JPS63249210A

JPS63249210A - 検出ヘツドの速度制御装置

Info

Publication number: JPS63249210A
Application number: JP62082671A
Authority: JP
Inventors: Shiro Ogura; 史郎小倉; Shigemasa Yoshida; 茂正吉田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1987-04-03
Filing date: 1987-04-03
Publication date: 1988-10-17
Anticipated expiration: 2010-09-06
Also published as: US4827200A; JPH0783625B2

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〕この発明は、レーザディスク装置や磁気ディスク装置等
の検出ヘッドの速度制御装置に関するものである。

〔従来の技術〕

レーザディスク装置や磁気ディスク装置において、検出
ヘッド、例えば磁気・＼ソドを現在のトラックから次の
目標トラックへ移動させる動作、いわゆるシーク動作を
行うには通常ヘッド速度のフィートパンク制御が行われ
る。その典型的な例は、Ｉ　Ｂ　Ｍ　　Ｊｏｕｒｎａｌ
　ｏｆ　Ｒｅ５ｅａｒｃｈ　ａｎｄ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍ
ｅｎｔ１９７４年１１月号におけるＲ、　Ｋ、　Ｏｓｗ
ａｌｄの論文において説明されている。このようなフィ
ードバック制御では、ヘッドが目標トラックに近づくに
つれて減少するようあらかじめ設定された基準速度信号
と、磁気ヘッドの実速度に比例する実速度信号が差動ア
ンプに加えられて両者の誤差信号がとり出され、この速
度誤差信号がパワーアンプによって電流に変換されてボ
イスコイルモータを駆動し、磁気ヘッドの速度制御が行
われる。こうして実際の速度はできる限り基準速度に近
づけられる。最初ヘッドの実際の速度は低く、従ってそ
れが基準速度信号に等しくなるまでの加速区間ではパワ
ーアンプからボイスコイルモータへ最大電流が供給され
る（開ループ制御）。その後の定速・減速区間では速度
誤差が小さくなり、閉ループ状態で速度制御が行われる
。

ところで、磁気ディスク装置における以上のような速度
制御系は第６図（ａ）のようにモデル化することができ
る。同図においてＫａは差動アンプのゲイン、Ｋｐはパ
ワーアンプのゲイン、Ｋｆはボイスコイルモータの力定
数、Ｍは可動部の実効質量、Ｋｖは速度・電圧変換係数
、Ｖｒは基準速度、ＶＨはヘッド速度、■はパワーアン
プ出力電流、Ｓは微分を表すラプラス演算子である。又
、第６図（ａｌは同図（ｂ）のように簡略化できる。同
図において、Ｋｃ＝Ｋｖ　、Ｋａ、Ｋｓ＝−Ｄ−’−！
’、Ｖｅｒｒは門速度誤差である。ＫｃとＫｓを分けたのは、後でフィー
ドフォワードを付加した場合と比較しやすくするためで
ある。

ここで、基準速度Ｖｒに対するヘッド速度Ｖ１はであり、速度誤差Ｖｅｒｒはと表される。

一方、基準速度Ｖｒは減速時にはランプ入力であるのでとおけば、定常速度偏差Ｖｅｒｒは −・＝（４）となり、０にはできない。減速時の速度誤差が大きいと
目標トラックへの突入速度が大きくなり、磁気ヘッドの
セントが困難となる。速度誤差を小さくするには、系の
ループゲインＫｃＫｓを大きくする必要があるが、ルー
プゲインをあまり大きくすると可動部のもつ数Ｋ　Ｉｌ
ｚの機械共振点のため系が発振し不安定になり実用的で
ない。

最近の磁気ディスク装置では、例えば特開昭５４−１２
０８２に示されるように、磁気ヘッドの速度制御に必要
なパワーアンプ入力信号を、速度誤差信号以外に別途発
生させてパワーアンプに加えるフィードフォワード制御
方式が用いられているものがある。この方式は、ループ
ゲインを大きくせずに速度誤差を小さくし、高精度の速
度制御を行おうというものである。

第７図にその速度制御系ブロック図を示す。特開昭５４
−１２０８２の場合、第８図の信号波形図に示すように
パワーアンプに加えられるフィードフォワード信号Ｃ（
実線表示）は、加速時には一定の直流電圧Ｂから実速度
信号Ａを引き算し、減速時には逆極性の直流電圧りから
その時の実速度信号Ａを引き算して生成される。

