JPH0438504A - 位置決め制御装置および位置決め制御方法 - 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］ この発明は位置決め制１ｉＩＩＩ装置、特に高速高精度
な位置決め制御装置に間するものである。

［従来の技術］ 第９図は、例えば特開昭６２−１２５４１１号公報に示
された、磁気ディスク装置における、任意の離れた位置
にヘッドを位置決めする従来の位置決め制御装置にたい
して、第１０図に示す台形波状人力信号による速度制御
と、目標位置近傍で位置制御に切換えて位置決めを行な
う制御方式のブロック図を示したものである。この制御
方式においては、台形波状人力信号のこの波形の、上底
（Ｔ　ｃ　ｏ　ｎ）と下底（Ｔａｃｃ）との比を０．１
〜０．３として選定することにより、位置決め精度を劣
化させる原因となる、位置決め機構の機械共振周波数近
傍の駆動力成分を抑圧して、位置決め精度を高めようと
試みたものである。

即ち、第９図において、　（３ｏ）は位置信号再生回路
、　（３１）は速度検出回路、　（３２）は、減速基準
速度プロフィール発生回路、　（３３）は、台形駆動信
号発生回路、　（３４）は位置追従制御回路、　（３５
）は速度追従制御回路、　（３６）は駆動信号切換回路
、　（３７）は、速度追従制御と、位置追従制御を切換
えるスイッチ、　（３日）は駆動増幅器を表している。

また、第１０図は、実際に位置決め制御を行なうときの
駆動信号を表している。

次に、動作について説明する。

この制御系は、高速高精度のヘッド位置決めを実現する
ため、まず位置決め距離に応じて第１０図に示す台形波
状の加速、減速駆動信号（期間■）により、フィードフ
ォワード速度制御を行なう。

次に、減速駆動の終了前（期間■）にヘッドの速度を減
速基準速度プロフィール（第１０図の■＝ｆ　（ｘ）、
即ち、−点鎖線及び期間■の実線部）に追従させる速度
追従制御を行なう。さらに、ヘッドが目標位置近傍に到
達すると、ヘッドを目標位置に追従させる位置追従制御
（期間Ｉ）を行なう。

この動作を実現するため、台形駆動信号発生回路（３３
）と、ヘッドを減速基準速度プロフィールに追従させる
駆動信号を発生する速度追従制御回路（３５）とを同時
に動作させておき、台形駆動信号発生回路（３３）の出
力が、速度追従制御回路（３５）の出力より大の条件が
成立したとき、駆動信号切換回路（３６）により速度追
従制御回路（３５）ｔこよる速度追従制御に切換える。

また、位置追従制御回路（３４）は、フィードバック速
度制御によりヘッドが目標位置近傍に到達すると（例え
ば位置検出器によりヘッドの位置を検出）、図上省略し
た別途の検出制御によりスイッチ（３７）が動作するた
め、速度追従制御回路（３５）に代わって動作し、目標
位置へヘッドを追従させる駆動信号を発生する。さらに
、この制御方式においては、台形波状入力信号のこの波
形の上底と下底との比を０．　１〜０．　３として選定
することにより、位置決め精度を劣化させる原因となる
位置決め機構の機械共振周波数近傍の駆動力成分を抑圧
して、位置決め精度を高めようしている。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の位置決め副側装置は以上のように構成され、高速
高精度な位置決め制御を達成するため、まず、位置決め
機構の機械共振近傍の周波数成分を抑えた台形波状の駆
動信号によるフィードフォワード速度制御を行ない、次
に、減速基準速度プロフィールに追従させる速度追従制
御を行ない、さらに、目標位置近傍では位置追従制御を
行なっている。このような制傅装置では、以下の三つの
問題点がある。

（１）従来の装置は基本的に三つの制御を切換えている
ため、各制御の切換え時に、速度や位置の不連続性によ
り過渡応答が生じ、位置決め時間が長くなる。

（２）制御系の切換え点を過渡応答のシミュレーション
により試行錯誤的に決定しているため、設計が容易でな
い。

（３）三つの制御系を切換えるため、制御装置が複雑と
なり、回路が高価である。

この発明は、かかる問題点を解決するためになされたも
のであり、簡易な制御回路により、位置決め機構の機械
共振に起因する位置決めの残留振動を抑圧する、高速高
精度な位置決め制御装置を得ることを目的とする。

［！！題を解決するための手段］ この発明に係わる位置決め制御装置は、制御系を制御対
象、検出器、及び補償器からなるフィードバック補償部
分と、上記フィードバック補償部分の逆特性を持った第
１フィルタ手段、及び上記制御対象の動特性を持った第
２フィルタ手段からなるフィードフォワード補償部分と
で構成し、上記制御系への指令信号を、上記制御対象へ
の希望の駆動信号波形とするとともに、上記制御対象が
持っている機械共振のピーク周波数で、上記駆動信号波
形のスペクトル成分がほぼ極小となるような、上記指令
信号によって位置決めを実現するものである。

