KR20080030444A - ２자유도 위치 제어 방법, ２자유도 위치 제어 장치 및매체 기억 장치 - Google Patents

２자유도 위치 제어 방법, ２자유도 위치 제어 장치 및매체 기억 장치 Download PDF

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KR20080030444A
KR20080030444A KR1020070041216A KR20070041216A KR20080030444A KR 20080030444 A KR20080030444 A KR 20080030444A KR 1020070041216 A KR1020070041216 A KR 1020070041216A KR 20070041216 A KR20070041216 A KR 20070041216A KR 20080030444 A KR20080030444 A KR 20080030444A
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Abstract

본 발명은 2자유도 제어(two degree of freedom control)를 하는 현재 옵저버 제어에 기초한 위치 제어 장치에 있어서, 고정 소수점 프로세서(fixed point processor)를 이용하여 계산 정밀도를 향상시키는 것을 과제로 한다.
옵저버를 사용한 2자유도 제어계(26)의 입력들인, 목표 위치 궤도 및 위치 오차에 대해, 기준 궤도를 기준으로 한 상대치를 사용하여, 옵저버의 상태 변수가, 기준 위치로부터의 상대적인 거리를 유지하도록 했다. 절대적인 거리를 유지하는 경우에 비해, 값이 변화되는 범위가 작아져, 고정 소수점 방식이라도, 소수점의 유효 자릿수를 늘릴 수 있어, 계산 정밀도를 개선할 수 있다. 이 때문에, 가속 구간에서의 제어 전류가 순조롭게 되어, 공진이나 소음의 발생을 방지할 수 있고, 정속 구간이나 감속 구간에서는 잔류 진동의 발생을 방지할 수 있어, 시크 시간을 단축할 수 있다.
Figure P1020070041216
2자유도 제어, 정밀도, 위치 제어, 액츄에이터

Description

２자유도 위치 제어 방법, ２자유도 위치 제어 장치 및 매체 기억 장치{TWO DEGREE OF FREEDOM POSITION CONTROL METHOD, TWO DEGREE OF FREEDOM POSITION CONTROL DEVICE, AND MEDIUM STORAGE DEVICE}
도 1은 본 발명의 일 실시형태를 도시하는 매체 기억 장치의 구성도이다.
도 2는 도 1의 디스크의 위치 신호의 설명도이다.
도 3은 도 2의 위치 신호의 상세 설명도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태의 시크 제어의 천이도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시형태의 2자유도 제어계의 블록도이다.
도 6은 도 5의 목표 위치 궤도와 기준 궤도의 설명도이다.
도 7은 도 5의 2자유도 제어 현재 옵저버의 블록도이다.
도 8은 도 7의 현재 옵저버의 동작 시퀀스도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시형태의 2자유도 제어계의 블록도이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시형태의 2자유도 제어계의 블록도이다.
도 11은 도 10의 목표 위치 궤도의 설명도이다.
도 12는 도 10의 멀티-레이트 제어의 설명도이다.
도 13은 도 10의 멀티-레이트 제어 현재 옵저버의 블록도이다.
도 14는 본 발명의 제4 실시형태의 2자유도 제어계의 블록도이다.
도 15는 종래의 2자유도 제어의 블록도이다.
도 16은 도 15의 목표 위치 궤도의 설명도이다.
도 17은 프로세서의 고정 소수점의 설명도이다.
도 18은 프로세서의 고정 소수점 방식의 Q-포맷의 설명도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 액츄에이터 2 : 스핀들 모터의 회전축
3 : 헤드 4 : 디스크
5 : 스핀들 모터 6 : 액츄에이터의 VCM 구동 회로
7 : 위치 복조 회로 8 : 스핀들 모터의 구동 회로
9 : 버스 10 : 데이터의 기록 재생 회로
11 : 하드디스크 컨트롤러 12 : MCU의 RAM
13 : MCU의 ROM 14 : 마이크로 컨트롤러 유닛
15 : 하드디스크 컨트롤러의 RAM 16 : 위치 신호
본 발명은, 피드백과 피드포워드를 병용한 2자유도(two degree of freedom) 위치 제어 방법, 2자유도 위치 제어 장치 및 매체 기억 장치에 관한 것으로, 특히, 옵저버 제어(observer control)를 이용하여, 2자유도 제어하기 위한 2자유도 위치 제어 방법, 2자유도 위치 제어 장치 및 매체 기억 장치에 관한 것이다.
대상물을 목표 위치로 위치 제어하는 장치는 널리 이용되고 있다. 예컨대, 자기 디스크 장치나 광 디스크 장치 등의 디스크 장치의 위치 결정 제어의 하나 인, 헤드를 목표 트랙으로 이동시키는 시크 제어에 이용되고 있다.
이 시크 제어로서, 2자유도 제어(Two Degree of Freedom Control)를 이용하는 방법이 있다. 이 2자유도 제어는 피드백 루프를 구성하면서, 목표 위치를 필터를 통해서 부여한다. 즉, 목표 위치에서부터 관측 위치까지의 전달 함수를 로우패스 필터의 형상으로 한다. 이에 따라, 오버슈트(또는 오버런)를 효과적으로 억압하는 방법이다.
디스크 장치 등에서, 일반적으로 이용되고 있는 옵저버 제어계에 있어서도, 2자유도 제어계를 구성하는 것이 가능하다. 이 때에는, 제어계는 피드백의 극과 동일한 극을 갖는 2차 로우패스 필터(이하, LPF라 함)의 형태가 된다. 도 15는 종래의 2자유도 제어계의 구성도, 도 16은 목표 궤도의 설명도이다.
도 15에 도시한 바와 같이, 목표 궤도 생성부(100)는, 목표 위치 r에서부터 시크 거리를 계산하여, 시크 거리 Lseek에 따라서, 목표 궤도 r(n)을 생성한다. 도 16에 도시한 바와 같이, 목표 궤도 r(n)은 샘플마다 이동하는 목표 위치를 나타낸다. 한편, 위치 오차 연산부(102)는, 목표 위치 r과 플랜트(106)로부터 관측한 현재 위치 y와의 오차 y(n)를 연산한다. 컨트롤러(104)는 목표 궤도 r(n)과 위치 오차 y(n)를 받아, 2자유도 옵저버의 연산을 행하여, 플랜트(106)의 구동 지령치를 계산하여, 플랜트(106)를 구동한다(예컨대, 비특허문헌 1 참조).
<비특허문헌 1>
「Digital Control of Dynamic Systems」(저자 Gene F. Franklin 외 2명, 발행원 ADDISON-WESLEY, 발행년 1998년)
이러한 2자유도 제어를 이용한 시크 제어에 있어서는, 옵저버의 상태 변수에, 위치 오차를 유지하는 것이 필요하게 된다. 한편, 최근 자기 디스크 장치로 대표되는 매체 기억 장치는 기록 밀도가 급격히 향상되고 있다. 예컨대, 2.5형 HDD(Hard Disk Drive)에 있어서는, 디스크 1장 용량이 60 GB나 되고 있다. 그에 따라서, 트랙 개수도 대폭 증대되고 있어, 예컨대, 2.5형 HDD에서는 이미 4∼5만 라인의 트랙수로 되고 있다.
또, 이러한 장치에서는, 비용의 저감 및 장치의 소형화가 요청되고 있다. 이 때문에, 부동 소수점이 아니라, 고정 소수점 방식의 MCU(마이크로 컨트롤러 유닛)을 사용하고 있다. 특히, 16 bit의 연산기가 널리 사용되고 있다.
도 17에 도시한 바와 같이, 16 비트 고정 소수점 방식에서는, 최상위 비트에 부호 비트 S를 설정하고, 나머지 15 비트로 숫자를 표현한다. 16 비트는 -32768에서부터 +32678까지밖에 표현할 수 없기 때문에, 전술한 5만이라는 숫자를 부호를 붙여 표현할 수는 없다.
이 고정 소수점 방식으로, 자릿수를 확장하는 방법으로서, Q-포맷 방식이 알려져 있다. 도 18에 도시한 바와 같이, 예컨대, Q2-포맷은 상위 2 비트를 정수에, 하위 14 비트를 소수에 사용한다. 또, Q-1-포맷은 소수점 위치를 마이너스 1 LSB로 설정함으로써, 숫자를 표현하는 비트수를 16 비트로 확장할 수 있다. 이 경우에, 소수점보다 위의 1 비트는 표현할 수 없다.
이 종래의 자릿수의 확장 방법을 전술한 2자유도 옵저버에 적용하는 경우에는, 소수점 위치를 마이너스로 설정하기 때문에, 관측한 위치 및 추정한 위치의 정밀도를 떨어뜨리게 된다. 예컨대, 소수점 위치가 마이너스 1 LSB라면, 소수점보다 위의 하위 1 비트를 라운드시킨다(round).
이것은, 계산 정밀도를 열화시키는 것으로 이어져, 위치 제어에서의 시크 전류의 변동이 특히 가속 구간에서 커져, 시크 전류가 순조롭게 되지 않아, 공진이나 소음의 원인이 된다. 앞으로 점점 더 기록 밀도가 향상되어 트랙수가 증대되면, 이 영향은 점점 더 심각하게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은, 고정 소수점 방식의 프로세서를 사용하더라도, 2자유도 제어에 있어서의 계산 정밀도를 향상시키기 위한 2자유도 위치 제어 방법, 2자유도 위치 제어 장치 및 매체 기억 장치를 제공하는 데에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 고정 소수점 방식의 프로세서를 사용하여 2자유도 제어하더라도, 매끄러운 위치 제어를 실현하기 위한 2자유도 위치 제어 방법, 2자유도 위치 제어 장치 및 매체 기억 장치를 제공하는 데에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 고정 소수점 방식의 프로세서를 사용하여 2자유도 제어하더라도, 소음의 발생을 방지하기 위한 2자유도 위치 제어 방법, 2자유도 위치 제어 장치 및 매체 기억 장치를 제공하는 데에 있다.
더욱이, 본 발명의 다른 목적은, 고정밀도의 위치 제어를 저렴한 고정 소수점 방식의 프로세서를 사용하여 실현하기 위한 2자유도 위치 제어 방법, 2자유도 위치 제어 장치 및 매체 기억 장치를 제공하는 데에 있다.
