JPH05143165A - 位置決め制御方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ヘッド等の被制御体を位置決めする位置決め
制御方式に関し、被制御体を安定且つ高速に位置決めす
る。 【構成】 ヘッド等の被制御体１を指令位置に移動させ
るアクチュエータ等の駆動部２と、被制御体１の位置を
検出する位置検出部３と、駆動部２を制御するＤＳＰ等
からなる演算制御部４とを備え、この演算制御部４は、
軌道発生部５と追従制御部６とを有し、軌道発生部５
は、被制御体１の移動が完了する指令位置に於ける目標
加速度の微分値が零となる加速，減速パターンを示す代
数多項式による移動目標軌道を求め、追従制御部６は、
移動目標軌道に従って被制御体１を追従させるように駆
動部２を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁気ヘッド等の被制御
体を高速で位置決めする位置決め制御方式に関する。磁
気ディスク装置や光ディスク装置等に於いては、ディス
ク上の現在トラック（シリンダ）位置から目的トラック
（目的シリンダ）位置へ、アクチュエータを制御してヘ
ッドを移動し、指令された目的トラック位置にヘッドが
位置決めされることにより、データの書込み或いは読出
しが行われる。又プリンタやＸ，Ｙプロッタ等に於いて
も、印字するヘッドを現在位置から目的位置へ移動して
位置決めすることにより、目的位置に印字が行われる。
このような位置決め制御に於いては、アクチュエータ等
に振動を発生させることなく、高速位置決めを可能とす
ることが要望されている。

【０００２】

【従来の技術】磁気ディスク装置に於いては、目的トラ
ック位置が与えられると、ボイスコイルモータ等からな
るアクチュエータによりヘッドがディスク上の目的トラ
ック位置に移動され、目的トラックに対するデータの書
込み或いは読出しが行われる。その場合に、現在トラッ
ク位置から目的トラック位置までのトラック数に対応し
て、例えば、図１１に示すような目標速度カーブがテー
ブル等から与えられる。この目標速度カーブは、或る速
度から目的トラック位置にヘッドを停止させる為の減速
特性を示すものであり、ヘッドの実際の速度とこの目標
速度カーブとの差に対応してアクチュエータが制御され
る。従って、シーク開始時点では差が大きいので、駆動
能力いっぱいの出力でアクチュエータが駆動され、ヘッ
ドの実際の速度が目標速度カーブに一致すると、それ以
後は、目標速度カーブに従った減速制御が行われる。こ
のような制御は、アナログ演算により行われる構成が一
般的であり、シーク開始時点ではパワーアンプが飽和す
るような出力でアクチュエータを駆動することになり、
ヘッドの加速度の変化が大きいので、振動を発生する虞
れがあった。

【０００３】又ディジタル・シグナル・プロセッサ（Ｄ
ＳＰ）を用いてディジタル演算により位置決め制御を行
う方式も知られている。例えば、ヘッドを搭載した機構
部を低衝撃で加減速するような理論的に最適な移動軌道
をディジタル演算により求めて、その移動軌道に追従す
るように、フィードバック及びフィードフォワード制御
を行う制御方式を先に提案した（特願平２−２８１９７
号参照）。この制御方式は、図１２に示すように、時間
に関する低次の代数関数を用いて表される加速度ａ，速
度ｖ，位置ｘの移動軌道を目標軌道とし、それに追従す
るようにアクチュエータを制御するものである。なお、
横軸は正規化した時間ｔ_n を示し、縦軸は正規化した値
を示す。このような、質量を一定距離Ｌだけ移動させる
系の運動方程式は次式に示すものとなる。

【０００４】

【数１】

【０００５】但し、ｘ＝移動位置、ｖ＝移動速度、ａ＝
移動加速度、ｕ＝駆動量、Ｍ＝質量、Ｋｆ＝力定数、Ｔ
＝移動目標時間である。なお、Ｋｆは、磁気ディスク装
置に於いては、ボイスコイルモータのＢＬ〔Ｎ／Ａ〕と
称される力定数である。又（０）式のｔ＝０及びｔ＝Ｔ
の境界条件に於いては、（０ａ），（０ｂ）式に示すも
のとなる。

【０００６】目標軌道を設計する為には、（０）式を満
足するように、目標位置ｘ_obj 、目標速度ｖ_obj 、目標
加速度ａ_obj を設定することになる。前述の先に提案さ
れた発明に於ける最適軌道は、評価函数Ｊ＝∫（０〜
Ｔ）（ｄａ／ｄｔ）² ｄｔ（但し、∫（０〜Ｔ）は、ｔ
＝０からｔ＝Ｔまでの積分を示す）を最小化するもので
あり、その軌道を表す函数は次式で示される。 ｘ_obj ／Ｌ＝ｔ_n ³ （１０−１５ｔ_n ＋６ｔ_n ² ） …（１） ｖ_obj ／（Ｌ／Ｔ）＝３０ｔ_n ² （１−ｔ_n ² ） …（２） ａ_obj ／（Ｌ／Ｔ² ）＝１２０ｔ_n （１−ｔ_n )(０．５−ｔ_n ） …（３） 但し、ｔは経過時間、Ｔは移動目標時間、Ｌは移動距
離、ｔ_n ＝ｔ／Ｔ＝正規化時間を示す。前述の図１２
は、（１）〜（３）式による目標位置，目標速度，目標
加速度を、それぞれ正規化して曲線ｘ０，ｖ０，ａ０に
より示すものであり、横軸はｔ_n ＝ｔ／Ｔとした正規化
時間を示す。