ところが第８図の方式で生成された信号をフィードフォ
ワード信号とした場合、特開昭６１−３９９８５におい
て指摘されているように、フィードフォワード信号波形
が磁気ヘッドの速度制御に必要なパワーアンプ入力波形
と一敗するように速度プロフィル（特性曲線）を選ぶと
減速時の加速度は第９図（ｂｌの加速度Ｅに示すような
指数関数曲線となり、このときの速度は第９図（ａｌの
速度Ｇのようになる。このため同図（ｂ）の加速度Ｆ（
破線）に示すように目標トラック近くで加速度が減少す
るような速度Ｈのプロフィルに比べて目標トラック近く
での速度変化が急になり、速度誤差が増えてセットを悪
化させることになる。

特開昭６１−３９９８５では、以上のような問題点に対
し、フィードフォワード信号をよりフレキシブルに設定
できるようリードオンリメモリとＤＡ変換器を使って発
生させる方法を提案している。

第１０図を使ってその回路構成について説明する。差動
カウンタｌには磁気ヘッド１４の移動が開始される前に
現在のトラックと目標トラックの間のトランク数があら
かじめセットされ、この磁気ヘッド１４が移動してｌト
ラック横切るたびに１ずつ減算される。この差動カウン
タｌの２進出力２１は、リードオンリメモリ３９と基準
速度信号発生回路７とに送られる。基準速度信号発生回
路７は正方向の移動を示す論理信号２４、あるいは逆方
向の移動を示す論理信号２５を受は取り、移動方向に応
じた極性を有する基準速度信号２７を発生し差動アンプ
８に供給する。差動アンプ８は基準速度信号２７と基準
速度信号発生回路１８から出力される実速度信号３６と
を受けて速度誤差信号２８を発生する。加算アンプ１１
は速度誤差信号２８とアナログスイッチ４３から出力さ
れるフィードフォワード信号４９とを加算し、パワーア
ンプ１２へ駆動信号３２として供給する。

パワーアンプ１２は入力された駆動信号３２に比例した
電流３３をボイスコイルモータ１３に流し７、磁気ヘッ
ド１４の取り付けられた可動部を駆動する。

一方、リードオンリメモリ３９には必要なフィードフォ
ワード信号４９に比例して所定のプロフィルをもった２
進データがあらかじめ書き込まれており、差動カウンタ
１からの２進出力２１の内容に応じて２進データ４５を
発生しＤＡ変換器４０へ供給する。このＤＡ変換器４０
はリードオンリメモリ３９からの２進データ４５をアナ
ログ電圧４６に変換して極性切替回路４１に入力する。

この極性切替回路４１は、移動方向の正、逆を示す論理
信号２４あるいは２５を受けてＤＡ変換器４０の出力４
６の極性を切替え、アナログスイッチ４３−・供給する
。このアナログスイッチ４３は減速区間を示す論理信号
、ｔ　８を受けるとオンとなり、その出力をフィードフ
ォワード信号４９として加算アンプ１１に供給する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の速度制御装置にあっては、以上のようにリードオ
ンリメモリ３９とＤＡ変換器４０を使ってフィードフォ
ワード信号４９を発生させる方式であるため、速度プロ
フィル選定の自由度を増すことができる。しかし、その
半面フィードフォワード信号は離散的（階段状）になり
、それが駆動信号の一部となるため磁気ヘッドの動きが
スムーズでなくなるという問題点がある。また、フィー
ドフォワード信号は磁気ヘッドの現在位置から目標トラ
ックまでのトラック数の関数として一意的に定める方式
であるため、あらゆるシークスパンにおいて適切なフィ
ードフォワード制御が行われるようにその関数を定める
ことは困デ「である。また、その解決策としてシークス
パンによってフィードフォワードの関数を変えるような
方式も考えられるが、それは回路をより複雑で高価なも
のにすることになる。

この発明は以上の従来例に見られた問題点を解消するた
めになされたもので、精度の高い速度制御をするための
フィードフォワード制御を、速度プロフィルの自由度と
磁気ヘッドのスムーズな移動を損なうことなく、しかも
安価な回路で実現することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明においては、検出ヘッド１４の現在位置と目標
トラックの間のトラック数に応じた基準速度信号２７を
出力する基準速度発生回路７と、該検出ヘッド１４の速
度に比例した実速度信号３６を出力する基準速度信号発
生回路１８と、基準速度信号２７と実速度信号３６を入
力し、速度誤差信号２８を出力する差動＠路８と、この
速度誤差信号２８が与えられてシーク動作時における定
速・減速区間を示す論理信号３０を出力する定速・減速
区間検出回路１０と、この論理信号３０に制御されて基
準速度信号２７を入力として、その微分信号を生成して
１次おくれ処理したフィードフォワード信号３１を出力
するフィードフォワード信号発生回路９と、速度誤差信
号２８とフィードフォワード信号３１を入力し、駆動信
号３２を出力する加算回路１１と、駆動信号３２を入力
し、検出ヘッド１４の連結されたボイスコイルモータ１
３を駆動する電流を出力するパワーアンプ１２を備えた
。

