JPS62257682A - データ記録ディスク・ファイルにおけるヘッド移動の制御方法 - 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】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、データ記録デイスク・フアイルドおける読み
書きヘッド位置決め用サーボ制御システムに関する。詳
細にいえば、本発明は、トラツク・シークおよびトラッ
ク追随の両方九対する単一ディジタル・サーボ制御シス
テムであって、専用サーボ・ディスク表面またはデータ
・ディスク表面のセクタのいずれかにサーボ情報を有す
るデイスク・フアイルと共に使用できるものに関する。

Ｂ、従来技術 デイスク・フアイルは情報記憶装置であって、情報を含
んでいる同心状データ・トラツクを有する回転ディスク
と、データをさまざまなトラックから読み取るか、トラ
ックに書き込むためのヘッド、およびサポート・アーム
・アセンブリによってヘッドに接続され、ヘッドを希望
するトラックへ移動させ、読取シまだは書込み操作中、
ヘッドをトラックの中心線上に維持するためのアクチュ
エータを利用するものである。希望するトラックへヘッ
ドを移動させることを、トラック・アクセスまたは「シ
ーク」といい、読取シまたは書込み操作中に希望するト
ラックの中心線上にヘッドを維持することをトラックの
「追随」という。

アクチュエータは典型的な場合、「ボイス・コイル・モ
ータＪ　　（ＶＣＭ）であり、これは永久磁石のステー
タの磁界中を運動可能なコイルからなっている。ＶＣＭ
に電流を印加すると、コイルが、したがってこ九に取シ
付けられているヘッドが半径方向に移動する。コイルの
加速は印加された電流に比例しているので、理想的な場
合には、ヘッドが希望するトラック上で完全に静止して
いれば、コイルに電流は流れない。

ディスク上に比較的高密度のデータ・トラツクを有して
いるデイスク・フアイルにおいては、サーボ制御システ
ムを組み込んで、読取りまたは書込み操作中に、希望す
るトラックの中心線上にヘッドを正確に維持することが
必要である。このことは専用のサーボ・ディスクか、あ
るいけデータ・ディスク上のデータとは角度をなして離
隔し、かつデータの間に挿置されたセクタのいずれかの
上にある予め記録された情報を利用することによって達
成される。読書きヘッド（あるいは、専用サーボ・デス
クを使用している場合には、専用サーボ・ヘッド）ＶＣ
よって検出されたサーボ情報は復調され、最も近いトラ
ックの中心線からのヘッドの位置誤差を示す位置誤差信
号（ＰＥＳ　）を発生する。セクタ・サーボ・ディスク
または専用サーボ・ディスクのいずれかと共に使用され
る周知のサーボ・パターンの型式のひとつは、ＩＢＭテ
クニカルφディスクロージャ・プルテン、Ｖｏｌ。

２１、Ｎｏ、２（１９７８年２月）　ｐｐ、８０４−８
０５にミュラー他（Ｍｕｅｌｌｅｒ、ｅｔ　　ａｌ　）
　　が記載している直角位相パターンである。直角位相
パターンには、４つの独自のトラック型式があシ、これ
らの型式が反復して、サーボ情報の放射状に反復する４
トラツクのバンドを形成する。

トラツク・シーク中に、ヘッドがトラックを横切って移
動している場合、ＰＥＳを使って、トラック交差パルス
を発生する。このトラック交差情報を、ＰＥＳおよび希
望する、または目標のトラックを表す信号とともに使っ
て、総誤差信号を発生する。総誤差信号はＰＥ５Ｋ、目
標トラックの位置とヘッドが配置されている実際のトラ
ックの位置の差を加えたものを合計したものに等しい。

次いで、総誤差信号をサーボ・フィードバック・ループ
に使って、基準速度軌道発生器によってヘッドの希望速
度を計算し、目標トラックへ最短時間で移動させるだめ
の最適速度軌道にしたがって、ヘッドが目標トラックに
到達することを確実とする。次いで、計算速度を電子タ
コメータからの推定速度と比較し、速度誤差信号を電力
増幅器に対して発生し、増幅器は次いで、制御電流をＶ
ＣＭに印加する。ＶＣＭ制御電流および直角位相ＰＥＳ
の入力から速度の推定値を発生させる電子タコメータは
、プラツドリー他（Ｂｒａｄｌｅｙ、ｅｔ　　ａｌ）の
米国特許第４２４６５３６号に記載されている。

デイスク・フアイルによっては、推定速度が線形可変差
動変圧器（ＬＶＤＴ）などの機械的タコメータによって
与えられるものもある。

トラック追随中に、ヘッドが希望するトラックの境界内
に配置されている場合、ＰＥＳを単独でサーボ・フィー
ドバック・ループ内に使い、ｖＣＭに対する制御信号を
発生して、ヘッドをトラックの中心線に戻す。

トラツク・シークおよびトラック追随の際の一般的なデ
イスク・フアイルのサーボ制御システムの動作の説明は
、Ｐ、、に、オスワルド（Ｒ，Ｋ。

Ｏｓｗａｌｄ）の「デイスク・フアイル・ヘッド位置決
めサーボの設計（Ｄｅｓｉｇｎ　　ｏｆ　　ａ　Ｄｉｓ
ｋＦｉｌｅ　　Ｈｅａｄ−Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　　
５ｅｒｖｏ）Ｊ、ＩＢＭ研究開発ジャーナル（ＩＢＭ　
Ｊｏｕｒｎａｌｏｆ　　Ｒｅ５ｅａｒｃｈ　　ａｎｄ　
　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　）、１９７４年１１月、ｐ
ｐ−５０６−５１２に記載されている。

このような周知のデイスク・フアイルにおいて、トラッ
ク交差パルスを使ってトラツク・シーク中の総誤差信号
を決定するには、ＰＥＳからトラック交差信号を発生さ
せるために、復調器に付加的な費用がかかシ、複雑なア
ナログ回路が必要となる。さらに重要なことは、セクタ
ー・サーボ・データを使うデイスク・フアイルの場合、
ＰＥＳからのトラック交差パルスを直接正確にカウント
できないことであって、これは通常、ヘッドがＰＥＳサ
ンプルの間の多数のトラックを横切るからである。

デイスク・フアイルの操作中に、ＶＣＭはある種のほぼ
一定な、あるいはきわめて低い周波数の力を受けるもの
であシ、この力はコイルを、それ故取り付けられたヘッ
ドを希望する位置、すなわちトラツク・シーク中に希望
する速度軌道に追随するに必要な位置、またはトラック
追随中の希望するトラックの中心線の位置から偏倚させ
る。これらの偏倚力は、コイルおよびヘッドをコイルに
接続するアーム・アセンブリを通る循環空気流、コイル
とアーム・アセンブリをデイスク・フアイルの読書き電
子機器に接続している可撓性のリボン導体の運動、アク
チュエータのベアリングとガイド・レールの間の摩擦、
およびＶＣＭの放射状のアクセス方向が、水平方面に完
壁に整合していない場合の、コイルおよびアーム・アセ
ンブリへの重力の影響などによって生じるものである。

偏倚力の他に、典型的な場合には、制御電流をＶＣＭへ
供給する電力増幅器に入力電圧のオフセットがあるので
、電力増幅器に対する速度誤差信号が存在しない場合に
おいても、ＶＣＭに非ゼロ入力電流がかかることがある
。

アクチュエータにかかるすべての力のうち主な影響をお
よぼすものがアクチュエータに流れる電流てよるもので
ある場合、偏倚力および電圧オフセットはトラツク・シ
ーク中に、サーボ制御システムの性能にほとんど影響を
およぼさない、しかしながら、トラツク・シークの完゛
了時、およびトラック追随中に、ヘッドが目標トラック
の中心線からほぼトラックの幅の半分の範囲内にある場
合、および総誤差信号がＰＥＳのみの場合には、偏倚力
および電圧オフセットがＰＥＳに対して主として影響を
およぼすものとなシ、かつこれらを電力増幅器への制御
信号によって迅速に、しかも効果的に補償し、ヘッドを
トラックの中心線上に維持するための電流をＶＣＭにも
たらさなければならない。

