JPH1166774A - Positioning method of disk device - Google Patents

Positioning method of disk device

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Publication number
JPH1166774A
JPH1166774A JP22825397A JP22825397A JPH1166774A JP H1166774 A JPH1166774 A JP H1166774A JP 22825397 A JP22825397 A JP 22825397A JP 22825397 A JP22825397 A JP 22825397A JP H1166774 A JPH1166774 A JP H1166774A
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JP
Japan
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head
control input
position error
control
function
Prior art date
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Application number
JP22825397A
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Japanese (ja)
Inventor
Atsushi Ueda
淳 上田
Akihiko Imashiro
昭彦 今城
Kenji Kobayashi
賢司 小林
Takeshi Ouchi
丈士 大内
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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  • Moving Of The Head To Find And Align With The Track (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable high precision positioning control with high performance of suppressing disturbance. SOLUTION: In the disk device for reading and writing circumferential tracks on a disk under rotation by moving a head in the radial direction, the head is made to follow a target track by using a control input to be nonlinearly increased or decreased on a position error ep obtained by subtracting the present head position x from a target head position τ* as a control input τ* for controlling a position of the head.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明はディスク装置のキ
ャリッジに取り付けられたヘッドを目標トラックに追従
するように位置決めする位置決め方法に関するものであ
り、特にディスク偏心、ヘッドと媒体の摩擦外乱、軸受
摩擦外乱、振動外乱、衝撃外乱など不確定な外乱を受け
うるディスク装置の位置決め機構において、位置決め精
度を高め、より大きな記憶容量を持つ磁気ディスク装置
を得るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a positioning method for positioning a head mounted on a carriage of a disk drive so as to follow a target track, and more particularly to a disk eccentricity, a frictional disturbance between a head and a medium, and a bearing frictional disturbance. An object of the present invention is to provide a magnetic disk drive having a higher storage accuracy with a higher positioning accuracy in a positioning mechanism of a disk drive that can receive uncertain disturbances such as vibration disturbance and shock disturbance.

【0002】[0002]

【従来の技術】[Prior art]

従来例1 従来のディスク装置の位置決め方法では、転がり出し軸
受摩擦が問題となっている場合、軸受摩擦の発生モデル
を用いて摩擦力を推定し、相殺する入力を加え、さらに
外乱オブザーバを加えてその他の外乱を相殺する構成と
なっていた。
Conventional Example 1 In the conventional method of positioning a disk device, when rolling bearing friction is a problem, the friction force is estimated using a bearing friction generation model, an input for canceling is added, and a disturbance observer is added. Other disturbances were offset.

【0003】図28は例えば日本機械学会第73期通常
総会講演会講演論文集(IV)「摩擦力推定オブザーバ
を用いたHDDヘッドアクチュエータの軸受摩擦力の補
償方法」における制御方法を示すブロック構成図であ
る。図28において、55は例えばPID制御器等の一
般的な追従制御則を実行する補償器、56はキャリッジ
と摩擦発生機構を模擬したプラント、57は摩擦力推定
オブザーバであり、特に軸受転がり出しモデルと一般の
外乱オブザーバの両方を含んでいる。
FIG. 28 is a block diagram showing a control method in, for example, the 73rd Ordinary Meeting of the Japan Society of Mechanical Engineers (IV) “Method of compensating bearing friction force of HDD head actuator using friction force estimation observer”. It is. In FIG. 28, 55 is a compensator for executing a general following control law such as a PID controller, 56 is a plant simulating a carriage and a friction generating mechanism, 57 is a friction force estimation observer, and particularly a bearing rolling model. And both general disturbance observers.

【0004】上記のように構成された摩擦力推定オブザ
ーバ57を用いる従来の位置決め方法では、軸受転がり
出しモデルを用いて軸受摩擦を正確に推定し、相殺する
入力を加えると同時に、その他の外乱に関しては外乱オ
ブザーバを用いて推定し、相殺する入力を加え、効果的
に外乱を相殺して位置決め性能を高めていた。
In the conventional positioning method using the friction force estimation observer 57 configured as described above, the bearing friction is accurately estimated using a bearing rolling model, an input for canceling is added, and at the same time, other disturbances are detected. Has estimated using a disturbance observer, added an input to cancel, and effectively canceled the disturbance to improve the positioning performance.

【0005】従来例2 図29は例えば特開平5−80852号公報に開示され
たスライディングモード制御則における位置決め方法を
示すブロック構成図であり、位相面上の目標軌道である
スライディング面に拘束するように非線型制御入力を用
いて位置決めするものである。
Conventional Example 2 FIG. 29 is a block diagram showing a positioning method according to the sliding mode control law disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-80852, in which the positioning method is restricted to a sliding surface which is a target trajectory on a phase surface. Positioning is performed using a non-linear control input.

【0006】図29において、目標指令値P* が入力さ
れると、移動指令値P0 と目標指令値P* の位置偏差P
εが算出される。次に、指令速度v0 と速度の目標値v
* の速度偏差vεを算出するが、この場合、速度の目標
値v* は位置決め完了において0であるので速度偏差v
ε=−v0 となる。次にスライディングライン Pε>0の時 Pε=vε2 /2α Pε<0の時 Pε=−vε2 /2α (αは系で与えられる最大加速度)の演算を行い、算出
された前記位置偏差Pεと算出された前記速度偏差vε
を図30に示す前記スライディングラインを有する位相
面60に取り込み、これら位置偏差Pεと速度偏差vε
の関係を示す点が、演算された前記スライディングライ
ンの上側にあるか下側にあるかを判定する。駆動力Fと
して上側にあれば正の最大加速度+αを、下側にあれば
負の最大加速度−αを速度指令値v0 の積分器61に出
力する。速度指令値v0 の積分器61は速度指令値v0
=v0 +FΔt(Δtはサンプリング時間)を算出す
る。この新たな速度指令値v0 は移動速度指令値P0 の
積分器62に入力され、次の移動指令値P0 =P0 +v
0 Δtが算出される。
In FIG. 29, when a target command value P * is input, a positional deviation P between the movement command value P0 and the target command value P * is obtained.
ε is calculated. Next, the command speed v0 and the target speed v
* , The speed deviation vε is calculated. In this case, since the target value v * of the speed is 0 at the completion of the positioning, the speed deviation v
ε = −v0. Next, when the sliding line Pε> 0, Pε = vε 2 / 2α When Pε <0, the calculation of Pε = −vε 2 / 2α (α is the maximum acceleration given by the system) is performed. The calculated speed deviation vε
Into the phase plane 60 having the sliding line shown in FIG. 30, and these positional deviation Pε and velocity deviation vε
It is determined whether the point indicating the relationship is above or below the calculated sliding line. If the driving force F is on the upper side, the positive maximum acceleration + α is output, and if it is on the lower side, the negative maximum acceleration -α is output to the integrator 61 of the speed command value v0. The integrator 61 of the speed command value v0 outputs the speed command value v0
= V0 + FΔt (Δt is sampling time). This new speed command value v0 is input to the integrator 62 of the moving speed command value P0, and the next moving command value P0 = P0 + v
0 Δt is calculated.

【0007】以上の操作を繰り返すことにより、位置偏
差Pεと速度偏差vεは図31に示されるようにスライ
ディングラインに拘束されるように偏差が小さくなり、
最終目的である位置偏差Pε=0、速度偏差vε=0で
あるスライディングライン上の原点Oに収束する。
By repeating the above operation, the deviation between the position deviation Pε and the velocity deviation vε is reduced so as to be restricted by the sliding line as shown in FIG.
It converges to the origin O on the sliding line where the position deviation Pε = 0 and the velocity deviation vε = 0, which are the final objectives.