이 목적의 달성을 위해, 본 발명의 대상물을 목표 위치로, 액츄에이터에 의해 위치 제어하는 위치 제어 방법은, 상기 목표 위치로의 목표 위치 궤도를 생성하는 단계와; 상기 대상물의 목표 위치와 상기 대상물의 현재 위치로부터 위치 오차를 연산하는 단계와; 상기 목표 위치 궤도로부터 상기 목표 위치 궤도를 따르는 기준 궤도를 뺀 목표 위치 궤도의 상대치와, 상기 위치 오차로부터 상기 기준 궤도를 뺀 위치 오차의 상대치를 사용하여, 옵저버를 사용한 2자유도 제어계에 의해, 상기 액츄에이터에의 출력치를 연산하는 단계를 갖는다.
또, 본 발명의 매체 기억 장치는, 기억 매체의 데이터를 적어도 읽어들이는 헤드와; 상기 기억 매체의 소정 위치에, 상기 헤드를 위치 결정하는 액츄에이터와; 상기 목표 위치로의 목표 위치 궤도를 생성하고, 상기 대상물의 목표 위치와 상기 대상물의 현재 위치로부터 위치 오차를 연산하여, 상기 목표 위치 궤도로부터 상기 목표 위치 궤도를 따르는 기준 궤도를 뺀 목표 위치 궤도의 상대치와, 상기 위치 오차로부터 상기 기준 궤도를 뺀 위치 오차의 상대치를 사용하여, 옵저버를 사용한 2자유도 제어계에 의해, 상기 액츄에이터에의 출력치를 연산하는 제어 유닛을 갖는다.
또, 본 발명의 대상물을 목표 위치로, 액츄에이터에 의해 위치 제어하는 위치 제어 장치는, 상기 목표 위치로의 목표 위치 궤도를 생성하는 생성 블록과; 상기 대상물의 목표 위치와 상기 대상물의 현재 위치로부터 위치 오차를 연산하는 오 차 연산 블록과; 상기 목표 위치 궤도로부터 상기 목표 위치 궤도를 따르는 기준 궤도를 뺀 목표 위치 궤도의 상대치와, 상기 위치 오차로부터 상기 기준 궤도를 뺀 위치 오차의 상대치를 사용하여, 옵저버를 사용한 2자유도 제어계에 의해, 상기 액츄에이터에의 출력치를 연산하는 제어 유닛을 갖는다.
더욱이, 본 발명에서는, 바람직하게는, 상기 옵저버를 사용한 2자유도 제어계가 유지하는 추정 위치를, 상기 기준 궤도로부터의 상대치로 수정하는 단계를 더욱 갖는다.
더욱이, 본 발명에서는, 바람직하게는, 상기 출력치 연산 단계는, 상기 기준 궤도에 상기 목표 위치 궤도를 사용하여, 상기 액츄에이터에의 출력치를 연산하는 단계로 이루어진다.
더욱이, 본 발명에서는, 바람직하게는, 상기 출력치 연산 단계는, 샘플마다의 상기 목표 위치 궤도로부터 상기 목표 위치 궤도를 따르는 기준 궤도를 뺀 목표 위치 궤도의 상대치와, 상기 위치 오차로부터 상기 기준 궤도를 뺀 위치 오차의 상대치를 사용하여, 옵저버를 사용한 2자유도 제어계에 의해, 상기 액츄에이터에의 출력치를 연산하는 단계로 이루어진다.
더욱이, 본 발명에서는, 바람직하게는, 출력치 연산 단계는, 상기 목표 위치 궤도로부터 상기 목표 위치 궤도를 따르는 기준 궤도를 빼어, 목표 위치 궤도의 상대치를 구하는 단계와, 상기 위치 오차로부터 상기 기준 궤도를 빼어, 상기 위치 오차의 상대치를 구하는 단계와, 상기 목표 위치 궤도의 상대치와 상기 위치 오차의 상대치를 사용하여, 옵저버를 사용한 2자유도 제어계에 의해, 상기 액츄에이터 에의 출력치를 연산하는 단계로 이루어진다.
더욱이, 본 발명에서는, 바람직하게는, 상기 위치 오차를 연산하는 단계는, 기억 매체의 데이터를 적어도 읽어들이는 헤드의 출력으로부터 얻은 현재 위치와, 상기 액츄에이터를 구동하여 상기 헤드를 상기 기억 매체의 소정 위치로 이동하기 위한 목표 위치와의 위치 오차를 연산하는 단계로 이루어진다.
더욱이, 본 발명에서는, 바람직하게는, 상기 출력치 연산 단계는, 샘플 시각의 상기 목표 위치 궤도로부터 상기 목표 위치 궤도를 따르는 기준 궤도를 뺀 제1 목표 위치 궤도의 상대치와, 샘플 시각+0.5 샘플 시각의 목표 위치 궤도로부터 상기 기준 궤도를 뺀 제2 목표 위치 궤도의 상대치와, 상기 위치 오차로부터 상기 기준 궤도를 뺀 위치 오차의 상대치를 사용하여, 멀티-레이트 제어 옵저버를 사용한 2자유도 제어계에 의해, 상기 액츄에이터에의 출력치를 연산하는 단계로 이루어진다.
이하, 본 발명의 실시형태를, 매체 기억 장치, 2자유도 위치 제어계의 제1 실시형태, 2자유도 현재 옵저버, 제2 실시형태, 제3 실시형태, 멀티-레이트 제어 현재 옵저버, 제4 실시형태, 다른 실시형태의 순으로 설명하지만, 본 발명은 이 실시형태만으로 한정되는 것은 아니다.
(매체 기억 장치)
도 1은 본 발명의 일 실시형태의 매체 기억 장치의 구성도, 도 2는 도 1의 자기 디스크의 위치 신호의 배치도, 도 3은 도 1 및 도 2의 자기 디스크의 위치 신호의 구성도, 도 4는 시크 제어의 제어 천이도이다.
도 1은 매체 기억 장치로서, 자기 디스크 장치를 도시한다. 도 1에 도시한 바와 같이, 자기 기억 매체인 자기 디스크(4)가 스핀들 모터(5)의 회전축(2)에 설치되어 있다. 스핀들 모터(5)는 자기 디스크(4)를 회전한다. 액츄에이터(VCM)(1)는 선단에 자기 헤드(3)를 갖춰, 자기 헤드(3)를 자기 디스크(4)의 반경 방향으로 이동한다.
액츄에이터(1)는 회전축을 중심으로 회전하는 보이스 코일 모터(VCM)로 구성된다. 도면에서는, 자기 디스크 장치에 2장의 자기 디스크(4)가 탑재되고, 4개의 자기 헤드(3)가 동일한 액츄에이터(1)로 동시에 구동된다.
자기 헤드(3)는 리드 소자와 라이트 소자로 이루어진다. 자기 헤드(3)는, 슬라이더에 자기 저항(MR) 소자를 포함하는 리드 소자를 적층하고, 그 위에 라이트 코일을 포함하는 라이트 소자를 적층하여 구성된다.
위치 검출 회로(7)는 자기 헤드(3)가 읽어들인 위치 신호(아날로그 신호)를 디지털 신호로 변환한다. 리드/라이트(R/W) 회로(10)는 자기 헤드(3)의 판독 및 기록을 제어한다. 스핀들 모터(SPM) 구동 회로(8)는 스핀들 모터(5)를 구동한다. 보이스 코일 모터(VCM) 구동 회로(6)는 보이스 코일 모터(VCM)(1)에 구동 전류를 공급하여, VCM(1)를 구동한다.
마이크로 컨트롤러(MCU)(14)는 위치 검출 회로(7)로부터의 디지털 위치 신호로부터 현재 위치를 검출(복조)하여, 검출한 현재 위치와 목표 위치와의 오차에 따라서, VCM 구동 지령치를 연산한다. 즉, 위치 복조와 도 5 이하에서 설명하는 외란 억압을 포함하는 서보 제어(현재 옵저버 제어)를 행한다. 리드-온리-메모 리(ROM)(13)는 MCU(14)의 제어 프로그램 등을 저장한다. 랜덤-액세스-메모리(RAM)(12)는 MCU(14)의 처리를 위한 데이터 등을 저장한다.
하드디스크 컨트롤러(HDC)(11)는 서보 신호의 섹터 번호를 기준으로 하여, 1주 내의 위치를 판단하여, 데이터를 기록·재생한다. 버퍼용 랜덤 액세스 메모리(RAM)(15)는 리드 데이터나 라이트 데이터를 일시 저장한다. HDC(11)는 USB(Universal Serial Bus), ATA나 SCSI(Small Computer System Interface) 등의 인터페이스 IF로 호스트와 통신한다. 버스(9)는 이들을 접속한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 자기 디스크(4)에는 외주에서 내주에 걸쳐, 각 트랙에 서보 신호(위치 신호)(16)가 원주 방향으로 등간격으로 배치된다. 또한, 각 트랙은 복수의 섹터로 구성되며, 도 2의 실선은 서보 신호(16)의 기록 위치를 나타낸다. 도 3에 도시한 바와 같이, 위치 신호는 서보 마크(Servo Mark)와, 트랙 번호 그레이 코드(Gray Code)와, 인덱스(Index)와, 오프셋 정보(서보 버스트) PosA, PosB, PosC, PosD로 이루어진다. 또한, 도 3의 점선은 트랙 센터를 나타낸다.
도 3의 위치 신호를 헤드(3)로 읽어들여, 트랙 번호 Gray Code와 오프셋 정보 PosA, PosB, PosC, PosD를 사용하여, 자기 헤드의 반경 방향의 위치를 검출한다. 또한, 인덱스 신호 Index를 바탕으로 하여, 자기 헤드의 원주 방향의 위치를 파악한다.
예컨대, 인덱스 신호를 검출했을 때의 섹터 번호를 0번으로 설정하고, 서보 신호를 검출할 때마다 카운트업하여, 트랙의 각 섹터의 섹터 번호를 얻는다. 이 서보 신호의 섹터 번호는 데이터의 기록 재생을 할 때의 기준이 된다. 한편, 인덱스 신호는 1주에 하나이고, 또, 인덱스 신호 대신에, 섹터 번호를 두는 것도 가능하다.