Ｃ０発明が解決しようとする問題点 トランク追随中に総誤差信号を迅速にゼロにするだめの
手法のひとつは、ＰＥＳの積分器をサーボ・フィードバ
ック・ループに組み込むことである。このことは独立し
た「スチフネス」積分器を使うことによって達成される
ものであり、この積分器がサーボ・フィードバック・ル
ープに切シ換えられるのは、トラック追随の期間中だけ
である。

しかしながら、切換え可能なスチフネス積分器を使用す
ると、大きいシステム偏倚力と電圧オフセットが存在す
る場合の、積分器の切換えの結果生じる電気的な過度が
発生する。さらに、スチフネス積分器を適正な時期に正
確に切シ換えなければならない。スチフネス積分器の切
換によって生じる過渡と、適切でない時期に行なわれる
切換えの両方は、目標トラックの中心線に関して、ヘッ
ドのオーバーシュートまたはアンダーシュートヲモたら
し、それ故以降の読取シまたは書込み操作を遅らせる。

すべてのデイスク・フアイルにおいて偏倚力が生じる他
の問題は、はぼ一定の、またはきわめて低い周波数のＰ
ＥＳが存在する場合に、電力増幅器周囲のフィードバッ
ク径路にゲインが存在することである。電子タコメータ
を使うデイスク・フアイルの場合、これは電子タコメー
タが、入力としてＶＣＭ制御電流と測定されたＰＥＳを
受は坂リ、また制御電流の積分とＰＥＳの微分の組合せ
により、ヘット：の速度の推定を行なうからである。

それ故、ヘッドが静止しているが、コイルとアーム・ア
センブリがほぼ一定であるか、きわめて低い周波数の偏
倚力を受けていたとしても、電子タコメータは非ゼロの
速度推定値を出力することになる。機械的タコメータを
使ったデイスク・フアイルの場合、ヘッドが静止してい
る場合においても、電気的なオフセットが推定速度の非
ゼロの出力をもたらす。

Ｄ０問題点を解決するための手段 本発明のディジタル・サーボ制御システムは入力として
、離散したサンプル時間に、ＰＥＳと、ＶＣＭ電流を表
すディジタル値を受は取り、かつ離散したサンプル時間
に、ディジタル制御信号を出力する。ディジタル制御信
号はアナログ制御信号に変換され、かつ積分電力増幅器
へ入力され、この増幅器は制御電流入力をＶＣＭに与え
る。

ディジタル制御信号は、関連するメモリ装置ヘデータ・
パスによって接続されたマイクロプロセッサにより発生
する。各ＰＥＳサンプルに対する制御信号の計算の一部
として、マイクロプロセッサｉ、ＰＥＳと、アクチュエ
ータに作用する偏倚力を補償するのに必要な電流の量に
等しいＶ　ＣＭ電流の推定値とから、測定された絶対ヘ
ッド位置を計算する。さらに、マイクロプロセッサは、
固定した基準値に関する絶対ヘッド位置の推定値と、ヘ
ッド速度の推定値を計算する。ディジタル速度軌道発生
器は、目標トラックの絶対位置と推定絶対ヘッド位置の
差の関数として、ヘッドの最適速度を表す値を与える。

次いで、ヘッド速度の計算された推定値と、速度軌道発
生器からの最適速度との差として、速度誤差を計算する
。マイクロプロセッサは、測定されたＶＣＭ電流と、推
定された偏倚力に等しいＶＣＭ電流とから、ヘッド加速
度の推定値も計算する。推定されたヘッドの加速度を、
速度誤差および以前のＰＥＳサンプルに対する制御信号
を表す値とともに使って、ディジタル制御信号を形成す
る。

推定された絶対ヘッド位置、ヘッド速度、および偏倚力
に等しいＶＣＭ電流を、これらの事項のそれぞれの推測
値から計算する。推測値は各ＰＥＳサンプルによって更
新されるものであシ、特にディジタル・サンプリング時
間を表す定数と、摩擦効果および力の定数などのＶＣＭ
の物理パラメータの関数である。これらの事項の推定値
は、絶対ヘッド位置の計算測定値と推測絶対ヘッド位置
の差であると誤差項を使って計算される。

ヘッドが目標トラックの中心線に対してトラック幅のほ
ぼ半分の範囲内にあるトラック追随中に、推定ヘッド加
速度がゼロになるように、ヘッド加速度の推定を行なう
。それ故、ヘッドがほぼ静止してお５．ＶＣＭが偏倚力
を受けている場合、積分電力増幅器周囲に、偏倚力があ
るときにゲインを有するフィードバック経路は存在しな
い。

本発明によるデイジタルパシーポ制御システムを使った
場合、トラックの交差を測定または推定内− ディスクのいずれによっても、システムを完全に作動さ
せることができる。絶対ヘッド位置の推測が十分な精度
で行なわれるので、絶対ヘッド位置の測定値と推測絶対
ヘッド位置の間の差が常に、所定のトラック数よりも少
なくなるようになる。

たとえば、サーボ情報が４トラツク・バンド内で放射状
に反復している直角位相パターンとともに、サーボ制御
システムを利用した場合、必要なのは知る必要はない。

ディジタル・サーボ制御システムは、ディジタル制御信
号に対する補正信号を表す値を計算し、積分電力増幅器
に対する電圧オフセットを補償する手段も含んでいる。

補正信号は制御信号に印加され、トラック追随中に更新
される。

本発明の特徴および利点をさらに理解するＫｄ、添付図
面について行なわれる以下の詳細な説明を参照されたい
。

Ｅ、実施例 第２図のブロック線図は、公知のアナログ・デイスク・
フアイル・サーボ制御システムの図面である。一対のデ
ィスク１０．１２がデイスク・フアイル駆動モータ１６
のスピンドル１４に支承されている。ディスク１０．１
２の各々はそれぞれ２つの面２０．２２および２４．２
６を有している。本明細書における説明のため、ディス
ク１０の面２０と、ディスク１２の面２４．２６がデー
タ記録面であるとする。ディスク１０の面２２は専用サ
ーボ表面であって、予め記録されたサーボ情報のみを含
んでいる。サーボ情報は同心状のトラックに記録され、
典型的な場合には、サーボ表面２２上の隣接するサーボ
・トラックの交差部が、面２０，２４および２６のデー
タ・トラツクの中心線と放射状に整合するような態様で
、書き込まれる。表面２０上のサーボ情報は上述のミュ
ラー他による引用文献に記載されているように、直角位
相のパターンであってもかまわない。

データ・ディスクおよびサーボ−ディスク上の個々のト
ラックはヘッド３０．３２．３４．３６によってアクセ
スされ、ヘッドの各々はそれぞれのディスク表面に関連
付けられ、かつ関連するアーム・アセンブリによって支
承されている。ヘッド３０．５２．５４．３６はＶＣＭ
４　Ｃ１どの共通アクセス手段即ちアクチュエータに取
シ付けられている。それ故、ヘッド５０％　５２，５４
．５６けすべて、それぞれのディスク表面上の半径方向
位置に関して互いに固定した関係に維持される。

専用サーボ・ヘッド３２の出力は増幅器（ＡＭＰ）４２
に供給され、次いで復調器（ＤＥＭＯＤ）４４に供給さ
れる。復調器４４はディスク表面２２からのサーボ情報
信号を処理し、これを復調して、アナログＰＥＳを発生
する。復調器４４からのＰＥＳけ、サーボ・ヘッド３２
がそれぞれのディスク表面２０．２４，２６上の最も近
いトラックの中心線から離隔している位置を示すもので
ある。復調器４４は差カウンタ（ＤＩＦＦ、Ｃ０ＵＮＴ
）４６０入力であるトラック交差パルスＴＣＰ、サーボ
・パターンが直角位相パターンである場合には、直角位
相パターンの４つの特定のトラック型式のひとつを識別
する信号（図示せず）を与える。

差カウンタ４６は、デイスク・フアイル制御装置（図示
せず）から、目標または希望するトラックを示すコマン
ドｔｄも受信する。サーボ・ヘッド５２が各トラックと
交差した場合、トラック交差パルスは差カウンタ４６に
記憶されるｔ、の値を決定する。差カウンタ４６の出力
はディジタル・アナログ（Ｄ／Ａ）変換器４８に送られ
、　Ｄ／Ａ変換器は希望するトラックに達するためのト
ラック数を表すアナログ値ｔ、１−ｔ、（ただし、ｔ８
はＰＥＳの測定時の、サーボ・ヘッド３２の最も近いト
ラック位置である）を与える。

