JPH01294281A - 位置決め制御装置 - 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 本発明は部材を目標位置に位置決めする位置決め装置に
関する。さらに具体的には、ディスク状の媒体面上に設
けられた同心円状あるいはスパイラル状の情報トラック
に沿って磁気的、光学的あるいは物理的な手段を用いて
情報を記録または再生、あるいはその両方を可能にする
磁気ディスク装置、光デイスク装置などの位置決め制御
装置に関するものである。

従来の技術 ディスク面上の情報トランクに沿って情報を記録・再生
するためには、データを読み取り・書き込みするデータ
トランスデユーサをディスクの回転に応じて目標の情報
トラック上に常に保持、即ちトラック追従するように位
置決め制御しなげればならない。

次にトラック追従をするためのデータトランスデユーサ
のディスク面上での位置検出方式について述べる。フロ
ッピーディスク装置（Ｆ　Ｄ　Ｄ）やハードディスク装
置（ＨＤ　Ｄ）などの磁気ディスク装置では、セクタサ
ーボ方式と言って、ディスクを扇形のセクタと呼ばれる
領域に等分割し、各セクタ毎に分割された情報トラック
の一部にセクタサーボ信号と呼ばれる識別データを磁気
的に記録しておき、ディスクの回転に応じてデータトラ
ンスデユーサによりこの信号をセクタ毎に読み取ること
により、情報トラックとの相対的位置誤差をサンプリン
グ的に検出認識してトラック追従を行うものがある。ま
た、光デイスク装置では、サンプリングサーボ方式と言
って、ディスク面上の情報トラックに一定間隔でトラッ
ク追従用のビットを設けておき、これを光学的に検出し
て上記と同じく識別データとして利用する場合と、連続
サーボ方式と言って、ディスク面上にスパイラル状ある
いは同心円状に刻まれた案内溝を設けておき、この溝を
光学的に検出してトラック追従を行なう場合がある。

さらにトラック追従の際に発生する情報トラックの位置
変動について述べる。光デイスク装置では、ディスク媒
体を交換した際の回転中心のずれおよびディスクを回転
させるスピンドルモータの回転幅のぶれ等の要因によっ
て、情報トラックがディスクの回転にともなって位置変
動（偏心）する。この偏心の振幅は数十μｍから百数十
μｍになることがあり、追従すべきトラックの幅（約１
．６μｍ）に対して極めて大きいため、トランク追従を
実現する際の妨げとなる。磁気ディスク装置のうちＦＤ
Ｄでは、光デイスク装置と同様の偏心に加えて、熱の影
響でディスク媒体のベースフィルムが膨張または伸縮し
て歪むことに起因する別種の偏心が発生する。各偏心の
振幅は光デイスク装置の場合と比較すると小さく、それ
ぞれ高々十数から数十μｍ程度であるが、これは高トラ
ツク密度化によって大記録容量化を計る際の障害となる
。

このような偏心による情報トラックの位置変動を抑制し
て十分な精度でトラック追従を実現するために、位置決
め制御系に従来様々な工夫が凝らされてきた。以下に、
その従来の位置決め制御装置の１つについて図面を参照
しながら説明する。

第７図は従来の位置決め制御装置のブロック図である。

図中、１０８はアクチュエータで、１０３のデータトラ
ンスデユーサを１０１のディスクの上で自在に移動可能
にさせる。ディスク１０１の選択された情報トラック１
０２のデータトランスデユーサ１０３の直下での変位即
ち情報トラックの偏心量をｒ、データトランスデユーサ
１０３の変位をｙで表わす。１０４は、情報トラック１
０２とデータトランスデユーサ１０３との相対的な位置
誤差ｅ＝ｒ−ｙを検出する位置誤差検出器、１０６はア
ナログフィルタからなる位置制御ループの安定化補償あ
るいは偏差補償のうち少なくともいずれかを行なうため
の補償回路、１０７はアクチュエータ１０８に電流を付
与する駆動回路である。データトランスデユーサ１０３
はアクチュエータ１０８と点線１０９で示した支持部材
で結合される。補償回路１０６の出力信号は分岐して、
駆動回路１０７とアクチュエータ１０８の合成系の伝達
特性を模擬する模擬回路１１３に入力される。

