JPS59146485A - 磁気デイスク装置のヘツド位置決めサ−ボ機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は磁気ディスク装置のヘッド移動およびヘッド位
置決めに使用するサーボ機構に関する。

磁気ディスク装置でデータの書き込み読み出しが正しく
行なわれるためには磁気ヘッドが目標トラックに正確に
位置決めでれていなければならない。高密度の磁気ディ
スク装置では正確な位置決めを実現するためクローズト
ループサーボ方式を用いているが、可動ヘッド部には、
ディスクの回転によって生ずる風、ヘッドと回路部を接
続するフレギシプルケーブルの曲げの力、重力、停止時
にヘッドを所定の位置に戻すだめのバネなどから外乱（
外力）が働らいているため、外乱の大きさに応じて位置
偏差を生じてしまう。この位置偏差を減らすため従来か
ら２つの対策が採られている。

１つは位置制御ループに直流のオフセント電圧を加え外
乱を打ち消す方法であり、もう１つは位置制御ループに
位置偏差を積分する回路を加えサーボループの直流ゲイ
ンを大きくする方法である。

直流オフセット電圧を加える方法は、位置偏差量が装置
によって異なりまた同じ装置でも装置全水平に設置する
か垂直に設置するがで異なるため装置ごとに調整が必要
になる上、ヘッドがどのトランクに位置決めするかによ
っても変化するので打ち消しきれない位置偏差が残る欠
点がある。

位置偏差を積分する方法は応答に時間遅れがあり、目標
トランクに向かって走行する速度制御モードでは動作し
、ておらず、目標トラックに近すいて位置制御モードに
なった後動作全開始するので過渡応答の時間が長くなる
欠点がある。

外乱は、また、速度信号にも影響を与える。最近の磁気
ディスク装置は、位相の９０°ずれた２つの位置信号を
使う２相ザ一ボ方式金採用しており、２つの位置信号を
微分し７てリニアな部分をつなぎ合わすことにより連続
した速度信号を得ることができる。この位置信号微分に
よる速度信号はそのまま速度制御に用いるにはＳ／Ｎが
不足するので、通常、電流検出信号を位置信号微分によ
る速度信号に加算してローパスフィルタに通しＳ／Ｎ　
ｘ改善している。電流検出信号を加算するのは速度信号
の高域周波数成分がローパスフィルタで失われるのを補
償するためである。

電流検出信号を加算しローパスフィルタに通した速度信
号は、Ｓ／Ｎは改善されるが、外乱があると電流の積分
が速度に比例しないため精度は悪くなる。その結果外乱
が大きい場合は速度制御モードでシータ方向により実際
の速度に差を生じたジ、位置制御モードに入る初速度が
ばら゛ついて位置決めの過渡応答が変動したりする弊害
を生じる。

本発明は、装置ごとの調整が不要で装置の設置方向やヘ
ッドの位置に関係なく位置偏差をなくすことができ、ま
たサーボが速度制御モードであるか、位置制御モードで
あるかにかかわりなく常時動作可能な外乱打ち消し回路
を提供することを第１の目的としている。

また第２の目的は外乱の速度信号に対する影響をなくす
ことである。

本発明は、駆動電流に比例した力を発生するサーボモー
タを有しクローズトループサーボ方式により複数のデー
タトラックの中の任意の目標トラックにヘッドを位置決
めさせるようＫした磁気ディスク装置のヘッド位置決め
サーボ機構であって、入力電圧に比例した駆動電流をサ
ーボモータに供給する電力増幅器とサーボモータの駆動
電流を検出する手段とサーボモータの速度を検出する手
段と積分器と誤差増幅器とを含み、前記積分器には前記
電流検出手段で得られる電流検出信号から前記誤差増幅
器の出力信号である外乱打ち消しイキ号を差し引いた信
号を入力し、前記誤差増幅器は前記積分器の出力として
得られる速度推定信号から前記速度検出手段で得られる
速度信号を差し引いた誤差を増幅するように接続し、前
記電力増幅器の入力には前記外乱打ち消し信号を加算す
るように構成した外乱打ち消しループを有する。

本発明の原理を簡単に述べると以下の通りである。

外乱がない場合、サーボモータの加速度は電流に比例す
るから速度は電流の積分に比例するはずである。比例し
ないのは外乱があるためと考えられるから、その誤差に
比例した電流をモータに追加してやることによシ外乱を
打ち消す。

次に、本発明の実施例について図面全参照して詳細に説
明する。

第１図は本発明のブロック図である。第１図において、
参照数字１は電力増幅器でゲインＧｐ　（Ａ／Ｖ〕の電
流増幅器として動作する。２はサーボモータでＫＦ［Ｎ
／Ａ）はその力定数である。３．４．５は可動ヘッド部
に対応し、Ｍはその質量、１／ｓは積分要素である。６
は電流検出手段、７は速度検出手段、８は積分器、９は
誤差増幅器でＧｃ、Ｇｖ。