ＰＥＳからトラック交差パルスを発生するには、復調器
４４に比較的費用がかかり、復雑な回路（図示せず）が
必要であろう第２図に示すサーボ制御システムか専用サ
ーボ・ディスクを必要とし、セクタ・サーボ情報によっ
ては作動できないのは、トラツク・シーク中に、ヘッド
が通常ＰＥＳの測定の間に多数のトラックを交差するか
らである。

それ故、第２図に示す基本サーボ制御システム・をセク
タ・サーボ情報によって作動できるものにする場合、ト
ラックの交差を計数させる代替策を使って、通過するト
ラック１ｔｄ−ｔａを決定しなければならない。

Ｄ／Ａ変換器４８からの値ｔａ−−をＰＥＳと接合部５
０で合計して、合計接合部５０の出力が希望するトラッ
クの中心線１での通過距離Ｘ　ｔ　ｇを表す総誤差信号
となる。

通過距離は合計接合部５５においてスイッチ５２かもの
出力が加えられたのち、速度軌道発生器（ＶＴＧ）５４
に供給される。トラツク・シーク中に、スイッチ５２が
開き、スチフネス積分器５３の出力がゼロにリセットさ
れる。この場合、合計接合部５５の出力ｘｔｇのみとな
る。目標トラックからの指定の距離内、たとえばトラッ
クの幅の４分の１未満の場合、スイッチ５２が閉じ、リ
セット信号Ｒ８Ｔがスチネフ積分器５５から除去され、
スチフネス積分器５３が作動可能となる。

スイッチ５２が閉じた場合、ＶＴＧ５４の入力は、Ｘ　
ｔ　ｇとＸ　ｔ　ｇ　　の積分値とで構成される。トラ
ック追随中、スチフネス積分器５６はサーボ制御システ
ムに対して、Ｘ　（ｇの平均値（ＰＥＳに等しい）をゼ
ロにする効果をおよぼす。

ＶＴＧ５４はＸ　ｔ　ｇの値に基づいて、指令速度ｖｃ
を計算する。公知のアナログ型式の速度軌道発生器は通
常、ダイオード・ブレークポイント回路または乗算器回
路のいずれかによるものであって、これら両者はワーク
マンの米国特許第４４８６７９７号の第１Ａ図および第
１Ｂ図に、公知技術として図示説明されている。

第２図に示すように、ＶＴＧ５４とＶＣＭ４０の間には
、補償器（ＣＯＭＰ）５６と積分電力増幅器（ＩＰＡ）
５８が配置されている。補償器５６は全体的なりローズ
ド・ループ・システムの安定度と性能を確保するための
、特定のゲインおよび移相特性を有する回路を含んでい
る。補償器５６の出力は制御信号Ｕであって、この信号
ｌ１ＺＰＡ５８に送られ、ここで補償された制御信号が
積分され、増幅されて、ＶＣＭ４０に対する制御信号ｉ
を発生する。ＶＣＭ４０への制御信号はコイルを移動さ
せるための特定の電流レベルのものであるから、サーボ
・ヘッド３２、しだがってデータ・ヘッド３０，３４．
３６は希望する速度で、希望するトラックの中心線に向
かって移動する。

電子タコメータ（ＥＴＡＣＨ）６０が補償器５６とＩＰ
Ａ５８周囲のフィードバック経路に配置されている。ｇ
ＴＡｃＨ６ＯＲ入力として、ＩＰＡ５８からのＶＣＭ制
御電流ｉと、復調器４４からのＰＥＳを受は取る。ＥＴ
ＡＣＨ６０の出力はヘッド速度の推定値である。ＥＴＡ
ＣＨ６Ｑは微分されたＰＥＳと積分された制御電流ｉの
組合せに基づいて、信号Ｖ、を与える。ＥＴＡＣＨ６０
の詳細な説明は、上述の米国特許第４２４６５１６号に
記載されている。ＥＴＡＣＨ６０をサーボ・フィードバ
ック・ループに組み込んだ結果、補償器５６への入力が
速度誤差信号ｖ、！ｓ　となるが、この信号ばＶＴＧ５
４が出力する指令速度Ｖ　とＥＴＡＣＨ６０が出力する
推定速度Ｖ　の差である。

トラック追随中に、サーボ・ヘッド３２がｋしているが
、ＶＣＭ４０が偏倚力を受けている場合には、ＥＴＡＣ
Ｈ６０はＩＰＡ５８の周囲にフィードバック経路を与え
続け、それ故、非ゼロの速度推定値Ｖｃを与え続ける。

トラツク・シーク中、スイッチ５２が開くので、スチフ
ネス発生器５３がバイパスされる。ＶＴＧ５４Ｉ／ｉ上
述の米国特許第４４８６７９７号の従来技術で説明され
ている基準曲線によって、速度信号Ｖ　をＸ　ｔ　ｇの
非線形関数として計算する。総誤差信号Ｘ　ｔ　ｇはＰ
ＥＳと、通過トラックの計算された数、１（−１，の合
計である。しかしながら、シークの完了間際だ１ヘツド
が希望するトラックの中心線に対してトラックのほぼ４
分の１の範囲内に到達した場合、スイッチ５２が閉じ、
それ故、スチフネス積分器５６をサーボ・フィードバッ
クループに切シ換えられる。この時点で、総誤差信号Ｘ
　ｔ　ｇがＰＥＳのみになるのは、ヘッドが希望するト
ラックの境界内にあるからである。スチフネス積分器５
３は迅速に総誤差信号をゼロにする。

ＶＴＧ５４は速度コマンドＶｃを与えるが、このコマン
ドは合計接合部５５の出力の線形関数である。

トラツク・シークの完了間際のサーボ・ループへのスチ
フネス積分器５５の切換えは、速度コマンドｖｃに過度
をもたらし、これは希望するトラックの中心線に関する
ヘッドのオーバーシュートまたはアンダーシュートをも
たらし、それ故、以降の読取りまたは書込み操作の遅れ
をもたらす。

本発明のディジタル・サーボ制御システムの単純化され
たブロック線図を、第１図に示す。マイクロプロセッサ
（及Ｐ）８０’がデータ・バ９ス８・４を介して、ラン
ダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）８２およびプログラ
ム式読取シ専用メモリ（ＦＲＯＭ）８３に接続されてい
る。デイスク・フアイル制御装置（Ｃ−ＵＮＩＴ）８６
もデータ・バス８４に接続されている。制御装置８６は
目標トラックを表す信号ｔｄおよびサーボ制御システム
を初期化するための「再ゼロ」を表す信号ＲＺを始めと
するさまざまなコマンドを、マイクロプロセッサ８０に
与える。第１図には、マイクロプロセッサ８０へのアド
レス線および制御線は示されていない。サーボ制御シス
テムのアナログ部分を、第１図においてデータ・バス８
４のほぼ右側に示す。

サーボ・ヘッド３２によって読み取られた信号は、増幅
器（ＡＭＰ）４２へ入力され、次いで復調器（ＤＥＭＯ
Ｄ）４４へ入力される。本発明は、さまざまな型式のサ
ーボ・パターンおよびサーボ信号復調手法の任意のもの
によって操作できるものであるが、サーボ制御システム
を直角位相サーボ・パターンを参照して説明する。サー
ボ表面２２上の直角位相パターンは、以下の態様で復調
器４４によって復調される。まず、復調器４４は増幅器
４２から直角位相のサーボ信号を受は取シ、第１図に示
すように、主波形（ＰＥＳＰ）と直角位相波形（ＰＥＳ
Ｑ）という２つの独立したアナログ波形を発生する。復
調器４４からのアナログＰＥ５Ｐ信号およびＰＥ５Ｑ信
号はアナログ・デイジタル（Ａ／Ｄ）変換器８８，８９
０それぞれに送られる。任意のサンプル時間におけるＰ
Ｅ５ＰおよびＰＥ５Ｑの離散値をＰＥ５Ｐ（ｎ）および
ｐＥｓＱ（ｎ）で示すが、ｎは各ディジタル−サンプル
の時間インデックスを表す。次いで、ＰＥ５Ｐ（ｎ）お
よびＰＥ５Ｑ（ｎ）をマイクロプロセッサ８０が使用し
て、直角位相パターンの４トラツク・バンドのひとつの
４つのトラックのどれに、サーボ・ヘッド３２が配置さ
れているかを決定する。これが決定されると、適正な信
号、すなわちＰＥ５Ｐ（ｎ）！たはＰＥ５Ｑ（ｎ）のい
ずれかの選択を行なって、ＰＥ５（ｎ）を決定する。ｔ
　　（ｎ）というトラックの型式と、ＰＥＳ　（ｎ）が
以下の真理値表にしたがって決定される。