第８図は従来の位置決め制御装置のトラック追従サーボ
系の信号伝達ブロック図であり、第７図の中のサーボ信
号の流れを中心に示したものである。このトランク追従
サーボ系は、ディスク１０１の回転にともなって生じる
情報トラック１０２の偏心量ｒに、データトランスデユ
ーサ１０３をある誤差範囲内で追従させるべく、位置誤
差信号ｅ＝ｒ−ｙをできるだけ小さくするように動作せ
ねばならない。しかるに、サーボ信号は補償回路１０６
、駆動回路１０７、アクチュエータ１０８、さらに支持
部材１０９、位置誤差検出器１０４を通る過程で遅れを
生じる。そのためデータトランスデユーサ１０３の中心
位置と情報トラック１０２の中心位置とはある値の誤差
が保たれたままとなり位置決め誤差が残留することにな
る。

さて金策７図および第８図において、模擬回路１１３は
、データトランスデユーサ１０３の変位ｙの推定量ｙａ
を出力する。一方位置誤差信号ｅと模擬回路１１３の出
力ｙａは加算器１１０に入力され、ｒａ＝ｅ＋ｙａ％即
ち情報トラック１０２のデータトランスデユーサ１０３
の直下での変位の推定量（偏心推定量）を出力する。し
かし、上記した理由で変位ｙには偏心量ｒに対しである
一定の遅れが含まれ、これを推定したｔｙａにも同様の
遅れが含まれる。従って、偏心推定量「ａを求めてから
これをある一定時間したけ位相を進めた仮想的な偏心１
１ｒｃを求め、このｒｃにデータトランスデユーサ１０
３を追従させるようなサーボ系を構成すれば、その変位
ｙはｒによく追従することになる。実際には時間を進め
ることは不可能であるから、偏心量の周期性を利用し、
遅延器１１１を用いてこれを次のようにして行なう。即
ち、偏心推定ｉｒａが偏心量ｒと同様にディスクの回転
周波数（１／Ｔとする。）を基本波とする高調波から構
成されるとすれば、この遅延器１１１の出力ｒｄはｒｄ
＝ｒａ−ｅ−”−Ｌ＞”　＝ｒａ−ｅＬＳとかける。即
ち、ｒａに較べてＬ時間位相の進んだ偏心推定量が得ら
れる。この偏心推定量ｒｄとデータトランスデユーサの
変位の推定ｔｙａとの差を加算器１１２で求めることに
よって、遅れのない位置誤差信号の推定ｆｉ　ｅ　ａ　
−ｒ　ｄ　−ｙ　ａを得、これを補償回路１０６を介し
て駆動回路１０７に加え、アクチュエータ１０８を駆動
することにより、データトランスデユーサ１０３の追従
遅れを解消することが出来る。〔例えば時開昭和５３−
１０６１０５号公報〕発明が解決しようとする課題 ところが、上記のような構成では、以下に述べるような
課題を持っていた。まず、アクチュエータ１０８、デー
タトランスデユーサ１０３、支持部材１０９、駆動回路
１０７の公差、経年変化、温度変化等により、これらの
合成系の伝達特性にはばらつきが生ずる。これは裏返せ
ば模擬回路１１３の回路定数をこれに合わせて調節しな
い限り模擬回路の伝達特性に誤差が含まれ、データトラ
ンスデユーサの変位の推定量ｙａに誤差が発生すること
を意味する。推定量ｙａにはさらに模擬回路１１３の回
路定数のばらつきおよび温度ドリフトによる誤差が含ま
れる。次に、従来例で示したようなトラック追従サーボ
系の場合、位置誤差信号ｅを使って直接サーボをかける
のでなく、偏心の推定量ｒｃとデータトランスデユーサ
１０３の変位の推定ｔｙａから求めた位置誤差信号の推
定量６ａに基づいてサーボ系を動作させるため、アクチ
ュエータ１０８に外乱が加えられた場合にそれを抑制す
る効果がない。