【0008】このようなスライディングモード制御によ
る従来の位置決め方法では、位相面上に定められた目標
軌道に対して状態を軌道に拘束し、スライディングモー
ドと呼ばれるロバスト性の高い状態として位置決めを行
っていた。スライディング面はそれ自体原点に収束する
よう位相面上で原点を通過し、軸上を含まない第2、第
4象現のみに存在する曲線として決定する。
In the conventional positioning method using such a sliding mode control, the state is restricted to a trajectory with respect to a target trajectory defined on a phase plane, and positioning is performed as a highly robust state called a sliding mode. . The sliding surface passes through the origin on the phase plane so as to converge to the origin itself, and is determined as a curve existing only in the second and fourth quadrants not including the axis.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】従来のディスク装置の
位置決め方法は以上のようにしてなされており、従来例
1の摩擦力推定オブザーバによる位置決め方法では、摩
擦発生機構の正確なモデルが必要であるが、摩擦の発生
は製品のばらつきや製品の姿勢、使用年数に応じて変化
するため、正確なモデルを得ることは実際困難であっ
た。従って、外乱を相殺できず、位置誤差を十分に低減
できない問題があった。また、摩擦は推定モデルより計
算で求めるため、より正確なモデルによって推定しよう
とすればプログラムのステップ数の増加、すなわち演算
時間の増加を招き、制御方法全体の性能が悪化する問題
点があった。また、軸受摩擦以外の外乱に関しても外乱
オブザーバで相殺しているので、こちらでも計算量の増
加を招く問題点があった。さらに、外乱を推定し、相殺
するオブザーバ入力を行った後の位置決め性能は追従制
御則に依存し、性能向上のためにはいわゆるハイゲイン
制御としなくてはならず、安定性の問題があった。すな
わち、ハイゲイン制御により高周波数まで制御するた
め、例えばキャリッジの振動を励起して、制御系全体が
発振する等の問題点があった。
The conventional method of positioning a disk drive is performed as described above. The positioning method using the frictional force estimating observer of the first conventional example requires an accurate model of the friction generating mechanism. However, it is actually difficult to obtain an accurate model because the occurrence of friction changes according to product variations, product attitudes, and years of use. Therefore, there is a problem that the disturbance cannot be canceled and the position error cannot be sufficiently reduced. Further, since the friction is obtained by calculation from the estimation model, there is a problem that an attempt to estimate the friction by a more accurate model increases the number of steps of the program, that is, increases the calculation time, and deteriorates the performance of the entire control method. . In addition, since disturbances other than bearing friction are also canceled by the disturbance observer, there is a problem that the calculation amount is increased also in this case. Further, the positioning performance after the disturbance is estimated and the canceling observer input is performed depends on the follow-up control law. In order to improve the performance, so-called high gain control must be performed, and there is a problem of stability. That is, since the control is performed to a high frequency by the high gain control, there is a problem that, for example, the vibration of the carriage is excited and the entire control system oscillates.

【0010】また、従来例2のスライディングモード制
御による位置決め方法は、状態をスライディング面に拘
束するためロバスト性が高く、摩擦など外乱が生じる状
況下で初期位置から原点への移動動作に対して有効であ
る。しかしながら、スライディング面を一次関数 vε=−b・Pε (1) とし、式(1)を解くと、A、bを定数として、 Pε=A・exp(−bt) (2) となる。すなわち、図31に示すようにスライディング
ラインに沿った運動は指数関数となるので0に漸近的に
収束する。しかし、ディスクドライブでは漸近的に収束
せずともオフトラック内に入ればよいので、この方法で
は必ずしも即応性が高いと言えない。また、漸近的に収
束する過程では、速度が徐々に小さくなるため、キャリ
ッジの移動時間が長くかかる。すなわち、図31におい
て、原点に近づけば近づくほど、縦軸の速度が小さくな
って、キャリッジの移動が遅くなることがわかる。さら
に、データを読み書きする際には所定のトラックに拘束
し続ける制御が必要であるが、スライディングモード制
御は外乱の影響などに対して明確な設計指針がなく、制
御系の設計は試行錯誤的になり位置誤差が増大する問題
があった。
Further, the positioning method based on the sliding mode control of the conventional example 2 has a high robustness because the state is constrained to the sliding surface, and is effective for the movement operation from the initial position to the origin in a situation where disturbance such as friction occurs. It is. However, when the sliding surface is a linear function vε = −b · Pε (1) and equation (1) is solved, A and b are constants, and Pε = A · exp (−bt) (2) That is, as shown in FIG. 31, the motion along the sliding line becomes an exponential function, and converges to 0 asymptotically. However, in a disk drive, it is only necessary to enter an off-track without asymptotic convergence, so that this method is not necessarily highly responsive. In the process of asymptotic convergence, the speed of the carriage gradually decreases, so that the moving time of the carriage is long. That is, in FIG. 31, the closer to the origin, the lower the speed on the vertical axis, and the slower the movement of the carriage. Furthermore, when reading and writing data, it is necessary to control to keep the track confined to a given track.However, the sliding mode control has no clear design guideline against the influence of disturbance, etc. There is a problem that the position error increases.

【0011】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、計算量を大幅に減らして即応性
を高めるとともに、外乱抑制性能の高い位置決め制御が
可能となるディスク装置の位置決め方法を提供するもの
である。また、計算量に余裕のある場合には、外乱オブ
ザーバとの組み合わせによりさらに高い位置決め制御を
可能とする位置決め方法を提供するものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and it has been found that the positioning of a disk drive can be performed in which positioning can be controlled with a high level of disturbance suppression performance while greatly reducing the amount of calculation and improving responsiveness. It provides a method. Further, the present invention provides a positioning method that enables higher positioning control by combining with a disturbance observer when the calculation amount has a margin.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】この発明の第1の方法に
係るディスク装置の位置決め方法は、回転するディスク
状記憶媒体上の円周状のトラックに対して、ヘッドを半
径方向に移動して読み書きするディスク装置において、
上記ヘッドの位置を制御する制御入力として、目標ヘッ
ド位置から現在ヘッド位置を差し引いて得られる位置誤
差epに対して非線形に増減する制御入力を用い、上記
ヘッドを目標トラックに追従させるようにしたものであ
る。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a method of positioning a disk drive, comprising: moving a head in a radial direction with respect to a circumferential track on a rotating disk-shaped storage medium; In a disk device that reads and writes,
As the control input for controlling the position of the head, a control input that non-linearly increases or decreases with respect to a position error ep obtained by subtracting the current head position from the target head position is used, and the head follows the target track. It is.

【0013】この発明の第2の方法に係るディスク装置
の位置決め方法は、上記位置決め方法における位置誤差
epと制御入力との関係を示す関数が、上記位置誤差e
pの大きさが所定範囲外である時、略一次関数となり、
上記位置誤差epの大きさが所定範囲内である時の上記
制御入力の大きさが、上記一次関数を用いて計算される
制御入力の大きさよりも小さくなる非線形関数であるも
のである。
In the disk device positioning method according to a second method of the present invention, the function indicating the relationship between the position error ep and the control input in the above-described positioning method is the same as the position error e.
When the magnitude of p is out of the predetermined range, it becomes a substantially linear function,
The magnitude of the control input when the magnitude of the position error ep is within a predetermined range is a non-linear function that is smaller than the magnitude of the control input calculated using the linear function.

【0014】この発明の第3の方法に係るディスク装置
の位置決め方法は、上記位置決め方法における位置誤差
epと制御入力との関係を示す関数が、ep>δのとき
kff(δはトラック幅より小さい値、kffは正の一
定値)、δ≧ep≧−δのとき0、ep<−δのとき−
kffとなる階段状関数を、線形関数に対して加算した
非線形関数であるものである。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a disk drive positioning method, wherein a function indicating a relationship between a position error ep and a control input in the above positioning method is kff (δ is smaller than a track width) when ep> δ. Value, kff is a positive constant value), 0 when δ ≧ ep ≧ −δ, −when ep <−δ
It is a non-linear function obtained by adding a step function of kff to a linear function.