第１表 第１表の真理値表は第５Ａ図−第３Ｄ図を参照すること
によっても理解できるものである。第３Ａ図はサーボ・
ヘッド５２の半径方向の位置の関数として、復調器４４
が出力するＰＥ５Ｐ信号およびＰＥ５Ｑ信号を表してい
る。第３Ｂ図および第３Ｃ図は＋／−ＰＥＳＱ（ｎ）に
対するＰＥ５Ｐ（ｎ）の２つの比較のディジタル値であ
る。第３Ｄ図はディジタル・トラック型式信号ｔ　ｑ　
（ｎ　）であって、第１表の論理から計算されるもので
あ　　　　−る。好ましい実施例においてｓ　　ｔ　　
（ｎ）およびＰＥＳ（ｎ）はマイクロプロセッサ８０に
よって計算される。あるいは、第１表をアナログ・ハー
ド　　　′ウェアに実施し、結果として得られるトラッ
ク型式番号ｔ　ｑ　（ｎ　）をデータ・バス８４に入力
することができる。同様に％ＰＥ５ＰおよびＰＥ５Ｑを
アナログ・スイッチによって選択し、第１表の論理にし
たがって、ＰＥＳを発生し、これを単一のＡ／Ｄ変換器
に送ることができる。

再度第１図を参照すると、復調器４４は直接データ・バ
ス８４に、１ピツトのディジタル信号ＧＢＯＤも与え、
サーボ・ヘッド５２が「ガード・バンド外径部」、すな
わちデイスク・フアイルの半径方向最外部のヘッド位置
にあることを示す。

この信号は、サーボ表面２２の半径方向最外部のトラッ
クに記録されている特別なコードによって発生される。

ＩＰＡ５８は７−１）−０グ制御電流ｊ　（ｔ）を、Ｖ
ＣＭ４０に与え、かつフィードバックとしてＡ／Ｄ変換
器９０に与える。Ａ／Ｄ変換器９０はデータ・バス８４
に、アナログ電流ｉ　（ｔ）のサンプルに対応するディ
ジタル電流ｉ　（ｎ）を与える。

それ故、第１図に示すように、この説明のだめのディジ
タル・サーボ制御システムのマイクロプロセッサ８０へ
のデータ入力は、目標トラックｔｄお、よび再ゼロＲＺ
に対する制御装置コマンド、第１表にしたがってＰＥ５
Ｐ（ｎ）およびＰＥ５Ｑ（ｎ）ｌ／！：よって決定され
る最も近いトラックの中心線ＰＥ５（ｎ）に関するヘッ
ド位置、ＶＣＭ制御電流１（ｎ）、およびＧＢＯＤであ
る。

ディジタル制御信号ｕ（ｎ）がマイクロプロセッサ８０
によって、ディジタル・アナログ変換器（ＤＡＣ）９２
へ出力される。第１図に示すように、Ａ／Ｄ変換器８８
．８９．９０が同一のクロック入力ＣＬによって駆動さ
れるので、ＰＥ５Ｐ。

ＰＥ５Ｑおよびｌすべてのディジタル・サンプリングが
同時に行なわれる。ＰＥ５Ｐ　（ｎ）、ＰＥ５Ｑ（ｎ）
およびｉ　（ｎ）から計算される制御信号ｕ（ｎ）の出
力は、固定した計算遅延時間の後、ＰＥ５Ｐ（ｎ＋１）
、ＰＥ５Ｑ（ｎ＋１）およびｉ（ｎ＋１）という次のデ
ィジタル・サンプルの入力前に行なわれる。ＤＡＣ９２
はアナログ制御信号ｕ　（ｔ）を、ＩＰＡ５Ｂに与える
。

マイクロプロセッサ８０は特別な禁示信号ＩＮＨも、Ｉ
ＰＡ５８に与える。サーボ制御システムが最初にオンに
され、何らかの初期信号状態がＶＣＭ４０の望ましくな
い運動を引き起こすことを防止する場合に、ＩＰＡ５８
は禁示される。

第１図の単純化されたブロック線図はディジタル・サー
ボ制御システムを実施するのに可能なノ・−ドウエアを
示すことのみを目的とするものである。

第１図に示されていないが、以下で説明するディジタル
・サーボ制御システムの重要な特徴は、マイクロプロセ
ッサ８０が制御信号ｕ　（ｎ）を計算し、スチフネス積
分器の必要性と、偏倚力が存在する場合にゲインを有し
ているＩＰＡ５８周囲のフィードバック経路の悪影響を
排除する態様である。

マイクロプロセッサ８０は状況推定器（ｓｔａｔｅｅｓ
日ｍａｔｏｒ）と呼ばれるアルゴリズムを使用して、絶
対ヘッド位置ｘ　１ヘッド速度Ｖ　およびヘッド加速度
ａｅを推定する。各ディジタル・サンプルｎに対する推
定された（ｅｓｔｉｍａｔｅｄ）ヘッド位置、速度およ
び加速度は、推測された（ｐｒｅｄｉｃｔｅｄ）ヘッド
位置、速度および加速度、測定されたヘッド位置および
測定されたＶＣＭ電流の関数である。推測ヘッド位置、
速度および加速度は、各サンプルによって更新され、Ｖ
ＣＭおよびアーム・アセンブリの物理モデルに基づいた
関数から導かれる。

ディジタル・サーボ制御システム、％に状況推定器の動
作を、第４図を参照して説明する。留意しなければなら
ないのは、合計接合部などの第４図の非アナログ部分の
ところは独立したハードウェア構成要素ではなく、マイ
クロプロセッサ８０が行なう計算の理解を補助する図に
よる補助手段に過ぎないことである。

第４図に示すように、状況推定器（ＳＦ）１００はｘ、
　（ｎ）、　ｖ、　（ｎ）およびａｅ（ｎ）という出力
を発生する。制御装置８６（第１図）からの目標トラッ
クｔ、と、推定ヘッド位置ｘｅ（ｎ）との差は「通過距
離Ｊ　ｘ　ｔ　ｇ　（ｎ　）　　であって、これは合計
接合部１０１の出力として表され、かつＶＴＧ　１０２
へ入力される。ｘ　ｔ　ｇ　（ｎ　）　　を表す入力信
号はディジタルＶＴＧ　１０２で操作され、出力アドレ
スを形成し、これは次いでＦＲＯＭ８３に記憶されてい
る索引テーブルに入力される。ＦＲＯＭ８３からの出力
は速度曲線に対するディジタル化値であって、ＶＴＧ１
０２からのディ、ジタル速度コマラド即ち指令出力ｖ　
ｃ　（ｎ　）として、直接使用される。ディジタルＶＴ
Ｇ　１０２の詳細な説明は、上述の米国特許第４４８６
７９７号に記憶されている。あるいはまた、ＶＴＧ１０
２は上述の米国特許第４４８６７９７号の第１Ｃ図ｆ示
すように、ディジタル曲線を使用してもかまわない。Ｖ
ＴＧ１０２の出力は速度コマンドｖ（ｎ）・であ２て１
１、これは通過距離ｘｔｇ（ｎ）の関数である。ヘッド
が目標トラックｔｄの中心線からほぼ一１／２トラック
の範囲内にある場合、ｖｃ（ｎ）は、はぼ入力ｘ　　（
ｎ）の線形関数であシ、ｋ　＋　Ｘ　ｔ　ｇ　（ｎ　）
　（ただｇ し、ｋｌは定数である）で表すことができる。

ＶＴＧ１０２の出力ｖｃ（ｎ）は特定のサンプルｎに対
するヘッドの最適速度、および目標Ｘ　ｔ　ｇ（ｎ）ま
での距離を表す信号である。この値は次いで、合計接合
部１０４で示すように、状況推定器１００が発生する推
定速度Ｗｅ　（ｎ）と比較される。ｖ（ｎ）とＶ。（ｎ
）の差は合計接合部１０４からの速度誤差信号Ｖ。３（
ｎ）である。