本発明は上記の課題に鑑み、高精度なトラック追従性能
が得られることはもとより、データトランスデユーサの
変位の推定量の誤差が十分小さくでき、アクチュエータ
に外乱が加えられた場合にそれを抑制する効果を持つこ
とが可能な位置決め制御装置を提供するものである。

課題を解決するための手段 上記課題を解決するために本発明の位置決め制御装置は
、目標部材即ちディスクの追従すべき情報トランクと移
動部材即ちデータトランスデユーサとの相対位置誤差を
検出する位置誤差検出器と、移動部材の絶対位置を検出
する位置検出器と、前記位置誤差検出器の出力する位置
誤差信号に基づいて位置制御ループの安定化補償あるい
は偏差補償のうち少なくともいずれかを行なうような補
償手段と、前記位置誤差検出器の出力する位置誤差信号
と前記位置検出器の、出力する位置信号とを加算する第
１の加算器と、この第１の加算器の出力に基づいた信号
を遅延する遅延手段と、前記第１の加算器の出力に基づ
いた信号と前記遅延手段の出力に基づいた信号とを加算
する第２の加算器と、前記補償手段の出力に基づいた信
号と前記第２の加算器の出力に基づいた信号とを加算す
る第３の加算器と、この第３の加算器の出力に基づいた
信号によって前記移動部材を自在に移動可能にさせるア
クチュエータ手段に電流を付与する駆動回路とを含んで
構成される。

作用 本発明は上記のような構成をとることにより、高精度な
トラック追従性能が得られることはもとより、データト
ランスデユーサの変位の推定量の誤差が十分小さくでき
、クアチュエータに外乱が加えられた場合にそれを抑制
する効果を持つことが可能な位置決め制御装置を提供す
ることができる。

実施例 以下本発明の一実施例の位置決め制御装置について図面
を参照しながら説明する。

第１図は本発明の一実施例における位置決め制御装置の
ブロック図である。図中、８はアクチュエータで、３の
データトランスデユーサを１のディスクの上で自在に移
動可能にさせるものである。

ディスク１の選択された情報トラック２のデータトラン
スデユーサ３の直下での変位即ち情報トラックの偏心量
をｒ、データトランスデユーサ３の変位をｙで表わす。

４は情報トランク２とデータトランスデユーサ３との相
対的な位置誤差ｅ＝ｒ−ｙを検出する位置誤差検出器、
５はデータトランスデユーサ３の絶対位置を検出する位
置検出器であり、アクチュエータ８の可動部と伝達部材
１０で機械的に結合されている。６はアナログフィルタ
からなる位１制御ループの安定化補償あるいは偏差補償
のうち少なくともいずれかを行なうための補償回路、１
１は位置誤差検出器４の出力信号と位置検出器５の出力
信号を加算する加算器、１３は加算器１１の出力信号を
遅延する遅延器、１４は加算器１１の出力信号と遅延器
１３の出力信号を加算する加算器、１２は補償回路６の
出力信号と加算器１４の出力信号を加算する加算器、７
は加算器１２の出力信号を受けてアクチュエータ８に電
流を付与する駆動回路である。データトランスデユーサ
３はアクチュエータ８と点線９で示した支持部材で結合
される。

第２図は本発明の一実施例における位置決め制御装置の
トラック追従サーボ系の信号伝達ブロック図であり、第
１図の中のサーボ信号の流れを中心に示したものである
。

以上のように構成された本発明の位置決め制御装置につ
いて、その動作を説明する。

第１図および第２図のトラック追従サーボ系は、ディス
ク１の回転にともなって生じる情報トランク２の絶対位
置の変動即ち偏心量ｒに、データトランスデユーサ２を
ある誤差範囲内で追従させるべく、位置誤差信号ｅｗｒ
−ｙをできるだけ小さくするように動作せねばならない
。しかるに、サーボ信号は駆動回路７、アクチュエータ
８を通る過程で遅れを生じる。つまり、情報トランク２
の偏心の周波数近傍の比較的低い周波数領域において、
駆動回路７からアクチュエータ８に至る合成の伝達特性
は、なにがしかの位相遅れを伴う。さらにサーボ系を離
散時間系で構成した場合には、サンプルホルダーによる
位相遅れがこれに加わる。

