JPH04112205A - 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】 〔概要〕 ディスク装置におけるヘッドの位置決め制御装置に関し
、 防振部材の温度特性に基づく筐体の振動を推定して高精
度な位置決め制御を図ることを目的とし、被制御部と、
該被制御部を移動させて、位置決めを行う駆動部と、前
記被制御部の位置を測定する位置測定部と、前記駆動部
を制御する制御部を有し、少なくとも前記被制御部及び
前記駆動部を含む系の振動をモデル化し、該モデルによ
り前記被制御部の位置を推定し、前記制御部の制御を補
正する第１の補正手段と、前記系の温度が変化した場合
に前記モデルを修正する第２の補正手段と、該第２の補
正手段により修正された前記モデルにより前記第１の補
正手段が推定した前記被制御部の推定位置と前記位置測
定部が測定した前記被制御部の位置との差を用いて前記
モデルを逐次修正する第３の補正手段とより構成した。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、ディスク装置におけるヘッドの位置決め制御
装置に関する。

近年の磁気ディスク、光ディスクの高密度化、ヘッドを
搭載したアクチュエータの高速化の要請に伴い、高精度
のヘッドの位置決めか要求される。

而して、ヘッド、ディスクが筐体内に収納されるディス
ク装置では、外部振動により筐体が振動するとオフ位置
決めの原因となる。そこで、筐体か振動しても高精度な
位置決め制御か可能な位置決め制御装置が要求される。

〔従来の技術〕

ヘッド及びディスクが筐体内に密閉されているディスク
装置においては、筐体内の温度変化はヘッドのオフトラ
ックの主要因となりうる。そのため、従来より温度変化
によるディスクの伸縮、熱偏心に起因するオフトラック
を補償するヘッドの位置決め制御装置が提案されていた
。また、筐体の振動を防止すべく、筐体は防振部材を介
して密閉されている。そして、本出願人は、外部振動に
よる防振部材の筐体に及ぼす共振の影響を防止する位置
決め制御装置を発明した（特願平２−２８１９８）。

〔発明か解決しようとする課題〕

しかし、従来は防振部材の温度変化による防振特性の劣
化及び防振部材と筐体により構成される共振系の温度変
化による防振特性の変化に対しては、具体的対策は殆と
採られていなかった。即ち、防振部材に強い防振部材を
用いて温度変化による筐体の振動を防いだり、防振構造
に特徴をもたせたりしていた（特開平１−２８６１９２
）。そのため、温度変化により防振部材の特性が劣化す
ると、筐体が振動してヘッドの位置決め制御に悪影響を
与えるという課題を生じていた。

一方、前述した特願平２−２８１９８で対処しようとす
るとアクセス時間がかかりすぎるという課題があった。

そこで、防振部材の温度特性に基づく筐体の振動を推定
して高精度な位置決め制御を図ることを目的として以下
の手段を設けた。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題に鑑み、本発明の位置決め装置を、被制御部ｌ
と、該被制御部ｌを移動させて、位置決めを行う駆動部
２と、前記被制御部ｌの位置を測定する位置測定部３と
、前記駆動部２を制御する制御部４を有し、少なくとも
前記被制御部１及び前記駆動部２を含む系の振動をモデ
ル化し、該モデル８により前記被制御部ｌの位置を推定
し、前記制御部４の制御を補正する第１の補正手段５と
、前記系の温度が変化した場合に前記モデル８を修正す
る第２の補正手段６と、該第２の補正手段６により修正
された前記モデル８により前記第１の補正手段５が推定
した前記被制御部ｌの推定位置と前記位置測定部３が測
定した前記被制御部１の位置との差を用いて前記モデル
８を逐次修正する第３の補正手段７とより構成とした。

〔作用〕

系に振動が加われば、第１の補正手段５がかかる振動を
加味したモデル８により、被制御部ｌの位置を推定し、
制御部４の制御を補正する。一方、かかる振動が温度依
存性で、系の温度が変化すれば、第２の補正手段が前記
モデル８を修正して、第１の補正手段５が制御部４の制
御を補正する。

また、制御部４を所定の時間間隔で制御する場合は、そ
の間内で変化する系の温度等を測定できず、モデル８に
よる被制御部ｌの推定位置にも誤差か生じる。これに対
しては、第３の補正手段か、位置測定部３により測定し
た被制御部ｌの位置と、第１の補正手段５により推定し
た被制御部ｌの推定位置との差を用いて、モデル８を逐
次修正する。

これにより、第３の補正手段により修正されたモデル８
は実際の系に近づき、第１の補正手段５は、被制御部ｌ
の位置を短時間に、かつ正確に推定でき、制御部４の制
御を補正する。