도 1의 MCU(14)는 위치 검출 회로(7)를 통하여, 액츄에이터(1)의 위치를 확인하고, 서보 연산하여, 적절한 전류를 VCM(1)에 공급한다. 즉, 도 4에 도시한 바와 같이, 시크 제어는 코어스 제어(coarse control), 정정 제어(settling control) 및 팔로잉 제어(following control)로 천이함으로써, 목표 위치까지 이동시킬 수 있다. 모두 헤드의 현재 위치를 검출할 필요가 있다.
이와 같은, 위치를 확인하기 위해서는, 전술한 도 2와 같이, 자기 디스크 상에 서보 신호를 사전에 기록해 둔다. 즉, 도 3에 도시한 바와 같이, 서보 신호의 시작 위치를 나타내는 서보 마크, 트랙 번호를 나타내는 그레이 코드, 인덱스 신호, 오프셋을 나타내는 PosA∼PosD와 같은 신호가 기록되어 있다. 이 신호를 자기 헤드로 읽어내어, 이 서보 신호를 위치 검출 회로(7)가 디지탈치로 변환한다. 또, MCU(14)는 고정 소수점 방식의 프로세서(여기서는 16 비트)를 갖는다.
(2자유도 위치 제어계의 제1 실시형태)
도 5는 본 발명의 위치 제어계의 제1 실시형태의 블록도, 도 6은 그 동작 설명도이다.
도 5는 도 1의 MCU(14)가 실행하는 현재 옵저버를 사용한 2자유도 위치 제어계를 도시한다. 도 5에 도시한 바와 같이, 목표 위치(목표 실린더) Tp가 주어지고, 시크 제어가 시작된다. 시크 거리 계산 블록(20)은 목표 위치 Tp와 현재 위치의 차를 계산하여, 시크 거리 Lseek를 얻는다.
목표 궤도 생성 블록(22)은 시크 거리 Lseek에 따른 목표 위치 궤도 r(n)을 생성한다. 도 6에 도시한 바와 같이, 목표 궤도 r(n)은 시크 거리 Lseek에 따른, 각 샘플의 목표 위치의 궤도이다.
베이스 궤도 작성 블록(24)은, 목표 위치 궤도 r(n)을 따라가며 변화되는 기준 위치 궤도 Pbase(n)를 작성한다. 예컨대, 도 6에 도시한 바와 같이, 목표 위치 궤도 r(n)보다 소정치 작은 위치의 값을 갖는 궤도를 기준 위치 궤도 Pbase(n)로 하여 작성한다. 물론, 목표 위치 궤도 r(n)보다 소정치 큰 위치의 값을 갖는 궤도를 기준 위치 궤도 Pbase(n)로서 작성하더라도 좋다.
2자유도 컨트롤러(26)는 도 7에서 도시하는 현재 옵저버로 구성된다. 제1 연산기(32)는 목표 위치 궤도 r(n)에서 기준 위치 궤도 Pbase(n)를 빼어, 컨트롤러(26)에의 목표 위치 궤도 rd(n)를 구한다.
위치 오차 연산기(30)는 플랜트(28)(1,3)의 관측 위치 y(n)에서 목표 위치 Tp를 빼어, 위치 오차 y(n)를 연산한다. 제2 연산기(34)는 위치 오차 y(n)에서 기준 위치 궤도 Pbase(n)를 빼어, 컨트롤러(26)에의 위치 오차 yd(n)를 구한다.
또, 지연 블록(36)은 현 샘플의 기준 위치 궤도 Pbase(n)를 1 샘플 지연한다. 제3 연산기(38)는 컨트롤러(26)의 추정 위치 x(n+1)에, 앞 샘플의 기준 위치 궤도 Pbase(n-1)에서 현 샘플의 기준 위치 궤도 Pbase(n)를 뺀 값을 가산하여, 컨트롤러(26)의 다음 샘플의 추정 위치 x(n+1)를 수정한다.
즉, 컨트롤러(26)의 입력 r(n), y(n)는, 각각의 샘플 시각에 있어서, 기준 위치 Pbase(n)에서부터의 상대치 rd(n), yd(n)로 하고 있다. 그리고, 기준 위치를 기준으로 하고 있기 때문에, 다음 샘플의 추정 위치 x(n+1)는 기준 위치의 변동분만큼 수정한다. 즉, 1 샘플마다, 앞 샘플의 기준 위치 궤도 Pbase(n-1)에서 현 샘플의 기준 위치 궤도 Pbase(n)를 뺀 값으로, 추정 위치 x(n+1)를 수정한다. 이 기준 위치를 목표 위치 궤도 r(n)의 변화에 따라 변화시킨다.
이와 같이 컨트롤러(26)의 입력을 상대치로 하고, 컨트롤러(26)는 절대치를 취급하지 않아도 되기 때문에, 컨트롤러(26)를 구성하는 옵저버의 상태 변수가, 기준 위치로부터의 상대적인 거리를 유지하기만 하면 되게 된다. 그 때문에, 절대적인 거리를 유지하는 경우에 비해서 값이 변화되는 범위가 작아진다. 따라서, 고정 소수점 방식이라도, 소수점을 플러스 1 비트나 플러스 2 비트의 위치로 설정할 수 있게 되어, 계산 정밀도를 개선할 수 있다.
예컨대, 위치 오차에 따라서 소수점 위치를 변경하는 방법이 있다. 이것을 적용하면, 위치 오차가 큰 가속 구간은 전술한 소수점 위치를 플러스 1 비트나 플러스 2 비트(Q2-포맷)로 함으로써, 도 4의 가속 구간은 종래의 Q-2-포맷에 비하여, 16배의 정밀도로 출력 전류를 연산할 수 있다. 이 때문에, 가속 구간에서의 제어 전류가 순조롭게 되어, 공진이나 소음의 발생을 방지할 수 있다.
또, 위치 오차가 작아지는 정속 구간이나 감속 구간에서는, 전술한 소수점 위치를 플러스 7 비트나 플러스 8 비트(Q8-포맷)로 함으로써, 도 4의 정속, 감속 구간은 종래에 비하여 16배의 정밀도로 출력 전류를 연산할 수 있다. 이 때문에, 정속 구간이나 감속 구간에서는 잔류 진동의 발생을 방지할 수 있어, 시크 시간을 단축할 수 있다.
더욱이, 도 5의 구성을 하나의 16 비트 프로세서로 구성하는 경우, 컨트롤러(26) 이외의 연산을 배정밀도 연산하면, 컨트롤러(26)의 입력도 정밀도를 향상시킬 수 있다. 이 경우에, 컨트롤러(26)의 현재 옵저버의 연산은 행렬을 취급하기 때문에 연산 부하가 큰 데 비하여, 컨트롤러(26) 이외의 연산은 행렬을 취급하지 않기 때문에 연산 부하가 작다. 이 때문에, 컨트롤러(26) 이외의 연산을 배정밀도 연산하더라도 출력 지연의 영향은 적다.
또, 컨트롤러(26)만을 전용 프로세서로 구성하는 경우에는, 다른 프로세서(예컨대, 도 1의 MCU(14) 또는 HDC(11)의 프로세서)에서 컨트롤러 이외의 연산을 배정밀도 연산함으로써, 출력 지연을 방지할 수 있다.
(2자유도 제어 현재 옵저버)
이어서, 컨트롤러(26)를 구성하는 현재 옵저버를 설명한다. 자기 디스크 장치의 액츄에이터는 회전형이다. 그러나, 다음 식(1) 형태의 직진형 액츄에이터의 상태방정식으로 변환하여 표현할 수 있다. 한편, x는 위치(m), v는 속도(m/s), u는 전류(Ampere), Bl은 힘상수(N/m), m은 등가 질량(kg), u는 출력, s는 라플라스 연산자이다.
Figure 112007031961506-PAT00001
샘플링 주기를 T(s), 전류의 최대치를 Imax(Ampere), 트랙 폭을 Lp(m/track)로 두고, 위치의 단위를 track, 속도의 단위를 track/sample, 전류의 단위를, Imax 를 「1」로 하는 변환을 행하여, (1)식을, 디지털의 상태방정식으로 표현하면, 다음 식(2)을 얻는다.
Figure 112007031961506-PAT00002
한편, 정상 바이어스를 추정하기 위해서, 정상 바이어스를 일정하게 한 다음 식(3)을 가정한다. 한편, s는 라플라스 연산자이다.
Figure 112007031961506-PAT00003
이것을 디지털 공간으로 변환하면, 다음 식(4)을 얻는다.
Figure 112007031961506-PAT00004
또, 외란 모델(disturbance model)로서, 다음 식(5)의 2차식의 특성을 설정한다.
Figure 112007031961506-PAT00005
식(5)의 외란 모델의 아날로그의 상태방정식은 다음 식(6)으로 표현된다.
Figure 112007031961506-PAT00006
이 식(6)을 디지털 공간으로 변환하면, 다음 식(7)을 얻는다.
Figure 112007031961506-PAT00007
이 식(2), 식(4), 식(7)을 한데 합해 확대 모델을 구성하면, 다음 식(8)을 얻을 수 있다. 여기서는 식(4)의 정상 바이어스, 식(7)의 2차식으로 표현된 외란을 2개 포함하고 있다.
Figure 112007031961506-PAT00008
식(8)의 액츄에이터의 모델과 하나 또는 복수의 외란 모델을 포함하는 확대 모델을 간단하게 하여, 다음 식(9)으로 나타낸다.
Figure 112007031961506-PAT00009
식(9)은 식(8)의 행렬을, X(n+1), X(n), A, B, C로 나타내어, 간단화한 것이다. 식(9)으로부터 예측 옵저버는 다음 식(10)으로 나타내어진다.
Figure 112007031961506-PAT00010
이 식은 아날로그 제어의 옵저버의 식을 그대로 디지털의 식으로 고친 것이다. L은 상태 추정 게인이며, 위치, 속도, 바이어스, 외란의 4개(식(8)에 대응하면, 외란이 2개이기 때문에, 5개)의 상태 추정 게인으로 이루어진다. 또, F는 피드백 게인이며, 마찬가지로, 5개의 피드백 게인으로 이루어진다.
