JPH0330153A - デイスク装置 - 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〕 本発明はディスク装置にかかり、特に、磁気ディスク装
置におけるヘッドの速度推定機能を有する装置に関する
． 〔従来の技術〕 従来の装置は、例えば特公昭６３　−　８６７号公報に
記載のように，磁気ディスク装置のヘッドの速度検出は
，現サンプル時点での位置情報とＮサンプル時点（Ｎは
自然数）前の位置情報との差分の計算結果と、測定加速
度をあるフィルタを通して得た信号との加算による方式
があった。これによると、測定加速度の検出は、アンプ
よりモータコイルに流れる電流を測定すること｛こよっ
て得られるとしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、速度検出方式に、補償回路としてアナ
ログ回路による電流検出手段を具備しなければならない
。又、検出される電流値から加速度を測定しうるとして
いるが、まさつや外力が作用した場合においては、電流
より加速度を正しく測定することはできない。このこと
は、この速度検出方式が、誤差を含んだ速度を求めてお
り、しかもその誤差は、実際の速度に対して遅れている
のか早すぎているのかは不明であるといった問題を有し
ている． なお，ディスク装置のヘッドの移動速度は，センサ等を
用いて直接測定する方式も考えられうるが，この場合は
測定情報の問題，装置の複雑大形化、高価になることよ
り非現実的であり、ディスク面に書かれている位置情報
より速度を算出又は推定することが一般的である． 本発明の目的は、より簡便な方法で、実速度により近い
速度を求めることのできる機能を有するディスク装置を
提供することである． 〔課題を解決するための手段〕 上記目的を達或するために、ディスク面上のサーボ情報
からヘッドの位置を表わすサンプルされた位置情報を検
出する手段と、現サンプル時点までの過去の複数のサン
プル時点で検出された位置情報ならびに過去のサンプル
時点で推定された速度推定値を記憶する手段と、現サン
プル時点の位置情報と記憶された過去の位置情報と速度
推定値とから現サンプル時点での速度を推定する手段を
設ける。又、目標トラックと現ヘッド位置との偏差に従
って係数を可変とする係数器を設ける．これらの手段は
、具体的には各サンプル時点での位置情報を入力した後
は全てマイクロプロセッサを含むデイジタル回路にて実
現されるものである。

〔作用〕

前記手段の作用について以下説明する。

現サンプル時点をｋとすると、１サンプル時点前はｋ−
１，ｎサンプル時点前はｋ−ｎとなり、位置情報を又と
すればそれぞれＸ（ｋ），　Ｘ　（ｋ−１），Ｘ（ｋ−
ｎ）で表わされる。同様にその時点に対して求められた
速度推定値をＶとすれば、それぞれＶ（ｋ），Ｖ（ｋ−
１），Ｖ（ｋ−ｎ）で表わされる。

従来の現サンプル時点の速度検出方式は特公昭６３　−
　８６７号によれば次式で表わされるものである。

｛Ｘ（ｋ）−Ｘ（ｋ−ｎ）｝／Ｔ・十〇・ｙ　　　　・
＝（１）ここでＴはサンプル同期、γは測定加速度で実
際はヘッドを駆動するアクチュエータに流れる電流であ
り、Ｇは補償用伝達関数である。上式の第１項は通常後
退差分による速度演算方式と呼ばれるものであり、第１
項のみでは得られる速度Ｖ（ｋ）はｎ＝１の場合実速度
に対じでほぼサンプリング周期の半分Ｔ／２だけ遅れる
．セクターサーボのようなサンプリング周期の比較的長
いサーボ系に対してはこの遅れは無視できないため、第
２項のような補償信号を付加していた。

これに対して、本特許で提案している速度推定方式は、
現サンプル時点及び過去のサンプル時点での位置情報及
び過去の速度推定値より計算遅れの十分小さい現サンプ
ル時点の速度推定値を演算アルゴリズムにより実現する
ものである。