〔実施例〕

以下第２図を用いて本発明による位置決め制御装置の原
理を説明する。

制御手段である制御手段信号発生器３１は、制御対象３
２及び計算手段である制御対象モデル３３に制御信号ｉ
を送信する。ここで、制御手段信号発生器３１は制御対
象３２の位置決めを制御する。

また、制御対象モデル３３は制御対象３２と同一装置を
モデル化したものである。本発明の特徴は、制御対象モ
デル３３により制御対象３２の位置を推定して正確な位
置決めを行うことである。外部振動がない場合は、制御
対象モデル３３は、制御手段信号発生器３１による制御
信号ｉにより、制御対象３２と全く同様に位置決めされ
るため、制御対象３２の正確な位置を推定できる。従っ
て、制御信号ｉは制御対象３２の高精度の位置決めがで
きる。

ところが、外部振動が制御対象３２に及ぶと制御手段信
号発生器３１による制御信号ｉでは、正確な制御対象３
２の位置決めは困難となる。そこで、制御対象モデル３
３は、定常振動下における制御対象３２の運動を解析し
、該振動下であっても制御対象３２の位置を正確に推定
できるようにした。そして、制御対象モデル３３は、推
定位置Ｘ、を制御対象３２の実際の位置ｘ１と比較・差
分され、Ｘｔ（＝Ｘ＋　　Ｘｔ　）が０になるように更
に補正される。このようにして得られた制御対象モデル
３３の位置情報Ｘは制御手段信号発生器３１に帰還され
、適性な制御信号ｉを再度制御対象３２及び制御対象の
モデル３３に送信する。よって、定常振動下においても
制御信号ｉは制御対象３２の高精度の位置決めかできる
。なお、直接制御対象３２の位置情報Ｘ、で制御信号ｉ
を補正すると、位置決めのアクセス時間かかかり過ぎる
ため、かかる方法は採用していない。

しかし、例えば磁気ディスク装置では、ディスク、ヘッ
ド等が筐体内に密閉され、該筐体がゴム等で構成された
防振部材を介して支持されているものが多い。そして、
ゴムの防振特性は温度によって変化するため、温度変化
により防振制御か有効に働かない場合がある。かかる場
合、外部振動は温度に依存する非定常振動となるため、
上記の方法では制御信号ｉで制御対象３またるヘッドの
高精度の位置決めが困難となる。そこで、制御対象モデ
ル３３には、補正手段である特性補正器３４を接続し、
温度変化による制御対象モデル３３の特性補正を行うこ
ととした。これにより、温度補正された制御対象モデル
３３の推定位ａ　Ｘ　２は制御対象３２の実際の位置Ｘ
１により近つくことかできる。そして、特性補正器３４
により補正された制御対象のモデル３３は、上述したよ
うにｘ３（＝ｘ＋　　Ｘ２）か０になるように更に補正
され、制御手段信号発生器３１の制御信号ｉを補正する
。

なお、推定位置Ｘ２は、制御対象３２の実際の位置Ｘ、
と比較されるため、特性補正器３４を除去しても制御手
段信号発生器３１に帰還される信号は同じである。しか
し、かかる方法では、位置決めのアクセス時間がかかり
過ぎるため、採用していない。

以下、第３図のディスク装置の具体的構成を参照して詳
述する。第３図は本発明のディスク装置の制御系統図で
ある。ディスク装置２７はディスク１１とヘッド１３．
１４を図示しない筐体内に有し、該筐体は防振ゴム等の
図示しない防振部材により支持されている。なお、本実
施例では、ヘッドの位置決めサーボにサーボ面サーボ方
法を用いて、１３をサーボヘッド、１４をデータヘッド
としているが、本発明はサーボ面サーボ方法のみに限定
されない。コントローラ２５は、サーボ系の制御回路２
２と、ディスク１１に記録又は再生処理を施すデータヘ
ッドを制御するリード・ライト制御回路２３と、ディス
ク１１を回転させるスピンドルモータ１２の回転数を制
御するモータ制御回路２０を総括する。インターフェイ
ス２６はホストコンピュータ等との間でデータの送受信
を行う。

