JP2743882B2 - 位置決めサーボ機構の積分型フィードフォワード補償方法及び磁気ヘッド位置決め制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気ディスク装置
において、ヘッドのオーバーシュートやアンダーシュー
トを軽減し、目標とするトラックにヘッドを高速に位置
決めするのに好適なヘッド速度制御方法及びヘッド位置
決め装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気ディスク装置のヘッド速度制御装置
では、制御帯域を広くとることにより、正確な速度制御
が実現できる。つまり、目標トラック近傍の速度制御か
ら位置制御に切り替わる切り替え点において、ループ利
得を十分高くとれるので、磁気ヘッドの残留速度を低く
抑えることができ、磁気ヘッドが目標位置を越えてしま
う、オーバーシュート現象を防止することができる。こ
の結果、シーク時間を短縮できる。

【０００３】近年、位置決め制御装置のディジタル化が
進んでいる。しかるにこのディジタル化された制御装
置、特にサンプリング時間の長い系において、制御帯域
を広くとると制御系の安定性を悪化させてしまう。

【０００４】このためディジタル化された制御装置では
制御帯域を広くとることが困難となってきている。

【０００５】従来、このような問題を解決するためにい
くつかの方法が知られている。たとえば、特開昭５８−
１８２１６９号公報、特開昭５９−１１７７６０号公報
あるいは特開昭６１−３９９８５号公報は、速度制御の
減速過程において目標速度軌道を微分または差分して、
それを加速度フィードフォワードとして、制御対象に入
力することにより、帯域を広くとることなく、正確に目
標速度軌道に追従させることを開示している。

【０００６】また、特開昭５８−２１１３６６号公報、
特開昭５９−１９８５７２号公報、特開昭６０−１６８
２号公報は、移動トラック数および目標トラックと制御
対象の現在のトラックとの偏差に応じて、順次減少する
加速度フィードフォワード量を用いることにより、目標
トラック近傍で、なめらかに速度制御を行うことを開示
している。

【０００７】さらに、特開平３−５８３５７号公報は、
一定値に目標速度と制御対象の速度との速度偏差に応じ
た補正ゲインをかけ、それを加速度フィードフォワード
量として、目標位置と制御対象の位置との位置偏差に応
じた時間だけ、制御対象に入力し、オーバーシュートや
アンダーシュートを防止することを開示している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術では、
目標速度軌道を急峻にすると、目標速度軌道に正確に追
従しなくなり、目標位置近傍にある、速度制御から位置
制御に切り替わる切り替え点において、ヘッドの残留速
度が大きくなることにより、オーバーシュートが増大す
る。これにより、シーク時間を短縮できないという問題
がある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、制御対象が２
次（例えばヘッド位置決め装置においてはヘッドの位置
および速度）でかつその状態量が観測可能である位置決
めサーボ機構を対象とする。このようなサーボ機構にお
いて、減速開始点から、制御対象の速度と目標速度との
差を積分して、それに適当なゲインをかけ、フィードフ
ォワード補償量として制御対象に入力する。また、フィ
ードフォワード補償量が急に０とならないように、目標
位置近傍に近づいたら、制御対象の速度に比例した、フ
ィードフォワード補償量を制御対象に入力する。

【００１０】例えば特開昭５９−１９８５７２において
は制御対象の速度と目標速度との差（以下速度偏差とい
う）とは無関係に速度プロファイルに対応したフィード
フォワード補償量を入力させていたが、本発明の上記解
決手段では、目標速度軌道に対して生じていた制御対象
の速度偏差の積分値（過去の速度偏差の累積）を用いて
フィードフォワードを作成するため速度偏差を極めて小
さくすることができる。又特開平３−５８３５７のよう
に位置偏差に応じた一定の時間だけフィードフォワード
補償量を入力させる方法ではフィードフォワード補償量
が切れるときに過渡応答が生じるが、本発明においては
フィードフォワード補償量が目標位置近傍で滑らかに０
となることから、フィードフォワード補償量が切れると
きの過渡応答を防ぎ、制御対象を高精度に目標軌道に追
従させることができる。更に本発明では速度偏差の累積
だけをみて速度偏差を常に小さく保つため、制御対象の
速度が目標速度軌道を横切る時に逆方向の修正が生じて
振動的な動きをすることも防止できる。これらにより、
制御対象の急減速が可能となり、位置決めサーボ機構系
シーク時間の短縮を図ることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図１および２を参照して、
本発明の実施の形態について説明する。