そのためデータトランスデユーサ３の中心位置と情報ト
ラック２の中心位置とはある値の誤差が保たれたままと
なり位置決め誤差が残留することになる。

第１図および第２図において、位置検出器５はデータト
ランスデユーサ３の絶対位置ｙの推定量ｙａを出力する
。ｙａを推定量と呼ぶのは、位置検出器５はデータトラ
ンスデユーサ３の変位を直接測定するのではなく、伝達
部材１０を介してアクチュエータ８の可動部の変位を測
定することによリデータトランスデューサ３の変位を推
定することによる。次に、位置誤差信号ｅと推定量ｙａ
は加算器１１に入力され、ｒａ＝ｅ＋ｙａ、即ち情報ト
ラック２のデータトランスデユーサ３の直下での変位の
推定量（偏心推定量）を出力する。しかし上記した理由
で変位には情報トラック２の位置の変動（偏心量）ｒに
対して遅れが含まれ、これを推定した量ｙａにも同様の
遅れが含まれる。さらにｙａには位置検出器５による推
定の際の電気的な遅れが含まれる。従って、偏心推定量
ｒａにもこれらに起因する遅れが含まれている。この遅
れを除くために、偏心推定Ｎｒａをある一定時間Ｍだけ
位相を進め、さらに図示しない増幅器または減衰器で信
号振幅の調節を行なった上で元の信号ｒａに加算器１４
で加算することにより、本来の偏心量と同程度の位相も
しくはそれよりもむしろやや位相を進めた偏心推定量ｒ
ｃを得る。これを補償回路６の出力信号に加算器１２で
加えた後に駆動回路７に入力し、アクチュエータ８を駆
動することにより、データトランスデユーサ３の追従遅
れを解消することが可能になる。

次に、上記した偏心推定量ｒａをある一定時間Ｍだけ位
相を進める方法について述べる。実際には時間を進める
ことは不可能であるから、偏心量の周期性を利用し、遅
延器１３を用いてこれを次のようにして行なう。即ち、
偏心推定量ｒａが偏心量ｒと同様にディスクの回転周波
数（１／Ｔとする。）を基本波とする高調波から構成さ
れるとすれば、この遅延器１３の出力は ｒ　ａ　−ｅ−””’　＝ｒ　ａ　−ｅとかける。即ち
、ｒａに較べてＭ時間位相の進んだ偏心推定量が得られ
る。これにある係数をかけて元のｒａに加えることによ
り、ｒａの位相を進めることができる。

本発明の位置決め制御装置の動作原理について、別の角
度からさらに詳しく説明する。

第１図および第２図において、偏心推定量ｒｃを加算器
１２に加える偏心推定ループを取り除いた残りのサーボ
ループは、通常のトラック追従サーボ系である。この通
常のサーボ系で、データトランスデユーサ３の情報トラ
ック２への追従誤差ｅ−ｒ−ｙを零にするには、補償回
路６のゲインを無限大にする必要がある。しかし現実に
はゲインを無限大にするのは不可能であるために、わず
かな誤差が残る。本発明では、情報トラック２の偏心を
推定して偏心推定量ｒａを得、これを通常ループの操作
量に足し合わせて駆動回路７に付与することで、追従誤
差をさらに少なくしようとしている。ただし、情報トラ
ック２の偏心の周波数近傍の比較的低い周波数領域にお
いて、駆動回路７からアクチュエータ８に至る合成の伝
達特性が位相遅れがほぼ零でゲインがほぼ１であるなら
ば、第１図および第２図で示したような遅延器１３での
進相を行なわなくとも偏心推定量ｒａに適当なゲインを
掛けて加算器１２に加えることにより、ｙ＝ｒａとなる
ように設定できる。さらにこのとき偏心推定量ｒａの推
定精度が極めて高く、ｒａ−ｒとなるときには、ｙ＝ｒ
となり、これはｅ＝ｒ−ｙ＝ｏに他ならず、即ち追従誤
差を零にすることができる。（ちなみに、このときの補
償回路６の出力は零となるが、補償回路６は、第１図お
よび第２図において、ループ安定性の確保、外乱抑制お
よびデータトランスデユーサ３の中心位置と情報トラッ
ク２の中心位置との直流的なずれの除去等の働きをもつ
。）しかしながら、前記したように、サーボ信号は駆動
回路７．アクチュエータ８を通る過程で遅れを生じる。