【0015】この発明の第4の方法に係るディスク装置
の位置決め方法は、回転するディスク状記憶媒体上の円
周状のトラックに対して、ヘッドを半径方向に移動して
読み書きするディスク装置において、上記ヘッドの位置
を制御する制御入力として、目標ヘッド位置から現在ヘ
ッド位置を差し引いて得られる位置誤差epに対して非
線形に増減する制御入力と、この制御入力と現在ヘッド
位置から推定される外乱推定値とを加算した値を用い、
上記ヘッドを目標トラックに追従させるようにしたもの
である。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a disk device positioning method for reading and writing a circumferential track on a rotating disk-shaped storage medium by moving a head in a radial direction. As a control input for controlling the position of the head, a control input for nonlinearly increasing or decreasing a position error ep obtained by subtracting the current head position from the target head position, and a disturbance estimation estimated from the control input and the current head position Using the value obtained by adding the value
The head follows the target track.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

実施の形態1.図1(a)(b)はこの発明の実施の形
態1に係わるディスク装置の概略構成を示す平面図およ
び正面図、図2は上記ディスク装置の位置決め機構部及
び計算部を示す構成図、図3はこの発明の実施の形態1
による位置決め方法を示す制御則のブロック図、図4は
この発明の実施の形態1による位置決め方法を示すフロ
ーチャート、図5は制御入力の計算を具体的に表すフロ
ーチャート、図6は特に位置誤差に対する非線形関数で
ある。
Embodiment 1 FIG. 1 (a) and 1 (b) are a plan view and a front view showing a schematic configuration of a disk device according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is a configuration diagram showing a positioning mechanism unit and a calculation unit of the disk device. 3 is a first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a flowchart showing a positioning method according to the first embodiment of the present invention, FIG. 5 is a flowchart specifically showing calculation of a control input, and FIG. Function.

【0017】図1において、1は記録媒体としてのディ
スク、2はディスクを回転させるスピンドルモータ、3
はディスク1に対して情報を読み書きするヘッド、4は
磁石、5は鉄心、6はコイル、7はキャリッジ、8は軸
受、9は案内軸、10は案内軸を外部に固定するための
取り付け金具である。33はディスク1上に例えば8μ
m幅の一定幅で同心円状に設けられたトラックである。
磁石4、鉄心5、コイル6で構成されるボイスコイルモ
ータによって、電磁力を発生させキャリッジ7を駆動す
る推力を得る。図2において、28はヘッド位置検出信
号であり、ディスク1に記録されたデータトラックから
直接位置を測定する。29はヘッド位置検出信号28を
離散化するA/D変換器、30は制御入力計算のための
DSPであり、目標位置を取り込んで制御入力を計算す
る。31はD/A変換器、32はボイスコイルモータド
ライバ、34はコイル6に流す駆動電流である。
In FIG. 1, 1 is a disk as a recording medium, 2 is a spindle motor for rotating the disk, 3
Is a head for reading and writing information to and from the disk 1, 4 is a magnet, 5 is an iron core, 6 is a coil, 7 is a carriage, 8 is a bearing, 9 is a guide shaft, and 10 is a mounting bracket for fixing the guide shaft to the outside. It is. 33 is, for example, 8 μm on the disk 1.
This is a concentric track with a constant width of m.
A voice coil motor composed of a magnet 4, an iron core 5, and a coil 6 generates an electromagnetic force to obtain a thrust for driving the carriage 7. In FIG. 2, reference numeral 28 denotes a head position detection signal, which directly measures a position from a data track recorded on the disk 1. Reference numeral 29 denotes an A / D converter for discretizing the head position detection signal 28, and reference numeral 30 denotes a DSP for calculating a control input, which fetches a target position and calculates a control input. 31 is a D / A converter, 32 is a voice coil motor driver, and 34 is a drive current flowing through the coil 6.

【0018】図3、図4により、この発明の実施の形態
1による位置決め方法について説明する。図3におい
て、ヘッド目標位置x* が入力されると、ヘッド位置検
出値xとx* の位置誤差(偏差)epが算出される(S
01)。PID制御器11内でepの微分値ev、ep
の積分値eiを計算し(S02)、それぞれに比例ゲイ
ンkp、速度ゲインkv、積分ゲインkiを乗じた線形
制御入力τを計算する(S03)。 τ= kp・ep + kv・ev + ki・ei なお、図3において、PID制御器11内のSはラプラ
ス演算子であり、ラプラス演算子Sは微分、1/Sは積
分を表し、epの微分によってev、epの積分によっ
てeiを得る。一方、非線形切換え制御器12内でep
が不感帯±δ内であるかを判定し(S04)、epが不
感帯内であれば、τ* =τとして制御入力(τ* )を得
る(S07)。不感帯外であれば、補償量kffを決定
して、最終的にそれぞれの出力の和として制御入力(τ
* )を得る(S05)。 τ* = τ + kff・sgn(ep) 得られた入力τ* をD/A変換器31より出力する(S
07)。制御入力τ* は演算遅れ13を経て電流電圧換
算係数14によってコイル入力電流34に変換される。
コイルは電流推力換算係数15に従って推力を発生し、
キャリッジ16の駆動力となる。外乱振動17は推力か
ら差し引かれる形でキャリッジ16に作用する。
A positioning method according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In FIG. 3, when a head target position x * is input, a position error (deviation) ep between the head position detection values x and x * is calculated (S).
01). Differential values ep and ep of ep in the PID controller 11
Is calculated (S02), and a linear control input τ is calculated by multiplying the integral value ei by the proportional gain kp, the speed gain kv, and the integral gain ki (S03). τ = kp · ep + kv · ev + ki · ei In FIG. 3, S in the PID controller 11 is a Laplace operator, Laplace operator S is differentiation, 1 / S is integration, and Ei is obtained by integration of ev and ep by differentiation. On the other hand, in the nonlinear switching controller 12, ep
Is within the dead zone ± δ (S04), and if ep is within the dead zone, a control input (τ * ) is obtained with τ * = τ (S07). If it is outside the dead zone, the compensation amount kff is determined, and finally the control input (τ
* ) Is obtained (S05). τ * = τ + kff · sgn (ep) The obtained input τ * is output from the D / A converter 31 (S
07). The control input τ * is converted into a coil input current 34 by a current-voltage conversion coefficient 14 after an operation delay 13.
The coil generates thrust according to the current thrust conversion coefficient 15,
It becomes the driving force of the carriage 16. The disturbance vibration 17 acts on the carriage 16 in a form subtracted from the thrust.

【0019】図3のブロック図を書き換えて図5のよう
になる。図5において、18は目標位置から現在位置を
差し引いた位置誤差ep、位置誤差の微分値もしくは速
度誤差ed、位置誤差の積分値eiを求めるブロック、
19は位置誤差epに対して、摩擦を補償する階段状関
数20と線形関数21の2つの関数20、21によって
制御入力を計算するブロックであり、22に示す位置誤
差epに対する非線型関数によって計算することと等価
である。23は速度誤差evに対する線形関数で制御入
力を計算するブロック、24は位置誤差の積分値eiに
対する線形関数で制御入力を計算するブロックである。
25は3つの制御入力の和を計算するブロック、26は
D/A出力である。図6はブロック22を詳細に示す図
である。関数22は、ep>δのときkff(δはトラ
ック幅より小さい値、kffは正の一定値)、δ≧ep
≧−δのとき0、ep<−δのとき−kffとなる階段
状関数20を、線形関数21に対して加算した非線形関
数である。なお、非線形関数22として、位置誤差ep
の大きさが所定範囲外である時、略線形関数となり、位
置誤差epの大きさが所定範囲内である時の制御入力の
大きさが、上記線形関数を用いて計算される制御入力の
大きさよりも小さくなる非線形関数、例えば図7に示す
ような連続曲線であっても良い。図7(a)の非線形関
数は次式で表される。 f= ep − |ep|・ep・exp(−|ep
|) また、この非線形関数は図7(b)に示すように、連続
であるが滑らかでない関数でも良い。図7(b)の非線
形関数は次式で表される。 f= ep・|ep| (|ep|≦1) f= ep (|ep|>1) 図7に示す連続曲線はどちらもepが原点に近い範囲で
は非線形で、大きくなるに従ってほぼ線形になる。
The block diagram of FIG. 3 is rewritten as shown in FIG. In FIG. 5, reference numeral 18 denotes a block for calculating a position error ep obtained by subtracting the current position from the target position, a differential value or speed error ed of the position error, and an integrated value ei of the position error.
Reference numeral 19 denotes a block for calculating a control input by using two functions 20, 21 of a step function 20 for compensating friction and a linear function 21 with respect to the position error ep. It is equivalent to Reference numeral 23 denotes a block for calculating a control input using a linear function for the velocity error ev, and reference numeral 24 denotes a block for calculating a control input using a linear function for the integral value ei of the position error.
25 is a block for calculating the sum of three control inputs, and 26 is a D / A output. FIG. 6 is a diagram showing the block 22 in detail. The function 22 is such that when ep> δ, kff (δ is smaller than the track width, kff is a positive constant value), δ ≧ ep
This is a non-linear function obtained by adding a linear function 21 to a step function 20 that is 0 when ≧ −δ and −kff when ep <−δ. The position error ep is used as the nonlinear function 22.
Is substantially a linear function when the magnitude of the control input is outside the predetermined range, and the magnitude of the control input when the magnitude of the position error ep is within the predetermined range is the magnitude of the control input calculated using the linear function. A non-linear function that becomes smaller than that, for example, a continuous curve as shown in FIG. 7 may be used. The nonlinear function in FIG. 7A is represented by the following equation. f = ep− | ep | · ep · exp (− | ep
|) This non-linear function may be a continuous but non-smooth function as shown in FIG. 7 (b). The nonlinear function in FIG. 7B is represented by the following equation. f = ep · | ep | (| ep | ≦ 1) f = ep (| ep |> 1) Both of the continuous curves shown in FIG. 7 are non-linear when ep is close to the origin, and become almost linear as ep increases. .