【０００７】

【発明が解決しようとする問題点】前述の評価函数Ｊを
最小化する為の（１）〜（３）式で示される移動軌道
は、移動している時間内に於ける加減速変化を最小化す
るものであるから、安定な移動を行うことができる。し
かし、移動終了後のセトリングについては考慮されてい
ない。即ち、移動中の目標加速度が（３）式で与えら
れ、移動後は目標速度及び目標加速度が零となるから、
ｔ＝Ｔに於ける（ｄａ_obj ／ｄｔ）は無限大となり、ｔ
＝Ｔに於いて目標加速度の変化は連続でなくなる。そこ
で、この評価関数Ｊの積分範囲を０〜Ｔではなく、移動
後のセトリング時間を含むように拡張すると、（１）〜
（３）式による軌道は最適でなくなる。ディスク装置の
ように、移動後のセトリング時間がアクセス性能に大き
な影響を与える場合、ｔ＝Ｔに於ける（ｄａ_obj ／ｄ
ｔ）が連続であることが必要となる。

【０００８】又前述の（１）〜（３）式による目標軌道
に追従するように、実位置，実速度，実加速度を制御し
た場合、目標軌道に対して実測値は常に遅れながら追従
するのが一般的である。又外乱及び制御パラメータの変
動等により、目標軌道近傍で実軌道が揺らぐ場合があ
る。例えば、ディスク装置に於ける力定数（ボイスコイ
ルモータに供給する電流によって発生する力と電流との
比例定数）が、製品のばらつき等により設計値より大き
い場合、目標位置軌道よりも実位置軌道が先行して、速
度が零となる前に目標位置に到達する場合が生じる。例
えば、図１３に於ける実線の目標位置ｘ_obj ，目標速度
ｖ_obj ，目標加速度ａ_obj に対して、実位置ｘ_r ，実速
度ｖ_r ，実加速度ａ_r は、それぞれ点線で示すものとな
り、実位置ｘ_r が零となった時点（Ｔ−ε）では、目標
速度ｖ_obj 及び目標加速度ａ_obj は零でない為、それを
零とする為のフィードバック制御が行われ、その場合の
実速度ｖ_r ，実加速度ａ_r の変化が大きくなるから、実
位置ｘ_r ，実速度ｖ_r ，実加速度ａ_r はそれぞれ点線で
示すように減衰振動的に変化することになり、目標位置
ｘ_obj に位置決めする為の整定時間が長くなる欠点があ
る。

【０００９】又前述の（１）〜（３）式による軌道を用
いた位置決め制御方式に於いては、多量のフィードフォ
ワードを使用する構成となり、ヘッドやアクチュエータ
等の被制御体のパラメータが変動した時に、目標軌道と
実軌道との差が大きくなって、図１３に示すような現象
が多発する欠点がある。即ち、ロバスト性が悪く、多量
生産に於いて問題となる。本発明は、ヘッド等の被制御
体の位置決めを安定且つ高速に行わせることを目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の位置決め制御方
式は、図１を参照して説明すると、被制御体１を移動さ
せて指令位置に位置決めする駆動部２と、被制御体１の
位置を検出する位置検出部３と、この位置検出部３によ
る被制御体１の検出位置と指令位置とを基に駆動部２を
制御する演算制御部４とを備え、この演算制御部４は、
被制御体１の現在位置と指令位置との間の全移動距離を
基に移動目標軌道を算出する軌道発生部５と、この軌道
発生部５からの移動目標軌道と位置検出部３による検出
位置とを基に移動目標軌道に追従するように駆動部２を
制御する追従制御部６とを有し、軌道発生部５は、被制
御体１の移動が完了する指令位置に於ける目標加速度の
微分値が零となる加速，減速パターンを示す代数多項式
による移動目標軌道を求め、その移動目標軌道に従っ
て、追従制御部６は被制御体１を追従制御して位置決め
するものである。

【００１１】又移動目標軌道を、移動目標時間をＴ、初
期値を０とした移動中の時刻をｔ、定数をＶ₀ として、
Ｖ₀ （ｔ／Ｔ）^k 〔（１−（ｔ／Ｔ）^j 〕の多項式で表
し、冪乗数ｊを３以上とし、冪乗数ｋを２以上に設定す
るものである。

【００１２】又位置検出部３により被制御体１の位置を
検出し、各サンプル毎の検出位置情報と、被制御体１を
移動させる駆動部２の駆動量とから、被制御体１の推定
速度を求め、この推定速度と移動目標軌道による目標速
度との差が零となるように、追従制御部６により駆動部
２を制御するものである。

