JPS63167487A - 磁気ヘツド位置決め制御方式 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、セクタサーボ方式によるＦＤＤ装置（フロッ
ピィディスク駆動装置）の磁気ヘッドの位置決め制御方
式に関するものである。

（従来の技術） 従来のＦＤＤ装置においては、サーボ機構を簡単化でき
ることや、装置の大きさおよびコスト的観点から磁気ヘ
ッド位置決めのためのアクチュエータとしてステップモ
ータが利用されている。

しかし、ＦＤＤ装置の小型化、大容量化に伴い、磁気デ
ィスクのデータトラック間ピッチが狭くなるに従って、
データトラックの偏心が無視できなくなることから、ス
テップモータを開ループ制御ではなくセクタサーボ方式
によりフィードバック制御し、位置決め精度の向上を行
っている。

セクタサーボ方式とは周知の如く、磁気ディスクのデー
タ面を幾つかのセクタに分け、このセクタの先頭あるい
は最後尾にトラック位置誤差情報を書き込むことによっ
て、セクタ数と磁気ディスクの回転数によって決まるサ
ンプリングタイム毎にトラック位置誤差情報を得、この
情報に基づき磁気ヘッドのフィードバック制御を行うと
いう方式である。これを行う方法としては、特願昭６０
−２３４５４４号にあるディジタルコントローラノ如く
、目標トラックの変動成分の中の第２周波数成分と同じ
周波数の正弦波をインパルス入力に対応して出力するデ
ィジタルフィルタをフィードバックループ内に持つこと
により、磁気ヘッドを高精度に目標トラック位置に位置
決めするという方法がある。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、この方法ではセクタ数と磁気ディスクの
回転数によって決まるサンプリングタイム毎に得られる
トラック位置情報を基にデータトラックへの磁気ヘッド
の追従制御を行っており、サンプリングタイムの間にだ
け、ステップモータを駆動しトラックシーク動作を行う
ので、高速なトラックシークが難しいという欠点があっ
た。

本発明は、上記の問題点に鑑み創案されたものであって
、トラックシークを行うときには、ステップモータを開
ループ制御により駆動し磁気ヘッドを目標データトラッ
ク位置まで移動し、その後、位置情報のサンプリング回
数分に相当する回数だけ、データトラック位置と磁気ヘ
ッドの位置との位置ずれを零として、ディジタルコント
ローラの出力計算を行い、最後の出力計算結果だけをス
テップモータへ出力し、高精度なトラック追従制御を実
現しつつ、高速なトラックシークを可能とする磁気ヘッ
ド位置決め制御方式を提供するものである。

（問題点を解決するための手段） 前述の問題点を解決するために本発明が提供する手段は
、磁気ヘッドを追従させるべき目標トラック位置と前記
磁気ヘッドの現在位置との差を示す位置誤差信号を一定
のサンプリングタイム毎に出力する位置誤差検出手段を
備えたフロッピディスク駆動装置であって、前記磁気ヘ
ッドを移動するためのステップモータと；前記位置誤差
信号を前記サンプリングタイム毎に積算する積算手段と
、該積算手段の出力を受けて前記目標トラック位置の変
動成分の中の第２周波数成分と同じ周波数の正弦波を発
生する第２成分正弦波ディジタルフィルタと、該第２成
分正弦波ディジタルフィルタの出力と前記位置誤差信号
と前記積算手段の出力とを前記サンプリングタイム毎に
入力して前記磁気ヘッドの平衡点位置信号を出力する安
定化ディジタルフィルタとからなる第１の制御手段と；
前記平衡点位置信号に応じて予め設定した値の信号を出
力する記憶素子と、該記憶素子の出力を増幅して前記ス
テップモータに駆動用の電流を印加する増幅器とを含む
微小送り回路と；前記微小送り回路を通して前記ステッ
プモータを開ループ制御する第２の制御手段と；前記目
標トラック位置へ前記磁気ヘッドを追従させるトラック
追従モードと前記磁気ヘッドを目標トラック位置へ移動
きせるトラックシークモードとを切り換えるモード切り
換え手段と；前記位置誤差検出手段の出力により起動さ
れるタイマと；該タイマ出力を前記サンプリングタイム
毎に分周し、前記サンプリングタイムの回数をカウント
する分周手段と；前記第２の制御手段による前記トラッ
クシークモードが終了後、前記分周器出力に相当する前
記サンプリングタイムの回数分だけ前記位置誤差信号を
零に切り換え、該零の信号を前記積算手段と前記第２成
分正弦波ディジタルフィルタと前記安定化ディジタルフ
ィルタとに出力するスイッチング手段とを設けたことを
特徴とする。

