き込を行うためのピッ
クアップ部を移動させるモーターを用いて、前記ピック
アップ部を前記円盤状記憶媒体の半径方向に移動制御す
る装置であって、前記モーターを制御するレギュレータを備え、前記レギュレータは、位相空間上の状態の軌跡を定速領
域、減速領域、収束領域を有する、拘束面に拘束するよ
うに操作量を与えることを特徴とするディスク装置。
【請求項７】請求項６において、前記拘束面の減速領域を複数の直線で近似しておき、前記レギュレータは、この減速領域において直線近似さ
れたものに拘束するように操作量を与えることを特徴と
するディスク装置。