【００１３】又被制御体１の現在位置と指令位置との間
の移動時間を、移動距離の２〜３乗根に比例して設定す
るものである。

【００１４】又位置検出部３により被制御体１の位置を
検出し、各サンプル毎の検出位置情報と、被制御体１を
移動させる駆動部２の駆動量とから、被制御体１の推定
速度を求め、この推定速度に対応した速度帰還ゲインを
設定するものである。

【００１５】又位置検出部３による検出位置情報から正
規化時間を算出し、この正規化時間に応答遅れを加算し
て応答遅れを補償するものである。

【００１６】又被制御体１の移動距離が所定値以上の時
に、移動目標軌道による加速期間と減速期間との間に、
定速期間を設けるものてある。

【００１７】

【作用】駆動部２は、ボイスコイルモータ等により構成
され、ヘッド等の被制御体１を移動させて、指令位置に
位置決めするものである。又演算制御部４は、軌道発生
部５と追従制御部６とからなり、軌道発生部５は、指令
位置と位置検出部３による被制御体１の現在位置との間
の全移動距離を基に移動目標軌道を算出する。この移動
目標軌道は、被制御体１の移動が完了する指令位置に於
いて目標加速度の微分値が零となるような代数多項式に
より表されるものである。又追従制御部６は、この移動
目標軌道に制御体１を追従するように制御して、指令位
置に被制御体１を位置決めするものである。

【００１８】演算制御部４の軌道発生部５により移動目
標軌道を求めるもので、被制御体１の現在位置から指令
位置まで移動させる移動目標時間をＴ、移動中の時刻を
ｔ、定数をＶ₀ として、Ｖ₀ （ｔ／Ｔ）^k 〔１−（ｔ／
Ｔ）〕^j の多項式で移動目標軌道を表し、その冪乗数ｊ
を３以上とすることにより、指令位置に被制御体１を移
動させた時の目標加速度の微分値が零となる。又ｋ＝ｊ
とすると、目標加速度の加速期間と減速期間とのパター
ンが相似形となる。

【００１９】又追従制御部６は、位置検出部３による位
置検出情報の各サンプル毎の値と、駆動部２の駆動量と
から、被制御体１の推定速度を求めて、推定速度と移動
目標軌道による目標速度との差が零となるように、駆動
部２の駆動量を制御し、被制御体１を目標速度に追従さ
せるものである。

【００２０】又軌道発生部５は、被制御体１の現在位置
と指令位置との間の移動目標時間Ｔを、移動距離に対応
して大きくするものであるが、移動目標時間Ｔと移動距
離とを１：１に対応させるものでなく、移動目標時間Ｔ
を移動距離の２〜３乗に比例させて設定するものであ
る。

【００２１】又位置検出部３は、被制御体１の位置を検
出し、ディジタル演算の為のサンプル毎の検出位置情報
と、被制御体１を移動させる為の駆動部２の駆動量とか
ら、被制御体１の移動速度を推定する。この推定速度に
対応した速度帰還ゲインを設定するものである。

【００２２】又駆動部２により被制御体１の移動が行わ
れるものであるが、各部の遅延に従って移動目標軌道に
対して遅れが生じるものである。そこで、この応答遅れ
時間を正規化時間に加算して、応答遅れを補償すること
ができる。

【００２３】又被制御体１の移動距離が大きい場合に、
限界速度の上限を超えるような場合が生じるから、加速
期間と減速期間との間に定速期間を設けて、目標速度が
上限値となった時に定速期間に移行させることができ
る。

【００２４】

【実施例】図２は本発明の実施例のブロック図であり、
磁気ディスク装置に適用した場合を示す。同図に於い
て、１１は磁気ディスク装置、１２は磁気ディスク、１
３はスピンドルモータ、１４はヘッド、１５はヘッドア
ーム、１６はボイスコイルモータ等からなるアクチュエ
ータ、１７はサーボ信号復号器、１８はシリンダ計数
器、１９はＡＤ変換器（ＡＤＣ）、２０は増幅器（ＡＭ
Ｐ）、２１はＤＡ変換器（ＤＡＣ）、２２は演算制御
部、２３はディジタル・シグナル・プロセッサ（ＤＳ
Ｐ）、２４はメモリ（ＭＥＭ）、２５は上位装置との間
でデータの送受信を行う為の送受信レジスタ（ＳＲ）、
２６はバスであり、ヘッド１４によるデータのリード及
びライトの制御構成については図示を省略している。

【００２５】磁気ディスク装置１１は、スピンドルモー
タ１３により一定回転数で回転される磁気ディスク１２
と、ヘッド１４が先端に支持されたヘッドアーム１５を
移動して、ヘッド１４を磁気ディスク１２の指令トラッ
ク位置に位置決めするように制御されるアクチュエータ
１６とを備えており、公知の各種の構成を用いることが
できる。このヘッド１４が図１に於ける被制御体１に対
応し、アクチュエータ１６が図１の駆動部２に対応す
る。