本発明の特徴である位置決め制御は、本実施例中、サー
ボ系の制御回路２２のマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）、
２１で行われる。即ち、第１図における制御信号発振器
３１はＭＰＵ２１である。ＭＰＵ２１はＤ／Ａ変換器２
０及び増幅器１７を介して、アクチュエータ１５内の駆
動コイルにかかる駆動電流を流す。アクチュエータ１５
はかかる駆動電流により、ヘッド１３及び１４をディス
ク１１の半径方向に回動させ、所定のトラックに位置決
めをする。従って、本実施例では、第１図における制御
対象３２はアクチュエータ先端部のヘッド１３及び１４
である。一方、サーボヘッド１３の位置情報は増幅器１
６で増幅後、サーボ復調器１８て復調され、Ａ／Ｄ変換
器１９を介して、ＭＰＵ２１に伝達される。これにより
、ＭＰＵ２１はヘッド１３及び１４の現在位置を認識で
きる。

筐体と防振部材により構成される系は、所定の共振周波
数を有する。本発明の特徴の１っである制御対象モデル
３３は、かかる筐体の共振系を含み、アクチュエータ１
５の位置・速度、筐体の移動量・移動速度等を推定する
。そして、かかる制御対象モデル３３はＭＰＵ２１にプ
ログラムとして作成されている。但し、本実施例のよう
に制御対象モデル３３はプログラム化されている必要は
ない。このモデルを用いた場合の定常振動下における位
置決め制御について説明する。

アクチュエータ１５の移動によるヘッド１３及び１４の
位置をＸ、ヘッド１３及び１４の速度をｖ１アクチュエ
ータ１５の質量をｍ１アクチユエータを電流Ｕで駆動し
た時、ラプラス演算子をＳ、力定数をＢＩ！とすると、 Ｓ　Ｘ＝Ｖ　　　　　　　　　　　　　〜　（１）ｓ　
ｖ　＝　　　　　　　ｕ　　　　　　　−（２）となる
。ここに、筐体はアクチュエータ１５の移動による反力
を受ける。防振部材と筐体の系の共振角周波数をω。と
じた時、筐体の振動を２次の共振系として考えると、減
衰定数ζより、なる応答を示す。なお、Ｍはアクチュエ
ータ１５の質量ｍを含む筐体全体の質量である。この時
の筐体の移動量をＸｏ、運動速度をＶＤ！、筐体に作用
する外力の大きさをｆとすると、 Ｓ　Ｘｏｗ＝Ｖｎｔ　　　　　　　−−（４）ＳＶｏｔ
＝　　（Ｌｕｌｌ　２Ｘｏｔ　　２ζω６ＶＤｇ−とな
る。これより、オフトラック量ｙは、ｙ　＝　ｘ　＋　
ｘ　ｏｔ　　　　　　　−（６）となる。

筐体に作用する外力の大きさｆは時間に関して一定とす
ると、次式を満たす。

ｓ　ｆ　＝　０　　　　　　　　−　（７）外乱ｆは時
間的に一定であるとしているか、サーボ信号を取得する
サンプリング時間に対して十分に長い周期を持つ外乱振
動ならば、数サンプリング時間内では外乱の大きさはほ
ぼ一定と見なせるので、低周波の外乱振動に対しても推
定できる。

以上の式を用いてＭＰＵ２１で各変数の数値を推定する
。推定する際には、実際に測定される位置と上記式で計
算される推定位置との差を取り、位置・速度・外力等の
推定値を測定位置と推定位置の差の大きさに応じて補正
することにより各変数値を修正する。

それぞれのサンプリング時間毎のアクチュエータと筐体
の移動距離と速度を求めて筐体の加速度α、を次のよう
にして計算する。

この加速度に適当な係数を乗して通常のアクチュエータ
への電流出力に加算することにより、筐体の振動に追従
させるようにヘッドを動作することかできる。

第４図は、第２図の制御対象モデル３３を、アクチュエ
ータ１５を２次の積分系、筐体の振動を２次の共振系と
したときの例である。同図において、アクチュエータエ
５は駆動電流ｉより、加速度αは（Ｂｆ−ｉ）／ｍ、速
度Ｖはα／Ｓ、位置ＸはＶ／Ｓとなる。また、筐体は加
速度α、は（８）式の通り、速度Ｖ、は（Ｉ　ＤＥ／　
Ｓ　ｓ位置ＸｏｔはＶＤ！／ｓとなる。そして、オフト
ラック量ｙが（６）式より求まるので、ｙが０となるよ
うにＭＰＵ２５はアクチュエータ１５に駆動信号を送信
する。

次に、本発明の特徴である制御対象モデル３３を温度補
正する機構について説明する。制御対象モデル３３の温
度補正は、第２図における特性補正器３４が行うか、本
実施例ではかかる特性補正器３４も第３図のＭＰＵ２１
である。第３図中ヘッド１３及び１４の温度はディスク
装置の内部又は外部に設けられた温度センサ２８と、該
温度センサ２８が検出した値からヘッド１３及び１４の
温度を算出する温度測定回路２９より求められる。