이 식에서는, 관측 위치 y(n)가, 현 샘플의 전류 출력 u(n)에 반영되지 않는다. 즉, 예측 옵저버의 형식이기 때문에, 응답이 1 샘플 지연된다. 1 샘플의 지연을 보충하기 위해서, 일반적으로는 현재 옵저버가 이용된다. 현재 옵저버는 다음 식(11)으로 표현된다. 단, y(n)는 현 샘플에서의 관측 위치이다.
Figure 112007031961506-PAT00011
이와 같이, 1 샘플에서 1회의 연산을 하여, 1회 구동 전류를 변화하기 위한 현재 옵저버를 구성한다.
이어서, 이 현재 옵저버로부터, 출력 지연을 고려한 현재 옵저버의 구성을 구한다. 도 8에 도시한 바와 같이, 샘플 시각 n에서부터 시각 Td만큼 지연한(나아간) 시간에서의 상태 변수 X는 식(10)과 같은 식으로 구하면, 다음 식(12)으로 표현할 수 있다.
Figure 112007031961506-PAT00012
식(12)을 식(2)과 마찬가지로, 액츄에이터의 모델로 나타내면, 식(13)으로 표현할 수 있다. 또한, 식(13)에 있어서, Td는 시간 단위이기 때문에, 샘플수 n으로 변환하기 위해서, 샘플링 주기 T로 Td를 나눠, 샘플수 단위로 변환하고 있다.
Figure 112007031961506-PAT00013
또, 정상 바이어스 b는 항상 일정하기 때문에, 다음 식(14)으로 나타내어진다.
Figure 112007031961506-PAT00014
다른 외란 모델도, 식(7)에 따라서, 식(12), 식(13)과 마찬가지로 변환할 수 있다. 변환은 z 변환을 이용한다. 전술한 현재 옵저버의 식(11)과, 상기 식을 합하 면, 다음 식(15)을 구성할 수 있다.
Figure 112007031961506-PAT00015
식(15)에 있어서, Xh(n)는 현 샘플 n에서의 추정 상태, Xh(n+Td/T)는 현 샘플 n에서 Td만큼 진행했을 때의 추정 상태이다.
식(15)은 현 샘플 n에서의 추정 상태 Xh(n)를 구하고, 이어서, 지연을 고려한 시간 Td만큼 진행한 상태 Xh(n+Td/T)를, 현 샘플 n에서의 추정 상태 Xh(n)와 앞 샘플의 출력치 u(n-1)로부터 계산한다.
여기서, 일반적으로, 다음 샘플의 상태를 추정하기 위해서는, 식(11)과 같이, 현 샘플의 출력 u(n)를 사용하지만, 이 예에서는, 싱글-레이트 제어이기 때문에, 1 샘플에서 1회 출력하므로, 샘플 시점에서는 u(n)가 계산되고 있지 않다. 이 때문에, 이미 계산된 앞 샘플의 출력 u(n-1)를 사용하여, 시간 Td만큼 진행한 상태 Xh(n+Td/T)를 계산한다. 그리고, 계산된 시간 Td만큼 진행한 상태 Xh(n+Td/T)로부터, 현 샘플 n에서의 출력 u(n)를 계산한다.
다음 샘플의 추정 상태 Xb(n+1)는, 식(15)에서는 식(11)과 달리, u(n)와 u(n-1)를 사용한다. 여기서, 식(15)의 추정 상태 Xb(n+1)의 위치 x(n+1), 속도 v(n+1)는 하기 식(16)으로 나타내어진다.
Figure 112007031961506-PAT00016
이 식(16)의 u(n)의 계수가, 식(15)의 B1이며, u(n-1)의 계수가 식(15)의 B2이다.
식(16)에 2자유도 제어의 피드포워드를 부여하면, 식(17)을 얻을 수 있다.
Figure 112007031961506-PAT00017
즉, 식(15)에 비하여, Xh(n+Td/T)의 계산에, 피드포워드의 항인 (C^T·r(n))를 더하고 있다. 또한, 식(17)의 행렬 C, C^T(C의 전치)는 하기 식(18), 식(19)으로 나타내어진다.
Figure 112007031961506-PAT00018
Figure 112007031961506-PAT00019
이 경우에, 종래의 2자유도 제어의 식에 따르면, 출력 u(n)의 계산식에, 직접 피드포워드의 항을 더한다. 그러나, 이와 같이 하면, 샘플 시점이 다른 Xh(n+Td/T)에서부터 (C^T·r(n))를 빼게 되어, 계산 순서가 복잡해져 고속으로 연산하기가 어렵다. 또, 상태 추정 순서가 변화되어, 계 전체의 안정성을 유지하는 것이 곤란하게 될 우려가 있다.
이 때문에, 샘플 시점이 같은 Xh(n)에 대하여, 피드포워드의 항인 (C^T·r(n))를 더하여, 진행한 상태 Xh(n+Td/T)를 계산한다.
식(17)을 간단하게 하여, 식(17)의 제2식을, 제3식에 대입하여, 하기 식(20)을 얻는다.
Figure 112007031961506-PAT00020
도 7은 식(20)을 블록화한 블록도이다. 도 7에 도시한 바와 같이, 현 샘플 n에서의 관측 위치(도 5의 연산기(34)로부터의 기준 위치 궤도를 기준으로 한 위치 오차) yd(n)를 취득하고, 앞 샘플에서 추정한 현 샘플의 예측 위치 C·Xb(n)와 관측 위치 yr(n)의 차분을 연산 블록(52)에서 연산하여, 추정 위치 오차 er[n]를 생성한다. 승산 블록(54)에서 이 추정 위치 오차 er[n]에, 추정 게인 L을 곱해, 보정치를 만든다.
가산 블록(56)에 의해, 이 보정치와, 예측 위치, 예측 속도 등의 현 샘플에 서의 추정 상태 Xb[n]와 가산한다. 이에 따라, 식(20)의 현 샘플에서의 추정 위치·추정 속도 등 추정 상태 Xh(n)를 생성한다.
그리고 2자유도 제어에서는, 추정 상태(위치) Xh(n)와 목표 위치 궤도(도 5의 연산기(32)로부터의 기준 위치 궤도를 기준으로 한 목표 위치 궤도) rd(n)과의 차분치를 가산 블록(60)으로 연산하고, 승산 블록(62)에서 그것에 계수 행렬 -F·Ad를 곱한 값을 연산한다. 한편, 출력 u(n-1)에, 승산 블록(66)에서 계수 행렬 -F·Bd을 곱하고, 이 결과와, 승산 블록(62)의 결과를 가산 블록(68)으로 가산하여, 시각 Td만큼 진행한 상태 Xh(n+Td/T)에 의한, 식(20)의 2번째의 식의 출력치 u(n)를 얻는다.
한편, 다음 샘플(n+1)의 추정 상태 Xb(n+1)를, 현 샘플의 추정 상태 Xh(n)와, 출력치 u(n)와, 지연 블록(64)에서 지연된 앞 샘플의 출력치 u(n-1)로부터 승산 블록(70, 72, 74), 가산 블록(76)에 의해, (20)식의 3번째의 식과 같이 계산한다.
한편, 지연 블록(78)은 다음 샘플(n+1)의 추정 상태 Xb(n+1)를 지연하고, 승산 블록(50)은 지연 블록(78)의 출력에, 식(18)의 행렬 C를 곱해, 현 샘플의 추정 위치 x(n)를 계산한다.
더욱이, 도 5에서 설명한 바와 같이, 가산 블록(76)의 다음 샘플의 추정 상태 Xb(n+1)의 추정 위치 x(n+1)를, 앞 샘플의 기준 위치 궤도 Pbase(n-1)에서 현 샘플의 기준 위치 궤도 Pbase(n)를 뺀 값으로, 추정 위치 x(n+1)를 수정한다.
이 예에서는, 오버런 방지를 위한 2자유도 제어계에 있어서, 2자유도 제어의 출력의 지연(연산 지연 및 구동 앰프, D/A 컨버터 등의 하드 지연)을 고려하여, 샘플 시점에서부터 지연분만큼 진행한 시각 Td의 추정 상태를 연산하여, 이 추정 상태로부터 출력을 연산하기 때문에, 샘플 시점으로부터의 계산 중에 상태 변화가 있더라도, 출력 지연의 영향을 방지하여, 정밀도가 높은 위치 제어가 가능하게 되어, 오버런을 방지할 수 있다.
또, 동일한 샘플 시각에서 2자유도 제어항을 계산하고 있기 때문에, 계산순서가 복잡하게 되는 것을 방지할 수 있어, 고속으로 연산할 수 있다. 더욱이, 상태 추정 순서를 지킬 수 있어, 계 전체의 안정성을 유지할 수 있다.
(2자유도 위치 제어계의 제2 실시형태)
도 9는 본 발명의 위치 제어계의 제2 실시형태의 블록도이며, 도 1의 MCU(14)가 실행하는 현재 옵저버를 사용한 2자유도 위치 제어계를 나타낸다. 도 9에 있어서, 도 5에서 도시한 것과 동일한 것은 동일한 기호로 나타내고 있다.
도 9에 도시한 바와 같이, 목표 위치(목표 실린더) Tp가 주어지고, 시크 제어가 시작된다. 시크 거리 계산 블록(20)은 목표 위치 Tp와 현재 위치의 차를 계산하여, 시크 거리 Lseek를 얻는다.
목표 궤도 생성 블록(22)은 시크 거리 Lseek에 따른 목표 위치 궤도 r(n)을 생성한다. 도 6에 도시한 바와 같이, 목표 궤도 r(n)은 시크 거리 Lseek에 따른, 각 샘플의 목표 위치의 궤도이다.
2자유도 컨트롤러(26)는, 도 7에서 도시한 현재 옵저버로 구성된다. 제1 연산기(32)는, 목표 위치 궤도 r(n)로부터 목표 위치 궤도 r(n)을 빼어, 컨트롤 러(26)에의 목표 위치 궤도 rd(n)를 구한다. 즉, 컨트롤러(26)에의 목표 위치 궤도 rd(n)는 「O」이다.
위치 오차 연산기(30)는 플랜트(28)(1,3)의 관측 위치 y(n)로부터 목표 위치 Tp를 빼어, 위치 오차 y(n)를 연산한다. 제2 연산기(34)는 위치 오차 y(n)로부터 목표 위치 궤도 r(n)을 빼어, 컨트롤러(26)에의 위치 오차 yd(n)를 구한다.