第１の方式として、制御理論でＳ−Ｚ変換の一方法であ
るタステインの方法として知られている方式を応用した
方式がある．タスティンの方式は１サンプル遅れを表わ
す演算子をＺ−１，ラプラス演算子をＳとすると、 ・・・（２） と表わされる。これより、現サンプリング時点での位置
Ｘ（ｋ）、１サンプル時点前の位１ｉ１Ｘ（ｋ−１），
速度推定値Ｖ（ｋ−１）より、現サンプル時点での速度
が推定される。（２）式を変形すると次式となる。

・・・（３） （２）式と（３）式を比較すると、本推定方式は、計算
遅れの補償項として第２項をインプリシットに含んでい
ることとなる．更に、（３）式を一般化して Ｔ１＋Ｚ−工 で表わされる．これを速度推定に用いると、・・・（４
） が得られる。第２項の補償用係数α（Ｘ（ｈ））は，目
標位置と現ヘッド位置との偏差距離によって可変となる
係数値である． 後退差分によって得られた速度の遅れ誤差分は、速度の
大きさが小さくなるにつれて小さくなる．たとえばシー
ク動作の終了付近においては、速度が十分小さくなって
おり，従って後退差分による速度の誤差も十分小さくな
っている。このような場合は，後退差分のままでもよく
、外乱や演算誤差を考慮に入れると、補償値を求めて加
算しない方が安定な速度推定がなされる場合もある。以
上のことを考慮して、（４）式第２項の係数α（Ｘ（ｈ
））を選択する。

Ｔ 第２の方式として、後退差分の計算遅れーを補２ 丁 償するために、一の間の加速度Ａを過去のサンプ２ ル時点の位置情報から推定して求め、補償値として従来
の後退差分に付加する方法がある．これは次式で表わさ
れる。

Ｔ　　　　　　　２　　　　　　　　Ｔ・・・（６） （５）式でわかるように、本方式も、作用上は後退差分
にある補償値を付加したとして説明されるが、（６）式
のようにするとこの補償項はインプリシットに含まれて
いる． 〔実施例〕 以下、本発明の一実施例を第１図により説明する．第１
図において、１はディスク面、２はヘッド、３はヘッド
支持系、４はボイスコイルモー夕、５はパワーアンプ、
６はヘッドアンプ、７はトラック信号復調回路，８はポ
ジション信号復調回路，９はＡ／Ｄ変換器、１０はＤ／
Ａ変換器、１ｌは位置検出回路、ｌ２は目標速度発生回
路、１３は加速度フイードフォワード回路、１４は外力
補正回路、１５はループゲイン、１６は速度検出回路、
１７はサーボ情報である。ヘッド２はディスク面ｌ上に
放射状に一定間隔を有して設けられているサーボ情報を
通過する毎に、サーボ情報を読み取る。サーボ情報には
トラック番号とトラック中心からの距離に比例した信号
が含まれており、それぞれヘッドアンプ６、トラック信
号復調回路７，ポジション信号復調回路８を介して位置
検出回路１１に送られ，そこでヘッド２のディスク面の
基準位置からの変位置が求められる。ディスク制御装置
（図示せず）から位置決めすべき目標トラックが与えら
れると、目標トラックとヘッドの現在位置との偏差に従
って目標速度発生回路１２が目標速度を出力する．この
目標速度と位置偏差との関係は，たとえば図示してある
ような平方根関数で与えることができる。目標速度は、
速度検出回路１６によって求められた速度と比較される
。更にその偏差に加速度フイードフォワード、外力補正
値が加算された信号がＤ／Ａ変換器１０を介してパワー
アンプ５に供給される。ヘッド２の位置が目標トラック
に対して離れているときは，その偏差量に相当した目標
速度が決められ、偏差量を小さくするような出力信号が
出力される。

以上のように、ヘッド２を目標位置に近づけるような動
作をシークと言い，ここではシーク制御系は速度制御系
で構成される。又、Ａ／Ｄ変換器９よりＤ／Ａ変換器１
０までのループはマイクロプロセッサを含むデイジタル
回路にて実施される。