（作用） ＦＤＤ装置ではコスト及び大きさの観点から磁気ヘッド
位置決めのためのアクチュエータとしてステップモータ
が利用されているが、小型化、大容量化を進めるために
はより高精度なステップモータの位置決めが必要となる
。微小送り回路は、ステップモータの各相への励磁電流
と平衡点位置との関係を記憶しておくことによって、ス
テップモータの機械的構造から決まる送りと・７チとは
無関係に、ステップモータの微小な位置決めを可能とす
るものである。

また、ＦＤＤ装置におけるセクタサーボ方式ではセクタ
数および磁気ディスクの回転数をあまり大きくできず、
従ってサンプリング周波数は必然的に高くならない、こ
のような環境下で磁気へ・７ドを偏心するデータトラッ
クに追従きせるため、偏心の支配的なモードである磁気
ディスクの回転周波数の２倍の周波数と等しい周波数の
正弦波を発生する第２成分正弦波ディジタルフィルタを
１巡ループに即ち、トラック追従モードにおけるフィー
ドバックループ内に直列に挿入し、磁気ヘッドの定常的
な追従特性を向上許せ、結果的に磁気ヘッドとデータト
ラック位置との位置誤差を縮小することを可能とし、さ
らにトランクシークを行っているときには、位置誤差信
号を零として上述したディジタルフィルタから構成され
るコントローラの出力を計算し、この計算値をトラ・ン
クシーク後に出力することによって、トラック偏心に対
する高精度な追従特性を満足すると共に、トラックシー
ク時間を短縮するという効果がある。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明を一層詳細に説明する。た
だし、以下の説明においては、店号名と信号値とを同一
の記号で表わす。

第１図は本発明の一実施例に係わる２相リニアステツプ
モータによる磁気ヘッドのディジタル位置決め制御方式
の構成を示すブロック図である。

まず、トラック追従モードについて説明する。第１図に
示す切り換えスイッチ５１　、５２　、５３　、５４の
各切り換え接点の位置は、トラック追従モードでの位置
を示す。サンプリングタイムをＴとすると、磁気ヘッド
５により再生された再生信号ａは、位置誤差検出器１に
より、サンプリングタイムＴ毎にサンプリングきれる。

位置誤差検出器′１は、磁気へラド５の位置の誤差を検
出し、位置誤差信号すを出力する９位置誤差検出器１は
、サンプリングタイムＴ毎に位置誤差信号すを出力する
と共に、ディジタルコントローラ２を起動させるための
起動信号Ｃを発生する。ディジタルコントローラ２は位
置誤差信号すを基に２相リニアステ・７ブモータ４の平
衡点位置Ｕを計算し、微小送り回路３へ平衡点位置Ｕを
出力する。微小送り回路３は平衡点位置Ｕを受けて２相
リニアステ・ンブモータ４の各相へ電流ｄ、ｄ’を印加
し、２相リニアステツプモータ４に連結された磁気ヘッ
ド５を移動する。同様に次のサンプリングタイム点で、
また位置誤差検出器１は位置誤差信号すを出力する。

トラック追従モード期間中は切り換えスイ・ソチ５１　
、５２　、５３　、５４は閉じており、磁気へ・ｙド５
を追従させるためのフィードバックループが構成されて
いる。位置誤差検出器１が出力する起動信号Ｃは、ディ
ジタルコントローラ２へ入力されると共に、タイマ７を
リセットした後起動させる起動信号として使われる。タ
イマ７の出力Ｃは、サンプリングタイムＴ毎に分周器８
により分周される。