【0020】ヘッド3は接触型であり、媒体1と接触し
て情報を読み書きする。また、キャリッジ7は軸受8で
支持されている。従って、媒体による摩擦、軸受による
摩擦が生じるため位置決め性能は摩擦のない場合に対し
て本来大きく損なわれるおそれがある。ブロック19に
おいて、関数20は位置誤差の符号に対してある一定値
を与える階段状の関数であり、補償値は摩擦力のノミナ
ル値0.0784Nを用いる。補償量は実験などで計測
した摩擦の値よりも大きくしておけば、摩擦力より制御
入力が小さく、状態が停留する問題を回避できる。ま
た、本実施の形態においては、原点近傍はチャタリング
を抑えるため不感帯0.39μmを設けて補償値を0と
している。このように構成したPフィードバックは関数
22と等価な非線型関数である。誤差に対して推定した
摩擦力を加えることで目標位置に達していないときには
摩擦力を打ち消すような向きにコイル推力を加え、行き
過ぎて目標値から遠ざかる区間では摩擦力と同方向にコ
イル推力を加えてブレーキをかけ、行き過ぎ量を低減す
る。
The head 3 is of a contact type, and reads and writes information by contacting the medium 1. The carriage 7 is supported by bearings 8. Therefore, since the friction due to the medium and the friction due to the bearing are generated, there is a possibility that the positioning performance is largely impaired as compared with the case where there is no friction. In block 19, the function 20 is a step-like function that gives a certain value to the sign of the position error, and the compensation value uses the nominal value of 0.0784N of the frictional force. If the amount of compensation is set to be larger than the value of friction measured in an experiment or the like, the problem that the control input is smaller than the frictional force and the state is stopped can be avoided. In the present embodiment, a dead band of 0.39 μm is provided near the origin to suppress chattering, and the compensation value is set to zero. The P feedback configured in this manner is a non-linear function equivalent to the function 22. When the target position is not reached by adding the estimated friction force to the error, the coil thrust is applied in such a direction as to cancel the friction force, and in the section that goes too far from the target value, the coil thrust is applied in the same direction as the friction force. Brake to reduce the amount of overshoot.

【0021】外乱オブザーバは摩擦力をいかなる時も打
ち消すように働くのに対して、本実施の形態では状況に
応じて摩擦力を打ち消す、ブレーキをかけるために摩擦
力を増す、2通りの動作を位置誤差符号によって切換え
ている。
While the disturbance observer works to cancel the frictional force at any time, in the present embodiment, the friction observer cancels the frictional force according to the situation, and the friction observer increases the frictional force in order to apply a brake. Switching is performed according to the position error code.

【0022】非線形関数の計算は、関数20で示される
階段関数部分と関数21で示される線形部分とに分ける
と、階段状関数の場合計算が簡単なので、計算のステッ
プ数をほとんど増やすことはない。
When the calculation of the nonlinear function is divided into a step function part represented by the function 20 and a linear part represented by the function 21, the calculation is simple in the case of the step function, so that the number of calculation steps hardly increases. .

【0023】以下では実験による本実施の形態の効果を
示す。なお、位置誤差に対する非線形関数は図6に示す
関数を用いた。図8、図9は上記ディスクドライブにお
いて、12Hz、10μmの媒体偏心がある場合の実験
結果である。図8は従来のPID制御のみの場合、図9
は本発明の実施の形態1による制御を行った場合の、位
置誤差と駆動電流の時間変化を示すものであり、図8で
は±0.836μmの位置誤差を示すのに対して、図9
では±0.58μmの位置誤差となり、本発明の実施の
形態1による制御では位置誤差を約70%にすることが
できる。ディスクドライブでは媒体は常にある程度偏心
しており、即応性を改善すれば偏心追従誤差を低減でき
る。図10、図11は、正弦波振動外乱、±0.25
G、100Hzを加えたとき実験結果である。図10は
従来のPID制御のみの場合、図11は本発明の実施の
形態1による制御を行った場合の位置誤差の時間変化を
示すものであり、図10では±3.6μmの位置誤差を
生じるのに対して、図11では±0.7μmとなり、本
発明の実施の形態1による制御では位置誤差を約20%
にすることができる。図12、図13は、ランダム振動
外乱、±0.75Gr.m.s.を加えたときの実験結
果である。図12は従来のPID制御のみの場合、図1
3は本発明の実施の形態1による制御を行った場合の位
置誤差の時間変化を示すものであり、図12では±7.
6μmの位置誤差を生じるのに対して、図13では±
4.6μmとなり、本発明の実施の形態1による制御で
は位置誤差を約60%にすることができる。
In the following, the effect of this embodiment by an experiment will be described. The function shown in FIG. 6 was used as the nonlinear function for the position error. FIG. 8 and FIG. 9 show the experimental results when the above disk drive has a medium eccentricity of 12 Hz and 10 μm. FIG. 8 shows a case where only the conventional PID control is performed.
9 shows the position error and the time change of the drive current when the control according to the first embodiment of the present invention is performed. In FIG. 8, while the position error of ± 0.836 μm is shown, FIG.
In this case, the position error is ± 0.58 μm, and the position error can be reduced to about 70% by the control according to the first embodiment of the present invention. In a disk drive, the medium is always eccentric to some extent, and the eccentricity tracking error can be reduced by improving the responsiveness. 10 and 11 show sinusoidal vibration disturbance, ± 0.25
G, Experimental results when 100 Hz is applied. FIG. 10 shows the change over time of the position error when only the conventional PID control is performed, and FIG. 11 shows the time change of the position error when the control according to the first embodiment of the present invention is performed. In contrast, in FIG. 11, the position error is ± 0.7 μm, and the position error is reduced by about 20% in the control according to the first embodiment of the present invention.
Can be 12 and 13 show random vibration disturbance, ± 0.75 Gr. m. s. It is an experimental result when adding. FIG. 12 shows a case where only the conventional PID control is performed.
3 shows a time change of the position error when the control according to the first embodiment of the present invention is performed.
While a position error of 6 μm occurs, FIG.
4.6 μm, and the position error can be reduced to about 60% in the control according to the first embodiment of the present invention.