ＧＩ／Ｓ、ＧＤはそれぞれのゲインである。積分器８の
積分定数Ｇ、はその出力である速度推定信号Ｕ工が速度
検出手段７の出力である速度信号Ｕ。と同じレベルにな
るようにＧ　ｒ　＝　（Ｋ　Ｆ／Ｍ　）　（Ｇ　ｖ／Ｇ
ｃ　）に合わせる。１０は誤差増幅器９の出力である外
乱打ち消し信号Ｆ全電力増幅器１の入力に加算する際の
ゲイン合わせ要素である。また工はサーボモータ２の電
流、Ｄは外乱、■は速度、Ｘは位置（変位）、Ｊｌは電
流検出信号、Ｊ２は修正電流検出信号である。Ｅは位置
や速度を目標値に近ずけるための制御信号で、従来技術
によって得られる。位置や速度を目標値に近ずけるとい
う主制御は従来と同じフィードバックルーズで行ない（
第１図の点線で示す）、主制御を乱す外乱に対してだけ
９から１０金経て１に加わるループが動作する。外乱の
ない理想状態では７と８の出力差はゼロで、９から１０
を経て１に加算される外乱打ち消し信号もゼロとなり、
８，９．１０　のブロックは主制御に何の影響も与えな
い。外乱があると７と８の山号Ｅは外乱の影響を受けな
くなる。

第１図のｇ、Ｄ、Ｖ間の関係を計算すると、Ｖ−（ＥＧ
ｐ　（Ｋｐ／Ｍ）　（１＋ＧＤ　Ｇｒ／Ｓ　）／　Ｓ　
十Ｄ／Ｍ／Ｓ　）　／　（１＋ＧＤ　（ＫＦ／Ｍ）　（
ＧＶ／ＧＣ）／Ｓ）となる。

ここで％　Ｇ、に前述の値を代入すると、Ｖ＝ＥＧ　ｐ
、　（Ｋｐ／Ｍ　）　／　Ｓ　＋　Ｄ／Ｍ／Ｓ／　（１
＋　Ｇ　ｐ　（Ｋ　Ｆ／Ｍ　）（Ｇｖ／Ｇｃ　）／Ｓ　
）が得られ、ＥがらＶまでの伝達利得は、外乱打ち消し
回路の影響を受けないが、Ｄは１　／　（１＋ＣＤ　（
Ｋｐ／１ｖｉ）　（Ｇｖ／Ｇｃ　）／Ｓ　）に圧縮され
ることがわかる。外乱の直流分は圧縮式れてゼロになる
。また圧縮する帯域は誤差増幅器のゲインＧＤで調整で
きる。

第１図の外乱打ち消しループは、主制御ループが速度制
御モードであっても位置制御モードであっても常に動作
させておくことができる。注意を要するのけ、電力増幅
器ｌが通常速度制御モードの前半で一時的に飽和する点
である。第１図のＪ２は計算−ヒ、Ｊ２＝Ｊ１−Ｆ＝Ｅ
ＧＰＧｃとなるから、積分器８の入力に直接Ｅを入れて
も等価な動作ができるように見えるが実際には電力増幅
器１が飽和するためにＦが狂ってうまく動作しない。第
１図のようにＪ２ｆＪ１−Ｆからつくると電力増幅器工
が飽和しても、主制御信号Ｅに対する電力増幅器１の飽
和レベルがＦ／（ＧＰＧｃ）だけ減ったことになるだけ
で、Ｆは狂わない。

次に、速度検出手段であるが、これは専用のタコメータ
を用いてもよいが、２相サ一ボ方式の２つの位置信号を
微分してつくること全想定している。位置信号微分によ
る速度信号はＳ／Ｎが余り良くないが、ノイズは誤差増
幅器９０ケインＧＤにローパスフィルタ特性を持たせる
ことによりカットすることができる。なお、１相サ一ボ
方式の場合には、速度制御モードで位置信号微分による
速度信号が不連続にしか得られないので、電流検出信号
の積分で補間して連続した速度信号をつくるのが普通で
ある。この場合、本発明は補間部分で正しい外乱打ち消
し信号を得られないので、外乱打ち消しループの有効帯
域を狭くするとか、位置制御モードだけで使用するとか
専用のタコメータを別に設けるなどの対応が必要になる
。

第２図に、以上説明した第１図のプｏ　、７り図全具体
化した回路例を示す。ａは電力増幅器、ｂは電流検出手
段、Ｃは速度検出手段である。ｄ、ｅ。

１２ｇは演算増幅器でｄはＪ２−Ｆ’ｚつくる回路を、
ｅは積分器を、ｆはＵ、−Ｕｏを増幅する誤差増幅器を
、ｇはＥにＦを加算する回路をそれぞれ構成している。

第２図では、第１図のプ０．７り図のゲイン定数を例え
ば、ＧＰ−１〔Ａ／ｖ〕、Ｇｃ−１〔ｖ／Ａ〕。

ＫＦ＝　１０　［：Ｎ／Ａ）　、　Ｍ＝　０、Ｉ　ＣＫ
ｇ　］　、Ｇｖ−Ｉ　ＣＶ／ｍｓＪと仮定して回路定数
を決めると、−例として以下のようになる。

ｒｌ　１ｒ２１ｒ４　、ｒ５　＋ｒ６１　ｒ７１　ｒ９
　、ｒ、０：　ＩＯＫΩνｒ３：１Ω、ｒＢ　：　１０
０ＫΩ＋　ｒｕ　：　２７にΩ、Ｃ１：０．１μＦ　、
ｃ２：　０．０１５μＦ０誤差増幅器ｆにはローパスフ
ィルタの特性を持たせてノイズ金抑えている。誤差増幅
器ｆのゲインは外乱の周波数分布、速度信号のＳ／Ｎ、
回路の安定性、サーボパラメータの精度などを考慮して
決める。