分周器８は、サンプリングの回数をカウントし、カウン
ト値ｆをディジタルコントローラ２へ出力する、但し、
トラック追従モード期間中にあっては、ディジタルコン
トローラ２は分周器８によってカウントされたサンプリ
ングの回数を参照しない。

ディジタルコントローラ２は、第２図に示すように、積
分器１０と、目標トラック位置の変動成分の中の第２周
波数成分と等しい周波数の正弦波をインパルス入力に対
応して発生する第２成分正弦波ディジタルフィルタ１１
と安定化ディジタルフィルタ１２とで成る第１の制御手
段を内蔵しており、フロッピィディスク装置で問題とな
るディスク回転数の２倍の周波数で変動する目標トラッ
クの偏心に磁気へラド５を高精度に追従させることが可
能なコントローラである。

また、微小送り回路３は、第６図に示すように、２相リ
ニアステツプモータ４の平衡点位置Ｕに対応して２相リ
ニアステツプモータ４の各相へ励磁電流値ｄ、、ｄ、’
を出力するリードオンメモリ（ＲＯＭ）１３．１３’と
各ＲＯＭ１３．１３’（７）出力値ｄ、、ｄ、’に従っ
て、２相リニアステツプモータ４へ駆動用の電流を印加
する増幅器１６．１６’等で構成すれ、２相リニアステ
ツプモータ４の平衡点位置Ｕを２相リニアステツプモー
タ４の機械的な構造から決まる送りピッチにかかわらず
任意に設定でき、ディジタルコントローラ２との組み合
せにより高精度な磁気ヘッド５の目標トラック追従特性
を実現している。

次にトラックシークモードについて説明する。

第１図に示すようにトラックシーク信号ｓｅがモード切
り換え器６に入力されると、モード切り換え器６は、モ
ード切り換え信号ｍを切り換えスイッチ５１　、５２　
、５３　、５４へ出力し、スイッチＳ１を接地し、スイ
ッチＳ４をステップモータドライバ９に接続し、スイッ
チ５２　、５３を開く、また、モード切り換え信号ｍは
同時に、ステップモータドライバ９と分局器８に入力さ
れ、ステップモータドライバ９を起動するとともに分周
器８のサンプリング回数のカウント値をリセットする。

ステップモータドライバ９は、現在トラックから目標ト
ラックまでのトラック数ｔを受けて、微小送り回路３に
２相リニアステツプモータ４の平衡点位置Ｕ′を順次出
力し、２相リニアステツプモータ４を駆動して、磁気ヘ
ッド５を目標トラック位置へ移動させる。ステップモー
タドライバ９は、目標トラックまでのトラック数に相当
する距離分の磁気ヘッドの移動終了後、シーク終了信号
Ｓｅをディジタルコントローラ２へ出力する０分周器８
は、ディジタルコントローラ起動信号Ｃにより起動され
たタイマ７の出力信号ｅをサンプリングタイムＴ毎に分
周し、サンプリング回数をカウントする。この場合、分
周器８は、モード切り換え信号ｍによりリセットきれて
いるから、シークモードに切り換ってからのサンプリン
グ回数をカウントしており、カウント数ｆをディジタル
コントローラ２へ出力している。ディジタルコントロー
ラ２は、シーク終了信号ｓｃを受けて、分周器８のカウ
ント数ｆを入力し、カウント数ｆに相応するｆ回だけ、
位置誤差信号すを零（スイッチＳ１により接地されてい
る）として、２相リニアステツプモータ４の平衡点位置
Ｕを計算する。また、ディジタルコントローラ２は、最
終出力値を計算した後、モード切り換え器６ヘリセツト
信号ｒを出力すると共に、最終の計算値Ｕを出力する。

モード切り換え器６は、リセット信号ｒを受けて、各切
り換えスイッチ５１　、５２　、５３　、５４をトラッ
ク追従モードと同一の状態へ戻す、このトラックシーク
期間中にディジタルコントローラ２の計算過程により、
トラックシークを行うときにもトラック追従制御が同時
に進められ、目標トラックの偏心の影響を十分に圧縮し
たトラックシーク動作が可能となる。