〔作用〕

検出ヘッド１４が目標トラックをシークするときに、速
度誤差信号２８によるフィードバック制御の外に、検出
ヘッド１４は定速・減速時にフィードフォワード信号３
１による制御も受けるようになった。

このようにして、制御系のループゲインを高くしたとき
に相当する高制度な速度制御がループゲインの低い状態
で実現される。

〔う（Ｗｌｊ多’Ｊ）以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明の一実施例のブロック図、第２図は第１図
のフィードフォワード信号発生回路９の詳細回路図、第
３図は第１図の定速・減速区間検出回路１０の詳細回路
図である。

第１図について説明する。差動カウンタ１には磁気ヘッ
ド１４の移動が開始される前に現在のトラックと目標ト
ランクの間のトラック数があらかじめセットされ、この
磁気ヘッド１４が移動してｌトランク横切るたびに１ず
つ減算される。この差動カウンタ１の２進出力２１は、
基準速度信号発生回路７に加えられる。基準速度信号発
生回路７は正方向の移動を示す論理信号２４あるいは逆
方向の移動を示す論理信号２５を受は取り、移動方向に
応じた極性を有する基準速度信号２７を発生し、差動ア
ンプ８とフィードフォワード信号発生回路９に供給する
。なお、基準速度信号発生回路７内では、補間回路５が
位置信号３５から補間信号３７をつくり、加算アンプ６
に与えることによりこれがＤＡ変換器３からの離散的出
力２３を補間する。こうして基準速度信号２７はスムー
ジングされた連続信号になる。差動アンプ８はこの基準
速度信号２７と基準速度信号発生回路１８から出力され
た実速度信号３６とを受けて速度誤差信号２８を発生し
、次の加算アンプ１１に入力する。この加算アンプ１１
は速度誤差信号２８と、フィードフォワード信号発生回
路９から出力されるフィードフォワード信号３１とを加
算し、駆動信号３２としてパワーアンプ１２へ供給する
。パワーアンプ１２は入力の駆動信号３２に比例した電
流３３をボイスコイルモータ１３に流し、磁気ヘッド１
４の取付けられた可動部を駆動する。

次に第２図を使ってフィードフォワード信号発生回路に
ついて説明する。微分回路５ｏは基準速度信号２７を入
力し、その微分１３号５３を出力する。アナログスイッ
チ５１は定速・減速区間検出回路１０から出力される定
速・減速区間を示す論理信号３０を受は取ったときにオ
ンし、微分信号５３はこのときにだけ次の１次おくれ回
路５２に入力される。こうしてＨｔ＜＝速度信号２７が
、微分＋１次おくれされた信号が定速・減速区間でのみ
フィードフォワード信号３１として出力される。

なお、実際には定速区間では基準速度信号の微分値がＯ
であるため、フィードフォワード信号３１も０となる。

次に第３図を使って定速・減速区間検出回路について説
明する。定速・減速区間を示す論理信号３０を出力する
フリップフロップ５５はシーク動作中以外にはリセット
されている。シーク命令２９が来ると、遅延回路５６に
おいて一定時間遅延された後にフリップフロップ５５の
リセットは解除される。一方、速度誤差信号２８の符号
は加速が終わった時点で反転する。比較器５４はこの反
転を検出し、フリップフロップ５５をセットする。こう
して、加速が終わった時点からシークが終わるまでの区
間を定速・減速区間として検出し、それを示す論理信号
３０をつくる。

ここで、第２図のような回路を用い基準速度信号２７を
微分＋１次おくれとして、フィードフォワード信号３１
としたときの、その作用について数式および図を使って
説明する。

第４図（ａ）は、この発明による磁気ディスク装置の速
度制御系の論理ブロック図である。Ｋｐはパワーアンプ
のゲイン、Ｋｆはボイスコイルモータの力定数、Ｍは可
動部の実効質量、ＫＶは速度・電圧変換係数、Ｖｒは基
準速度、■工、はヘッド速度、Ｉｆはパワーアンプ出力
電流、Ｓは微分を表すラプラス演算子である。ただし、
差動アンプ８のゲインはαＫａであり（αはゲイン係数
）、このα倍（０くα＜１）に下げられている。また、
ＦＳはフィードフォワード信号発生回路９０入出力伝達
関数であり、それは微分＋１次おくれの形となる。