ＭＰＵ２１は温度測定回路２９からヘッド１３及び１４
の温度情報を受は取るが、かかる温度測定回路２９はデ
ィスク装置内に設けられていなくてもよい。また、温度
センサ２８、温度測定回路２９を用いずに、外部装置よ
りインターフェイス２６、コントローラ２５を介してＭ
ＰＵ２１に温度情報を通知してもよい。温度補正による
制御方法を第５図を参照して説明する。

第５図は本発明の制御定数修正方法による位置め制御の
フローチャートである。まず、工程５０１が温度変化が
あるかどうかを判断する。即ち、温度センサ２８及び温
度測定回路２９により、ヘッド１３及び１４の温度が測
定され、ＭＰＵ２１に通知される。温度変化がある場合
には、工程５０２が制御定数を変更する。ここで、制御
定数とは、具体的にはトラック間隔、力定数、ＶＣＭの
抵抗値等を表す。これらは、後述する工程５０７が行う
駆動電流の出力を決定する指標となる。なお、温度変化
がなければ、制御定数は変更されず、従前の制御定数を
基に補正電流、駆動電流か計算される。

次に工程５０３が時刻Ｔｋ（サンプリング時１Ａ）での
ヘッド１３及び１４の位置推定を行う。続いて工程５０
４が時刻Ｔｋになったかどうかを判断する。本制御は一
定時間間隔で連続的に制御する帰還制御方法を採用して
いる。そのため、所定の時間間隔となっているかどうか
を判断する。時刻Ｔｋが経過していると判断されれば、
工程５０５がサーボヘッド１３の現在位置を検出する。

目標位置へヘッドを位置決めさせる駆動電流を計算する
ためである。かかるサーボヘッド１３の位置情報はＭＰ
Ｕ２１に通知される。

工程５０５の結果から工程５０６、工程５０７及び工程
５０８により工程５０９が゛駆動電流を出力する。工程
５０６は制御電流を計算する。制御電流とは、振動によ
る影響を考慮せずに現在位置から目標位置までサーボヘ
ッド１３を移動させるために駆動コイルに流す電流であ
る。工程５０７は温度か変化した場合の筐体振動を推定
する。前述のように制御対象たるヘッド１３及び１４の
現在位置と、制御対象モデルによる推定位置とを比較・
差分して筐体の加速度を求め、次の推定位置を求めるた
めに測定された現在位置によって制御対象モデルによる
推定位置を修正する。そして工程５０８が振動による影
響を打ち消すような補正電流を計算する。

これに対して、工程５０７は補正電流を計算する。

補正電流は工程５０２の制御定数と密接に関係する。

工程５０９が制御電流値及び補正電流値とより駆動電流
を出力する。駆動電流とは、ヘッド１３及び１４を回動
させるアクチュエータ１５の駆動コイルに流す電流であ
る。これにより、温度に依存する振動が筐体に加わって
も、ＭＰＵ２１はヘッド１３及び１４の高精度の位置決
めか可能と−なる。

なお、本制御は帰還制御なので、工程５０８かカウント
する。

ヘッド１３及び１４の位置決めか終了すると、リード・
ライト回路２３によりディスク１１に記録又は再生処理
が施される。ライト・モードの場合は、上位装置からイ
ンターフェイス２６を介してコントローラ２５に加えら
れたデータがリード・ライト回路２３よりデータヘッド
ｌ　４’に加えられて、ディスク１１の所定トラックに
記録される。

また、リードモードの場合は、データヘッド１４により
読出されたデータがリード・ライト回路２３よりコント
ローラ２５、インターフェイス２６を介して上位装置に
転送される。