ＶＴＧ　１０２と合計接合部１０４０間には、サーボ制
御システムからＶＴＧ１０２を切り換えるスイッチ１０
３が配置されている。スイッチ１０３が「オン」にされ
ると、マイクロプロセッサ８０け定速度ｖｅ０を、合計
接合部１０４に与える。

スイッチ１０３はオンにされ、定速人力ｖｃｏがサーボ
制御システムの初期化中に与えられ、サーボ・ヘッド３
２を内径部から、保護帯域の外径部へ定速度で「惰行（
ｃｏａｓｔ）Ｊさせる。それ故、惰行移相中、合計接合
部１０４からのｖ（ｎ）　Ｓ はｖｃｏと推定ヘッド速度Ｗｅ　（ｎ）との差となる。

合計接合部１０４からのｖ　ｅｓ　（ｎ　）　　の値は
＋７−ド・ラグ・ネットワーク１０６として図示されて
いるリード・ラグ・アルゴリズムによって演算され、合
計接合部１１０に入力される。

状況推定器１００と合計接合部１０８との間に示されて
いるように、状況推定器１００からの推定ヘッド加速度
ａｅ（ｎＨｃＦｉ定換算係数に２が乗算され、以前の制
御信号ｕ（ｎ−１）には定換算係数に３が乗算される。

これら２つの積は次いで、合計接合部１０８で示されて
いるように、合算され、この合計値は合計接合部１１０
で示されているように、リード・ラグ・ネットワーク１
０６の出力から差し引かれる。その結果はディジタル制
御信号ｕ（ｎ）とな、９．ＤＡＣ９２に入力される。

合計接合部１１０とＤＡＣ９２との間には、正規の制御
信号をサーボ制御システムから切シ換えるためのスイッ
チ１１１が配置されている。スイッチ１１１が「オン」
になされた場合、マイクロプロセッサ８０はＤＡＣ９２
に制御信号を与えるが、これけ１（ｎ）−１ｐｋ（ただ
し、ｌ　ｐ　ｋは定電流レベルである）に等しい。スイ
ッチ１１１の目的は、デイスク・フアイルの内径非常停
止部材に向かってＶＣＭ４０を移動させることによって
、アクチュエータを「繋留（ｐａｒｋ）Ｊすることであ
る。アクチュエータが繋留されると、サーボ・ヘッド５
２は半径方向量内方のトラック上に置かれる。

第４図に示すように、制御信号ｕ（ｎ）は次のように表
される。

ｕ　（ｎ）＝−に５ｕ（ｎ−１）−に２ａｅ（ｎ）＋（
ｋ、３＋に３２・に３４）・ｄ３１（ｎ）十に８２・ｖ
ｅｓ（ｎ）　　　　　（１）ただし、ｄ３１（ｎ）はリ
ード・ラグ・ネットワーク１０６の状況変数であシ、次
式によシ決定される。

ｄ　　　（ｎ）＝ｖ　　　（ｎ−１）＋に、４ｄ８１（
ｎ−１）　　　（２）ｓｊ　　　　　　　ｅｓ 式（１）の最後の２つの項は、リード・ラグ・ネットワ
ーク１０６の出力であシ、定換算係数ｋｓｉの関数その
ものであって、それぞれ現在および以前の誤差信号ｖ（
ｎ）およびｖ、３（ｎ−１）である。

ｘ−（ｎ）、ｖ（ｎ）およびａｅ（ｎ）ならびに最終ｅ
　　　　　　　　　　ｅ 的にけｕ（ｎ）を計算するアルゴリズムを、第５図の７
０−チャートを参照し、また必要に応じ第４図のブロッ
ク線図を参照して説明する。この説明はディスク会ファ
イルに初めて「電源を投入」し、その後サーボ制御シス
テムを初期化することからはじめ、次いでトラツク・シ
ークおよびトラック追随時の操作を説明する。

デイスク・フアイルを最初にオンにした場合、ＩＰＡ５
８に対する抑制信号がオンになシ、それ故、ＩＰＡ５８
への初期信号状態がＶＣＭ４０の移動を生起することを
阻止する。サーボ！ｌ制御システムは次いで、「再ゼロ
」ルーチンに入り、制御装置８６から再ゼロ・コマンド
ＲＺを受は取る。

再ゼロ・コマンドをマイクロプロセッサ８０が受は取っ
た場合、サーボ制御システムの初期機能がアクチュエー
タを繋留することになる。繋留段階はスイッチ１１１を
オンにすることによって、開始される。このことはその
他の場合には正規の制御信号が、ＤＡＣ９２に到達する
ことを防止する。ＤＡＣ９２への制御信号は、この場合
、７０Ｍ４０への信号から一定値＋　ｐ　ｋを引いたも
のに等シくなる。ＶＣＭ４０への信号はこれが非常停止
（ｃｒａｓｈ　　５ｔｏｐ）に到達するまで増加し、ス
イッチ１１１がオンである限り、非常停止のところに維
持される。繋留段階けＶＣＭ４０を確実に繋留させるに
十分な所定の時間遅延の間、継続する。

時間遅延ののち、状況推定器１００はｘｅを絶対ヘッド
位置として可能なものの９ち最も大きなものであるｘ、
Ｔｌａｘに等しくセットし、かつｖｅおよびａ　をゼロ
にセットすることによって、推定値を初期化する。次い
で、スイッチ１１１がオフにされるので、正規の制御信
号ｕ（ｎ）がＤＡＣ９２に与えられる。

繋留段階のうち、サーボ制御システムは惰行段階を開始
するが、この目的はＶＣＭ４０を内径部の非常停止のと
ころから、半径方向に最外部のトラック、すなわちガー
ド・バンド外径部へ移動させることである。これはスイ
ッチ１０３をオンにし、ＶＴＧ１０２をサーボ制御シス
テムから切シ離すことによって開始される。

サーボ・ヘッド３２がトラックを横切って移動している
のであるから、ｎはゼロに等しくセットされ、ＰＥ５Ｐ
（ｎ）およびＰＥ５Ｑ（ｎ）のサンプリングが始まる。

ＧＢＯＤもマイクロプロセッサ８０に入力され、初期値
がゼロになる。スイッチ１０３がオンであシ、しかもＧ
ＢＯＤがゼロであって、サーボ・ヘッドがまだガード・
バンドの外径部に到達していない限り、惰行段階は継続
する。

ｐＥｓＰ（ｎ）およびＰＥ５Ｑ（ｎ）の最初のディジタ
ル・サンプルの間に、マイクロプロセッサ８０け通常は
ガード・バンド外径部であるなんらかの固定基準、たと
えばトラック・ゼ！：ｒＫ関して絶対ヘッド位置ｘａを
計算する。Ｘａ（ｎ）項が以下の式（３）および（４）
に従って計算される。

ｘ　　（ｎ）＝　ＴＷｌｌｔ　　（ｎ）＋　ＰＥ５（ｎ
）　　　　（３）ｍ　　　　　　　　　　　　　　　ｑ ｘ　（ｎ）：＝　Ｊ（４ＴＷ）＋　ｘｎｌ（ｎ）　　　
　　　（４）上述のように、ＰＥ５（ｎ）は最も近いト
ラックの中心線からのヘッドの距離であり、表１の論理
から計算される。「Ｔｗ−ｔ９（ｎ）５項は「トラック
幅」にトラック型式に対応したディジタル値を乗じたも
のである。それ故１式（３）において、ｘｍ（ｎ）項は
直角位相パターンのなんらかの４トラツク・バンド内の
ヘッドの測定された位置である。式（４）において、ｘ
ａ（ｎ）項、すなわち固定基準に関するヘッドの測定絶
対位置はｘｍ（ｎ）と、Ｊで示される何らかの整倍数に
４トラツク・バンド（４ＴＷ）を乗じたものを加えたも
のに等しい。サーボ制御システムの動作時は、実際に測
定されるのはｘ　ｍ　（ｎ　）だけである。Ｊ（４ＴＷ
）項はヘッドの推測絶対位置に基づいて、追って説明す
るｘ　　（ｎ）の式から決定される。これが可能なのは
、測定絶対ヘッド位置Ｘａと推測竺対ヘッド位置Ｘ、と
の間の誤差が常に、２つのトラック幅よ）も小さくなる
ように、状況推定器が設計されているからである。それ
故、推測絶対へラド位置Ｘｐにおいて、４トラツク・バ
ンドの整倍数であるＪを決定することによって、ｘａが
決定される。（推測位置Ｘ、を４トラツク・バンドの伺
らかの整倍数Ｊに、４トラツク・バンドの残シまたは端
数を加えたものに等しいとみなすことができる。）この
ようにして、５項を使って、式（４）のｘａを計算する
。

