JPH0244411A - 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 本発明は部材を一定の周期をもって位置変動を繰り返す
目標位置に位置決めする位置決め制御装置に関する。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ッ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、即ちトラックを追従するように
位置決め制御しなければならない。

次にトラン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（ＦＤＤ）やハードディスク装置（
ＨＤＤ）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
用のピットを設けておき、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軸のふれ等の要因によっ
て、情報トラックがディスクの回転にともなって一定の
周期で位置変動、即ち偏心する。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ＦＤＤ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ヘースフィルムが膨
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
、これは高トランク密度化“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６図は従来の位置決め制御装置のブロック図であり、
一般にトラック追従サーボ系と呼ばれる。

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　
１０２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、情報トランク
１０２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、１０５は
データトランスデユーサ１０３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１０８の可動部と伝達
部材１１０で機械的に結合されている。　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
補償手段、１１１は位置誤差検出器１０４の出力信号と
位置検出器１０５の出力信号を加算する加算手段、１１
７は加算手段１１１の出力信号を増幅する増幅手段、１
１２は補償回路１０６の出力信号と増幅手段１１７の出
力信号を加算する加算手段、１０７は加算手段１１２の
出力信号を受けてアクチュエータ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と点線で示した支持部材１０９で結
合される。

以上のように構成された従来の位置決め制御装置につい
て、その動作原理を説明する。

第６図の位置決め制御装置は、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。

第６図において、位置検出器１０５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。ｙａ
を推定量と呼ぶのは、位置検出器１０５はデータトラン
スデユーサ１０３の変位を直接測定するのではなく、伝
達部材１１０を介してアクチュエータ１０８の可動部の
変位を測定することによりデータトランスデユーサ１０
３の変位を推定することによる。一方位置誤差信号ｅと
位置検出器１０５の出力ｙａは加算手段１１１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。これを増幅手段１１７で増幅した
信号と補償回路１０６の出力信号とを加算手段１１２で
加算した後に駆動回路１０７に入力し、アクチュエータ
１０８を駆動することによって、データトランスデユー
サ１０３の追従動作が可能になる。〔例えば時開　昭６
３−１２４３４６号公報〕発明が解決しようとする課題 心ころが、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。

第６図において、サーボ信号は駆動回路１０７、アクチ
ュエータ１０８を通る過程で位相遅れを生じる。つまり
、情報トラック１０２の偏心量ｒが変動する比較的低い
周波数領域において、駆動回路１０７からアクチュエー
タ１０８に至る合成の伝達特性は、なにがしかの位相遅
れを有している。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。そのためのデータトランスデユーサ１０３の中
心位置がある程度以上は情報トランク１０２の中心位置
に追従せず、位置誤差信号ｅの振幅がある大きさ以下に
はならないことがある。

本発明は上記の課題に鑑み、より高精度なトラック追従
性能が得られる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
、一定の周期をもって位置変動を繰り返す目標部材即ち
ディスクの追従すべきトラッ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の加算手段と、前
記目標部材の位置変動を保持するメモリ手段と、前記第
１の加算手段の出力に基づいた信号と前記目標部材の移
動に同期して出力される前記メモリ手段の出力に基づい
た信号とを加算する第２の加算手段と、前記補償手段の
出力に基づいた信号と前記第２の加算手段の出力に基づ
いた信号とを加算する第３の加算手段と、この第３の加
算手段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Ｕ・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、より高精
度なトラック追従性能を得る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ｉｔ、ＩＩ
御装置のブロック図である０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■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ｌの選択された情報トランク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１
を「、データトランスデユーサ３の変位をｙで表わす、
　１１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１αＥＬＱ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
手段、１１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第１の加算手段、１４はディス
クｌの回転に伴って一定の周期で変動を繰り返す情報ト
ラック２の位置変化を保持するメモリ手段、１２は第１
の加算手段１１の出力信号とディスクｌの回転に同期し
て出力されるメモリ手段１４の出ノｊ信号とを加算する
第２の加算手段、１３は補償手段６の出力信号と第２の
加算手段１２の出力信号を加算する第３の加算手段、７
は第３の加算手段１３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と点線で示した支持部材
９で結合される。