【0024】スライディングモード制御ではスライディ
ング面をそれ自体安定となるよう位相面上で原点を通過
し、軸上を含まない第2、第4象現のみに存在する曲線
として与え、制御則を切換えるが、本実施の形態では位
置誤差の正負すなわち速度軸に対して切換えるのでスラ
イディングモード制御とはならない。スライディングモ
ード制御におけるスライディング面は位置誤差と速度誤
差の関数として定義されるが、本実施の形態では位置誤
差のみ参照して非線形関数を用いて計算するので、位置
誤差、速度誤差、位置誤差積分値それぞれに対応する制
御入力計算のための関数はそれぞれ独立である。チャタ
リングを防止する不感帯内は線形制御のため単なるPI
D制御として評価を行えばよい。
In the sliding mode control, the sliding surface passes through the origin on the phase surface so as to be stable itself, is given as a curve existing only in the second and fourth quadrants not including the axis, and the control law is switched. In the present embodiment, since the switching is performed with respect to the sign of the position error, that is, the speed axis, the sliding mode control is not performed. The sliding surface in the sliding mode control is defined as a function of the position error and the speed error. In the present embodiment, since the calculation is performed using a nonlinear function with reference to only the position error, the position error, the speed error, and the position error integrated value are calculated. The functions for the control input calculation corresponding to each are independent. In the dead zone to prevent chattering, only PI
The evaluation may be performed as D control.

【0025】なお、本実施の形態では例えば図6のよう
な非線形関数を用いるが、位置誤差が不感帯以上になる
と階段状にゲインを大きくし位置制御性能を高め、原点
から離れるにしたがって相対的にゲインの上昇分は小さ
くなるので、単なるハイゲイン制御よりも安定である。
キャリッジを慣性質量mとし、PID制御器11におけ
る第3項の積分補償ki /Sを省略したPD制御則を用
いた場合、運動方程式は、位置をxすると v=dx/dtとして、 m・dv/dt= −kp・x −kv・v となるので位相面軌道は図14のようになる。λを特性
方程式 m・s2 + kp・s + kv= 0 の解とすると、PD制御則の減衰係数は0.7程度で与
えられることが多いので原点は安定渦状点と呼ばれ、α
>0、ω>0、jを虚数単位としてλ=−α±j・ωの
ように与えられる。 状態軌道は軸に対して関数v=−α・x だけ傾く。 上記PD制御を施した系に動摩擦がある場合は速度と逆
方向に作用する動摩擦力dとして、運動方程式 m・dv/dt= −kp・x − kv・v − d
・sgn(v) となるので位相面軌道は図15のようになる。x軸上の
点(±d/kp,0)は特異点と呼ばれ、この2点を結
ぶ線分上では摩擦のため状態が停留し、定常偏差が生じ
て制御性能の悪化を招く。特異点の位置は動摩擦力dと
kpの大きさで決定され、要求仕様内にするにはkpを
大きくする必要があるが、ハイゲインにすると安定性が
損なわれる。または積分補償をすることで定常偏差を0
とできるが即応性はあまり期待できない。本実施の形態
の位相面軌道は図16となる。運動方程式は m・dv/dt= −kp・x − kv・v − d
・sgn(v)+ kff・sgn(x) となる。特異点はx>0、v>0のとき、((−d−k
ff)/kp,0)、x>0、v<0のとき、((d−
kff)/kp,0)、x<0、v<0のとき、((d
+kff)/kp,0)、x<0、v>0のとき、
((−d+kff)/kp,0)となる。位置xは位置
誤差epに、速度vは速度誤差evに相当し、位置誤差
に対して速度誤差の変化が急峻なのは位置誤差の抑制効
果が大きいことを示している。即ち、オフトラック内ま
では速やかに移動し即応性を高めることができる。原点
近傍は不感帯があるため状態は停留するが、不感帯を要
求仕様より小さく設定すれば、状態が停留しても製品の
動作上問題ない。なお、不感帯がない場合の状態軌道は
図17のようになり、原点が不安定点のためリミットサ
イクルとなる。
In this embodiment, for example, a non-linear function as shown in FIG. 6 is used. However, when the position error exceeds the dead zone, the gain is increased in a stepwise manner to enhance the position control performance. Since the increase in the gain is small, it is more stable than simple high gain control.
When the carriage is defined as an inertial mass m and the PD control law in which the integral compensation ki / S of the third term in the PID controller 11 is omitted is used, the equation of motion is as follows: When the position is x, v = dx / dt, m · dv / Dt = −kp · x−kv · v, the phase plane trajectory is as shown in FIG. Assuming that λ is a solution of the characteristic equation m · s 2 + kp · s + kv = 0, the damping coefficient of the PD control law is often given by about 0.7, so the origin is called a stable spiral point, and α
> 0, ω> 0, and j are given as imaginary units as λ = −α ± j · ω. The state trajectory is inclined with respect to the axis by the function v = −α · x. If there is kinetic friction in the system subjected to the PD control, the equation of motion m · dv / dt = −kp · x−kv · v−d as the kinetic friction force d acting in the direction opposite to the speed.
Since sgn (v) is obtained, the phase plane trajectory is as shown in FIG. A point (± d / kp, 0) on the x-axis is called a singular point. On a line segment connecting these two points, the state stops due to friction, and a steady-state deviation occurs to cause deterioration of control performance. The position of the singular point is determined by the magnitudes of the dynamic frictional force d and kp, and it is necessary to increase kp in order to meet the required specifications. However, if the gain is set to a high gain, the stability is impaired. Alternatively, the steady-state error can be reduced to zero by performing integral compensation.
I can do it, but I cannot expect much responsiveness. FIG. 16 shows the phase plane trajectory of the present embodiment. The equation of motion is m · dv / dt = −kp · x−kv · v−d
Sgn (v) + kff · sgn (x) When the singularity is x> 0 and v> 0, ((−d−k
ff) / kp, 0), when x> 0 and v <0, ((d−
kff) / kp, 0), when x <0 and v <0, ((d
+ Kff) / kp, 0), when x <0, v> 0,
((−d + kff) / kp, 0). The position x corresponds to the position error ep, and the speed v corresponds to the speed error ev. A sharp change in the speed error with respect to the position error indicates that the effect of suppressing the position error is great. In other words, it is possible to quickly move to the inside of the off-track and improve responsiveness. Although there is a dead zone near the origin, the state stops, but if the dead zone is set smaller than the required specification, there is no problem in the operation of the product even if the state stops. Note that the state trajectory when there is no dead zone is as shown in FIG. 17, and the origin is an unstable point, so that a limit cycle is performed.

【0026】実施の形態2.図18はこの発明の実施の
形態2による位置決め方法を示す制御則のブロック図、
図19はこの発明の実施の形態2による位置決め方法を
示すフローチャートであり、図18は図3に示す実施の
形態1に外乱オブザーバを加えた構成である。
Embodiment 2 FIG. FIG. 18 is a block diagram of a control law showing a positioning method according to Embodiment 2 of the present invention,
FIG. 19 is a flowchart showing a positioning method according to the second embodiment of the present invention. FIG. 18 shows a configuration in which a disturbance observer is added to the first embodiment shown in FIG.