【００１２】図１は本発明の一実施の形態の構成を示す
ブロック図である。回転スピンドル１０１に固定された
薄膜磁気ディスク１０２のデータ面１０３に記録された
信号を複合型ヘッド１０６によって読み取り、データヘ
ッド位置偏差信号１０９が再生される。複合ヘッド１０
６は、薄膜磁気ディスク１０２上のデータ面に対して読
み書きを行うための薄膜インダクティブヘッドとＭＲ
（磁気抵抗効果）ヘッドを統合したものである。

【００１３】薄膜磁気ディスク１０２のサーボ面１０４
に記録された信号をサーボヘッド１０５によって読み取
り、サーボヘッド位置偏差信号１１０が再生される。ヘ
ッド位置検出手段１１１は、データヘッド位置偏差信号
１０９とサーボヘッド位置偏差信号１１０を使用し、サ
ーボヘッド１０５がトラックを横切った回数をその向き
を含めて計数し、複合ヘッド１０６のデータ面１０３に
対する位置を、複合型ヘッド１０６の進行方向に関わら
ず薄膜磁気ディスク１０２の最内周から最外周まで連続
して検出し、ヘッド位置信号１１２を生成する。

【００１４】機械共振除去手段１１３は、ヘッド位置信
号１１２を使用し、ヘッド位置検出１１２から機械共振
成分を除去したヘッド位置信号１１４を生成する。

【００１５】ヘッド速度検出手段１１５は、機械振動成
分を除去したヘッド位置信号１１４と駆動アンプ１０８
への出力より複合ヘッド１０６のデータ面１０３に対す
る速度を検出し、ヘッド速度信号１１６を生成する。

【００１６】目標速度生成手段１１７は、ＶＣＭアクチ
ュエータ１０７の数学的近似モデルから構成される。

【００１７】以下に目標速度生成手段１１７により生成
される目標速度信号１１８の生成アルゴリズムを示す。
一例として、ＶＣＭアクチュエータ１０７の数学的近似
モデルをｌ／ｓ² とする。高速にＶＣＭアクチュエータ
１０７を移動させるためには、加速区間でなるべく早く
最高速度に到達させ、さらに減速区間では、ＶＣＭアク
チュエータ１０７の能力の範囲内の最大減速度で減速さ
せることが必要である。したがって、目標速度信号１１
８は以下のようになる。

【００１８】

【数１】 ただし、ｖ_max は最大速度、αは減速加速度、ｘは現在
位置、ｘ_t は目標位置、ｘ_ch1 、ｘ_ch2 は速度軌道の切
り替え点を示す。しかしこのままでは、目標位置近傍で
速度が大きく変化するため、オーバーシュートを生じや
すい。そこで、目標位置の手前ｘ＝ｘ_ch2 となったとこ
ろで、減速度をゆるめ以下の速度軌道になめらかに移行
させる。

【００１９】 ｖ＝β（ｘ_t −ｘ） （ｘ _ch2 ＜ｘ＜ｘ_t ） （３） このとき、βは切り替え点ｘ＝ｘ_ch2 とそのときの速度
ｖ＝ｖ_ch2 により決まる定数である。

【００２０】目標速度生成手段１１７は、以上の式を満
足するように各位置に対する速度をテーブル化してメモ
リ内に記録されておけばよい。

【００２１】サーボ補償手段１２１はあらかじめ決めら
れた範囲内、たとえば目標トラックの０．５トラック手
前までは速度軌道追従型であって、ヘッド速度信号１１
６を、目標速度信号１１８に追従させるための入力１２
２を生成して駆動アンプ１０８に出力する。また目標ト
ラックの０．５トラック以内では位置制御モードとな
り、機械振動成分を除去したヘッド位置信号１１４を目
標トラックに追従させ、複合型ヘッド１０６の位置決め
を行う。また、サーボ補償手段１２１は、アクチュエー
タ１０７のループ利得を推定する手段を有し、ディスク
装置の個体差に合わせて内部ゲインを調整する。

【００２２】フィードフォワード補償手段１１９は、目
標速度信号に対するヘッド速度信号の追従性を高めるた
めに、駆動アンプに入力される信号、即ちフィードフォ
ワード入力値１２０を生成する。このフィードフォワー
ド補償手段１１９について次に説明する。