再度第５図のフローチャートを参照すると、ｘａの計算
後、ｅ（ｎ）項が以下の式（５）に従って計算される。

ａ　（ｎ）＝　ｘ、　（ｎ）−ｘｐ（ｎ）　　　　　　
　（５）ｅ（ｎ）項は、このサンプルに対する測定絶対
ヘッド位置ｘ　　（ｎ）と推測絶対ヘッド位置ｘ、（ｎ
）の間の誤差である。

推定ヘッド位置と速度、およびＷｅ（ｎ）が次いで、以
下の式（ｓ）−（８）に従って計算される。

ｘｅ（ｎ）＝　ｘ　　（ｎ）　−Ｌｌ・ｅ（ｎ）　　　
　　（６）ｖ　　（ｎ）＝　ｖ　　（ｎ）−Ｌ２−ｅ（
ｎ）　　　　　（７）ｅ　　　　　　　　　　ｐ ｗｅ（ｎ）＝　ｗｐ（ｎ）　−Ｌ５・ｅ（ｎ）　　　　
　（８）式（６）のｘｐ（ｎ）項、式（７）のｖ　ｐ　
（ｎ　）項および式（８）のｗｐ　（ｎ　）項はそれぞ
れ、應！位置、速度および偏倚力等価ＶＣＭ電流である
。これらの項は以前のサンプルからの推測更新段階で計
算されたものであり、これを第５図のこの位置に関連し
て説明する。式（８）のｗ（ｎ）項はサーボ・ヘッド５
２の推定加速度を与えるのに必要な総■ＣＭ電流の推定
偏倚力成分である。式（Ｓ）−（８）のり２項は定数で
ある。

再度第５図のフローチャートを参照すると、測定ＶＣＭ
電流のサンプルｉが、マイクロプロセッサ８０に入力さ
れる。電流がマイクロプロセッサに入力されたのち、サ
ーボ制御システムがまだ惰行しているかどうか、すなわ
ちヘッドがまだ内径部の非常停止のところから、ガード
・バンドの外径部へ向かって移動しているかどうかの決
定がなされる。スイッチ１０３が依然オンである場合、
惰行段階が依然として継続し、指令速度ｖｃがｖｃ。

と等しくセットされ、ＶＴＧ１０２がバイパスサれる。

次いで、以下の１式（９）および（１０）が計算される
。

ｖ　　（ｎ）＝ｖｅ（ｎ）−ｖ、（ｎ）　　　　　　　
　（９）ａｅ（ｎ）＝（Ｋ、７Ｍ）（ｉ（ｎ）＋ｗｅ（
ｎ））　　　（１０）式（９）からの速度誤差信号は、
指令速度（この場合／ｄｖ　　）と推定速度ｖｅ（ｎ）
の差である。

　Ｏ 式（１０）の推定加速度ａ、（ｎ）は測定ＶＣＭ電流１
（ｎ）と、推定偏倚力等価電流であるｗ、、（ｎ）項の
合計に比例している。Ｗｅ（ｎ）項は偏倚力を補償する
の咳必要なＶＣＭ電流の推定値である。

式（１０）の比例定数に、７Ｍはアクチュエータの質量
でアクチュエータの力定数を除したものである。

ｖ　ｅ　ｓ　（ｎ　）およびａｅ（ｎ）の計算後、制御
信号ｕ（ｎ）が式（１）およびＤＡＣ９２への出力に従
つて計算される。

マイクロプロセッサ８０は次いで、式（２）からｄ　ｔ
ｓ　１（ｎ　）項を、また次の式（１１）−（１３）か
ら推測ヘッド位置ｘ、（ｎ）、速度ｖ、（ｎ）および偏
倚力等価電流ｗ、（ｎ）を計算する。

ｘｐ（ｎ）＝ｘｅ（ｎ−１）十ｇ１１・ｕ（ｎ−２）＋
ｇ２１・ｕ（ｎ−１）十ｇ３１Φ１（ｎ−１）＋ｐ１２
・ｖ　ｅ　（ｎ−１）＋ｐ１３・ｖ、　（ｎ−１） ’　　（１１） マｐ（ｎ）＝ｖ＠（ｎ−１）十ｇ１２・　ｕ　（ｎ−２
）＋ｇ２２・　ｕ（ｎ−１）”ｇｓ２”　１（ｎ−１１
＋ｐ２３１１ｗ、（ｎ−１）ｗ　（ｎ）　＝　ｗ　（ｎ
−１）　　　　　　　　　　　　（１３）ｐ　　　　　
　　　ｅ 明らかなように、推測環ｘ　　（ｎ）、ｖ（ｎ）およ□
ｐｐ びｗｐ（ｎ）は以前の制御信号、以前の測定ＶＣＭ電流
および以前の推定ヘッド位置、ならびに速度および偏倚
力等価電流の関数である。

第５図のフローチャートに示すように、カウンタが次い
で１だけ増分され、ｎ＋１になる。目標トラックに変化
がなければ、次のＰＥ５Ｐ（ｎ）およびＰＥ５Ｑ（ｎ）
入力を受は入れるため、制御が戻される。

惰行段階中に制御信号Ｕを計算するための上記のルーチ
ンは、ＧＢＯＤがゼロに等しい限シ継続する。サーボ・
ヘッド３２がガード・バンド外径部（ＧＢＯ）に到達す
ると、ＧＢＯＤは１に等しくなシ、制御は接続部３（第
５図）に移る。この時点で、惰行段階は完了し、推定値
が再初期化される。推定ヘッド位置Ｘｅは”ＧＢＯ（ガ
ード・バンド外径部の絶対位置）に等しくセットされ１
．推定速度ｖ８はｖ　ｃ　ｏ　Ｋ等しくセットされ、推
定加速度１１．ｌ＋はゼロに等しくセットされる。次い
で、目標トラックｔｌｄｘ　　　に等しくセットされる
。

ｄ　　　　ＧＢＯ 惰行段階はスイッチ１０３を「オフ」にすることによっ
て終了される。目標トラック・コマンドと受は取るため
、制御は接続部４（第５図）に戻される。制御装置８６
がｔｄ＝”ＧＢＯ以外のコマンドを送ると、トラツク・
シークが始まる。カウンタｌ−１ｎ＝　ＯＫリセットさ
れ、制御は接続部１（第５図）Ｋ戻される。スイッチ１
０３の第２の決定点に到達した場合に、通過距離Ｘ　ｔ
　ｇ・および新しい指令速度Ｖ　が以下の式（１’）お
よび（１５）に従って計算されることを除いて、上記と
同じ計算が行なわれる。

ｔｇ　　　　　　　　　　　　　　　　（１４）ｘ　　
（ｎ）＝　ｔｄ　−ｘｅ（ｎ） ｖ（ｎ）−Ｆ（ｘｔｇ（ｎ）〕（１５）式（１４）に従
って計算される総誤差信号Ｘ　ｔ　ｇけ１、゛目標・ト
ノラツ１りの中心線の絶対位置と推定絶対ヘッド位置と
の差にすぎない。式（１５）の関数項けＶＴＧ　１０２
の出力を表し、トラツク・シーク中はｘ　ｔ　ｇ　（ｎ
　）　　という非線形関数であり、トラック追随中は線
形関数に１ｘｔｇ（ｎ）である。シーク中、制御信号Ｕ
は各サンプルに対して計算され続け、ＤＡＣ９２へ出力
される。シークは継続し、新しい目標トラック・コマン
ドｔｄを受は取るまで、カウンタはｎ＋１へ増分される
。シークの完了時においても、ＰＥ５Ｐ　（ｎ　ｌ、Ｐ
Ｅ５Ｑ（ｎ）およびｊ（ｎ）の上述のサンプリング、な
らびにｕ（ｎ）の計算は継続する。これはトラック追随
モードであって、状況推定器および制御信号アルゴリズ
ムの展望によって、トラツク・シークと区別できないも
のである。