第１図におはる速度検出回路１６の速度推定が重要であ
り、以下、この速度推定方式の機能と効果について説明
する。

第２図は第１図のうち速度制御系にかかわる部分のみを
抽出したブロック線図であって、２０は速度＃御系ルー
プゲイン、２ｌはＯ次ホールド回路（Ｄ／Ａ変換器１０
の機能を示す）．２２．２３は積分器、２４は速度推定
回路である。ここでは制御対象は純慣性系とモデル化し
ており、従１ は、 対象のゲインは１としている．２１から２３までのブロ
ックをひとまとめにしてＺ変換を行うと、となる。

次に、本制御系のループ特性を調べる。ループ特性とは
、その制御系の安定度、応答の早さを評価するためのも
ので、ここではループゲインが１のときの位相ずれによ
り、速度推定回路の特性を評価する。位相ずれが−１８
０度のときが安定限界であり，これより何度少ないか（
−９０度に近いか）が安定性の目安となる。

比較のため、まず最初に速度推定回路２４が後退差分で
表わされるとする。第３図は速度推定回路を後退差分で
実現した場合の速度制御系のブロック線図である．図に
おいてＴはサンプリング周期、Ｚ″″工は単位時間遅れ
である。ループ特性Ｇ（Ｚ）となる。Ｚ′″’＝　Ｑ−
”＝　Ｑ−”Ｔ＝ｃｏｓωＴ−ｊ　ｓｉｎωＴを用いて
、周波数領域に変換すると、ゲインＧ（Ｚ）Ｉは となり、位相ＺＧ（Ｚ）は となる。

ここで、ＩＧ（Ｚ）ｌ＝１のときの位相は、ｆｆｆｆ単
のためＫＴ＝１とすれば、−１４３度となり、理想的な
速度検出が行われた場合の−９０度より、位相の遅れが
大きくなることがわかる。これは、安定性を損う原因と
なり望ましくない。なお、理想的な速度検出が行われた
場合の速度制御系のループ特性の位相遅れが−９０度で
あることはよく知られている． 次に、第１の方法におけるループ特性を調べる．第４図
は速度推定回路を第ｌの方法で実現した場合の速度制御
系のブロック線図である。第ｌの方法では速度推定回路
２４は、 ２　　１−Ｚ’″Ｉ Ｔ１＋Ｚ−’ で示される。これによりループ特性Ｇ（Ｚ）はとなり、
同様にＺ−１＝ｃｏｓｕ　Ｔ　−　ｊ　ｓｉｎωＴの変
換を行うとゲインＩＧ（Ｚ）ｌは、 １ となり、位相ｌＧ（Ｚ）は、 Ｓ１ｎω　゛ｒ となる．これより、ＫＴ＝１としてゲイン＝１のときの
位相遅れは−９０度となり、理想的な速度検出が行われ
た場合と全く同一の特性となることがわかる。

このように、制御特性上、第１の方式に基づく速度推定
方式の有効なことが明らかとなった。本方式は（３）式
に示されているが、ｋ＝１のとき、速度推定値■（Ｏ）
には初期値を設定する必要がある。初期値が実際の値と
異なっている場合、その影響が減衰せずにそのまま残存
してしまう。又、ｈサンプル時点で何らかの影響により
推定誤差が生じたとき、その誤差が残存してしまう初期
値が正しく与えられない場合や推定誤差の生じやすい場
合は、（４）式のような係数αを付加することが適当で
ある。第５図は係数を付加した場合の速度制御系ブロッ
ク線図である（４）式により速度推定を行った場合のル
ープ特性ａ（Ｚ）は、２　　　　（１−Ｚ　　’）”　
　　Ｔ　　　１＋αＺ　　’Ｔ　　　　　　　Ｚ−１（
１＋Ｚ″″工）となり、ゲインは、ＫＴ＝１としたとき
となり、又位相は となる。このときゲイン＝１のときの位相遅れはα＝０
．５のとき−９９．■度となり、（３）式に比べて約１
０度程度の遅れとなる。又、α＝０．５のとき、初期値
や推定値のずれは、２分の１に減衰されて残存するので
推定誤差は早いうちに減衰する。