【００２３】フィードフォワード入力値１２０は目標速
度信号に対する、ヘッド速度信号の追従性を高めるもの
である。加速時において、目標速度信号１１８は最大速
度ｖ＝ｖ_max に固定されているため、ヘッド速度信号１
１６がｖ＝ｖ_max に達するまでは、駆動アンプ１０８の
最大能力を使って加速する。したがって、フィードフォ
ワード入力値１２０はあっても意味を持たない。また、
一定速度区間でもフィードフォワード入力値１２０を０
とし、減速区間のみにフィードフォワード入力値１２０
を設定する。減速の前半では、目標速度信号１１８とヘ
ッド速度信号１１６との差を積分して、適当なゲインを
かけ、それをフィードフォワード入力値１２０とする。

【００２４】 ｆｆ＝（ｖ−ｖ_ref ）＋ｆｆ′ （４） ＦＦ＝Ｋｉ＊ｆｆ （５） このとき、Ｋｉは適当なゲイン、ｖ_ref は目標速度信号
１１８、ＦＦはフィードフォワード入力値、ｆｆはフィ
ードフォワード積分値、ｆｆ′は前サンプルのフィード
フォワード積分値を示す。

【００２５】また、目標位置近傍で急激にフィードフォ
ワード入力値が切れると、ステップ応答的にヘッド位置
信号１１２の応答が乱れる。そこで、目標速度が緩やか
になる切り替え点ｘ＝ｘ_ch2 以降、ヘッド速度信号に比
例した値をフィードフォワード入力値１２０とし、目標
位置近傍でなめらかに０となるようにする。

【００２６】 ＦＦ＝Ｋｃ＊ｖ （６） このときＫｃはフィードフォワード入力値が切り替え点
ｘ＝ｘ_ch2 で不連続とならないように決められる定数で
ある。

【００２７】次に、図２のフロチャートを用いて、フィ
ードフォワード補償動作を説明する。フィードフォワー
ド補償手段１１９は、ヘッド位置決め動作中に、まず機
械振動除去後のヘッド位置信号１１４、ヘッドの速度信
号１１６、目標速度信号１１７を取り込む（ステップ２
０１）。次いで、機械振動除去後のヘッド位置信号１１
４が減速開始点ｘ＝ｘ_ch1 より大きくなったかどうか計
算する（２０２）。ステップ２０２の条件が満たされた
ら、フィードフォワード入力値１２０を式（４),（５）
にしたがい計算する（２０３）。次に、減速度を緩める
点ｘ＝ｘ_ch2 より大きくなったかどうか計算する（２０
４）。ステップ２０４の条件が満たされたら、フィード
フォワード入力値１２０を式（６）にしたがい計算する
（２０５）。ステップ２０４の条件が満たされないとき
には、フィードフォワード入力値１２０を０とする。
（２０６）。さらに、求めたフィードフォワード入力値
を駆動アンプ１０６へ出力する（２０７）。

【００２８】このフィードフォワード補償を行うことに
より、その後のヘッド速度信号を任意の目標速度信号に
追従させることができ、この結果オーバーシュートやア
ンダーシュートがない高速なヘッド位置決めが実現でき
る。

【００２９】図３は、本発明によるフィードフォワード
補償を行わなかった場合（同図（ａ））とフィードフォ
ワード補償を行った場合（同図（ｂ））のヘッド位置決
め時の速度信号の過渡応答を比較したものである。図中
の実線はヘッド速度信号、点線は目標速度信号を示して
いる。フィードフォワード補償を行わなかった場合、ヘ
ッド速度信号と目標速度信号との間に定常偏差が残って
いるが、提案するフィードフォワード補償を行うこと
で、ヘッド速度信号と目標速度信号との定常偏差や振動
が減少し、その結果、オーバーシュートを生ぜず、目標
位置にヘッドを高速、高精度に位置決めできると考えら
れる。また、図３の（ｃ）はこのときの、フィードフォ
ワード入力値である。

【００３０】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、従来、目標速度信号に対して、生じていたヘッド速
度信号の定常偏差や振動を極めて小さくすることがで
き、その結果、目標位置近傍でこの定常偏差や振動が残
ることにより生じていた、オーバーシュートを軽減する
ことができ、より高精度、かつ高速にヘッドを目標位置
に位置決めすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示すブロック図である。

【図２】図１におけるフィードフォワード補償手段の処
理を表すフローチャートである。

【図３】本発明の効果を示すヘッド速度の過渡応答とフ
ィードフォワード入力値である。

【符号の説明】

１０１ 回転スピンドル １０２ 薄膜磁気ディスク １０３ データ面 １０４ サーボ面 １０５ サーボヘッド １０６ 複合型ヘッド １０７ ＶＣＭアクチュエータ １０８ 駆動アンプ １０９ データヘッド位置偏差信号 １１０ サーボヘッド位置偏差信号 １１１ ヘッド位置検出手段 １１２ ヘッド位置信号 １１３ 機械共振除去手段 １１４ 機械振動除去後のヘッド位置信号 １１５ ヘッド速度検出手段 １１６ ヘッド速度信号 １１７ 目標速度生成手段 １１８ 目標速度信号 １１９ フィードフォワード補償手段 １２０ フィードフォワード入力値 １２１ サーボ補償手段 １２２ 駆動アンプへの入力