式（１１）　−（１３）のｇｌ、およびＰｉｊはアク】
　Ｊ チュエータの物理モデルから決定される定数であって、
コイルおよびアーム・アセンブリの質量、摩擦効果、力
の定数ならびにディジタル・サンプリング時間を含んで
いる。定数ｇ−１およびｐ、ｊＪ を物理システムに対して発生する態様の説明は、フラン
クリン（Ｆｒａｎｋｌｉｎ　）およびパラエル（ｐ６ｗ
ｅｌｌ）が「動的システムのディジタル制御（Ｄｉｇｉ
ｔａｌ　　Ｃｏｎｔｒｏｌ　　ｏｆ　　Ｄｙｎａｍｉｃ
Ｓｙｓｔｅｍｓ）Ｊ　、アデインンーウエズレイ・パブ
リッシング・カンパニ　（Ａｄｄｉａｏｎ−Ｗｅｓｌｅ
ｙＰｕｂｌｉｓｈｉｎｇ　Ｃｏ、）、１９８３年、第６
章、ｐｐ、１５１−１３９に記載している。

定数に、、Ｌ、およびに、Ｆｉ第１図に示し、かｆｉｌ
　　　　　　　＋ つ式（１）訃よび式（６）−（８）で使用されて層るよ
うに、サーボ・バンド幅、閉ループ極位置および過渡応
答に対する所期の全体的なサーボ制御システム条件をも
たらす定数から選定される。

これらの定数の個々の値は、システム設計目的および制
御対象となる個々のノ＼−ドウエアの直接関数である。

ディジタル・サーボ制御システムにおいて、この状況推
定器および制御信号アルゴリズムを使うことによって、
サーボ制御システムがひとつだけもたらされるが、これ
はトラツク・シークおよびトラック追随の両方において
、機能的に同一のものである。トラック追随中にサーボ
制御システムへのスチフネス積分器の切換えは生じない
。トラツク・シークとトラック追随の唯一の相違は、ト
ラック追随中、ヘッドが目標トラックの中心線からほぼ
半トラツクの範囲に到達した場合に、ＶＴＧ１０２から
出力される通過距離の関数がｋ　１Ｘ　ｔ　ｇと表され
る線形関数になることである。

式（１）で表される制御信号は以前の制御信号、推定ヘ
ッド速度と総誤差信号の関数である速度誤差信号、およ
び測定ＶＣＭ電流と推定偏倚力等価ＶＣＭ電流の関数で
ある推定ヘッド加速度の関数である。それ故、制御信号
を次のように関数項で表すことができる。

ｕ　（ｎ）＝Ｆｎ（ｕ　（ｎ−１）、　ｖ、　（ｎ）、
　ｘｔｇ（ｎ）、　ｉ　（ｎ）、　ｗ、　（ｎ））ただ
し、Ｆｎｄ式（１）で表される関数を示しているだけで
ある。トラック追随中、絶対ヘッド位置Ｘ　の平均値ま
大は期待値は定数であり、へラド速度ｖｅの平均値また
は期待値はゼロである。

同様に、トラック追随中、以前の制御信号ｕ（ｎ−１）
の平均値または期待値はゼロである。状況推定器が偏倚
力等価ＶＣＭ電流Ｗｅを推定するのであるから、総加速
度推定値（Ｋ、７Ｍ＞・Ｉ’１（ｎ）１、（ｎ））の平
均値または期待値はゼロとなる。

このようにして、平均値または期待値がゼロでない、弐
い６）で残っている唯一の項は総誤差信号Ｘ　ｔ　ｇと
彦り、これはトラック追随中はＰＥＳにすぎなくなる。

ＰＥ１ｔＩＰＡ５８によってゼロになされるが、独立し
た切換え可能なスチフネス積分器を必要としない。この
明細書で説明したように、ディジタル・サーボ制御シス
テムに状況推定器を使用してＷｅを推定することによシ
、はぼ一定の、または極めて低い周波数の偏倚力が存在
する場合にゲインをもたらすフィードバック経路が、Ｉ
ＰＡ５８の周囲に存在することはなくなる。

さらに、状況推定器を使用してトラックの横断を係数ま
たは推定する必要性を推進し、これによってサーボ制御
システムがセクタ・サーボ情報によって完全に作動可能
となる。式（６）−（８）の定数Ｌ１、Ｌ２−およ、び
Ｌ３を選択することによって、状況推定器が設計されて
いるので、測定絶対ヘッド位置ｘａ（ｎ）Ｆｉ常に、推
測ヘッド位置Ｘ。

（ｎ）から２トラツク幅以内のところにくる。それ故、
４トラツク・バンド内のヘッドの位置を実際に測定する
ことだけが必要なのであるから、ＰＥ５（ｎ）およびｔ
　ｇ　（ｎ　）を使用することによシ、ＰＥＳのサンプ
ル中にサーボ・ヘッド５２が倒木のトラックを横切るの
かは、問題ではなくなる。

第６図には、縦軸を目標トラックの中心線までの相対距
離Ｘ　ｔ　ｇとし、横軸を時間Ｔ（ｍｓ）　　として、
上述のディジタル・サーボ制御システムを使用すること
によって、サーボ・ヘッド３２が目標トラックの中心線
に到達することが改善されることが示されている。第６
図の曲線Ａはヘッド３２が、典型的な多重トラツク・シ
ークの場合に、目標トラックの中心線に到達する軌道を
表している。約６ｍｓのところにある不連続部は、スチ
フネス積′分器をサーボ・フィードバックφルーズに切
シ換えたことによって生じたものである。曲線Ａの到達
軌道は、第４図に示したものと同一であるが、ディジタ
ル・スチフネス積分器（図示せず）を合計接合部１０１
およびＶＴＧ１０２の間に配置されたディジタル・サー
ボ制御システムを使用することによってシミュレートさ
れたものである。サーボ・ヘッド５２が目標トラックの
中心線からほぼ半トラツクのところにきたときて、この
スチフネス積分器はループに切シ換えられ、ｘｔｇをゼ
ロにする。曲線Ａの到達軌道と比較して、第６図の曲線
Ｂはサーボ・ヘッド３２が目標トラックの中心線に、滑
かに、連続的に到達することを示している。この到達状
態は本発明のディジタル・サーボ制御システム、すなわ
ち切換え可能なスチフネス積分器を有していないシステ
ムによって達成される。

第７図には、ＩＰＡ５８に対するオフセット入力電圧を
補償する、上述のディジタル・サーボ制御システムの改
変形が示されている。Ｄ、Ａ　Ｃ９２への入力が存在し
ない場合においても、ＤＡＣ９２の出力電圧オフセット
、およびＩＰＡ５８への入力電圧のオフセットが存在す
る。このオフセットの値は、時間と温度によって変動す
る。トラック追随中に、このオフセットを補償するため
に、制御電流ｕ（ｎ）をディジタル積分器によって、デ
ィジタル積分する。これは制御信号ｕ（ｎ）と合算され
た補正係数ｂ（ｎ）をもたらし、ＩＰＡ５８に対する入
力信号のオフセラ）ｆ補正する。

マイクロプロセッサ８０によって計算される式は、次の
ようになる。

ｂ（ｎ）＝ｂ（ｎ−１）＋　　ｃｍ（ｎ）　・ｕ（ｎ−
１）　　（１７）ただし、ｃｏはゼロではない正の定数
である。

トラツク・シーク中に、マイクロプロセッサ８゜はｃｏ
（ｎ）をゼロに等しくセットする。それ故、電圧オフセ
ットに対するｂ（ｎ）のディジタル積分および更新が行
なわれるのは、トラック追随中だけである。ｃｏ（ｎ）
をゼロでない値に等しくセットすることによって積分器
１２０を使用した場合に悪影響が生じないのは、ｂの値
の変動がトラツク・シークを行なう際に生じる偏倚力の
変動に関して極めて緩やかだからである。