［作用］ この発明における位置決め制御装置では、位置決め機構
の機械共振のピーク周波数でスペクトル成分がほぼ極小
となる駆動信号により位置決めを行なうので、位置決め
機構の機械共振に起因する位置決めの残留振動が抑圧で
きる。これにより、従来に比べ非常に簡単な回路構成に
より、高速高精度な位置決め制御装置が実現できる。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。

第１図はこの発明の一実施例による位置決め制御Ｈ置を
示す構成図である。図において、　（１）は制御対象（
位置決め機構）であり、その伝達間数をＰ　（ｓ）とす
る。　（２）はフィードバック系を安定化させる補償器
で、その伝達間数はＣ（ｓ）、（５）は位置検出器であ
り、上記制御対象（１）と補償器（２）との結合を行う
。そして、これら制御対象（１）、補償器（２）、及び
位置検出器（５）はフィードバック補償部（１２）を構
成している。なお、Ｋは位置検出器（５）のゲインを表
す。また、　（９）は制御対象（１）に加える駆動信号
Ｕを表し、　（１０）は制御対象（１）の出力信号ｙ（
位置決め）を表す、　（８）はフィードバック補償部へ
の入力信号ｒを表す、　　（１１）は、フィードバック
補償部への入力信号ｒ（８）から、制御対象の出力信号
ｙ（位置信号）（１０）までの伝達間数Ｗ　（ｓ）を表
している。　（３）は、伝達間数（１１）の逆特性１／
Ｗ（Ｓ）を持つフィルタ、　（４）は制御対象（１）の
動特性を持ったフィルタであり、制御対象（１）の伝達
間数のモデルＰｍ（ｓ）を示す、そして、上記各フィル
タ（３）（４）により、フィードフォワード補償部（１
３）が構成される。なお、　（６）は希望の駆動信号ｕ
ｍ、　（７）は希望の駆動信号ｕｍ（６）を制御対象の
伝達間数のモデルＰｍ（ｓ）（４）に通して得られた、
希望の出力信号ｙｍ（希望の位置決め）を表している。

第１図の構成のように、フィードバック補償部の通勤特
性１／Ｗ（Ｓ）を利用することにより、希望の出力信号
ｙｍ（希望の位置決め）（７）から、制御対象の出力信
号、即ち位置信号ｙ（１０）への伝達特性が１となり、
位置信号ｙ（１０）は希望の出力信号ｙｍ（希望の位置
決め）に一致する。これより、希望の駆動信号ｕｍ（６
）と駆動信号Ｕは、制御対象（１）と制御対象のモデル
Ｐｍ　（ｓ）（４）が一致している場合、同じ値になる
。この位置決め制御装置に対し制御対象（１）（位置決
め機構）の機械共振に起因する位置決めの残留振動を抑
圧するために、位置決め機構の機械共振のピーク周波数
でスペクトル成分がほぼ極小となる駆動信号により位置
決めを行なう、ここで、実際の設計例をあげる。

制御対象として、モータと一体化された機械共振Ｇｍ（
ｓ）を有する移動部材を取り上げ、慣性質量を正規化し
１とし、位置検出器のゲインにも１とした場合を考える
と制御対象（１）の伝達間数は次式となる。

Ｐ　　（ｓ）＝　ｌ／ｓ２＊Ｃｍ　（ｓ）第２図に、こ
の制御系に使用する希望の駆動信号波形ｕｍを示す、第
３図は、駆動信号波形ｕｍの２階積分間数を示し、希望
の制御出方（位置決め）の時間波形を示している。この
波形ｕｍは、２次間数と１次間数で構成され、その２Ｎ
積分間数が滑らかな立ち上がり部（位置決め時間ＴＯ）
を持った時間間数になるように決めたものである。

ここで、制御対象の機械共振Ｃｍ（ｓ）のゲインが十分
小さいか、周波数が十分高いとき、このｕｍによって、
第３図に示したような軌道を持つ位置決めｙｍが行なえ
ることが明らかである。しかし、実際の制御対象では機
械共振Ｃｍ（ｓ）が存在するので、位置決めにおける残
留振動を発生させないためには、この機械共振を励振し
ないようにＵｍの形状を決める必要がある。

第４図に、操作量ｕｍのスペクトルと機械共振を含む位
置決め制御系の残留振動の関係を、計算機シミュレーシ
ョンで求めたものを示す。ここで実線は、ｕｍの形状パ
ラメータａ（第２図参照）を位置決め時間ＴＯの１／３
に選んだときの、駆動信号のパワースペクトルを示して
いる。０印は、その周波数に３０ｄ　Ｂのピークを持つ
機械共振が存在したと仮定して、このｕｍによって位置
決め制御したときに発生する残留振動の大きさを示した
ものである。残留振動の大きさは、位置決め残留誤差、
即ち位置決めの定常値に対する比で表示し、横軸は、１
７ＴＯで正規化した周波数で示している。この図より、
操作量ｕｍのスペクトルゲインの溝に対応する周波数（
ｆ　ｉ：ｉ＝１〜３）に、機械共振周波数が一致してい
る場合には、その共振は励振されにくく、このため残留
振動が小さいことが分かる。