つまり、情報トランク２の偏心の周波数近傍の比較的低
い周波数領域において、駆動回路７からアクチエエータ
８に至る合成の伝達特性は、必ずしも位相遅れ零でゲイ
ンが１とはならず、さらにサーボ系を離散時間系で構成
した場合には、サンプルホルダーによる位相遅れがこれ
に加わる。そのためデータトランスデユーサ３の中心位
置と情報トラック２の中心位置とはある値の誤差が保た
れたままとなり位置決め誤差が残留することになる。従
って、第１図および第２図に示したように、偏心推定ｌ
ｒａを遅延器１３で進相したものをｒａに加えることに
より、ｒａの位相を進めるという構成が必要になる。

次に、本発明の位置決め制御装置のトラック遷従サーボ
系における各部の信号波形を具体例を基にして示す。

第３図は具体的なトラック追従サーボ系のブロック図で
ある。この場合、ＦＤＤのセクタサーボ系を想定してお
り、離散時間サーボ系の構成になっている。ＺはＺ変換
のＺを意味し、ｚ　−１は１サンプル時間の遅れを意味
する。２０はサンプラー、２１はサーボ系の偏差補償を
行なうための積分器、２２はループゲインを調整するた
めの乗算器、２４はサンプルホルダーである。また１３
はｎサンプル時間の遅延を行なう遅延器であり、１サン
プル時間の遅延器Ｚ−１をｎ個直列に接続した構成にな
っている。２３は遅延器１３の出力の大きさを調節する
ための乗算器である。第２図で示した駆動回路７、アク
チュエータ８の伝達関数は全体が２次遅れ系で、定数ｐ
、ｑはカットオフ周波数が３００Ｈｚとなるような値で
ある。ディスクの回転数は６００ｒｐｍ、セクタ数は３
４、サンプリング周波数を３４０Ｈｚ、情報トラック２
の変位ｒは振幅が２０μｍ、周波数が１０ｔｌｚの正弦
波で与えられるものとする。（ただし、ｋｉ＝１、ｋ　
ｄ　＝０．２　、ｎ−２６とする。）なお、遅延器の数
ｎおよび乗算器の係数ｋｄは偏心の周波数に相当する１
０Ｈｚ付近でのトランク追従性が最適になるように決め
た。

第３図に示したトラック追従サーボ系を計算機プログラ
ム上でシミュレーションしたときの情報トランクの変位
ｒ、データトランスデユーサの変位ｙ、位置誤差検出器
の出力ｅ、それぞれの信号波形を第４図（ａ）　〜（Ｑ
）に示す。図中、０．１　（ｓｅｃ　）がディスク１回
転に相当する。

比較のために、偏心推定量ｒｃを乗算器２２の出力に加
えない場合の構成を第５図に示す。またこの場合のシミ
ュレーションによる各部の波形を第６図（ａ）〜（ｅｌ
に示す。ただし、第４図および第６図における位置誤差
信号ｅはサンプラー２０を通った後の信号を示した。

位置誤差信号ｅを第４図と第６図とで比較すると、第６
図ではその振幅が約３．５μｍあるのに対し、第４図で
は約０．１５μｍであり、第３図のサーボ系構成を採用
することで、位置偏差が約１７２３になるというすぐれ
た効果がある。

以上に示したように、本発明の位置決め制御装置では、
データトランスデユーサ３の変位の推定を位置検出器５
を用いて間接的に行なっている。

そのため位置検出器５１．支持部材９および伝達部材１
０の機械的精度を十分高めることによって、データトラ
ンスデユーサ３の変位の推定量ｙａの誤差を十分小さく
できる。また第２図のサーボ系のブロック図において明
らかなように、アクチュエータ８に外乱が加えられた場
合でも、位置誤差検出器４、補償回路６、駆動回路７、
アクチュエータ８という通常のサーボループの働きで、
これを抑制する効果を持つ。