【００２６】又サーボ信号復号器１７は、ヘッド１４に
より磁気ディスク１２から読み取ったサーボ信号を復号
するものであり、シリンダ計数器１８は、復号サーボ信
号の零クロス点等を計数してシリンダ数（トラック数）
とし、このシリンダ数（トラック数）により基準点から
のヘッド１４の現在位置を示すものである。従って、ヘ
ッド１４の移動距離（シーク距離）は、現在トラック位
置と、指令トラック位置との差のトラック数に対応した
ものとなる。又ＡＤ変換器１９は、復号２相サーボ信号
をディジタル信号に変換するものである。シリンダ計数
器１８とＡＤ変換器１９の組合せにより基準点からのヘ
ッド１４の現在位置が検出され、これらが図１の位置検
出部３に対応する。ＤＡ変換器２１は、バス２６を介し
たディジタル・シグナル・プロセッサ２３からの駆動制
御信号をアナログ信号に変換し、増幅器２０により増幅
してアクチュエータ１６を駆動するものである。

【００２７】演算制御部２２は、ディジタル・シグナル
・プロセッサ２３とメモリ２４と送受信レジスタ２５と
を含むものであり、上位装置からのアドレス信号等を基
に、ディジタル・シグナル・プロセッサ２３は、ヘッド
１４の現在位置から指令位置までの移動距離を求め、そ
の移動距離に対応した移動目標軌道を求めて、ヘッド１
４がこの移動目標軌道に追従するように、アクチュエー
タ１６を制御する演算を行うものである。即ち、演算制
御部２２のディジタル・シグナル・プロセッサ２３が図
１の演算制御部４に対応することになり、図１の軌道発
生部６や追従制御部７は、ディジタル・シグナル・プロ
セッサ２３の演算制御機能によって実現される。

【００２８】本発明は、（ａ）．ｔ＝Ｔに於いて、即
ち、被制御体１としてのヘッド１４の移動完了時点の目
標加速度の微分値ｄａ_obj ／ｄｔが連続であること、
（ｂ）．ｔ＝Ｔ−ε（ε＝制御誤差時間）に於いて、目
標加速度の微分値ｄａ_obj ／ｄｔがなるべく小さいこ
と、（ｃ）．軌道の算出を高速でディジタル演算できる
ように、なるべく簡単な函数で目標軌道が表されること
を前提としたものであり、前述の（ａ）〜（ｃ）の条件
を満足する速度軌道は次式で表される。ｖ_obj ／（Ｌ／
Ｔ）＝Ｖ₀ ｔ_n ^k （１−ｔ_n ）^j …（４）こ
こで、Ｖ₀ は定数、ｋは２以上の整数、ｊは３以上の整
数である。

【００２９】前述の（４）式は、ｔ_n ＝１、即ち、ｔ＝
Ｔに於いて３重根以上となるので、ｄａ_obj ／ｄｔ＝
（ｄ／ｄｔ）² ・ｖ_obj は、ｔ＝Ｔに於いて零となるこ
とが判る。なお、（４）式に於ける定数Ｖ₀ は、境界条
件のＬ＝ｘ_obj （Ｔ）＝∫（０〜Ｔ）ｖ_obj （ｔ）ｄｔ
（但し、∫（０〜Ｔ）は、ｔ＝０からｔ＝Ｔまでの積分
を示す）及びｘ_obj （０）＝０から決定され、Ｖ₀ ＝
（ｋ＋ｊ＋１）！／（ｋ！・ｊ！）である。但し、！は
階乗記号である。

【００３０】例えば、前述の（４）式に於ける冪乗数
ｋ，ｊについて、ｋ＝２，ｊ＝３とすると、 ｘ_obj ／Ｌ＝ｔ_n ³ （２０−４５ｔ_n ＋３６ｔ_n ² −１０ｔ_n ³ ） …（５） ｖ_obj ／（Ｌ／Ｔ）＝６０ｔ_n ² （１−ｔ_n ）³ …（６） ａ_obj ／（Ｌ／Ｔ² ）＝３００ｔ_n （１−ｔ_n ）² （０．４−ｔ_n ）…（７） となる。又ｋ＝３，ｊ＝３とすると、 ｘ_obj ／Ｌ＝ｔ_n ⁴ （３５−８４ｔ_n ＋７０ｔ_n ² −２０ｔ_n ³ ） …（８） ｖ_obj ／（Ｌ／Ｔ）＝１４０ｔ_n ³ （１−ｔ_n ）³ …（９） ａ_obj ／（Ｌ／Ｔ² ）＝８４０ｔ_n ² （１−ｔ_n ）² （０．５−ｔ_n ） …（１０） となる。

【００３１】図３は本発明の実施例の目標軌道の説明図
であり、横軸を正規化時間ｔ_n ＝ｔ／Ｔとし、縦軸を正
規化位置，正規化速度，正規化加速度として、前述の
（５）〜（７）式による目標位置ｘ_obj ，目標速度ｖ
_obj ，目標加速度ａ_obj を、曲線ｘ１，ｖ１，ａ１で示
す。この目標加速度ａ_obj は、正規化時間ｔ_n ＝ｔ／Ｔ
＝０．４に於いて零となり、それ以前が加速モード、そ
れ以後が減速モードの期間となる。又正規化時間ｔ_n ＝
ｔ／Ｔ＝１の近くでは零に近い値となり、正規化時間ｔ
_n ＝ｔ／Ｔ＝１に於いては、目標加速度ａの微分値は零
となる。