度誤差である。

同図において磁気ヘッド速度■□、はであり、速度誤差Ｖｅｒｒｆはとなる。ここで、フィードフォワード信号発生回路９の
伝達関数Ｆｓをという微分＋１次おくれ型の関数とし、（７）式を（６
）弐に代入するととなり、（２）式で示される従来のフィードバック制御
の場合の速度誤差Ｖｅｒｒと等しくなる。従って、（７
）式のようなフィードフォワード関数とすれば差動アン
プのゲインをα倍に下げても、すなわち系全体のループ
ゲインをα倍に下げても高ゲイン時と同じ速度プロフィ
ルで動作させることができる。

この様子をα＝０．５のときについて信号波形で示した
のが第５図である。第５図（ａｌは高ゲイン時のフィー
ドバック制御の場合のシーク中信号波形を示す図であり
、上から基準速度信号２７．実速度信号３６．差動アン
プ８による増幅後の速度誤差信号２８およびボイスコイ
ルモータに流れる電流３３である。横軸は時間を表す。

同図（′ｂ）は、これにフィードフォワード信号３１を
加え、かつ差動アンプ８のゲインを０．５倍にしたとき
の各信号波形である。両者を比較するとわかるように、
磁気ヘッドを移動させるための駆動信号を速度誤差信号
２８を増幅して得るとともに、ゲイン係数α＝０．５と
した場合、その丁度５０％をフィードフォワード信号３
１から得られるようになる。こうして、系のループゲイ
ンを５０％に落としても従来と全く同じ速度プロフィル
でシ〜り動作ができるのである。

また、以上説明した「ループゲインを下げても従来と同
じ速度プロフィルでヘッドの駆動ができる」という特長
を利用して、従来、機械共振の問題のため実現できなか
ったような高いループゲインに相当する高精度な速度制
御についても、フィードフォワード関数を（７）式のよ
うに設定することにより、ループゲインを上げることな
く実現できる。

さらに、基準速度信号発生回路７についてもフィードフ
ォワード信号３１により制限されることなく、従来のフ
ィードバック制御の場合と全く同じように設計でき、速
度プロフィル選定の自由度は少しも損なわれることはな
い。