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、その動作原理を説明する。

第１図の位置決め制御装置は、ディスク１の回転にとも
なって生しる情報トランク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３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
ボ信号は駆動回路７、アクチュエータ８を通る過程で位
相遅れを生じる。つまり、情報トラック２の偏心ｉ１ｒ
が変動する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
しかの位相遅れを有している。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の中心位置がある程度以上は情報トラック２の中心位
置に追従せず、位置誤差信号ｅの振幅がある大きさ以下
にはならないことがある。

第１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ｆｆ１ｙａを出力する。次に位
置誤差信号ｅと推定量ｙａは第１の加算手段１１に入力
され、ｒａ＝ｅ＋ｙａ、即ち情報トランク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ｙは情報ト
ラック２の位置の変動（偏心Ｎ）「に対して位相が遅れ
ており、これを推定したｙａは、位置検出器５による推
定の際の電気的な遅れによって、さらにそれよりも位相
が遅れる。従って、偏心推定ｉｒａにもこれらに起因す
る位相遅れが含まれている。

この位相遅れを取り戻すために、偏心推定量「ａをあら
かじめディスク１回転に相当する分だけメモリ手段１４
に保持しておき、トラック追従動作時に、ディスク１の
回転に同期して、しかもそのときの偏心推定量ｒａの位
相よりも位相を進めたタイミングで、この保持した信号
を取り出し、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その時の信号ｒａに第２の
加算手段１２で加算することにより、本来の偏心量ｒ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ｒＣを得る。これを補償手段６の出力信号
に第３の加算手段１３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
。

第２図は、上記の方法で偏心推定量ｒａの位相を進めた
場合の各部の信号波形図である。図中、（ａ）は偏心推
定ｌｒａ、（［））はメモリ手段１４から、ｒａよりも
９０°位相を進めて取り出した偏心推定量にある大きさ
の係数を掛けた信号、（Ｃ）はこれらの２つの信号を加
算した信号であり、それぞれ次のような式で記述するこ
とが出来る。

（ａ）：　　Ａ−ｓ　ｉｎ　（ωｔ） （ｂ）：　　Ｂ−ｃｏｓ（ωｔ） （ｃ）：　　Ｃ−５ｉｎ（ωｔ＋φ） これらの式の間には Ｃ−３ｉｎ（ωを十φ）＝Ａ−ｓ　ｉｎ　（ωｔ）＋Ｂ
−ｃｏｓ　（ωＬ）なる関係があるから、この式を整理
して係数を比較すると Ａ＝Ｃ−ｃｏｓ（φ） Ｂ＝Ｃ−ｓｉｎ（φ） を得て、さらにこれらより ｊａｎ　　（φ）＝Ｂ／Ａ を得る。

今、Ｂ＝０．１・Ａの場合を考えると、上式よりφ＝５
．７°、　Ｃ＝　１．００５・Ａを得る、即ち、元の信
号ｒａよりも位相が５．７゜進み、振幅がほとんど同じ
信号が得られることになる。なお、第２図において（ｂ
）の信号は（ａ）の信号に対して９０°位相を進めた場
合を示したが、必ずしもこの限りではない。

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図において、偏心推定量ｒｃを第３の加算手段１３
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＝ｒｙを零にするには、補償手段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ｌｒａを得、これを通常ループの操作計に足
し合ね−けて駆動回路７に付与することで、追従誤差を
さらに少な（しようとしている。

しかし、情報トラック２の偏心ｉｒが変動する比較的低
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の位相遅れがほぼ零でゲインが
ほぼｌであるならば、偏心推定量ｒａを第３の加算手段
１３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１１ｒａの推定精度が
極めて高く、ｒａ＝ｙなるときには、ｙ＝ｒとなり、こ
れはｅ−ｒ−ｙ＝０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、このときの補償手段６の
出力は零となるが、補償手段６は、第１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を通る過程で位相遅れを生し、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ため、データトランスデユーサ３
の中心位置がある程度以上は情報トラック２の中心位置
に追従せず、位置誤差信号ｅの振幅がある大きさ以上に
はならないことがある。従って、第１図に示したように
、メモリ手段１４にあらかじめ蓄えられた偏心量をその
ときの偏心推定ｆｆ１ｒａよりも進相したうえでこのｒ
ａ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各部の信号波形を具
体例を基にして示す。