또, 지연 블록(36)은 현 샘플의 목표 위치 궤도 r(n)을 1 샘플 지연한다. 제3 연산기(38)는 컨트롤러(26)의 추정 위치 x(n+1)에, 앞 샘플의 목표 위치 궤도 r(n-1)에서 현 샘플의 목표 위치 궤도 r(n)을 뺀 값을 가산하여, 컨트롤러(26)의 다음 샘플의 추정 위치 x(n+1)를 수정한다.
즉, 컨트롤러(26)의 입력 r(n), y(n)는 각각의 샘플 시각에 있어서, 목표 위치 궤도를 기준으로 한 상대치 rd(n), yd(n)로 하고 있다. 그리고, 목표 위치 궤도를 기준으로 하고 있기 때문에, 다음 샘플의 추정 위치 x(n+1)는 목표 위치 궤도의 변동분만큼 수정한다. 즉, 1 샘플마다, 앞 샘플의 목표 위치 궤도 r(n-1)에서 현 샘플의 목표 위치 궤도 r(n)을 뺀 값으로, 추정 위치 x(n+1)를 수정한다.
이 기준 위치는 목표 위치 궤도이며, 도 5와 마찬가지로, 목표 위치 궤도 r(n)의 변화에 따라 변화된다.
이와 같이, 기준 위치가 목표 위치 궤도이더라도, 컨트롤러(26)에의 입력에 대해 상대치를 사용할 수 있고, 컨트롤러(26)는 절대치를 취급하지 않아도 되기 때문에, 컨트롤러(26)를 구성하는 옵저버의 상태 변수가 기준 위치로부터의 상대적인 거리를 유지하기만 하면 된다. 그 때문에, 절대적인 거리를 유지하는 경우에 비해, 값이 변화되는 범위가 작아진다. 따라서, 고정 소수점 방식이라도, 소수점을 플러스 1 비트나 플러스 2 비트의 위치에 설정할 수 있어, 계산 정밀도를 개선할 수 있다.
더구나, 도 5의 기준 위치 궤도의 생성이 불필요하게 되어, 보다 용이하게 또한 연산 부하를 적게 하여 실현할 수 있다.
(위치 제어계의 제3 실시형태)
도 10은 본 발명의 2자유도 위치 제어계의 제3 실시형태의 블록도, 도 11은 그 목표 위치 궤도의 설명도, 도 12는 멀티-레이트 제어의 동작 시퀀스도이다. 도 10 내지 도 12는 2배의 멀티-레이트 제어를 이용한 이자유 제어계의 구성을 도시한다. 도 10에 있어서, 도 5, 도 9에서 도시한 것과 동일한 것은 동일한 기호로 도시해 놓는다.
멀티-레이트 제어는 도 12에 도시한 바와 같이, 1 샘플에서, 2회 또는 3회 전류를 변화시키는 것이다. 2회 변화되는 것을 2배의 멀티-레이트 구성, 3회 변화되는 것을 3배의 멀티-레이트 구성이라고 한다.
도 10의 2배의 멀티-레이트 구성에 도시한 바와 같이, 목표 위치(목표 실린더) Tp가 주어지고, 시크 제어가 시작된다. 시크 거리 계산 블록(20)은 목표 위치 Tp와 현재 위치의 차를 계산하여, 시크 거리 Lseek를 얻는다.
목표 궤도 생성 블록(22-1)은, 시크 거리 Lseek에 따라 샘플마다 n 샘플에서의 목표 궤도 r(n)과, (n+0.5) 샘플에서의 목표 궤도 r(n+0.5)을 생성한다. 예컨대, 도 11에 도시한 바와 같이, 목표 궤도 r(n)은 시크 거리 Lseek에 따른, 각 샘 플의 목표 위치의 궤도이며, r(n+0.5)은 r(n)보다 0.5 샘플 진행한 시각의 목표 위치 궤도이다.
2자유도 컨트롤러(26-1)는 도 13에서 설명하는 멀티-레이트 제어 현재 옵저버로 구성된다. 제1 연산기(32-1)는 목표 위치 궤도 r(n)로부터 목표 위치 궤도 r(n)을 빼어, 컨트롤러(26-1)에의 목표 위치 궤도 rd(n)을 구한다. 즉, 컨트롤러(26-1)에의 목표 위치 궤도 rd(n)는 「0」이다.
제4 연산기(32-2)는 목표 위치 궤도 r(n+0.5)로부터 목표 위치 궤도 r(n)을 빼어, 컨트롤러(26-1)에의 목표 위치 궤도 rd(n+0.5)를 구한다. 즉, 컨트롤러(26-1)에의 목표 위치 궤도 rd(n+0.5)는 목표 위치 궤도 r(n)을 기준으로 한 위치 궤도이다.
위치 오차 연산기(30)는 플랜트(28)(1,3)의 관측 위치 y(n)로부터 목표 위치 Tp를 빼어, 위치 오차 y(n)를 연산한다. 제2 연산기(34)는 위치 오차 y(n)로부터 목표 위치 궤도 r(n)을 빼어, 컨트롤러(26-1)에의 위치 오차 yd(n)를 구한다.
또, 지연 블록(36)은 현 샘플의 목표 위치 궤도 r(n)을 1 샘플 지연한다. 제3 연산기(38)는 컨트롤러(26-1)의 추정 위치 x(n+1)에, 앞 샘플의 목표 위치 궤도 r(n-1)로부터 현 샘플의 목표 위치 궤도 r(n)를 뺀 값을 가산하여, 컨트롤러(26-1)의 다음 샘플의 추정 위치 x(n+1)를 수정한다.
즉, 멀티-레이트 컨트롤러(26-1)의 입력 r(n), r(n+0.5), y(n)는 각각의 샘플 시각에 있어서, 목표 위치 궤도를 기준으로 한 상대치 rd(n), Td(n+0.5), yd(n)로 하고 있다. 그리고, 목표 위치 궤도를 기준으로 하고 있기 때문에, 다음 샘플의 추정 위치 x(n+1)는 목표 위치 궤도의 변동분만큼 수정한다. 즉, 1 샘플마다, 앞 샘플의 목표 위치 궤도 r(n-1)에서 현 샘플의 목표 위치 궤도 r(n)을 뺀 값으로, 추정 위치 x(n+1)를 수정한다.
이 기준 위치는 목표 위치 궤도 r(n) 그 자체이며, 도 5와 마찬가지로, 목표 위치 궤도 r(n)의 변화에 따라 변화된다.
이와 같이, 기준 위치가 목표 위치 궤도이더라도, 컨트롤러(26)에의 입력에 대하여 상대치를 사용할 수 있고, 컨트롤러(26-1)는 절대치를 취급하지 않아도 되기 때문에, 컨트롤러(26-1)를 구성하는 옵저버의 상태 변수가 기준 위치로부터의 상대적인 거리를 유지하기만 하면 된다. 그 때문에, 절대적인 거리를 유지하는 경우에 비해, 값이 변화되는 범위가 작아진다. 따라서, 고정 소수점 방식이라도, 소수점을 플러스 1 비트나 플러스 2 비트의 위치에 설정할 수 있게 되어, 계산 정밀도를 개선할 수 있다.
더구나, 도 5의 기준 위치 궤도의 생성이 불필요하게 되어, 보다 용이하게 또한 연산 부하를 적게 하여 실현할 수 있다.
(멀티-레이트 제어 현재 옵저버)
이어서, 도 10의 멀티-레이트 제어 현재 옵저버를 설명한다. 도 12에 도시한 바와 같이, 이 멀티-레이트 제어에는 상태 추정을 싱글-레이트로 행하는 싱글-레이트 상태 추정과, 상태 추정을 멀티-레이트로 행하는 멀티-레이트 상태 추정이 있다. 모두 1 샘플에서, 전류를, u(n), u(n+0.5)로 2회 연산하여 변화된다.
우선, 싱글-레이트 상태 추정에서의 멀티-레이트 제어를 설명한다. 멀티-레 이트 제어에서는, 1 샘플에서, 전류 출력치를 u(n), u(n+0.5)로 출력한다. 그 때문에, 기본적으로는 식(17)을 2회 연산한다. 즉, 하기 식(21), 식(22)을 실행한다.
Figure 112007031961506-PAT00021
Figure 112007031961506-PAT00022
즉, 우선, 출력 u(n)와, 다음 상태 Xb(n+0.5)를 연산하기 위해서 식(21)을 연산한다. 이 식(21)은 기본적으로 식(17)과 동일하지만, 1 샘플 중에 2회 전류가 변화되기 때문에, Xh(n+Td/T)와 Xb(n+0.5)의 연산에는 u(n-1)와, u(n-0.5)를 사용한다.
그리고, 식(22)과 같이, (n+0.5) 샘플에서의 추정 상태 Xh(n+0.5)를, 식(21)의 추정 상태 Xb(n+0.5)로 한 다음에, 목표 궤도 r(n+0.5)을 이용하여, 식(21)과 마찬가지로, 출력 u(n+0.5)와, 다음 상태 Xb(n+1)를 연산한다.
여기서, 식(21), 식(22) 중의 계수 B1, B2, B3은, 지연이 추가된 Td와 T/2(=n+0.5)와의 비교에 따라 변화되고, Td<T/2인 경우에는 다음 식(23)에 의해 정해진다.
Figure 112007031961506-PAT00023
한편, T/2<Td<T인 경우는 다음 식(24)에 의해 정해진다.
Figure 112007031961506-PAT00024
즉, 이 식(23), (24)의 u(n)의 계수가, 식(21), 식(22)의 B1이며, u(n-0.5)의 계수가, B2이고, u(n-1)의 계수가, B3이다. 따라서, Td<T/2인 경우에는, 계수 B3은 「0」, T/2<Td인 경우는, B1은 「0」이 된다.
이어서, 멀티-레이트 상태 추정에서의 멀티-레이트 제어를 설명한다. 마찬가지로, 멀티-레이트 제어에서는, 1 샘플에서, 전류 출력치를 u(n), u(n+0.5)로 출력한다. 그 때문에, 멀티-레이트 상태 추정에서도, 기본적으로는 식(17)을 2회 연산한다. 즉, 하기 식(25), 식(26)을 실행한다.