【0027】図18、図19について説明する。27は
外乱オブザーバである。図19において、ヘッド目標位
置x* が入力されると、ヘッド位置検出値xとx* の偏
差epが算出される(S10)。PID制御器11内で
epの微分値ev、epの積分値eiを計算し(S1
1)、それぞれに比例ゲインkp、速度ゲインkv、積
分ゲインkiを乗じた線形入力τを計算する(S1
2)。 τ= kp・ep + kv・ev + ki・ei 非線形切換え制御器12内では取り込んだepが不感帯
±δ内であるかを判定し(S13)、epが不感帯内で
あればτ* =τとして制御入力(τ* )を得る(S1
6)。不感帯外であれば、補償量kffを決定して、最
終的にそれぞれの出力の和として制御入力(τ* )を得
る(S14)。 τ* = τ + kff・sgn(ep) ここで得られたτ* をまず制御入力とする(S15)。
外乱オブザーバ27では1ステップ前の制御入力τ
**(−1)とヘッド位置検出値より外乱推定値−Fdを
計算する(S17)。制御入力τ* に外乱を相殺する入
力Fdを加え、新たな制御入力τ**とする(S18)。 τ**= τ* +Fd 次回の外乱オブザーバでの演算のため、τ**を保存する
(S19)。最終的に制御入力τ**をD/Aより出力す
る(S20)。制御入力τ* は演算遅れ13を経て電流
電圧換算係数14によってコイルへの入力電流34に変
換される。コイルは電流推力換算係数15に従って推力
を発生し、キャリッジ16の駆動力となる。外乱振動1
7は推力から差し引かれる形でキャリッジに作用する。
Referring to FIG. 18 and FIG. 27 is a disturbance observer. In FIG. 19, when the head target position x * is input, a deviation ep between the head position detection value x and x * is calculated (S10). The differential value ev of ep and the integral value ei of ep are calculated in the PID controller 11 (S1
1) Calculate a linear input τ by multiplying each by a proportional gain kp, a speed gain kv, and an integral gain ki (S1).
2). τ = kp · ep + kv · ev + ki · ei The nonlinear switching controller 12 determines whether the acquired ep is within the dead band ± δ (S13), and if ep is within the dead band, τ * = τ Obtain control input (τ * ) (S1
6). If it is outside the dead zone, the compensation amount kff is determined, and a control input (τ * ) is finally obtained as the sum of the respective outputs (S14). τ * = τ + kff · sgn (ep) The obtained τ * is first used as a control input (S15).
In the disturbance observer 27, the control input τ one step before
** A disturbance estimation value -Fd is calculated from (-1) and the head position detection value (S17). An input Fd for canceling the disturbance is added to the control input τ * to obtain a new control input τ ** (S18). τ ** = τ * + Fd τ ** is stored for the next operation by the disturbance observer (S19). Finally, the control input τ ** is output from the D / A (S20). The control input τ * is converted into an input current 34 to the coil by a current-voltage conversion coefficient 14 via an operation delay 13. The coil generates a thrust according to the current thrust conversion coefficient 15 and becomes a driving force of the carriage 16. Disturbance vibration 1
7 acts on the carriage in such a way that it is subtracted from the thrust.

【0028】実施の形態1における位置決め方法では、
軸受摩擦と媒体摩擦の見積もり値を用いて位置決めを行
ったが、実施の形態2は、推定しやすい軸受および媒体
摩擦の打ち消しを位置に対する非線形関数で行い、ラン
ダム振動などドライブ外部より受ける外乱に対して外乱
オブザーバで対処する位置決め方法である。
In the positioning method according to the first embodiment,
Positioning was performed by using the estimated values of the bearing friction and the medium friction. In the second embodiment, the bearing and the medium friction that are easy to estimate are canceled by a nonlinear function with respect to the position, and the disturbance received from the outside of the drive such as random vibration. This is a positioning method that is dealt with by a disturbance observer.

【0029】図20、図21、図22は、それぞれ実施
の形態2における偏心追従応答、正弦波振動外乱応答、
ランダム振動外乱応答である。実施の形態2において
は、偏心追従±0・438μm、正弦波振動外乱応答±
0.51μm、ランダム振動外乱応答±4.4μmとな
り、図8〜図13に示した従来のPID制御のみの場合
や実施の形態1による制御を行った場合と比較すると、
さらに性能が向上することが確認できる。
FIGS. 20, 21, and 22 show the eccentricity follow-up response, the sinusoidal vibration disturbance response,
This is a random vibration disturbance response. In the second embodiment, eccentricity tracking ± 0.438 μm, sinusoidal vibration disturbance response ±
0.51 μm and random vibration disturbance response ± 4.4 μm, which are compared with the case of only the conventional PID control shown in FIGS. 8 to 13 or the case of performing the control according to the first embodiment.
It can be confirmed that the performance is further improved.

【0030】図23〜26は、それぞれ従来のPID制
御器のみの場合、実施の形態1による制御を行った場
合、従来のPID制御器に外乱オブザーバを加えた制御
器で制御を行った場合、実施の形態2による制御を行っ
た場合の偏心追従シミュレーション結果である。PID
制御のみでは追従誤差±2.8μmに対して、実施の形
態1では±0.9〜1.2μmとなって約1/3とな
る。一方、PID制御と外乱オブザーバの組み合わせで
は±1.5μmとなり、PID制御器のみに比較して約
1/2となる。しかし、実施の形態2では±0.5μm
となりPID制御器に比較して約1/6となる。さらに
電流入力も平滑になっている。実施の形態1に外乱オブ
ザーバを加えた実施の形態2では相補的効果によって性
能が向上することがわかる。
FIGS. 23 to 26 show the case where only the conventional PID controller is used, the case where the control according to the first embodiment is performed, and the case where the control is performed using a conventional PID controller with a disturbance observer added thereto. 9 shows eccentricity follow-up simulation results when the control according to the second embodiment is performed. PID
In the case of the control alone, the tracking error is ± 2.8 μm, whereas in the first embodiment, it is ± 0.9 to 1.2 μm, which is about 3. On the other hand, in the combination of the PID control and the disturbance observer, it is ± 1.5 μm, which is about 1 / as compared with the PID controller alone. However, in the second embodiment, ± 0.5 μm
Approximately 1/6 of the PID controller. Further, the current input is also smooth. It can be seen that in the second embodiment in which a disturbance observer is added to the first embodiment, the performance is improved by the complementary effect.

【0031】相補的効果は以下のように説明できる。外
乱オブザーバは周波数特性を持ち、推定し相殺できる外
乱のカットオフ周波数を外乱オブザーバゲインの調整と
いう形で設計する。一方、実施の形態1に用いられる制
御装置では位置決めに対する仕様を陽に反映する不感帯
と補償量の設定という形で制御器を設計する。すなわち
実施の形態2では外乱およびオフトラック量に対して周
波数と誤差の大きさという2つの側面から制御器の設計
を行うことができる。外乱オブザーバゲインを高めすぎ
ると高周波振動を励起して系は不安定になるため限界が
ある。しかし、位置誤差に対して本発明で示した非線形
関数を使う方法はハイゲインとならず位置決め精度を向
上させる効果があるので、外乱オブザーバによって周波
数領域で外乱を抑制しておき、なおかつ仕様を満たさな
い場合に位置誤差に関する非線形関数で補償する実施の
形態2は有効な手法となる。
The complementary effect can be explained as follows. The disturbance observer has frequency characteristics, and a cutoff frequency of the disturbance that can be estimated and canceled is designed by adjusting the disturbance observer gain. On the other hand, in the control device used in the first embodiment, the controller is designed in the form of setting a dead zone and a compensation amount that explicitly reflect the specification for positioning. That is, in the second embodiment, the controller can be designed from two aspects of the frequency and the magnitude of the error with respect to the disturbance and the off-track amount. If the disturbance observer gain is too high, high-frequency vibration is excited and the system becomes unstable, so there is a limit. However, the method of using the non-linear function shown in the present invention for the position error has the effect of improving the positioning accuracy without high gain, so the disturbance is suppressed in the frequency domain by the disturbance observer, and the specification is not satisfied. The second embodiment, in which the compensation is made with a nonlinear function relating to the position error in this case, is an effective method.

【0032】図27に、(a)偏心追従応答、(b)正
弦波振動外乱応答、(c)ランダム振動外乱応答を、そ
れぞれ、PID制御のみ、実施の形態1、実施の形態2
により位置決めを行った場合に対して比較した結果を示
す。実施の形態1の場合、従来から用いられているPI
D制御のみの場合に比べて、位置誤差を大幅に低減でき
ていることがわかる。また、実施の形態2の場合、さら
に位置誤差を低減できていることがわかる。
FIG. 27 shows (a) an eccentricity follow-up response, (b) a sinusoidal vibration disturbance response, and (c) a random vibration disturbance response.
3 shows the result of comparison with the case where positioning is performed. In the case of Embodiment 1, the conventionally used PI
It can be seen that the position error can be greatly reduced as compared with the case of only the D control. Also, in the case of the second embodiment, it can be seen that the position error can be further reduced.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上のように、この発明の第1の方法に
よれば、回転するディスク状記憶媒体上の円周状のトラ
ックに対して、ヘッドを半径方向に移動して読み書きす
るディスク装置において、上記ヘッドの位置を制御する
制御入力として、目標ヘッド位置から現在ヘッド位置を
差し引いて得られる位置誤差epに対して非線形に増減
する制御入力を用い、上記ヘッドを目標トラックに追従
させるようにしたので、軸受の摩擦、媒体とヘッドの摩
擦、ディスク装置外部からの振動・衝撃外乱の影響を低
減し、回転媒体の偏心に追従して、トラックに対してヘ
ッドを高精度に位置決めできる効果がある。その結果、
ディスク装置の信頼性を高め、トラック幅を狭めること
で大容量のディスク装置が得られる。また、本発明の位
置決め方法は制御器の演算方法を工夫するものであり、
材料費のコスト上昇はなく、また演算量も少ないため容
易に実装でき、安価に高性能のディスク装置が得られる
効果がある。
As described above, according to the first method of the present invention, a disk drive for reading and writing a circumferential track on a rotating disk-shaped storage medium by moving a head in a radial direction. In the above, a control input that nonlinearly increases or decreases a position error ep obtained by subtracting the current head position from the target head position is used as a control input for controlling the position of the head, so that the head follows the target track. As a result, the effects of bearing friction, the friction between the medium and the head, and the effects of vibration and shock disturbance from outside the disk drive are reduced, and the head can be positioned with high precision following the eccentricity of the rotating medium. is there. as a result,
By increasing the reliability of the disk device and narrowing the track width, a large-capacity disk device can be obtained. Further, the positioning method of the present invention devises a calculation method of the controller,
There is no increase in material cost and the amount of calculation is small, so that it can be easily mounted, and there is an effect that a high-performance disk device can be obtained at low cost.