【００３２】図４は本発明の実施例の目標軌道の説明図
であり、前述の（８）〜（１０）式による場合の目標位
置ｘ_obj ，目標速度ｖ_obj ，目標加速度ａ_obj を、図３
の場合と同様にして曲線ｘ２，ｖ２，ａ２で示す。この
場合の目標加速度ａ_obj は、正規化時間ｔ_n ＝ｔ／Ｔ＝
０．５に於いて零となり、加速モードと減速モードとは
対称性を有するものとなる。又ｋ＝２，ｊ＝３の場合に
比較して、ｋ＝３，ｊ＝３とした場合は、加速時の目標
加速度が小さくなり、従って、与えられた電源電圧の下
では加速電流を小さくすることができる利点がある。

【００３３】図５は本発明の実施例の演算制御部の機能
ブロック図であり、Ｌはヘッド１４の移動距離、Ｌｍは
定速制御を必要としない最大移動距離、即ち、Ｌｍ以上
の距離を移動する場合は、定速モードが加減速期間の間
に挿入される。３１は軌道発生部、３２は追従制御部、
３３は駆動時間計算部、３４は軌道追従利得計算部、３
５は駆動状態分類部、３６は正規化計算部、３７は目標
軌道計算部、３８は状態推定器、３９は状態制御器、４
０は駆動回路、４１はアクチュエータ、４２は検出器で
ある。このアクチュエータ４１は図２のアクチュエータ
１６に対応し、検出器４２はアクチュエータ４１による
ヘッドアーム（図２の１５参照）の位置、即ち、ヘッド
の現在位置を検出するものである。又各部の機能は、デ
ィジタル・シグナル・プロセッサの演算制御機能により
実現することができる。

【００３４】図６及び図７は本発明の実施例の演算制御
部のフローチャートであり、図５を参照して各部の動作
をステップ（ａ）〜（ｑ）により説明する。軌道発生部
３１に、現在位置と指令位置との差の移動距離Ｌと、予
め定めた定速モード開始距離Ｌｍと、検出器４２による
検出位置とが入力される。ステップ（ａ）：駆動時間計
算部３３は、移動距離Ｌと定速モード開始距離Ｌｍとを
基に、加減速距離Ｌｄｒｖと、移動目標時間Ｔと、正規
化サンプリング時間Ｔｕと、制御遅れを補償する進み補
償時間Ｔｌｅａｄとを算出する。 Ｌｄｒｖ＝ｍｉｎ（Ｌ，Ｌｍ） … （１１） Ｔ＝Ｔｍ（Ｌ／Ｌｍ）ⁱ … （１２） Ｔｕ＝Ｔｓ／Ｔ … （１３） Ｔｌｅａｄ＝ｃｏｎｓｔ． … （１４）

【００３５】前述の（１１）式の加減速距離Ｌｄｒｖ
は、移動距離Ｌと定速モード開始距離Ｌｍとの何れか小
さい方を選択することを示し、又（１２）式の移動目標
時間Ｔは、Ｌ／Ｌｍのｉ乗に比例した値とすることを示
し、冪乗数ｉは１／２〜１／３の値とすることができる
もので、例えば、１／２．８とすることができる。又
（１３）式の正規化サンプリング時間Ｔｕは、サンプリ
ング周期Ｔｓと移動目標時間Ｔとの比で表される。又
（１４）式の進み補償時間Ｔｌｅａｄは、各部の制御遅
延時間を補償して、目標軌道に対する誤差分を小さくす
る為のもので、一定値（ｃｏｎｓｔ．）とした場合を示
し、例えば、Ｔｌｅａｄ＝２Ｔｕとすることができる。
又必要に応じて可変することも可能である。サンプリン
グカウンタＮは初期化し、値を零にする。

【００３６】ステップ（ｂ）：軌道追従利得計算部３４
は、正規化サンプリング時間Ｔｕと加減速距離Ｌｄｒｖ
が入力されて、フィードフォワード利得Ｇｆｆと、最高
軌道速度Ｖｍａｘとを次のようにして求める。 Ｇｆｆ＝８４０（Ｌｄｒｖ／Ｔ² ） …（１５） Ｖｍａｘ＝１４０（Ｌｄｒｖ／Ｔ） …（１６）

【００３７】ステップ（ｃ）：駆動状態分類部３５は、
加減速距離Ｌｄｒｖと移動距離Ｌと検出器４２からの検
出位置Ｘｎとが入力され、図６のフローチャートのステ
ップ（ｃ）による処理を行うものである。各サンプリン
グ周期毎に得られる検出位置Ｘｎを基に（ｄ）〜（ｑ）
の計算を繰り返す。先ず、Ｌ≦Ｌｍについて判定し
（ｄ）、Ｌ≦Ｌｍの場合、即ち、移動距離Ｌが定速モー
ド開始距離Ｌｍより短い為に定速モードを含まない場合
は、Ｘｎ＜（Ｌｄｒｖ／２）か否かを判定し（ｇ）、Ｘ
ｎ＜（Ｌｄｒｖ／２）の場合、即ち、検出位置Ｘｎが加
減速距離Ｌｄｒｖの半分以下の時は、加速状態ｓｔａｔ
ｅ＝１と判定する（ｉ）。この場合の目標加速度は、図
４に示すように、正規化時間ｔ_n の１／２に於いて零と
なる場合を示し、従って、検出位置Ｘｎが加減速距離Ｌ
ｄｒｖの１／２を超えたか否かを判定するものである。