当然のことながら、ステップモータドライバ９、モード
切り換え器６および切り換えスイッチ５１　、５２　、
５３　、５４は、マイクロプロセッサ等で実現できる。

第２図は、第１図に示したディジタルコントローラ２の
構成を示すブロック図である。積分器１０は、位置誤差
信号すをサンプリングタイムＴ毎に積算し、積算値ｚ１
を第２成分正弦波ディジタルフィルタ１１および安定化
ディジタルフィルタ１２へ出力する。積分器１０は、ス
テップ状の目標トラツり位置変化に対して、磁気へラド
５の位置を定常的に目標トラック位置へ誤差零で追従啓
せる作用をし、従って、磁気ヘッド５の位置ずれのオフ
セットを補償する。

また、第２成分正弦波ディジタルフィルタ１１は、目標
トラック位置が正弦波状に変動する場合、この変動周波
数と同じ周波数の正弦波をインパルス入力に対応して出
力するディジタルフィルタとして作用し、定常的に磁気
へラド５を零の位置誤差で目標トラック位置に追従させ
るはたらきをする。また、安定化ディジタルフィルタ１
２は、積分器出力ｚ１および第２成分正弦波ディジタル
フィルタ出力ｚ２．ｚ２’を入力とし、第１図で示され
るトラック追従モードでのフィードバックループの安定
化を行う。

トラック追従モードにおいて目標トラック位置（図示せ
ず）から位置誤差信号までのパルス伝達関数Ｇ（ｚ）は
、２を２−変換の演算子とすると、積分器１０と第２成
分正弦波ディジタルフィルタ１１との固有値を零点とし
て持つから、次のようになる。

ただし、Ｄ（ｚ）はＤ（ｚ）−〇の根がすべて２一平面
の単位円内に存在するσ次の実係数多項式であり、Ｎ（
ｚ）は（σ−３）次の適当な実係数多項式である。また
、（Ｚ”　＋　ｎＩＺ　＋　１１１　）の項は、第２成
分正弦波ディジタルフィルタ１１の固有値からなる多項
式である。

フロッピィディスク装置では、目標トラックが温湿膨張
によりディスク回転数の２倍の周波数で偏心するから、
この周波数をωとすると、目標トラック信号ｒａｒ（ｔ
　）は、 ｒｓｒ（ｔ　）　−に＋ｓｉｎωｔ　　　　　　　　　
（２）で偏心する。ｔは時間を表す。目標トラック信号
ｒ＠ｒ（ｔ）の２−変換をＲ（ｚ）とすると、ただし、
Ｔはサンプリングタイムである。

従って、ｆｉｌｘ−２ｃｏｓωＴ、ｎ、−１とすると、
最終値の定理から、目標トラック信号ｒ、ｔ（ｔ）に対
して位置誤差信号すは、 −ｏ　　　　　　　　　　　　　　（４）となり、磁気
ヘッド５が目標トラック位置に高精度に追従することが
わかる。

第３図は、第２図の積分器１０を２−変換の演算子２を
用いて表わしたブロック図である。符号３１で示す（ｚ
−’）は、サンプリングタイムＴ毎に動作するシフトレ
ジスタである。

第４図は、２−変換の演算子２を用いて記述した第２成
分正弦波ディジタルフィルタ１１の構成例を示すブロッ
ク図である。Ｐｉ　、　Ｐ２　、　Ｐ３　、　？４　、
　Ｐ５　。

Ｐ６は実定数である。

第５図は、第２図の安定化ディジタルフィルタ１２の一
構成例である。２相リニアステツプモータ４は、モータ
印加電流ｄ、ｄ’から可制御であり、位置誤差信号から
可観測で可観測指数が２であるから、常にトラック追従
モードのフィードバックループは１次の安定化ディジタ
ルフィルタにより安定化できる。従って、第５図におい
て、Ｐ７゜Ｐ８　、　Ｐ９　、　ＰＬＯ、ｐＨ、Ｐｉ２
　、　Ｐｉ３　、　Ｐｉ４は実定数であり、（１）式の
Ｄ（ｚ）を任意に指定できる。ブロック図１７は、ディ
ジタルコントローラ２による計算に伴なう時間遅れを表
わす。