【0034】また、この発明の第2の方法によれば、上
記位置決め方法における位置誤差epと制御入力との関
係を示す関数が、上記位置誤差epの大きさが所定範囲
外である時、略一次関数となり、上記位置誤差epの大
きさが所定範囲内である時の上記制御入力の大きさが、
上記一次関数を用いて計算される制御入力の大きさより
も小さくなる非線形関数であるので、位置誤差仕様に基
づいた制御系が設計でき、より高い位置決め精度の制御
ができる効果がある。
According to the second method of the present invention, the function indicating the relationship between the position error ep and the control input in the above-described positioning method is substantially equal to the function when the magnitude of the position error ep is out of the predetermined range. It becomes a linear function, and when the magnitude of the position error ep is within a predetermined range, the magnitude of the control input is
Since this is a non-linear function that is smaller than the magnitude of the control input calculated using the linear function, it is possible to design a control system based on the position error specification, and to control with higher positioning accuracy.

【0035】この発明の第3の方法によれば、上記位置
決め方法における位置誤差epと制御入力との関係を示
す関数が、ep>δのときkff(δはトラック幅より
小さい値、kffは正の一定値)、δ≧ep≧−δのと
き0、ep<−δのとき−kffとなる階段状関数を、
線形関数に対して加算した非線形関数であるので、計算
のステップ数をほとんど増やすことなく高精度の位置決
めが可能となる。
According to the third method of the present invention, when the function indicating the relationship between the position error ep and the control input in the above positioning method is ep> δ, kff (δ is smaller than the track width, kff is positive Is constant when δ ≧ ep ≧ −δ and −kff when ep <−δ,
Since this is a non-linear function added to a linear function, highly accurate positioning can be performed without increasing the number of calculation steps.

【0036】この発明の第4の方法によれば、回転する
ディスク状記憶媒体上の円周状のトラックに対して、ヘ
ッドを半径方向に移動して読み書きするディスク装置に
おいて、上記ヘッドの位置を制御する制御入力として、
目標ヘッド位置から現在ヘッド位置を差し引いて得られ
る位置誤差epに対して非線形に増減する制御入力と、
この制御入力と現在ヘッド位置から推定される外乱推定
値とを加算した値を用い、上記ヘッドを目標トラックに
追従させるようにしたので、より高精度の位置決めが可
能となる効果がある。
According to the fourth method of the present invention, in a disk device for reading and writing a head in a radial direction with respect to a circumferential track on a rotating disk-shaped storage medium, the position of the head is determined. As a control input to control,
A control input that increases or decreases nonlinearly with respect to a position error ep obtained by subtracting the current head position from the target head position;
Since the head is made to follow the target track by using a value obtained by adding the control input and the disturbance estimation value estimated from the current head position, there is an effect that the positioning can be performed with higher accuracy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 この発明の実施の形態1に係わるディスク装
置の概略構成を示す平面図および正面図である。
FIG. 1 is a plan view and a front view showing a schematic configuration of a disk device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 この発明の実施の形態1に係わるディスク装
置の位置決め機構部及び計算部を示す構成図である。
FIG. 2 is a configuration diagram showing a positioning mechanism unit and a calculation unit of the disk device according to the first embodiment of the present invention.

【図3】 この発明の実施の形態1による位置決め方法
を示す制御則のブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram of a control law showing a positioning method according to the first embodiment of the present invention.

【図4】 この発明の実施の形態1による位置決め方法
を示すフローチャートである。
FIG. 4 is a flowchart showing a positioning method according to the first embodiment of the present invention.

【図5】 この発明の実施の形態1に係わる制御入力の
計算を具体的に表すフローチャートである。
FIG. 5 is a flowchart specifically showing calculation of a control input according to the first embodiment of the present invention;

【図6】 この発明の実施の形態1に係る非線形関数を
示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a nonlinear function according to the first embodiment of the present invention.

【図7】 この発明の実施の形態1に係る他の非線形関
数を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing another nonlinear function according to the first embodiment of the present invention.

【図8】 従来のPID制御のみにより位置決めを行っ
た場合の実験結果(偏心追従応答)を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing an experimental result (eccentric follow-up response) when positioning is performed only by conventional PID control.

【図9】 この発明の実施の形態1により位置決めを行
った場合の実験結果(偏心追従応答)を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing an experimental result (eccentric follow-up response) when positioning is performed according to the first embodiment of the present invention.

【図10】 従来のPID制御のみにより位置決めを行
った場合の実験結果(正弦波振動外乱応答)を示す図で
ある。
FIG. 10 is a diagram showing an experimental result (sinusoidal vibration disturbance response) when positioning is performed only by conventional PID control.

【図11】 この発明の実施の形態1により位置決めを
行った場合の実験結果(正弦波振動外乱応答)を示す図
である。
FIG. 11 is a diagram illustrating an experimental result (sinusoidal vibration disturbance response) when positioning is performed according to the first embodiment of the present invention.

【図12】 従来のPID制御のみにより位置決めを行
った場合の実験結果(ランダム振動外乱応答)を示す図
である。
FIG. 12 is a diagram showing an experimental result (random vibration disturbance response) when positioning is performed only by conventional PID control.

【図13】 この発明の実施の形態1により位置決めを
行った場合の実験結果(ランダム振動外乱応答)を示す
図である。
FIG. 13 is a diagram showing an experimental result (random vibration disturbance response) when positioning is performed according to the first embodiment of the present invention.

【図14】 従来のPD制御を施した系の位相面状態軌
道を示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing a phase plane state trajectory of a system to which the conventional PD control is applied.

【図15】 従来のPD制御を施した摩擦のある系の位
相面状態軌道を示す図である。
FIG. 15 is a diagram illustrating a phase plane state trajectory of a frictional system subjected to a conventional PD control.

【図16】 この発明の実施の形態1に係わる状態軌道
を示す図である。
FIG. 16 is a diagram showing a state trajectory according to the first embodiment of the present invention.

【図17】 この発明の実施の形態1に係わる不感帯の
ない場合の状態軌道を示す図である。
FIG. 17 is a diagram showing a state trajectory in the case where there is no dead zone according to Embodiment 1 of the present invention.

【図18】 この発明の実施の形態2による位置決め方
法を示す制御則のブロック図である。
FIG. 18 is a block diagram of a control law showing a positioning method according to a second embodiment of the present invention.

【図19】 この発明の実施の形態2による位置決め方
法を示すフローチャートである。
FIG. 19 is a flowchart showing a positioning method according to Embodiment 2 of the present invention.

【図20】 この発明の実施の形態2により位置決めを
行った場合の実験結果(偏心追従応答)を示す図であ
る。
FIG. 20 is a diagram showing an experimental result (eccentricity following response) when positioning is performed according to the second embodiment of the present invention.