α＝１としたときは（３）式と等しくなり、又、α＝Ｏ
としたときは後退差分と同一になるため、αの値とこの
間で、ループ特性の安定度と、検出誤差に起因する推定
誤差の仕様に合わせて適当に選ぶことにより、推定精度
の高い速度が得られる．又、速度制御の動作中にαの値
を徐々に変化させることも可能であり、高速移動時には
、検出遅れを出さないようにαを１に近くし、目標位置
近傍にて低速移動の場合は減速度も変化するため推定に
誤差が生じやすくなるため、αをゼロに近づけるといっ
た方式も可能である。

次に、第２の方法として（５）式で示された方式を速度
推定回路で実現する場合であるが、この場合の速度制御
系のブロック線図を第６図に示す。

これも第１の方法とほぼ同様な議論となり、ループゲイ
ン＝ｌのときの位相遅れはＫＴ＝１のとき−９１度とな
り、良好なループ特性を示す。又、本方法は第１の方法
と異なり、現サンプル時点と過去の２サンプル時点での
位置情報より速度推定を行うため過去の推定誤差が残存
しないという効果もある． 以上の速度検出方式を実現するための具体的な回路構成
を第７図に示す。図において，２５はマイクロプロセッ
サ（ＭＰＵ）であり、２６はプロダラム等を記憶するリ
ードオンリメモリ（ＲＯＭ），２７は計算値を一時的に
ストアしたりするワークエリアをもつランダムアクセス
メモリ（ＲＡＭ）である，ＭＰＵ２５は８ビット又は１
６ビットのマイクロプロセッサであり、一定サンプリン
ク間隔で、サーボ信号を受けとり、演算処理後、Ｄ／Ａ
変換器１０に出力する。第８図は速度推定方式第１の方
式をマイクロプロセッサ内で実現するためのフローチャ
ートであり第９図は第ｌの方法でかつ補償用係数αを含
む場合のフローチャートである。又、第ｌＯ図は第２の
方式をマイクロプロセッサで実現するためのフローチャ
ートである．第１１図は，これらの速度推定方式を用い
て、実際にヘッドを目標位置に移動位置決めするために
マイクロプロセッサ内で実施されるアルゴリズムのフロ
ーチャートである。

〔発明の効果〕

以上、本発明によれば、速度の推定がより正確にしかも
容易に実現できるため、安定度の高くしかも応答性の高
いサーボ系を有するディスク装置が実現できるという効
果がある。

第１の方法の速度推定方式は、各サンプル点では実速度
と同一の速度が推定できるという効果がある。又、第１
の方法で係数値αを付加する場合は検出誤差や初期値に
起因する推定誤差の残存を小さくする効果がある。

第２の方法の速度推定方式は、現サンプル時点と過去２
つのサンプル時点での位置情報より、実速度に近い速度
推定が行えしかも推定誤差の残存の影響をうけないとい
う効果がある。