【００３８】又ステップ（ｇ）に於いて、Ｘｎ＜（Ｌｄ
ｒｖ／２）でない場合は、減速状態ｓｔａｔｅ＝−１と
判定する（ｊ）。又ステップ（ｄ）に於いて、Ｌ≦Ｌｍ
でない場合、即ち、移動距離Ｌが定速モード開始距離Ｌ
ｍより大きく、加速モードと減速モードとの中間に定速
モードを含ませる場合、Ｘｎ＜（Ｌｄｒｖ／２）か否か
を判定し（ｅ）、Ｘｎ＜（Ｌｄｒｖ／２）の場合は、加
速状態ｓｔａｔｅ＝１と判定する（ｉ）。又ステップ
（ｅ）に於いて、Ｘｎ＜（Ｌｄｒｖ／２）でない場合
は、（Ｌ−Ｘｎ）＜（Ｌｄｒｖ／２）か否かを判定し
（ｆ）、（Ｌ−Ｘｎ）＜（Ｌｄｒｖ／２）の場合は、減
速状態ｓｔａｔｅ＝−１とし（ｊ）、（Ｌ−Ｘｎ）＜
（Ｌｄｒｖ／２）でない場合は、定速状態ｓｔａｔｅ＝
０と判定する（ｈ）。又残り移動距離はＬ−Ｘｎにより
与えられる。

【００３９】ステップ（ｋ）：正規化計算部３６は、図
７のステップ（ｋ）により正規化時間Ｔｎを求める処理
を行うもので、正規化サンプリング時間Ｔｕと制御状態
ｓｔａｔｅと残り移動距離（Ｌ−Ｘｎ）と駆動時間計算
部３３からの進み補償時間Ｔｌｅａｄとが入力されて、
加速状態ｓｔａｔｅ＝１の時は、Ｔｎ＝Ｎ・Ｔｕ＋Ｔｌ
ｅａｄとする（ｍ）。この場合のＮは、軌道計算開始か
らＮ回目のサンプリングであることを示す。又定速状態
ｓｔｓｔｅ＝０の時は、Ｔｎ＝０．５とし（ｌ）、減速
状態ｓｔａｔｅ＝−１の時は、Ｔｎ＝ＮＴａｂｌｅ〔Ｌ
−Ｘｎ〕＋Ｔｌｅａｄとする。なお、ＮＴａｂｌｅ〔Ｌ
−Ｘｎ〕は、正規化目標位置ｙについて、ｙ＝ｘ⁴ （３
５−８４ｘ＋７０ｘ² −２０ｘ³ ）の式（（８）式と同
じ）をｘについて解いた値のテーブルであり、このテー
ブルにより実測位置から正規化時間を求めることができ
る。例えば、ｙ＝０．５〜１．０に対するｘの値を格納
しておくことができる。

【００４０】ステップ（ｏ）：目標軌道計算部３７は、
図７のステップ（ｏ）による処理を行うものであり、軌
道追従利得計算部３４からのフィードフォワード利得Ｇ
ｆｆと最高軌道速度Ｖｍａｘと正規化計算部３６からの
正規化時間Ｔｎとが入力されて、 ＴｒｊＵｎ＝Ｇｆｆ・Ｔｎ² （１−Ｔｎ² ）（０．５−Ｔｎ） …（１７） ＴｒｊＶｎ＝Ｖｍａｘ・Ｔｎ³ （１−Ｔｎ³ ） …（１８） により、フィードフォワード電流ＴｒｊＵｎと目標速度
ＴｒｊＶｎとを算出して、追従制御部３２の状態制御器
３９に入力する。