Figure 112007031961506-PAT00025
Figure 112007031961506-PAT00026
우선, 출력 u(n)와, 다음 상태 Xb(n+0.5)를 연산하기 위해서, 식(25)을 연산한다. 이 식(25)은 기본으로는 식(17)과 동일하지만, 1 샘플 중에 2회 전류가 변화되기 때문에, Xh(n+Td/T)와 Xb(n+O.5)의 연산에는 u(n-1)와 u(n-0.5)를 사용한다. 또, 추정 위치 오차 e(n)를 (y(n)-C·Xb(n))에 의해 따로 연산한다.
그리고, 식(26)과 같이, (n+0.5) 샘플에서의 추정 상태 Xh(n+0.5)를, 식(25)의 e(n)에 L2를 곱한 값에 의해, 식(25)의 추정 상태 Xb(n+O.5)로 보정한다. 더욱이, 목표 궤도 r(n+0.5)을 이용하여, 식(25)과 마찬가지로, 출력 u(n+0.5)와, 다음 상태 Xb(n+1)를 연산한다.
여기서, 식(25), 식(26) 중의 계수 B1, B2, B3은, 지연이 추가된 Td와, T/2(=n+O.5)와의 비교에 따라 변화되고, Td<T/2인 경우에는 식(23), 2/T<Td인 경우는 식(24)에 의해 정해진다.
식(21), 식(22)의 싱글-레이트 상태 추정과 비교하면, 식(26)과 같이, (n+0.5) 샘플에서의 추정 상태 Xh(n+0.5)를, 식(25)의 e(n)에 L2를 곱한 값에 의해, 식(25)의 추정 상태 Xb(n+0.5)로 보정하고 있는 점이 상이하다.
이와 같이, 1번째와 마찬가지로, 2번째의 추정 상태를 샘플 시각에서 관측한 위치 오차로 보정하는 것이 멀티-레이트 상태 추정이다.
식(25), 식(26)의 Xh(n+Td/T)와 Xh(n+0.5+Td/T)를 식(25), 식(26)의 다른 식에 대입하면, 식(25), 식(26)은 다음 식(27)으로 변형할 수 있다.
Figure 112007031961506-PAT00027
식(27)은 식(25)의 Xh(n+Td/T)를 식(26)의 u(n)의 계산에 한데 합하고, 식(26)의 Xh(n+0.5+Td/T)를 식(26)의 u(n+0.5)에 한데 합하여 결합한 것이다. 식이 적어지면, 당연히 계산 시간이나 줄어들어 응답이 빠르게 된다.
한편, 식(27)의 L2를 「0」으로 하면, 식(21), 식(22)에서 설명한 싱글-레이트 상태 추정식을 나타내고, L2가 「0」이 아니면, 멀티-레이트 상태 추정식을 나타낸다.
도 13은 식(27)을 블록화한 블록도이다. 도 13의 구성은 기본적으로 도 7의 구성을 2개 직렬로 연결한 것이다. 도 13에 도시한 바와 같이, 현 샘플 n에서의 관측 위치(도 10의 오차 연산기(34)로부터의 위치 오차) yd(n)를 취득하고, 앞 샘플에서 추정한 현 샘플의 예측 위치 C·Xb(n)와 관측 위치 yd(n)의 차분을 연산 블록(52-1)에서 연산하여, 추정 위치 오차 er[n]을 생성한다. 승산 블록(54-1)에서, 이 추정 위치 오차 er[n]에 추정 게인 L1을 곱해 보정치를 만든다.
가산 블록(66-1)에 의해, 이 보정치와, 예측 위치, 예측 속도 등의 현 샘플 에서의 추정 상태 Xb[n]를 가산한다. 이에 따라, 식(27)의 현 샘플에서의 추정 위치·추정 속도 등 추정 상태 Xh(n)를 생성한다.
그리고 2자유도 제어에서는, 추정 상태(위치) Xh(n)와 목표 위치 궤도 rd(n)의 차분치를 가산 블록(60-1)에서 연산하고, 승산 블록(62-1)에서, 그것에 계수 행렬 -F·Ad를 곱한 값을 연산한다. 한편, 출력 u(n-1)에 승산 블록(66-1a)에서 계수 행렬 -F·Bd2를 곱하고, 출력 u(n-0.5)에 승산 블록(66-1b)에서 계수 행렬 -F·Bd1을 곱한다. 3개의 승산 블록(62-1, 66-1a, 66-1b)의 출력을 가산 블록(68-1)에서 가산하여, 식(27)의 3번째 식의 출력치 u(n)를 얻는다.
한편, 다음 (n+0.5)의 추정 상태 Xb(n+0.5)를, 현 샘플의 추정 상태 Xh(n)에 승산 블록(70-1)에서 계수 행렬 A를 곱한 값과, 승산 블록(74-1)에서 출력치 U(n)에 계수 행렬 B1을 곱한 값과, 승산 블록(72-1a)에서 출력치 u(n-0.5)에 계수 행렬 B2를 곱한 값과, 지연 블록(64-1)에서 지연된 앞 샘플의 출력치 u(n-1)에 승산 블록(72-1b)에서 계수 행렬 B3을 곱한 값을 가산 블록(76-1)에 의해 가산하여 식(27)의 4번째 식과 같이 계산한다.
이어서, 연산 블록(52-1)에서 연산한 추정 위치 오차 er[n]에, 승산 블록(54-2)에서 추정 게인 L2를 곱해 보정치를 만든다. 가산 블록(66-2)에 의해, 이 보정치와, 예측 위치, 예측 속도 등의 현 샘플에서의 추정 상태 Xb[n+0.5]를 가산한다. 이에 따라, 식(27)의 현 샘플에서의 추정 위치·추정 속도 등 추정 상태 Xh(n+0.5)를 생성한다.
그리고, 멀티-레이트 제어에서는, 추정 상태(위치) Xh(n+0.5)와 목표 위치 궤도 rd(n+0.5)의 차분치를 가산 블록(60-2)에서 연산하고, 승산 블록(62-2)에서 그것에 계수 행렬 -F·Ad를 곱한 값을 연산한다.
한편, 출력 u(n-0.5)에 승산 블록(66-2a)에서 계수 행렬 -F·Bd2를 곱하고, 출력 u(n)에 승산 블록(66-2b)에서 계수 행렬 -F·Bd1을 곱한다. 3개의 승산 블록(62-2, 66-2a, 66-2b)의 출력을 가산 블록(68-2)에서 가산하여, 식(27)의 6번째 식의 출력치 u(n+0.5)를 얻는다.
한편, 다음 (n+1)의 추정 상태 Xb(n+1)를, 현 샘플의 추정 상태 Xh(n+0,5)에 승산 블록(70-2)에서 계수 행렬 A를 곱한 값과, 승산 블록(74-2)에서 출력치 u(n+0.5)에 계수 행렬 B1을 곱한 값과, 승산 블록(72-2a)에서 출력치 u(n)에 계수 행렬 B2를 곱한 값과, 지연 블록(64-2)에서 지연된 앞 샘플의 출력치 u(n-0.5)에 승산 블록(72-2b)에서 계수 행렬 B3을 곱한 값을, 가산 블록(76-2)에 의해 가산하여, (27)식의 7번째 식과 같이 계산한다.
한편, 지연 블록(78)은 다음 샘플(n+1)의 추정 상태 Xb(n+1)를 지연하고, 승산 블록(50-1)은 지연 블록(78)의 출력에 C를 곱해, 현 샘플의 추정 위치 x(n)를 계산한다.
더욱이, 도 10에서 설명한 바와 같이, 가산 블록(76-2)의 다음 샘플의 추정 상태 Xb(n+1)의 추정 위치 x(n+1)를, 앞 샘플의 목표 위치 궤도 r(n-1)에서 현 샘플의 목표 위치 궤도 r(n)을 뺀 값으로, 수정한다.
이와 같이, 오버런 방지를 위한 2자유도 제어계에 있어서, 2자유도 제어의 출력의 지연(연산 지연 및 구동 앰프, D/A 컨버터 등의 하드 지연)을 고려하여, 샘 플 시점에서부터 지연분만큼 진행한 Td의 추정 상태를 연산하여, 이 추정 상태로부터 출력을 연산하기 때문에, 샘플 시점에서부터, 계산 중에 상태변화가 있더라도, 출력 지연의 영향을 방지하여, 정밀도가 높은 위치 제어가 가능하게 되어, 오버런을 방지할 수 있다.
또, 동일한 샘플 시각에서, 2자유도 제어항을 계산하고 있기 때문에, 이 멀티-레이트 제어에서는, 특히 계산 순서가 복잡하게 되는 것을 방지할 수 있어, 고속으로 연산할 수 있다. 더욱이, 상태 추정 순서를 지킬 수 있어, 계 전체의 안정성을 유지할 수 있다. 이 때문에, 멀티-레이트 제어의 옵저버 구성을 용이하게 구축할 수 있다.
한편, 도 13의 블록에 있어서, 승산 블록(54-2)의 L2를 「0」으로 설정하면, 싱글-레이트 상태 추정의 구성으로 되고, 도 13의 구성은 싱글-레이트, 멀티-레이트 상태 추정의 어느 것에나 사용할 수 있다.
(위치 제어계의 제4 실시형태)
도 14는 본 발명의 2자유도 위치 제어계의 제4 실시형태의 블록도이다. 도 14는 2배의 멀티-레이트 제어를 이용한 이자유 제어계의 구성을 도시한다. 도 14에 있어서, 도 5, 도 9, 도 10에서 도시한 것과 동일한 것은 동일한 기호로 도시해 놓는다.
이 멀티-레이트 제어에서는, 기준 궤도가 r(n+0.5)이다. 도 14의 2배의 멀티-레이트 구성에 도시한 바와 같이, 목표 위치(목표 실린더) Tp가 주어지고, 시크 제어가 시작된다. 시크 거리 계산 블록(20)은 목표 위치 Tp와 현재 위치의 차를 계 산하여, 시크 거리 Lseek를 얻는다.