【図21】 この発明の実施の形態2により位置決めを
行った場合の実験結果(正弦波振動外乱応答)を示す図
である。
FIG. 21 is a diagram showing an experimental result (sinusoidal vibration disturbance response) when positioning is performed according to the second embodiment of the present invention.

【図22】 この発明の実施の形態2により位置決めを
行った場合の実験結果(ランダム振動外乱応答)を示す
図である。
FIG. 22 is a diagram showing an experimental result (random vibration disturbance response) when positioning is performed according to the second embodiment of the present invention.

【図23】 従来のPID制御による偏心追従時間波形
を示す図である。
FIG. 23 is a diagram showing an eccentricity follow-up time waveform by the conventional PID control.

【図24】 この発明の実施の形態1に係わる偏心追従
時間波形を示す図である。
FIG. 24 is a diagram showing an eccentricity following time waveform according to the first embodiment of the present invention.

【図25】 従来のPID制御に外乱オブザーバを加え
た位置決め方法による偏心追従時間波形を示す図であ
る。
FIG. 25 is a diagram showing an eccentricity follow-up time waveform obtained by a positioning method in which a disturbance observer is added to conventional PID control.

【図26】 この発明の実施の形態2に係わる偏心追従
時間波形を示す図である。
FIG. 26 is a diagram showing an eccentric tracking time waveform according to the second embodiment of the present invention.

【図27】 この発明の実施の形態1、2に係る実験結
果の集計グラフである。
FIG. 27 is a graph summarizing experimental results according to the first and second embodiments of the present invention.

【図28】 従来の摩擦力推定オブザーバによる位置決
め方法を示すブロック構成図である。
FIG. 28 is a block diagram showing a positioning method using a conventional frictional force estimation observer.

【図29】 従来のスライディングモード制御則による
位置決め方法を示すブロック構成図である。
FIG. 29 is a block diagram showing a positioning method based on a conventional sliding mode control law.

【図30】 従来のスライディングモード制御における
スライディングラインを示す図である。
FIG. 30 is a diagram showing a sliding line in conventional sliding mode control.

【図31】 従来のスライディングモード制御による状
態軌道を示す図である。
FIG. 31 is a diagram showing a state trajectory by conventional sliding mode control.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ディスク、2 スピンドルモータ、3 ヘッド、4
磁石、5 鉄心、6コイル、7 キャリッジ、8 軸
受、9 案内軸、10 取り付け金具、11PID制御
器、12 非線形切換え制御器、13 演算遅れ、14
電流電圧換算係数、15 電流推力換算係数、16
キャリッジ、17 外乱振動、18位置誤差ep、位置
誤差の微分値もしくは速度誤差ed、位置誤差の積分値
eiを求めるブロック、19 位置誤差epより制御入
力を計算するブロック、20 階段状関数、21 線形
関数、22 非線型関数、23 速度誤差evより制御
入力を計算するブロック、24 位置誤差の積分値ei
より制御入力を計算するブロック、25 3つの制御入
力の和を計算するブロック、26 D/A出力、27
外乱オブザーバ、28 ヘッド位置検出値、29 A/
D変換器、30 DSP、31 D/A変換器、32
ボイスコイルモータドライバ、 33トラック、34
駆動電流、55 補償器、56 プラント、57 摩擦
力推定オブザーバ、60 スライディング面、61,6
2 積分器。
1 disk, 2 spindle motors, 3 heads, 4
Magnet, 5 iron core, 6 coil, 7 carriage, 8 bearing, 9 guide shaft, 10 mounting bracket, 11 PID controller, 12 nonlinear switching controller, 13 calculation delay, 14
Current-voltage conversion coefficient, 15 Current thrust conversion coefficient, 16
Carriage, 17 disturbance vibration, 18 position error ep, differential value or velocity error ed of position error, block for calculating integral value ei of position error, 19 block for calculating control input from position error ep, 20 step function, 21 linear Function, 22 nonlinear function, 23 block for calculating control input from speed error ev, 24 integral value ei of position error
Block for calculating more control inputs, 25 block for calculating the sum of three control inputs, 26 D / A output, 27
Disturbance observer, 28 Head position detection value, 29 A /
D converter, 30 DSP, 31 D / A converter, 32
Voice coil motor driver, 33 tracks, 34
Drive current, 55 compensator, 56 plant, 57 frictional force estimation observer, 60 sliding surface, 61, 6
2 Integrator.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大内 丈士 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on front page (72) Inventor Takeshi Ouchi 2-3-2 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Mitsubishi Electric Corporation

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 回転するディスク状記憶媒体上の円周状
のトラックに対して、ヘッドを半径方向に移動して読み
書きするディスク装置において、上記ヘッドの位置を制
御する制御入力として、目標ヘッド位置から現在ヘッド
位置を差し引いて得られる位置誤差epに対して非線形
に増減する制御入力を用い、上記ヘッドを目標トラック
に追従させるようにしたことを特徴とするディスク装置
の位置決め方法。
1. A disk drive for reading and writing a circumferential track on a rotating disk-shaped storage medium by moving the head in a radial direction, wherein a target head position is used as a control input for controlling the position of the head. And a control input for nonlinearly increasing or decreasing a position error ep obtained by subtracting a current head position from the head, and causing the head to follow a target track.
【請求項2】 位置誤差epと制御入力との関係を示す
関数は、上記位置誤差epの大きさが所定範囲外である
時、略一次関数となり、上記位置誤差epの大きさが所
定範囲内である時の上記制御入力の大きさが、上記一次
関数を用いて計算される制御入力の大きさよりも小さく
なる非線形関数であることを特徴とする請求項1記載の
ディスク装置の位置決め方法。
2. A function indicating the relationship between the position error ep and the control input is a substantially linear function when the magnitude of the position error ep is outside a predetermined range, and the magnitude of the position error ep is within a predetermined range. 2. The method according to claim 1, wherein the magnitude of the control input is a non-linear function that is smaller than the magnitude of the control input calculated using the linear function.
【請求項3】 位置誤差epと制御入力との関係を示す
関数は、ep>δのときkff(δはトラック幅より小
さい値、kffは正の一定値)、δ≧ep≧−δのとき
0、ep<−δのとき−kffとなる階段状関数を、線
形関数に対して加算した非線形関数であることを特徴と
する請求項1記載のディスク装置の位置決め方法。
3. A function indicating the relationship between the position error ep and the control input is kff (δ is smaller than the track width, kff is a positive constant value) when ep> δ, and when δ ≧ ep ≧ −δ. 2. The method according to claim 1, wherein the step function is a non-linear function obtained by adding a step function which becomes -kff when ep <-. Delta. To a linear function.
【請求項4】 回転するディスク状記憶媒体上の円周状
のトラックに対して、ヘッドを半径方向に移動して読み
書きするディスク装置において、上記ヘッドの位置を制
御する制御入力として、目標ヘッド位置から現在ヘッド
位置を差し引いて得られる位置誤差epに対して非線形
に増減する制御入力と、この制御入力と現在ヘッド位置
から推定される外乱推定値とを加算した値を用い、上記
ヘッドを目標トラックに追従させるようにしたことを特
徴とするディスク装置の位置決め方法。
4. A disk drive for reading and writing a circumferential track on a rotating disk-shaped storage medium by moving the head in a radial direction, wherein a target head position is used as a control input for controlling the position of the head. The head is moved to the target track using a value obtained by adding a control input that non-linearly increases / decreases a position error ep obtained by subtracting the current head position from the current head position, and a disturbance estimation value estimated from the current head position. A method for positioning a disk drive, characterized in that the disk drive is made to follow.
JP22825397A 1997-08-25 1997-08-25 Positioning method of disk device Pending JPH1166774A (en)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001132483A (en) * 1999-11-04 2001-05-15 Unisia Jecs Corp Sliding mode control device
JP2003225650A (en) * 2002-02-01 2003-08-12 Toshiba Corp Hybrid water quality measuring device for water treatment process and water treatment system using the same
JP4897049B2 (en) * 2007-08-21 2012-03-14 東芝ストレージデバイス株式会社 Recording medium driving apparatus and friction characteristic measuring method

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