なお磁気ヘッドに限ることなく、レーザディスクヘッド
、光デイスクヘッドの速度制御についてもこの発明は適
用できる。

〔発明の効果〕

以上説明してきたように、この発明によれば、検出ヘッ
ドの現在位置と目標トラックの間のトランク数に応じた
基準速度信号を出力する基＄速度発生回路と、該検出ヘ
ッドの速度に比例した実速度信号を出力する基準速度信
号発生回路と、基準速度信号と実速度信号を入力し、速
度誤差信号を出力する差動回路と、この速度誤差信号が
与えられてシーク動作時における定速・減速区間を示す
論理信号を出力する定速・減速区間検出回路と、この論
理信号に制御されて基準速度信号を入力として、その微
分信号を生成して１次おくれ処理したフィードフォワー
ド信号を出力するフィードフォワード信号発生回路と、
速度誤差に比例したフィードフォワード信号を入力し、
駆動信号を出力する加算回路と、駆動信号を入力し、検
出ヘッドの連結されたボイスコイルモータを駆動する電
流を出力するパワーアンプを備えたので、検出ヘッドの
全てのシークスパンで高精度でスムーズな速度制御を系
のループゲインを上げることなく、すなわち機械共振の
問題に妨げられることなく、かつ安価な回路で実現でき
る。しかも、速度プロフィルについては、フィードフォ
ワード信号に制限されることなく、自由度の高い選定が
可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による速度制御系のブロッ
ク図、第２図は第１図のフィードフォワード信号発生回
路の詳細回路図、第３図は第１図の定速・減速区間検出
回路の詳細回路図、第４図はこの発明の一実施例による
速度制御系の数学モデルブロック図、第５図はシーク動
作中の信号波形図、第６図は従来のフィードバック制御
による速度制御系の数学モデルブロック図であり、第７
図は従来のフィードフォワード制御例による速度制御系
のブロック図、第８図は従来例によるフィードフォワー
ド信号を示す図であり、第９図は従来例によるフィード
フォワード制御時のプロフィルを示す図であり、第１０
図は従来の他のフィードフォワード制御例による速度制
御系のブロック図である。７・・・基準速度信号発生回路、８・・・差動アンプ、
９・・・フィードフォワード信号発生回路、１０・・・
定速・減速区間検出回路、１２・・・パワーアンプ、１
３・・・ボイスコイルモータ、１４・・・磁気ヘッド、
１８・・・基準速度信号発生回路、２７・・・基準速度
信号、２８・・・速度誤差信号、２９・・・シーク命令
、３０・・・定速・減速区間を示す論理信号、３１・・
・フィードフォワード信号、５０・・・微分回路、５１
・・・アナログスイッチ、５２・・・１次おくれ回路、
５３・・・微分出力、５４・・・比較器、５５・・・フ
リップフロップ、５６・・・遅延回路。代理人　　大　　岩　　増　　誰（ばか２名）第４図第５図第６図（ｂ）１、事件の表示　　　特願昭。２−８□６□１号二′！
、べ２、発明の名称　　　　　　　　　５・検出ヘッドの速
度制御装置３、補正をする者事件との関係　特許出願人住　所　　　　東京都千代田区丸の内二丁目２番３号名
　称　　（６０１）三菱電機株式会社代表者志岐守哉４、代理人住　所　　　　東京都千代田区丸の内二丁目２番３号５
６　　補正の対象特許請求の範囲、発明の詳細な説明の欄。６、補正の内容とあるのを「セトリングが悪化する。」と補正する。（３）・同書第７頁第６行目「ゼット」とあるのを「セ
トリング」と補正する。（４）同書第１１頁第１９行目「高制度な」とあるのを
Ｅ高精度な」と補正する。（５）同書第１５頁第９行目乃至第１０行目「このα倍
」とあるのをｒＫａのα倍」と補正する。（６）同書第１５頁第１１行目ｒＦｓＪとあるのをｒＦ
（ｓ）Ｊと補正する。以上２、特許請求の範囲（１）上位装置からのシーク命令に応じて、検出ヘッド
をその現在位置から目標トランクまで迅速に移動するこ
とでシーク動作する検出ヘットの速度制御回路であって
、検出ヘッドの現在位置と目標トラックの間の１−ラン
ク数に応じた基準速度信号を出力する基準速度信号発生
回路と、該検出ヘッドの速度に１しりすした実速度信号
を出力する基準速度信号発生回路と、該検出ヘッドの速
度に比例した実速度信号を入力し、速度誤差信号を出力
する差動回路と１．この速度誤差信号が与えられて前記
シーク動作における定速・減速区間を示す論理信号を出
力する定速・減速区間検出回路と、この論理信号に制御
されて該検出ヘッドの速度信号を入力として、その微分
信号を生成して１次おくれ処理したフィードフォワード
信号を出力するフィードフォワード信号発生回路と、前
記速度誤差に比例したフィードフォワード信号を入力し
、駆動信号を出力する加算回路と、前記駆動信号を入力
し、前記検出ヘッドの連結されたボイスコイルモータを
駆動する電流を出力するパワーアンプを備えた杉ロ几二
＝乙上−の速度制御装置。（２）フィードフォワード信号発生回路が該検出ヘッド
の速度信号が与えられ微分信号を出力する微分回路と、
前記論理信号が与えられて閉成するアナログスイッチお
よび前記微分信号を遅延させる１次おくれ回路より構成
されることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の検
出ヘッドの速度制御装置。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）上位装置からのシーク命令に応じて、検出ヘッド
をその現在位置から目標トラックまで迅速に移動するこ
とでシーク動作する検出ヘッドの速度制御回路であって
、検出ヘッドの現在位置と目標トラックの間のトラック
数に応じた基準速度信号を出力する基準速度信号発生回
路と、該検出ヘッドの速度に比例した実速度信号を出力
する速度変換回路と、前記基準速度信号と前記実速度信
号を入力し、速度誤差信号を出力する差動回路と、この
速度誤差信号が与えられて前記シーク動作における定速
・減速区間を示す論理信号を出力する定速・減速区間検
出回路と、この論理信号に制御されて前記基準速度信号
を入力として、その微分信号を生成して１次おくれ処理
したフィードフォワード信号を出力するフィードフォワ
ード信号発生回路と、前記速度誤差信号と前記フィード
フォワード信号を入力し、駆動信号を出力する加算回路
と、前記駆動信号を入力し、前記検出ヘッドの連結され
たボイスコイルモータを駆動する電流を出力するパワー
アンプを備えた磁気ヘッドの速度制御装置。
（２）フィードフォワード信号発生回路が前記基準速度
信号が与えられ微分信号を出力する微分回路と、前記論
理信号が与えられて閉成するアナログスイッチおよび前
記微分信号を遅延させる１次おくれ回路より構成される
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の検出ヘッ
ドの速度制御装置。