【００４１】ステップ（ｐ）：追従制御部３２の状態推
定器３８は、図７のステップ（ｐ）による処理を行うも
のであり、検出器４２からの検出位置Ｘｎと状態制御器
３９からの駆動電流Ｕｎとが入力されて、 ＥｓｔＸｎ＝（１−Ｌ₁ ）ＥｓｔＸｎ-1＋ＥｓｔＶｎ-1＋ＧｍＵｎ-1 ＋Ｌ₁ ・Ｘｎ …（１９） ＥｓｔＶｎ＝−Ｌ₂ ・ＥｓｔＸｎ-1＋ＥｓｔＶｎ-1 ＋２Ｇｍ・Ｕｎ-1＋Ｌ₂ ・Ｘｎ …（２０） Ｇｆｂ＝ＧＴａｂｌｅ〔ＥｓｔＶｎ〕 …（２１） により推定速度ＥｓｔＶｎを求める。ここで、定数Ｇｍ
は、Ｇｍ＝（Ｋｆ・Ｔｓ² ・Ｇｄｒｖ・Ｇｓｎｓ）／
（２Ｍ・Ｌｔｐ）で与えられる。ここで、Ｇｄｒｖは駆
動回路４０の利得、Ｇｓｎｓは検出器４２の利得であ
り、Ｌｔｐはトラックピッチである。又Ｌ₁ ，Ｌ₂ は状
態推定器（オブザーバ）の特性を決める定数であり、状
態推定器の設計法を用いて決定する。この設計法は、例
えば、「ダイナミックシステムのディジタル制御」（著
Ｇ．Ｆ．フランクリン及びＪ．Ｄ．パウエル）に詳細に
説明されている。又（２１）式は、推定速度ＥｓｔＶｎ
に対応してフィードバック利得Ｇｆｂを格納したテーブ
ルＧＴａｂｌｅ〔ＥｓｔＶｎ〕からフィードバック利得
Ｇｆｂを読出すことを示す。

【００４２】ステップ（ｑ）：状態制御器３９は、図７
のステップ（ｑ）による処理を行うものであり、前述の
フィードフォワード電流ＴｒｊＵｎと目標速度ＴｒｊＶ
ｎと推定速度ＥｓｔＶｎとフィードバック利得Ｇｆｂと
が入力されて、 Ｕｎ＝ＴｒｊＵｎ＋Ｇｆｂ（ＴｒｊＶｎ−ＥｓｔＶｎ） …（２２） により駆動電流Ｕｎを算出する。この駆動電流Ｕｎを駆
動回路４０を介してアクチュエータ４１に加えることに
より、目標移動軌道に追従し、且つ安定に位置決め制御
を行うことができる。又サンプリングカウンタＮをイク
レメントする。

【００４３】図８は、図４と図１２との曲線を重ねて表
したもので、先に提案された位置決め制御方式に於ける
目標位置をｘ０、目標速度をｖ０、目標加速度をａ０の
曲線で示し、本発明の実施例による目標位置をｘ２，目
標速度をｖ２，目標加速度をａ２の曲線で示す。位置，
速度，加速度のそれぞれの正規化目標軌道について見る
と、ｔ＝（０．８〜１．０）Ｔに於ける本発明の実施例
の目標加速度は、斜線を施して示すように、先に提案さ
れた位置決め制御方式に於ける目標加速度より小さくな
り、且つｔ＝Ｔに於いて、ｄａ_obj ／ｄｔ＝０となるこ
とが判る。従って、このような目標軌道を用いて位置決
め制御を行うことにより、系のパラメータの変動や外乱
に強くなり、従来例に見られる図１３のような過渡的な
振動を避けることができる。

【００４４】又本発明の実施例の目標速度は、ｔ＝
（０．７〜１．０）Ｔに於いて、先に提案された位置決
め制御方式の目標速度より斜線を施して示した分、低く
なっており、フィードバック利得を早めに大きくするこ
とが可能となるから、追従誤差の許容度を大きくするこ
とができ、且つ、ｔ＝Ｔに於ける追従誤差を小さくする
こともでき、指令位置への位置決めを高速化並びに安定
化することができる。移動中は、式（２２）に示すよう
に、目標速度ＴｒｊＶｎに追従するように制御される
為、目標速度ＴｒｊＶｎと推定速度ＥｓｔＶｎが共に小
さくなってきた減速終了付近では、その誤差分（Ｔｒｊ
Ｖｎ−ＥｓｔＶｎ）も小さな値となってくる。そこで、
推定速度ＥｓｔＶｎと目標速度ＴｒｊＶｎの相対的な追
従度を高める為にフィードバック利得を増加させ、減速
終了時には制御誤差を低く抑えることが有効である。こ
の為、式（２１）で示すテーブルを用いて、推定速度Ｅ
ｓｔＶｎが小さくなるに従ってフィードバック利得を高
めてゆく。このテーブルＧＴａｂｌｅは実験的に最適化
してゆくものであるが、通常は高速移動時に比して減速
終了時は２〜３倍の利得になるように設計する。

【００４５】又目標軌道のゲインは、例えば、前述の
（８）〜（１０）式に於ける移動目標時間Ｔをどのよう
な値に選定するかにより決まるもので、この移動目標時
間Ｔを小さくすると、（９），（１０）式による値は、
図３又は図４に示す曲線を相似形のまま大きくした場合
に相当したものとなる。一方、移動目標時間Ｔはアクチ
ュエータ１６に駆動電流を供給する増幅器２０の能力等
により制約され、アクチュエータ駆動用のコイル等のイ
ンダクタンスにより電流の変化率が制約されるから、移
動目標時間Ｔを小さくするにも或る限度がある。一般に
軌道計算を行う場合、固定小数点方式による演算を行う
ディジタル・シグナル・プロセッサを用いた時、代数函
数の項を正規化（±１．０を超えないように）すること
が好適であり、その正規化函数にゲインを乗算する形式
とすることになる。