癌後に本発明のもう１つの効果について説明を加える。

第３図は、位置信号微分による速度信号に電流検出信号
全加算してローパスフィルタに通し、Ｓ／Ｎのよい速度
信号をつくる速度信号合成回路である。第３図において
Ｖｄは位置信号微分による速度信号、Ｊは電流検出信号
、Ｕは合成された速度信号である。従来技術ではＪは第
１図におりるＪｌであるが％　　Ｊ、の代りに外乱の打
ち消しに費やされる電流分を差し引いた修正電流検出信
号Ｊ２全用いるようにすると速度信号の精度が改善され
る効果が生まれる。

なお、この速度信号合成回路でつくった速度信号を外乱
打ち消しループで使用することも可能であるが、外乱打
ち消し信号として意味があるのは速度信号合成回路のロ
ーパスフィルタのカットオフ周波数より低い周波数成分
に限られる。

本発明は、以上説明したように、従来の回路に簡単な回
路を追加することにより外乱全灯ち消すことができる。

外乱の犬き゛さが変化しても自動的に追従するので調整
は不要であり、１だ常時動作させておくことができるの
で大きな過渡応答音生じることがない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブ０ツク図、第２図は
第１図のブロック図を具体化した回路例、第３図は本発
明により￥′Ｒ度が改善される速度Ｉｌ＠号合成回路の
回路例である。 図において、１・・・・・・電力増幅器、２・・・・・
・サーボモータ、３・４・５・・・・・・可動ヘッド部
、６・・・・・・電流検出手段、７・・・・・・速度検
出手段、８・・・・・・秋分器、９・・・・・・誤差増
幅器、１０・・・・・・ゲイン合わせ要素、Ｅ・・・・
・主制御信号、■・・・・・・サーボモータの駆動電流
、Ｄ・・・・・・外乱（外力）、■・・・・・速度、Ｘ
・・・位置、Ｊｌ・・・・・・電流検出信号、Ｊ２・・
・　修正電流検出信号、Ｕｏ・・・・・・速度信号、Ｕ
ｌ・・・・・・速度推定信号、Ｆ・・・・・・外乱打ち
消し信号、ＧＰ・・・・・・電力増幅器のゲイン、Ｇｃ
・・・・・・電流検出手段のゲイン、ＫＦ・・・・・・
・サーボモータの力定数、Ｍ・・・・・・可動ヘッド部
の質量、１／ｓ・・・・・・積分要素、Ｇｖ・・・・・
・速度検出手段のゲインｂ　ＧＩ・・・・・・積分器の
積分定数、ＧＤ・・・・・・誤差増幅器のゲイン、ａ・
・・・・・電力増幅器、ｂ・・・・・・電流検出手段、
Ｃ・・・・・・速度検出手段、ｄ−ｅ−ｆ−ｇ・・・・
・・演算増幅器、Ｖｄ・・・・・・位置信号微分による
速度信号、Ｊ・・・・・・電流検出手段捷たは修正電流
検出信号、Ｕ・・・・・・合成された速度信号。 −５４１＝ 際３′巳

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）駆動電流に比例した力を発生するサーボモータを
   有しクローズトループサーボ方式により複数のデータト
   ラックの中の任意の目標トラックにヘッドを位置決めさ
   せるようにした磁気ディスク装置のヘッド位置決めサー
   ボ機構において、入力電圧に比例した駆動電流ｔν−−
   ボモータに供給する電力増幅器とサーボモータの駆動電
   流全検出する手段とサーボモータの速度を検出する手段
   と積分器と誤差増幅器とを含み、前記積分器には前記電
   流検出手段で得られる電流検出信号から前記誤差増幅器
   の出力信号である外乱打ち消し信号を差し引いた信号を
   入力し、前記誤差増幅器は前記積分器の出力として得ら
   れる速度推定信号から前記速度検出手段で得られる速度
   信号を差し引いた誤差を増幅するように接続し、前記電
   力増幅器の入力には前記外乱打ち消し信号を加算するよ
   うに構成した外乱打ち消しループを有することを特徴と
   するヘッド位置決めサーボ機構。
2. （２）位置信号微分によってつくった速度信号に電流検
   出信号全加算してローパスフィルタに通しＳ／Ｈのよい
   速度信号を得る速度信号合成回路において、電流検出信
   号の代りに第（１）項記載の、電流検出信号から外乱打
   ち消し信号を差し引いた信号を用いることを特徴とする
   第（１）項記載のヘッド位置決めサーボ機構。