第３図は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。１５
．１６はサンプラー１７はサンプルホルダーである。補
償手段６は、この場合サーボ系の偏差補償を行なうため
の積分器、１８はメモリ手段１４の出力の大きさを調節
するための乗算器である。駆動回路７、アクチュエータ
８の合成伝達関数は２次遅れ系で、定数ｐ、ｑはカット
オフ周波数が４００　Ｈｚとなるような値である。

ディスクの回転数は６００ｒｐｒ＠、セクタ数は３０、
サンプリング周波数を３００１１ｚ、情報トラック２の
変位ｒは振幅が２０μｍ、周波数が１０　Ｈｚの正弦波
で与えられるものとする。なお、メモリ手段１４のデー
タは、偏心推定ｆｆ１ｒａに対する位相がディスク１周
分のデータ数３０に対して８個分進めて取り出し、さら
にこれを乗算器１８で、０．２倍したうえで第２の加算
手段に加えるものとする。

第３図に示したトラック追従サーボ系を計算機上でシミ
ュレーションしたときの情報トラックの変位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Ｃ２
それぞれの信号波形を第４図（ａ）〜（Ｃ）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、メモリ手段１４の出力を乗算器１８に加
えないという従来構成の場合のシミュレーシボンによる
各部の波形を第５図（ａ）〜（Ｃ）に示す。ただし、第
４図および第５図における位置誤差信号ｅはサンプラー
１５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５図とで比較すると、第５
図ではその振幅が０．９μｍあるのに対し、第４図では
約０．０６μｍであり、第３図のサーボ系構成を採用す
ることで、従来に比べて位置偏差が約１／１５になると
いうすぐれた効果がある。

なお、実施例において具体的なトラック追従サーボ系は
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。

さらに、メモリ手段１４にあらかじめ偏心量「を保持さ
せる方法については特に示さなかったが、例えば、第１
図においてメモリ手段１４の出力を第２の加算器１２に
加えない状態で、サーボ系を動作させた時の偏心推定量
ｒａをメモリ手段１４に入力してこれを行なうことが考
えられる。

発明の詳細 な説明したきたように、本発明の位置決め制御装置は、
一定の周期をもって位置変動を繰り返す目標部材即ちデ
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の加算手段と、前
記目標部材の位置変動を保持するメモリ手段と、前記第
１の加算手段の出力に基づいた信号と前記目標部材の移
動に同期して出力される前記メモリ手段の出力に基づい
た信号とを加算する第２の加算手段と、前記補償手段の
出力に基づいた信号と前記第２の加算手段の出力に基づ
いた信号とを加算する第３の加算手段と、この第３の加
算手段の出力に基づいた信号によって前記移動部を才を
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、より
高精度なトラック追従性能が得られるという効果を持つ
。

【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図は偏心推定量ｒａの位相の進め方を
説明するための信号波形図、第３図は本発明の一実施例
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図は第３図の構成において、メモリ手段の出力を乗算
器に加えないという従来構成の場合の計算機上でのシミ
ュレーションによる各部の信号波形図、第６図は従来例
における位置決め制御装置のブロック図である。 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・
・・・・・補償手段、７・・・・・・駆動回路、８・・
・・・・アクチュエータ、９・・・・・・支持部材、１
０・・・・・・伝達部材、１１．１２．１３・・・・・
・第１．第２．第３の加算手段、１４・・・・・・メモ
リ手段。 第　２　図 第 図 プンアラ−

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）一定の周期をもって位置変動を繰り返す目標部材
   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の加算手段と、前記目標部材の位置変
   動を保持するメモリ手段と、前記第１の加算手段の出力
   に基づいた信号と前記目標部材の移動に同期して出力さ
   れる前記メモリ手段の出力に基づいた信号とを加算する
   第２の加算手段と、前記補償手段の出力に基づいた信号
   と前記第２の加算手段の出力に基づいた信号とを加算す
   る第３の加算手段と、この第３の加算手段の出力に基づ
   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。
2. （２）第１の加算手段の出力に基づいた信号を、メモリ
   手段に保持させることを特徴とする請求の項（１）記載
   の位置決め制御装置。