当然のことながら、積分器１０、第２成分正弦波ディジ
タルフィルタ１１および安定化ディジタルフィルタ１２
は、２−変換の演算子２によって表わされていることか
らマイクロプロセッサ等のディジタル計算機により差分
方程式を解くという方法でプログラム的に実現すること
も可能である。

第６図は第１図の微小送り回路３の一構成例を示すブロ
ック図である。微小送り回路３は外部から与えられる２
相リニアステツプモータ４の平衡点アドレス値Ｕを受け
て、２相リニアステツプモータの各相それぞれに与える
べき励磁電流値を出力するＲＯＭ（リードオンリメモリ
）　１３　、１３’と、Ｒ０Ｍ１３　、１３’の出力値
ｄｉ、ｄｉ’であるディジタル信号をアナログ信号へ変
換するＤ／Ａ変換器１４．１４’と、Ｄ／Ａ変換器１４
．１４’の出力信号ｄ２゜ｄ２’のナイキスト周波数（
１／２Ｔ）以上の周波数成分を遮断するローパスフィル
タ１５．１５’と、ローパスフィルタ１５　、１５°の
出力ｄ３　、　ｄ３’に応じて２相リニアステツプモー
タ４の各相に電流ｄ及びｄ゛を流す増幅器１６．１６″
とからなる。

２相リニアステツプモータ４はその平衡点の位置を、一
方の相の電流値ｄと他方の相の電流値ｄ′を適当に組み
合せることによって、２相リニアステツプモータ４の機
械的なピッチにかかわらず任意に設定できる。すなわち
、各相それぞれにある大きさの電流を流すと、その電流
値の組み合せによる平衡点が必ず存在し、この平衡点の
位置は各相の励磁電流にのみ依存し、機械的構造から決
まる送りピッチには無関係である。

従って、ある電流の組み合せによる平衡点位置を基準ア
ドレス（アドレス値０）としたとき、その点からのずれ
量をリニアステップモータの平衡点アドレスとすること
ができ、前記したＲＯＭ１３及び１３″には、この平衡
点アドレスに対応する電流値の組み合せが記憶きれる。