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁気ヘッドにアクチュエータを介して速
   度制御及び位置制御を施し前記磁気ヘッドを磁気ディス
   ク上に位置決めする磁気ヘッド位置決めサーボ機構の速
   度制御方法であり、 前記磁気ヘッドにより読み出されたデータ信号及びサー
   ボ信号に基づいて生成されたヘッド位置偏差信号とサー
   ボヘッド位置偏差信号とから前記磁気ヘッドの位置を示
   すヘッド位置信号を得、 前記ヘッド位置信号と目標位置に基づいて目標速度信号
   を生成し、 前記ヘッド位置信号と前記アクチュエータを駆動する駆
   動アンプに供給される信号とに基づいてヘッド速度信号
   を生成し、 前記ヘッド速度信号を前記目標速度信号に近づけるため
   前記ヘッド速度信号と前記目標速度信号の差に応じた信
   号を駆動信号として前記アクチュエータを駆動する駆動
   アンプに供給する磁気ヘッド位置決めサーボ機構の速度
   制御方法において、 前記ヘッド速度信号が減少中でありかつヘッド位置と目
   標位置との差が所定値以上のときに前記ヘッド速度信号
   と前記目標速度信号との差を積分した値に比例するフィ
   ードフォワード補償量を前記駆動信号に加え、前記ヘッ
   ド速度信号が減少中でありかつ前記ヘッド位置と目標位
   置との差が前記所定値未満のときに前記ヘッド速度信号
   に比例するフィードフォワード補償量を前記駆動信号に
   加えて前記アクチュエータを駆動する駆動アンプに供給
   することを特徴とする磁気ヘッド位置決めサーボ機構の
   制御方法。
2. 【請求項２】 磁気ヘッドにアクチュエータ手段を介し
   て速度制御及び位置制御を施し前記磁気ヘッドを磁気デ
   ィスク上に位置決めする磁気ヘッド位置決め制御装置で
   あり、 前記磁気ヘッドにより読み出されたデータ信号及びサー
   ボ信号に基づいて生成されたヘッド位置偏差信号とサー
   ボヘッド位置偏差信号とから前記磁気ヘッドの位置を示
   すヘッド位置信号を出力するヘッド位置検出手段と、 前記ヘッド位置信号と目標位置に基づいて目標速度信号
   を生成する目標速度生成手段と、 前記ヘッド位置信号と前記アクチュエータを駆動する駆
   動アンプに供給される信号とに基づいてヘッド速度信号
   を生成するヘッド速度検出手段と、 前記目標速度信号、前記ヘッド位置信号及び前記ヘッド
   速度信号とが供給され、 前記ヘッド速度信号を前記目標速度信号に近づけるため
   前記ヘッド速度信号と前記目標速度信号の差に応じた信
   号を駆動信号として前記アクチュエータを駆動する駆動
   アンプに供給するサーボ補償手段と、 前記目標速度信号、前記ヘッド位置信号及び前記ヘッド
   速度信号とが供給され、前記ヘッド速度信号が減少中で
   ありかつヘッド位置と目標位置との差が所定値以上のと
   きに前記ヘッド速度信号と前記目標速度信号との差を積
   分した値に比例するフィードフォワード補償量を前記駆
   動信号に加え、前記ヘッド速度信号が減少中であり、か
   つ前記ヘッド位置と目標位置との差が前記所定値未満の
   ときに前記ヘッド速度信号に比例するフィードフォワー
   ド補償量を前記駆動信号に加えて前記アクチュエータを
   駆動する駆動アンプに供給するフィードフォワード補償
   手段とを備えたヘッド位置決め制御装置。
3. 【請求項３】 前記ヘッド位置検出手段は、前記サーボ
   ヘッド位置偏差信号、前記ヘッド位置偏差信号と前記ア
   クチュエータを駆動する駆動アンプに供給される信号と
   に基づいて得た信号から機械共振成分を除去して前記ヘ
   ッド位置信号を出力する手段をさらに備える請求項２に
   記載のヘッド位置決め制御装置。