両者共、マイクロプロセッサを含むディジタル回路内で
演算処理できるため、電流等他の信号入力を必要とせず
回路構成が容易であるという特徴を有する．更にこれら
の方式はディスク装置ヘッド位置決め装置のようなヘッ
ド移動時の加減速が不規則的に変化しない場合において
は、速度の推定精度が非常に高く実施例で述べたように
制御系の特性がＩＭ想的な速度検出に対してほとんど劣
化しないという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構或図であり，第２図は第
１図のうちの速度制御系のブロック線図，第３図は速度
推定回路が後退差分であるときの速度制御系のブロック
ｍ図、第４図は第１の方式による速度推定回路を有する
速度制御系のブロック線図、第５図は第１の方式に係数
αを含む場合のブロック＃１図、第６図は第２の方式に
よる速度推定回路を有する速度制御系のブロックＩＩＩ
Ａ図、第７図は本発明を実施するハード圓路ｔＩ！戊図
、第８図は速度推定Ｉｇｌ路第１の方式のフローチャー
ト、第９Ｉｇは補償係数αを含むフローチャート，第１
０図は第２の方式のフローチャート、第１１図はマイク
ロプロセッサ内の位置決めに関する内部動作のフローチ
ャートである． ｌ・・ディスク，２・−・ヘッド、３・・・ヘッド支持
系、４・・・ボイスコイルモータ、８・・・パヮアンブ
、６・・・ヘッドアンプ、７・・・トラック信号復調ｌ
！２Ｉ路、８・・・ポジション信号後調回路，９・・・
Ａ／Ｄ変換器．１０・・・Ｄ／Ａ変換器、１１・・・位
置検出園路．１２・・・目標速度発生回路、１５・・・
ループゲイン，１６・・・速度検出回路、２ｏ・・・速
度制御系ループゲイン、２１・・・Ｏ次ホールド回路、
２４・・・速度推定回路、豹 区 Ｉ乙 拓 ２ 国 ａ ５ 図 第 ６ 口 声グ 力 ３ 口 妬 渠 口 猶 ７ 目 拓 ３ 喝 禎 ／θ 区 系 ９ 囚 築 ｌ１ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ディスク面上の複数のトラックにデータが記録され
   てある部分とトラックの位置ならびにトラック中心位置
   を示すサーボ情報が記録されてある部分とを複数有する
   ディスクと、前記ディスクの回転中に前記サーボ情報を
   読取るヘッドと、前記ヘッドに接続され入力信号に応答
   して前記ヘッドを目標トラックに移動、位置決めし、そ
   の後前記目標トラックに追従するように前記ヘッドを駆
   動するアクチュエータ、及び前記アクチュエータに操作
   量を出力する制御装置を有するディスク装置であつて、
   前記サーボ情報から前記ヘッドの位置を表わすサンプル
   された位置情報を検出する手段と、現サンプル時点まで
   の過去の複数のサンプル時点で検出された位置情報を記
   憶する手段と、過去のサンプル時点で推定された速度推
   定値を記憶する手段と、現サンプル時点の位置情報と記
   憶された過去の位置情報と速度推定値とから現サンプル
   時点での速度を推定する手段とを含むことを特徴とする
   ディスク装置。 ２、前記速度を推定する手段は、目標トラックとの偏差
   に従つて係数を可変とする係数器を含むことを特徴とし
   た特許請求の範囲第１項記載のディスク装置。 ３、前記速度推定手段は、サンプル時点ｋでの位置情報
   をＸ（ｋ）とし、速度推定値をＶ（ｋ）とし、前記可変
   係数値をα（Ｘ（ｋ））とし、サンプル周期をＴとした
   とき。 ｛１＋α（Ｘ（ｋ））｝／Ｔ・｛Ｘ（ｋ）−Ｘ（ｋ−１
   ）｝−α（Ｘ（ｋ））・Ｘ（ｋ−１） の式で表わされることを特徴とした特許請求の範囲第１
   項あるいは第２項記載のディスク装置。 ４、ディスク装置において、前記サーボ情報から前記ヘ
   ッドの位置を表わすサンプルされた位置情報を検出する
   手段と、現サンプル時点までの過去の複数のサンプル時
   点で検出された位置情報を記憶する手段と、現サンプル
   時点の位置情報と記憶された過去の位置情報とから現サ
   ンプル時点での速度を推定する手段とを含むことを特徴
   とするディスク装置。５、前記速度を推定する手段は、 １／Ｔ｛ａＸ（ｋ）＋ｂＸ（ｋ−１）＋ｂＸ（ｋ−２）
   ｝の式で表現されａ、ｂ、ｃは実数であることを特徴と
   する特許請求の範囲第４項記載のディスク装置。 ６、特許請求の範囲第５項において、 ａ＝３／２、ｂ＝−２、ｃ＝０．５であることを特徴と
   するディスク装置。