なお、実施例の具体的構成例のトラック追従制御系は離
散時間系で構成したが、これは連続時間系で構成しても
よい。

発明の詳細 な説明してきたように、本発明の位置決め制御装置は、
目標部材即ちディスクの追従すべき情報トランクと移動
部材即ちデータトランスデユーサとの相対位置誤差を検
出する位置誤差検出器と、移動部材の絶対位置を検出す
る位置検出器と、前記位置誤差検出器の出力する位置誤
差信号に基づいて位置制御ループの安定化補償あるいは
偏差補償のうち少なくともいずれかを行なうような補償
手段と、前記位置誤差検出器の出力する位置誤差信号と
前記位置検出器の出力する位置信号とを加算する％ｌの
加算器と、この第１の加算器の出力に基づいた信号を遅
延する遅延手段と、前記第Ｉの加算器の出力に基づいた
信号と前記遅延手段の出力に基づいた信号とを加算する
第２の加算器と、前記補償手段の出力に基づいた信号と
前記第２の加算器の出力に基づいた信号とを加算する第
３の加算器と、この第３の加算器の出力に基づいた信号
によって前記移動部材を自在に移動可能にさせるアクチ
ュエータ手段に電流を付与する駆動回路とを含んで構成
することによって、高精度なトランク追従性能が得られ
ることはもとより、データトランスデユーサの変位の推
定量の誤差が十分小さくでき、アクチエエータに外乱が
加えられた場合にそれを抑制する効果を持つ。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における位置決め制御装置の
ブロック図、第２図は第１図に示す本発明の一実施例に
おける位置決め制御装置のトラック追従サーボ系の信号
伝達ブロック図、第３図は第２図に示す本発明の一実施
例における位置決め制御装置の具体的なトラック追従サ
ーボ系のブロック図、第４図は第３図の構成における計
算機上でのシミュレーションによる各部の信号波形図、
第５図は通常のトラック追従サーボ系のブロック図、第
６図は第５図の構成における計算機上でのシミュレーシ
ョンによる各部の信号波形図、第７図は従来例における
位置決め制御装置のブロック図、第８図は第７図に示す
従来例における位置決め制御装置のトランク追従サーボ
系の信号伝達ブロック図である。 １・・・・・・ディスク、２・・・・・・情報トラック
、３・・・・・・データトランスデユーサ、４・・・・
・・位置誤差検出器、５・・・・・・位置検出器、６・
・・・・・補償回路、７・・・・・・駆動回路、８・・
・・・・アクチュエータ、９・・・・・・支持部材、１
０・・・・・・伝達部材、１１．１２．１４・・・加算
器、１３・・・・・・遅延器。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　ほか１名ｃ、Ｉ　　
　　　　Ｌ ■ ｊＳｅＣに Ｄ　　　　　　　　　　Ｏｌ　　　　　　　　０２　　
　　　　　　０３　　　（ｓｅＣ）　０４０　　　　　
　　］　　　　　　　：２　　　　　　　０．３　　　
　　　０（Ｌｌｓｅｃ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 目標部材に対し移動部材を位置決めする位置決め制御装
   置において、前記目標部材の目標位置決め位置と前記移
   動部材との相対位置誤差を検出する位置誤差検出器と、
   移動部材の絶対位置を検出する位置検出器と、前記位置
   誤差検出器の出力する位置誤差信号に基づいて位置制御
   ループの安定化補償あるいは偏差補償のうち少なくとも
   いずれかを行なうような補償手段と、前記位置誤差検出
   器の出力する位置誤差信号と前記位置検出器の出力する
   位置信号とを加算する第１の加算器と、この第１の加算
   器の出力に基づいた信号を遅延する遅延手段と、前記第
   １の加算器の出力に基づいた信号と前記遅延手段の出力
   に基づいた信号とを加算する第２の加算器と、前記補償
   手段の出力に基づいた信号と前記第２の加算器の出力に
   基づいた信号とを加算する第３の加算器と、この第３の
   加算器の出力に基づいた信号によって前記移動部材を自
   在に移動可能にさせるアクチュエータ手段に電流を付与
   する駆動回路とを含んで構成されることを特徴とする位
   置決め制御装置。