したがって、機械共振を励振しないようにするためには
、第５図に示す形状パラメータａｌ　　（ａ　＋は、ａ
をＴＯ／３で正規化し９　ａ　’　＝ａ　／（ＴＯ／３
）　）とｆｌの関係を用いて、機械共振周波数が、ｆｉ
と一致するようにａ゛を決定すれば良い。

次に、以上で述べた設計により、その効果の実例を示す
。

制御対象（慣性定数：　　Ｉ　＝０．２４Ｊｍ２）の伝
達間数を第６図（ａ）（ｂ）に示す。第６図（ａ）はゲ
インを、第６図（ｂ）は位相を示す。この系に対して先
に示した制御系を構成（間ループの交差周波数３０Ｈｚ
）し、立ち上がり時間ＴＯ＝１０ｍｓ、１５０ｍｒａｄ
の位置決め（ティ１１）動作）を行なう。　この制御対
象の機械共振周波数は、第６図より２４０Ｈｚであり、
この共振による残留振動を抑制するためには、第５図よ
りａ’＝０．５　　（Ａ点）とするのが良いことが分か
る。

ときと、ａ’＝０．５のときの位置決め結果を示す。図
より、ａ’＝１．０のときには、位置信号ｙに残留振動
が見られるが、ａ’＝０．５のときには、残留振動力Ｓ
見られないことが分かる。

第８図は、第１図の構成図を、従来の回路ブロック図に
対応させて書き直したものである。図ζこおいて、　（
４０）は目標値信号発生回路であり、第８図（３４）（
４０）において、フィードフォワード補償部分、制御系
への指令信号の発生、及びフィードバック補償部分を、
例えばデジタル信号処理により実現するものである。第
８図に示す回路構成は、第９図にしめした従来のものに
比較して、より簡単な回路構成なっていることが分かる
。

以上より、簡単な構成により、制御対象の機械共振に起
因する位置決めの残留振動を抑圧する、高速高精度の位
置決め制御装置が実現できる。ここでは、実施例を理解
しやすくするため前述の設計例を示した。ここでのｔｌ
ｌＷＡは、制御対象とじてモータおよびモータと一体化
した移動部材を取り扱ったが、−船釣な議論として拡張
でき、発明の本質を変えていないことは言うまでもない
。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば制御系を制御対象、検
出器、及び補償器からなるフィードバック補償部分と、
上記フィードバック補償部分の逆特性を持った第１フィ
ルタ手段、及び上記制御対象の動特性を持った第２フィ
ルタ手段からなるフィードフォワード補償部分とて構成
し、上記制御系への指令信号を、上記制御対象への希望
の駆動信号波形とするとともに、上記制御対象が持って
いる機械共振のピーク周波数で、上記駆動信号波形のス
ペクトル成分がほぼ極小となるような、上記指令信号に
よって位置決めを実現するようにしたので、簡単な構成
により、制御対象の機械共振に起因する位置決めの残留
振動を抑圧する、高速高精度の位置決め制御装置が実現
できる効果かある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による位置決め制御装置を
示す構成図、第２図は制御系に使用する駆動信号の波形
を示す波形図、第３図は、希望の制御出力（位置決め）
の時間波形を示す波形図、第４図は駆動信号のスペクト
ル成分と位置決め残留振動による位置決め誤差の関係を
示す関係図、第５図は、駆動信号のスペクトルの溝用波
数と駆動波形の形状パラメータの関係を示す関係図、第
６図（ａ）（ｂ）は、各々この発明の一実施例に係わる
係わる位置決め制御装置による位置決め結果を示す特性
図、第８図はこの発明の一実施例による位置決め制ｔａ
ｉ＋装置を示す回路ブロック線図、第９図は従来の位置
決め制御装置を示すブロック線図、及び第１０図は従来
の位置決め制御装置における駆動信号を示す波形図であ
る。 図において、　（１）は制御対象、　（２）は補償器、
　（３）はフィルタ、　（４）はモデル、　（５）は位
置検出器、　（１２）はフィードバック補償部、（ｌ　
３） はフィードフォワード補償部である。 なお、 図中、 同一符号は同一または相当部分を 示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　制御対象、検出器、補償器、及びフィルタ手段からな
   る位置決め制御系において、上記制御系をフィードバッ
   ク補償部分とフィードフォワード補償部分とで構成し、
   上記フィードバック補償部分は制御対象、検出器、及び
   補償器からなり、上記フィードフォワード補償部分は、
   上記フィードバック補償部分の逆特性を持った第１フィ
   ルタ手段、及び上記制御対象の動特性を持った第２フィ
   ルタ手段からなり、また、上記制御系への指令信号を、
   上記制御対象への希望の駆動信号波形とするとともに、
   上記制御対象が持っている機械共振のピーク周波数で、
   上記駆動信号波形のスペクトル成分がほぼ極小となるよ
   うな、上記指令信号によって位置決めを実現する位置決
   め制御装置。