목표 궤도 생성 블록(22-1)은, 시크 거리 Lseek에 따라 샘플마다 n 샘플에서의 목표 궤도 r(n)과, (n+0.5) 샘플에서의 목표 궤도 r(n+0.5)을 생성한다. 예컨대, 도 11에 도시한 바와 같이, 목표 궤도 r(n)은 시크 거리 Lseek에 따른, 각 샘플의 목표 위치의 궤도이며, r(n+0.5)은 r(n)보다 0.5 샘플 진행한 시각의 목표 위치 궤도이다.
2자유도 컨트롤러(26-1)는 도 13에서 설명한 멀티-레이트 제어 현재 옵저버로 구성된다. 제1 연산기(32-1)는 목표 위치 궤도 r(n)에서 목표 위치 궤도 r(n+0.5)을 빼어, 컨트롤러(26-1)에의 목표 위치 궤도 rd(n)를 구한다. 즉, 컨트롤러(26-1)에의 목표 위치 궤도 rd(n)는 목표 궤도 r(n+0.5)을 기준으로 하는 상대치이다.
제4 연산기(32-2)는 목표 위치 궤도 r(n+0.5)에서 목표 위치 궤도 r(n+0.5)를 빼어, 컨트롤러(26-1)에의 목표 위치 궤도 rd(n+0.5)를 구한다. 즉, 컨트롤러(26-1)에의 목표 위치 궤도 rd(n+0.5)는 목표 위치 궤도 r(n+0.5)을 기준으로 한 「0」이다.
위치 오차 연산기(30)는 플랜트(28)(1,3)의 관측 위치 y(n)에서 목표 위치 Tp를 빼어, 위치 오차 y(n)를 연산한다. 제2 연산기(34)는 위치 오차 y(n)에서 목표 위치 궤도 r(n+0.5)을 빼어, 컨트롤러(26-1)에의 위치 오차 yd(n)를 구한다.
또, 지연 블록(36)은 현 샘플의 목표 위치 궤도 r(n+0.5)을 1 샘플 지연한다. 제3 연산기(38)는 컨트롤러(26-1)의 추정 위치 x(n+1)에, 앞 샘플의 목표 위치 궤도 r(D-0.5)에서 현 샘플의 목표 위치 궤도 r(n+0.5)을 뺀 값을 가산하여, 컨트롤러(26-1)의 다음 샘플의 추정 위치 x(n+1)를 수정한다.
즉, 멀티-레이트 컨트롤러(26-1)의 입력 r(n), r(n+0.5), y(n)는 각각의 샘플 시각에 있어서, 목표 위치 궤도 r(n+0.5)을 기준으로 한 상대치 rd(n), rd(n+0.5), yd(n)로 하고 있다. 그리고, 목표 위치 궤도를 기준으로 하고 있기 때문에, 다음 샘플의 추정 위치 x(n+1)는 목표 위치 궤도의 변동분만큼 수정한다. 즉, 1 샘플마다 앞 샘플의 목표 위치 궤도 r(n-0.5)에서 현 샘플의 목표 위치 궤도 r(n+0.5)을 뺀 값으로, 추정 위치 x(n+1)를 수정한다.
이 기준 위치는 목표 위치 궤도 r(n+0.5) 그 자체이며, 도 11과 마찬가지로, 목표 위치 궤도 r(n)의 변화에 따라 변화된다.
이와 같이, 기준 위치가 목표 위치 궤도 r(n+0.5)이더라도, 컨트롤러(26)에의 입력에 대하여 상대치를 사용할 수 있고, 컨트롤러(26-1)는 절대치를 취급하지 않아도 되기 때문에, 컨트롤러(26-1)를 구성하는 옵저버의 상태 변수가 기준 위치에서부터의 상대적인 거리를 유지하기마 하면 된다. 그 때문에, 절대적인 거리를 유지하는 경우에 비해서, 값이 변화되는 범위가 작아진다. 따라서, 고정 소수점 방식이라도, 소수점을 플러스 1 비트나 플러스 2 비트의 위치에 설정할 수 있게 되어, 계산 정밀도를 개선할 수 있다.
더구나, 도 5의 기준 위치 궤도의 생성이 불필요하게 되어, 보다 용이하게 또한 연산 부하를 적게 하여 실현할 수 있다.
(다른 실시형태)
전술한 실시형태에서는, 옵저버 제어를, 자기 디스크 장치의 헤드 위치 결정 장치의 적용의 예로 설명했지만, 광 디스크 장치 등의 다른 매체 기억 장치에도 적용할 수 있다. 또, 외란 모델을 고려하고 있지만, 외란 모델을 고려하지 않는 경우에도 채용할 수 있다.
이상, 본 발명을 실시형태를 가지고 설명했지만, 본 발명은 그 취지의 범위 내에서 여러 가지 변형이 가능하며, 이것을 본 발명의 범위에서 배제하는 것은 아니다.
(부기 1) 대상물을 목표 위치로, 액츄에이터에 의해 위치 제어하는 위치 제어 방법에 있어서, 상기 목표 위치로의 목표 위치 궤도를 생성하는 단계와, 상기 대상물의 목표 위치와 상기 대상물의 현재 위치로부터 위치 오차를 연산하는 단계와, 상기 목표 위치 궤도로부터 상기 목표 위치 궤도를 따르는 기준 궤도를 뺀 목표 위치 궤도의 상대치와, 상기 위치 오차로부터 상기 기준 궤도를 뺀 위치 오차의 상대치를 사용하여, 옵저버를 사용한 2자유도 제어계에 의해, 상기 액츄에이터에의 출력치를 연산하는 단계를 갖는 것을 특징으로 하는 위치 제어 방법.
(부기 2) 상기 옵저버를 사용한 2자유도 제어계가 유지하는 추정 위치를, 상기 기준 궤도로부터의 상대치로 수정하는 단계를 더욱 갖는 것을 특징으로 하는 부기 1의 위치 제어 방법.
(부기 3) 상기 출력치 연산 단계는, 상기 기준 궤도에 상기 목표 위치 궤도를 사용하여, 상기 액츄에이터에의 출력치를 연산하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 부기 1의 위치 제어 방법.
(부기 4) 상기 출력치 연산 단계는, 샘플마다의 상기 목표 위치 궤도로부터 상기 목표 위치 궤도를 따르는 기준 궤도를 뺀 목표 위치 궤도의 상대치와, 상기 위치 오차로부터 상기 기준 궤도를 뺀 위치 오차의 상대치를 사용하여, 옵저버를 사용한 2자유도 제어계에 의해, 상기 액츄에이터에의 출력치를 연산하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 부기 1의 위치 제어 방법.
(부기 5) 출력치 연산 단계는, 상기 목표 위치 궤도로부터 상기 목표 위치 궤도를 따르는 기준 궤도를 빼어, 목표 위치 궤도의 상대치를 구하는 단계와, 상기 위치 오차로부터 상기 기준 궤도를 빼어, 상기 위치 오차의 상대치를 구하는 단계와, 상기 목표 위치 궤도의 상대치와 상기 위치 오차의 상대치를 사용하여, 옵저버를 사용한 2자유도 제어계에 의해, 상기 액츄에이터에의 출력치를 연산하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 부기 1의 위치 제어 방법.
(부기 6) 상기 위치 오차를 연산하는 단계는, 기억 매체의 데이터를 적어도 읽어들이는 헤드의 출력으로부터 얻은 현재 위치와, 상기 액츄에이터를 구동하여 상기 헤드를 상기 기억 매체의 소정 위치로 이동하기 위한 목표 위치와의 위치 오차를 연산하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 부기 1의 위치 제어 방법.
(부기 7) 상기 출력치 연산 단계는, 샘플 시각의 상기 목표 위치 궤도로부터 상기 목표 위치 궤도를 따르는 기준 궤도를 뺀 제1 목표 위치 궤도의 상대치와, 샘플 시각+0.5 샘플 시각의 목표 위치 궤도로부터 상기 기준 궤도를 뺀 제2 목표 위치 궤도의 상대치와, 상기 위치 오차로부터 상기 기준 궤도를 뺀 위치 오차의 상대치를 사용하여, 멀티-레이트 제어 옵저버를 사용한 2자유도 제어계에 의해, 상기 액츄에이터에의 출력치를 연산하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 부기 1의 위치 제어 방법.
(부기 8) 기억 매체의 데이터를 적어도 읽어들이는 헤드와, 상기 기억 매체의 소정 위치에, 상기 헤드를 위치 결정하는 액츄에이터와, 상기 목표 위치로의 목표 위치 궤도를 생성하여, 상기 대상물의 목표 위치와 상기 대상물의 현재 위치로부터 위치 오차를 연산하고, 상기 목표 위치 궤도로부터 상기 목표 위치 궤도를 따르는 기준 궤도를 뺀 목표 위치 궤도의 상대치와, 상기 위치 오차로부터 상기 기준 궤도를 뺀 위치 오차의 상대치를 사용하여, 옵저버를 사용한 2자유도 제어계에 의해, 상기 액츄에이터에의 출력치를 연산하는 제어 유닛을 갖는 것을 특징으로 하는 매체 기억 장치.
(부기 9) 상기 제어 유닛은, 상기 옵저버를 사용한 2자유도 제어계가 유지하는 추정 위치를, 상기 기준 궤도로부터의 상대치로 수정하는 것을 특징으로 하는 부기 8의 매체 기억 장치.
(부기 10) 상기 제어 유닛은, 상기 기준 궤도에 상기 목표 위치 궤도를 사용하여, 상기 액츄에이터에의 출력치를 연산하는 것을 특징으로 하는 부기 8의 매체 기억 장치.
(부기 11) 상기 제어 유닛은, 샘플마다 상기 목표 위치 궤도로부터 상기 목표 위치 궤도를 따르는 기준 궤도를 뺀 목표 위치 궤도의 상대치와, 상기 위치 오차로부터 상기 기준 궤도를 뺀 위치 오차의 상대치를 사용하여, 옵저버를 사용한 2자유도 제어계에 의해, 상기 액츄에이터에의 출력치를 연산하는 것을 특징으로 하 는 부기 8의 매체 기억 장치.