ただし、各相の電流値の組み合せは、最大静止推力が一
定になるようにとられる。

以上の様に、微小送り回路３は２相リニアステツプモー
タ４の平衡点の位置を機械的構造から決まる送りピッチ
にかかわらず任意に選ぶことができる。

微小送り回路３のＲＯＭ１３　、１３’は、マイクロプ
ロセッサのメモリ上に実現することも可能である。

さらに、本発明は、２相リニアステツプモータを利用す
る場合に限るものではなく、他のステップモータを利用
したプロツビイディスク駆動装置にも適用できる。

（発明の効果） 以上、説明したように、本発明によれば、ステップモー
タに微小送り回路を付加し、さらにトラック追従モード
においてはそのフィードバックループ内に第２成分正弦
波ディジタルフィルタを設けることによって、磁気ヘッ
ドを目標トラック位置へ高精度に追従させることができ
る。また、トラックシークモードにおいては、開ループ
制御により高速に磁気ヘッドを移動した後に、トラック
追従モード用のディジタルコントローラの出力を位置誤
差信号を零として計算し、この計算値をステップモータ
へ印加するという方法により、目標トラックの偏心の影
響を十分に押えたトラックシーク動作が可能となり、ト
ラックシークの高速化が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係わる２相リニアステツプ
モータを用いた磁気ヘッドのディジタル位置決め制御方
式の構成を示すブロック図、第２図は第１図に示したデ
ィジタルコントローラの構成例を示すブロック図、第３
図は第２図の積分器の機能を示したブロック図、第４図
は第２図の第２成分正弦波ディジタルフィルタの一構成
例を２−変換の演算子２によって記述したブロック図、
第５図は第２図の安定化ディジタルフィルタの−構成例
を２−変換の演算子を用いて表わしたブロック図、第６
図は第１図の微小送り回路の一構成例を示すブロック図
である。 １・・・位置誤差検出器、２・・・ディジタルコントロ
ーラ、３・・・微小送り回路、４・・・２相リニアステ
ツプモータ、５・・・磁気ヘッド、６・・・モード切り
換え器、７・・・タイマ、８・・・分周器、９・・・ス
テップモータドライバ、１０・・・積分器、１１・・・
第２成分正弦波ディジタルフィルタ、１２・・・安定化
ディジタルフィルタ、１３　、１３’・ＲＯＭ、　１４
　、１４’・Ｄ／Ａ　ｉ換器、１５．１５’・・・ロー
パスフィルタ、１６．１６’・・・増幅器、１７・・・
むだ時間、ａ・・・磁気ヘッド再生信号、ｂ・・・位置
誤差信号、Ｃ・・・ディジタルコントローラ起動信号、
ｄ、ｄ’・・・２相リニアステツプモータ駆動電流、ｄ
ｌ、ｄｌ’−ＲＯＭ出力、ｄ２．ｄ２°−Ｄ　／　Ａ変
換器出力、ｄ３　、　ｄ３’・・・ローパスフィルタ出
力、ｅ・・・タイマ出力、ｆ・・・分周器出力、ｍ・・
・モード切り換え信号、ｒ・・・リセット信号、ｓｃ・
・・シーク終了信号、Ｂｅ””シーク信号、５１　、５
２　、５３　、５４　、　・・・切り換ぇスイッチ、ｔ
・・・移動トラック数、ｕ、ｕ’・・・２相リニアステ
ツプモータの平衡点位置、Ｚｌ・・・積分器出力、ｚ２
．ｚ２’・・・第２成分正弦波ディジタルフィルタ出力
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 磁気ヘッドを追従させるべき目標トラック位置と前記磁
   気ヘッドの現在位置との差を示す位置誤差信号を一定の
   サンプリングタイム毎に出力する位置誤差検出手段を備
   えたフロッピィディスク駆動装置において、 前記磁気ヘッドを移動するためのステップモータと；前
   記位置誤差信号を前記サンプリングタイム毎に積算する
   積算手段と、該積算手段の出力を受けて前記目標トラッ
   ク位置の変動成分の中の第２周波数成分と同じ周波数の
   正弦波を発生する第２成分正弦波ディジタルフィルタと
   、該第２成分正弦波ディジタルフィルタの出力と前記位
   置誤差信号と前記積算手段の出力とを前記サンプリング
   タイム毎に入力して前記磁気ヘッドの平衡点位置信号を
   出力する安定化ディジタルフィルタとからなる第１の制
   御手段と；該平衡点位置信号に応じて予め記憶された値
   の信号を出力する記憶素子と、該記憶素子の出力を増幅
   して前記ステップモータに駆動用の電流を印加する増幅
   器とを含む微小送り回路と；前記微小送り回路を通して
   前記ステップモータを開ループ制御する第２の制御手段
   と；前記目標トラック位置へ前記磁気ヘッドを追従させ
   るトラック追従モードと前記磁気ヘッドを目標トラック
   位置へ移動させるトラックシークモードとを切り換える
   モード切り換え手段と；前記位置誤差検出手段の出力に
   より起動されるタイマと；該タイマ出力を前記サンプリ
   ングタイム毎に分周し、前記サンプリングタイムの回数
   をカウントする分周手段と；前記第２の制御手段による
   前記トラックシークモードが終了後、前記分周器出力に
   相当する前記サンプリングタイムの回数分だけ前記位置
   誤差信号を零に切り換え、該零の信号を前記積算手段と
   前記第２成分正弦波ディジタルフィルタと前記安定化デ
   ィジタルフィルタとに出力するスイッチング手段とを設
   けたことを特徴とする磁気ヘッド位置決め制御方式。