前述の実施例は、主として磁気ディスク装置について説
明しているが、光デイスク装置等の他のディスク装置に
対しても適用することができる。

また、プリンタ装置のヘッドの位置決め、半導体集積回
路等の製造装置におけるＸＹステージの位置決め、数値
制御（ＮＣ）工作機械の工具等の位置決め、ロボットの
アーム等の位置決め等の各種の高精度の位置決め制御に
対して適用できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、温度に依存する
振動が系に加わっても、制御部４は、被制御部１を外部
振動の影響を受けないように高精度に位置決め制御でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理図、 第２図は本発明による位置決め制御装置の系統図、 第３図はディスク装置の制御系統図、 第４図は本発明の制御対象モデルの例を示す図、第５図
は本発明の制御定数修正方法による位置決め制御のフロ
ーチャートである。 図において、 １は被制御部、 ２は駆動部、 ３は位置検出部、 ４は制御部、 ５は第１の補正手段、 ６は第２の補正手段、 ７は第３の補正手段、 ８はモデル、 ｌはディスク、 ２はスピンドルモータ、 ３はサーボヘッド、 ４はデータヘッド、 ５はアクチュエータ、 ６１７は増幅器、 ８はサーボ復調器、 ９はＡ／Ｄ変換器、 ０より／Ａ変換器、 ｌはＭＰＵ。 ２はサーボ系の制御回路、 ｌはリード・ライト制机回路、 ４はスピンドルモータの回転数制御回路、５はコントロ
ーラ、 ６はインターフェイス ７はディスク装置、 ８は温度センサ、 ９は温度測定回路 ３１は制御信号発生器、 ３２は制御対象、 ３３は制御対象モデル、 ３４は特性補正器、 を示す。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）被制御部（１）と、該被制御部（１）を移動させ
   て、位置決めを行う駆動部（２）と、前記被制御部（１
   ）の位置を測定する位置測定部（３）と、前記駆動部（
   ２）を制御する制御部（４）を有し、 少なくとも前記被制御部（１）及び前記駆動部（２）を
   含む系の振動をモデル化し、該モデル（８）により前記
   被制御部（１）の位置を推定し、前記制御部（４）の制
   御を補正する第１の補正手段（５）と、 前記系の温度が変化した場合に前記モデル（８）を修正
   する第２の補正手段（６）と、 該第２の補正手段（６）により修正された前記モデル（
   ８）により前記第１の補正手段（５）が推定した前記被
   制御部（１）の推定位置と前記位置測定部（３）が測定
   した前記被制御部（１）の位置との差を用いて前記モデ
   ル（８）を逐次修正する第３の補正手段（７）とよりな
   ることを特徴とする位置決め制御装置。
2. （２）少なくともディスク（１１）及びヘッド（１３、
   １４）が筐体内に収納され、該筐体が防振部材を介して
   支持されるディスク装置の前記ヘッド（１３、１４）の
   移動を制御する制御手段（２１）と、前記ヘッド（１３
   、１４）が温度依存性の前記防振部材に基づく外部振動
   を受ける場合、前記防振部材の温度が温度Ｔ＿１の時の
   、外部振動による該ヘッド（１３、１４）の振動特性を
   前記ディスク装置と同一でモデル化した装置より推定し
   、推定された該ヘッド（１３、１４）の振動特性により
   前記制御手段（２１）の制御を補正する第１の補正手段
   （２１）と、 前記温度Ｔ＿１が別の温度Ｔ＿２に変化した場合に前記
   温度Ｔ＿１の場合の外部振動によるモデルを温度Ｔ＿２
   の場合の外部振動によるモデルに修正して第１の補正手
   段の補正を修正する第２の補正手段（２１）と、 前記第１の補正手段（２１）及び前記第２の補正手段（
   ２１）より推定された前記ヘッド（１３、１４）の推定
   位置と、前記ヘッド（１３、１４）の実際の位置とを比
   較・差分して、その差分値が零になるように前記モデル
   を更に修正する第３の補正手段（２１）と、 第３の補正手段により修正されたモデルを用いて前記制
   御手段（２１）の制御を帰還的に補正し、前記ディスク
   上の目標位置に前記ヘッド（１３、１４）を位置決めす
   ることを特徴とする位置決め制御装置。
3. （３）前記制御手段及び、前記モデルをプログラム化し
   た前記第１の補正手段を処理コンピュータ（２１）に設
   けたことを特徴とする請求項２記載の位置決め制御装置
   。
4. （４）前記制御手段及び前記第２の補正手段を処理コン
   ピュータ（２１）に設けたことを特徴とする請求項２又
   は３記載の位置決め装置。
5. （５）前記第２の補正手段は、前記防振部材の温度を測
   定する温度測定手段（２８、２９）より温度通知される
   ことを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項記
   載の位置決め制御装置。
6. （６）前記温度測定手段（２８、２９）を、前記防振部
   材の温度変化を検出する温度センサ（２８）及び該温度
   センサ（２８）が検出した検出値より前記防振部材の温
   度を算出する計算手段（２９）より構成し、該計算手段
   （２９）を前記ディスク装置の外部に設けたことを特徴
   とする請求項５記載の位置決め制御装置。
7. （７）前記温度測定手段（２８、２９）を、前記ディス
   ク装置を使用する外部装置に設けたことを特徴とする請
   求項５記載の位置決め制御装置。