(부기 12) 상기 제어 유닛은, 상기 목표 위치 궤도로부터 상기 목표 위치 궤도를 따르는 기준 궤도를 빼어, 목표 위치 궤도의 상대치를 구하고, 상기 위치 오차로부터 상기 기준 궤도를 빼어, 상기 위치 오차의 상대치를 구하고, 상기 목표 위치 궤도의 상대치와 상기 위치 오차의 상대치를 사용하여, 옵저버를 사용한 2자유도 제어계에 의해, 상기 액츄에이터에의 출력치를 연산하는 것을 특징으로 하는 부기 8의 매체 기억 장치.
(부기 13) 상기 제어 유닛은, 샘플 시각의 상기 목표 위치 궤도로부터 상기 목표 위치 궤도를 따르는 기준 궤도를 뺀 제1 목표 위치 궤도의 상대치와, 샘플 시각+0.5 샘플 시각의 목표 위치 궤도로부터 상기 기준 궤도를 뺀 제2 목표 위치 궤도의 상대치와, 상기 위치 오차로부터 상기 기준 궤도를 뺀 위치 오차의 상대치를 사용하여, 멀티-레이트 제어 옵저버를 사용한 2자유도 제어계에 의해, 상기 액츄에이터에의 출력치를 연산하는 것을 특징으로 하는 부기 11의 매체 기억 장치.
(부기 14) 상기 기억 매체가, 회전하는 디스크기억 매체인 것을 특징으로 하는 부기 8의 매체 기억 장치.
(부기 15) 대상물을 목표 위치로, 액츄에이터에 의해 위치 제어하는 위치 제어 장치에 있어서, 상기 목표 위치로의 목표 위치 궤도를 생성하는 생성 블록과, 상기 대상물의 목표 위치와 상기 대상물의 현재 위치로부터 위치 오차를 연산하는 오차 연산 블록과, 상기 목표 위치 궤도로부터 상기 목표 위치 궤도를 따르는 기준 궤도를 뺀 목표 위치 궤도의 상대치와, 상기 위치 오차로부터 상기 기준 궤도를 뺀 위치 오차의 상대치를 사용하여, 옵저버를 사용한 2자유도 제어계에 의해, 상기 액츄에이터에의 출력치를 연산하는 제어 유닛을 갖는 것을 특징으로 하는 위치 제어 장치.
(부기 16) 상기 제어 유닛은, 상기 옵저버를 사용한 2자유도 제어계가 유지하는 추정 위치를, 상기 기준 궤도로부터의 상대치로 수정하는 것을 특징으로 하는 부기 15의 위치 제어 장치.
(부기 17) 상기 제어 유닛은, 상기 기준 궤도에 상기 목표 위치 궤도를 사용하여, 상기 액츄에이터에의 출력치를 연산하는 것을 특징으로 하는 부기 15의 위치 제어 장치.
(부기 18) 상기 제어 유닛은, 샘플마다 상기 목표 위치 궤도로부터 상기 목표 위치 궤도를 따르는 기준 궤도를 뺀 목표 위치 궤도의 상대치와, 상기 위치 오차로부터 상기 기준 궤도를 뺀 위치 오차의 상대치를 사용하여, 옵저버를 사용한 2자유도 제어계에 의해, 상기 액츄에이터에의 출력치를 연산하는 것을 특징으로 하는 부기 15의 위치 제어 장치.
(부기 19) 상기 제어 유닛은, 상기 목표 위치 궤도로부터 상기 목표 위치 궤도를 따르는 기준 궤도를 빼어, 목표 위치 궤도의 상대치를 구하고, 상기 위치 오차로부터 상기 기준 궤도를 빼어, 상기 위치 오차의 상대치를 구하고, 상기 목표 위치 궤도의 상대치와 상기 위치 오차의 상대치를 사용하여, 옵저버를 사용한 2자유도 제어계에 의해, 상기 액츄에이터에의 출력치를 연산하는 것을 특징으로 하는 부기 15의 위치 제어 장치.
(부기 20) 상기 제어 유닛은, 샘플 시각의 상기 목표 위치 궤도로부터 상기 목표 위치 궤도를 따르는 기준 궤도를 뺀 제1 목표 위치 궤도의 상대치와, 샘플 시각+0.5 샘플 시각의 목표 위치 궤도로부터 상기 기준 궤도를 뺀 제2 목표 위치 궤도의 상대치와, 상기 위치 오차로부터 상기 기준 궤도를 뺀 위치 오차의 상대치를 사용하여, 멀티-레이트 제어 옵저버를 사용한 2자유도 제어계에 의해, 상기 액츄에이터에의 출력치를 연산하는 것을 특징으로 하는 부기 15의 위치 제어 장치.
<산업상의 이용 가능성>
옵저버를 사용한 2자유도 제어계의 입력을 상대치로 하여 절대치를 취급하지 않아도 되기 때문에, 옵저버의 상태 변수가, 기준 위치로부터의 상대적인 거리를 유지하기만 하면 되어, 절대적인 거리를 유지하는 경우에 비해서, 값이 변화되는 범위가 작아진다. 따라서, 고정 소수점 방식이라도, 소수점의 유효 자릿수를 증가할 수 있어, 계산 정밀도를 개선할 수 있다. 이 때문에, 가속 구간에서의 제어 전류가 순조롭게 되어, 공진이나 소음의 발생을 방지할 수 있고, 정속 구간이나 감속 구간에서는, 잔류 진동의 발생을 방지할 수 있어, 시크 시간을 단축할 수 있다.
옵저버를 사용한 2자유도 제어계의 입력을 상대치로 하여, 절대치를 취급하지 않아도 되기 때문에, 옵저버의 상태 변수가, 기준 위치로부터의 상대적인 거리를 유지하기만 하면 되어, 절대적인 거리를 유지하는 경우에 비해서, 값이 변화되는 범위가 작아진다. 따라서, 고정 소수점 방식이라도, 소수점의 유효 자릿수를 증가할 수 있어, 계산 정밀도를 개선할 수 있다. 이 때문에, 가속 구간에서의 제어 전류가 순조롭게 되어, 공진이나 소음의 발생을 방지할 수 있고, 정속 구간이나 감속 구간에서는, 잔류 진동의 발생을 방지할 수 있어, 시크 시간을 단축할 수 있다.

Claims (10)

  1. 대상물을 목표 위치로, 액츄에이터에 의해 위치 제어하는 위치 제어 방법에 있어서,
    상기 목표 위치로의 목표 위치 궤도를 생성하는 단계와,
    상기 대상물의 목표 위치와 상기 대상물의 현재 위치로부터 위치 오차를 연산하는 단계와,
    상기 목표 위치 궤도로부터 상기 목표 위치 궤도를 따르는 기준 궤도를 뺀 목표 위치 궤도의 상대치와, 상기 위치 오차로부터 상기 기준 궤도를 뺀 위치 오차의 상대치를 사용하여, 옵저버를 사용한 2자유도 제어계에 의해, 상기 액츄에이터에의 출력치를 연산하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 옵저버를 사용한 2자유도 제어계가 유지하는 추정 위치를, 상기 기준 궤도로부터의 상대치로 수정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 제어 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 출력치 연산 단계는, 상기 기준 궤도에 대해 상기 목표 위치 궤도를 사용하여, 상기 액츄에이터에의 출력치를 연산하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 위치 제어 방법.
  4. 기억 매체의 데이터를 적어도 읽어들이는 헤드와,
    상기 기억 매체의 소정 위치에, 상기 헤드를 위치 결정하는 액츄에이터와,
    상기 목표 위치로의 목표 위치 궤도를 생성하여, 상기 대상물의 목표 위치와 상기 대상물의 현재 위치로부터 위치 오차를 연산하고, 상기 목표 위치 궤도로부터 상기 목표 위치 궤도를 따르는 기준 궤도를 뺀 목표 위치 궤도의 상대치와, 상기 위치 오차로부터 상기 기준 궤도를 뺀 위치 오차의 상대치를 사용하여, 옵저버를 사용한 2자유도 제어계에 의해, 상기 액츄에이터에의 출력치를 연산하는 제어 유닛
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 매체 기억 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제어 유닛은, 상기 옵저버를 사용한 2자유도 제어계가 유지하는 추정 위치를, 상기 기준 궤도로부터의 상대치로 수정하는 것을 특징으로 하는 매체 기억 장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 제어 유닛은, 상기 기준 궤도에 대해 상기 목표 위치 궤도를 사용하여, 상기 액츄에이터에의 출력치를 연산하는 것을 특징으로 하는 매체 기억 장치.
  7. 대상물을 목표 위치로, 액츄에이터에 의해 위치 제어하는 위치 제어 장치에 있어서,
    상기 목표 위치로의 목표 위치 궤도를 생성하는 생성 블록과,
    상기 대상물의 목표 위치와 상기 대상물의 현재 위치로부터 위치 오차를 연산하는 오차 연산 블록과,
    상기 목표 위치 궤도로부터 상기 목표 위치 궤도를 따르는 기준 궤도를 뺀 목표 위치 궤도의 상대치와, 상기 위치 오차로부터 상기 기준 궤도를 뺀 위치 오차의 상대치를 사용하여, 옵저버를 사용한 2자유도 제어계에 의해, 상기 액츄에이터에의 출력치를 연산하는 제어 유닛
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 제어 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제어 유닛은, 상기 옵저버를 사용한 2자유도 제어계가 유지하는 추정 위치를, 상기 기준 궤도로부터의 상대치로 수정하는 것을 특징으로 하는 위치 제어 장치.
  9. 제7항에 있어서, 상기 제어 유닛은, 상기 기준 궤도에 대해 상기 목표 위치 궤도를 사용하여, 상기 액츄에이터에의 출력치를 연산하는 것을 특징으로 하는 위치 제어 장치.
  10. 제7항에 있어서, 상기 제어 유닛은, 샘플 시각에서의 상기 목표 위치 궤도로부터 상기 목표 위치 궤도를 따르는 기준 궤도를 뺀 제1 목표 위치 궤도의 상대치와, 상기 샘플 시각 + 0.5 샘플 시각에서의 목표 위치 궤도로부터 상기 기준 궤도 를 뺀 제2 목표 위치 궤도의 상대치와, 상기 위치 오차로부터 상기 기준 궤도를 뺀 위치 오차의 상대치를 사용하여, 멀티-레이트 제어 옵저버를 사용한 2자유도 제어계에 의해, 상기 액츄에이터에의 출력치를 연산하는 것을 특징으로 하는 위치 제어 장치.
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