Ｆ０発明の効果 本発明によるディジタル・サーボ制御システムを使うと
、トラックの交差を測定または推定する必要がないので
、専用サーボ・ディスクまたはセクタ・・サーボ・ディ
スクを有するデータ・ディスクのいずれによっても、シ
ステムを完全に作動させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のディジタル・サーボ制御システムの
ブロック図である。 第２図は、トラック追随中にシステムに切シ換えること
のできるスチフネス積分器を有する、公知のアナログ・
サーボ制御システムのブロック図である。 第３Ａ図ないし第３Ｄ図は、直角位相パターンからのサ
ーボ信号と、信号を比較して直角位相パターンの４トラ
ツクのバンドのひとつの特定のトラックを識別する態様
を示す波形図である。 第４図は、ディジタルｅサーボ制御システムの状況推定
器と制御信号アルゴリズムの機能を示すブロック図であ
る。 第５図は、状況推定器と制御信号アルゴリズムのフロー
チャートである。 第６図は、大きな摩擦偏倚力が存在する場合の、切換え
可能なスチフネス積分器を有するディジタル・サーボ制
御システムと、積分器を有さない制御システムのヘッド
到着軌道を示すグラフである。 第７図は、積分電力増幅器に対して入力電圧オフセット
を補償する、ディジタル・サーボ制御システムのディジ
タル積分器のブロック図である。 １０．１２・・・・ディスク、１４・・・・スピンドル
、１６・・・・デイスク・フアイル駆動モータ、２０．
２４．２６・・・・データ記録面、２２・・・・専用サ
ーボ表面、３０．３４．５６＠・・・ヘッド、３２・・
・拳専用サーボ・ヘッド、４０・・・・Ｖ　ＣＭ、　４
２　””・増幅器、４４・・・・復調器、４６・・・・
差カウンタ、４８・・・・ディジタル・アナログ（Ｄ／
Ａ）変換器、５０．５５・・・・合計接合部、５２・・
・・スイッチ、５３・・・・スチフネス積分器、５４・
・・・速度軌道発生器（ＶＴＧ）、５６・・・・補償器
、５８・・・・積分電力増幅器（ＩＰＡ）、６０・・・
・電子タコメータ（ＥＴＡＣＨ）、８０・・・・マイク
ロプロセッサ、８２・・・−ランダム・アクセス嗜メモ
リ（ＲＡＭ）、８３・・・・プログラム式読取シ専用メ
モリ（ＰＲＯＭ）、８４・・・・データ・パス、８６・
・・・デイスク・フアイル制御装置、８８，８９・・・
・アナログ・デイジタル（Ａ／Ｄ）変換器、９０・・・
・Ａ／Ｄ変換器、９２・・・・ディジタル・アナログ変
換器（ＤＡＣ）、１００・・・・状況推定器、１０１．
１０４．１０８．１１０−−−−合計接合部、１０２−
−−−ＶＴＧｌ　１０３・・・・スイッチ、１０６−−
−・リード・ラグ・ネットワーク、１１１・・・・スイ
ッチ。 出願人インをづトタ≠ル・ヒシネス・マシーンズ・コづ
拘＾つタン代理人　弁理士　　岡　　　１）　　次　　
　生（外１名）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）データ・トラツクの中心線を規定するサーボ情報
   を有するデイスクと、前記デイスクの回転中に前記サー
   ボ情報のサンプルを読取るヘツドと、前記ヘツドに接続
   され、入力信号に応答して、トラツク・シーク中に目標
   トラツクの中心線に前記ヘツドを位置付け、トラツク追
   随中に前記目標トラツクの中心線上に前記ヘツドを維持
   するアクチユエータとを備えたタイプのデータ記録デイ
   スク・フアイルの制御方法であつて、 前記サーボ情報から、最近接トラツクの中心線に関する
   前記ヘツドの位置を表わすサンプルしたヘツドの位置誤
   差信号（以下、ＰＥＳとする。）を発生し、 各ＰＥＳサンプルについて、固定した基準値に関する絶
   対ヘツド位置とヘツド速度とを推定し、各ＰＥＳサンプ
   ルについて、前記アクチユエータに作用する偏倚力を補
   償するのに必要な相当するアクチユエータ入力信号を推
   定し、 各ＰＥＳサンプルについて、前記アクチユエータへの入
   力信号を測定し、 各ＰＥＳサンプルについて、前記推定絶対ヘツド位置か
   ら前記目標トラツクまでの距離の関数として指令ヘツド
   速度を計算し、 各ＰＥＳサンプルについて、前記指令ヘツド速度と前記
   推定ヘツド速度との差の関数としてヘツド速度誤差を計
   算し、 各ＰＥＳサンプルについて、前記測定アクチユエータ入
   力信号と推定偏倚力相当アクチユエータ入力信号の関数
   としてヘツド加速度を推定し、 各ＰＥＳサンプルについて、前記ヘツド速度誤差、前記
   推定ヘツド加速度及び以前のＰＥＳサンプルについて発
   生された制御信号の関数として制御信号を発生し、 前記制御信号を積分し、 前記積分制御信号を前記アクチユエータへ入力信号とし
   て与え、 各ＰＥＳサンプルについて、前記推定絶対ヘツド位置、
   前記推定ヘツド速度、前記推定偏倚力相当アクチユエー
   タ入力信号、前記測定アクチユエータ入力信号及び前記
   制御信号を記憶し、 各ＰＥＳサンプルについて、以前の制御信号、以前の推
   定絶対ヘツド位置、以前の推定ヘツド速度、以前の推定
   偏倚力相当アクチユエータ入力信号及び前記アクチユエ
   ータの物理的パラメータを表わす定数の関数として、前
   記絶対ヘツド位置及びヘツド速度を推測し、 各ＰＥＳサンプルについて、以前の推定偏倚力アクチユ
   エータ入力信号の関数として前記偏倚力相当アクチユエ
   ータ入力信号を推測することを含む前記の方法。
2. （２）デイスク・フアイル制御装置から受取つた指令を
   処理する手段と、サーボ情報を有する回転可能なデイス
   クと、前記デイスクの回転中に前記サーボ情報を読取つ
   てアナログ・サーボ信号を発生するヘツドと、前記アナ
   ログ・サーボ信号より前記ヘツドの最近接トラツク中心
   線からの距離を表わすヘツドの位置誤差信号（以下、Ｐ
   ＥＳとする。）を発生する復調器と、前記ヘツドに接続
   され、前記制御装置からの指令に応答して目標トラツク
   の中心線に前記ヘツドを位置付け、読取り又は書込み動
   作中に前記目標トラツクの中心線上に前記ヘツドを維持
   するアクチユエータとを有するタイプのデータ記録デイ
   スク・フアイル装置であつて、前記復調器から前記ＰＥ
   Ｓを受取るアナログ・デイジタル変換手段と、 前記アクチユエータのアナログ入力信号を測定する手段
   と、 前記測定されたアクチユエータ入力信号を受取るアナロ
   グ・デイジタル変換手段と、 前記デイジタル化されたＰＥＳから、固定した基準値に
   関する推定された絶対ヘツド位置を計算し、ヘツド速度
   の推定値と前記アクチユエータに作用する偏倚力を補償
   するのに必要な相当するアクチユエータ入力信号の推定
   値を計算する手段と、前記目標トラツクの絶対位置と前
   記推定された絶対ヘツド位置との差の関数として、前記
   ヘツドの最適速度を表わす値を発生する速度軌道発生器
   と、 前記最適速度と前記推定ヘツド速度との差の関数として
   、速度誤差を表わす値を計算する手段と、前記アクチユ
   エータのデイジタル入力信号と前記推定偏倚力相当アク
   チユエータ入力信号の関数として、前記ヘツドの加速度
   の推定値を計算する手段と、 以前のデイジタル制御信号、前記速度誤差を表わす値及
   び前記推定されたヘツド加速度の関数として、デイジタ
   ル制御信号を計算する手段と、前記デイジタル制御信号
   を前記アクチユエータへのアナログ入力信号に変換する
   手段と、 前記制御信号を表わすデイジタル値、前記測定されたア
   クチユエータ入力信号、前記推定されたヘツド位置及び
   ヘツド速度、前記偏倚力相当アクチユエータ入力信号及
   び前記アクチユエータの物理的パラメータを表わす定数
   を記憶する手段と、以前のデイジタル化されたＰＥＳの
   サンプルから計算して、前記推定された絶対ヘツド位置
   、ヘツド速度及び偏倚力相当アクチユエータ入力信号か
   ら夫々絶対ヘツド位置、ヘツド速度及び偏倚力相当アク
   チユエータ入力信号を推測する手段と、を備えた前記の
   装置。