【００４６】例えば、（９），（１０）式を、 ｖ_obj ＝Ｖｍａｘ〔６４ｔ_n ³ （１−ｔ_n ³ ）〕 …（２３） ａ_obj ＝Ａｍａｘ〔５０×５^1/2 ×ｔ_n ² （１−ｔ_n ）² （０．５−ｔ_n ）〕 …（２４） 但し、 Ｖｍａｘ＝（３５／１６）（Ｌ／Ｔ） …（２５） Ａｍａｘ＝（８４／１２５^1/2 ）（Ｌ／Ｔ² ） …（２６） とする。従って、（２３），（２４）式の〔〕内の代数
式が正規化されていることになり、Ｖｍａｘ，Ａｍａｘ
が目標軌道ゲインとなる。

【００４７】前述の（２３），（２４）式から判るよう
に、移動目標時間Ｔを小さくしていくと加速度が逆二乗
的に増加することになる。しかし、実際には、前述のよ
うに、駆動回路４０からアクチュエータ４１に供給可能
な最大電流値Ｉｍａｘがあるから、Ａｍａｘは（Ｋｆ・
Ｉｍａｘ）／Ｍを超えないように移動目標時間Ｔを選定
することになる。そこで、Ａｍａｘ＝（Ｋｆ・Ｉｍａ
ｘ）／Ｍとすると、 Ｔ＝〔（８４Ｍ・Ｌ）／（１２５^1/2 ・Ｋｆ・Ｉｍａｘ）〕^1/2 …（２７） により、移動目標時間Ｔを決定することができる。即
ち、移動目標時間Ｔは移動距離Ｌの平方根に比例するこ
とになる。

【００４８】ゲインを制限する要素としては、アクチュ
エータのインダクタンスＬｅがあり、この場合の供給電
圧をＥとすると、 ｄｉ／ｄｔ＜Ｅ／Ｌ …（２８） となるように選定することになる。その場合、ｉ＝（Ｍ
／Ｋｆ）ａであるから、（１０）式から、 ｄａ_obj ／ｄｔ＝（１０５／２）（Ｌ／Ｔ³ ） ×〔１６ｔ_n （１−ｔ_n ）（−１＋５ｔ_n −５ｔ_n ² 〕 …（２９） のように、正規化式とゲインとに分解でき、 （１０５／２）（Ｌ／Ｔ³ ）（Ｍ／Ｋｆ）＜（Ｅ／Ｌｅ） …（３０） から移動目標時間Ｔを求めることができる。この場合、
Ｔは移動距離Ｌの三乗根に比例して決定される。

【００４９】移動距離Ｌを広い範囲で変化させた時に、
軌道ゲインは、 （α）移動距離Ｌが小さい時は、アクチュエータの電気
的インダクタンスにより制限されるので、移動目標時間
Ｔは、Ｌ^1/3 に比例するように決定する。 （β）移動距離Ｌが大きい時は、アクチュエータに流す
電流の最大値で制限されるから、Ｌ^1/2 に比例するよう
に決定する。 （γ）一般的には、ゲインは移動距離Ｌの（１／３〜１
／２）乗になるように選定する。

【００５０】図９は、横軸と縦軸とを対数目盛りとし、
移動距離Ｌと移動目標時間Ｔとの関係を示すもので、１
／２乗と１／３乗との直線（ｉ），（ｉｉ）の上側の領
域が移動目標時間Ｔの許容選択領域となる。そこで、こ
の実線直線（ｉ），（ｉｉ）に対して、点線の直線（ｉ
ｉｉ）を用いて、移動距離Ｌから移動目標時間Ｔが簡単
に求められるようにする。その場合、点線の直線（ｉｉ
ｉ）は、例えば、Ｔ＝Ｌ^1/2.8 とすることができる。

【００５１】又最高速度Ｖｍａｘを制限する各種の要因
があり、例えば、検出器４２（図５参照）による位置検
出精度を維持できる速度、駆動回路４０によるアクチュ
エータ４１の駆動能力、アクチュァータ４１を構成する
ボイスコイルモータの逆起電力等がある。そこで、移動
距離Ｌが予め定めた距離Ｌｍを超えたか否かを判定す
る。即ち、図６のフローチャートに於けるステップ
（ｄ）のように、Ｌ≦Ｌｍか否かを判定し、移動距離Ｌ
が大きく、距離Ｌｍを超えた場合、図１０に示すよう
に、加速期間と減速期間との間に定速期間を設けるもの
で、この定速期間に於いては、Ｖｍａｘ＝ｖ_obj ，ａ
_obj ＝０とするものである。磁気ディスク装置の場合、
磁気ディスク上の全移動範囲の１／３程度の距離をＬｍ
とする場合が一般的であり、図９に見るように、Ｌ＞Ｌ
ｍでは、定速モードが使用されるので、Ｔ＝Ｌｍ＋（Ｌ
−Ｌｍ）／Ｖｍａｘとなり、Ｌの１乗に比例する。

【００５２】前述の実施例に於いては、アクチュエータ
４１の速度を状態推定器３９により推定する場合を示す
が、アクチュエータ４１の速度を検出できる速度検出器
を用いることも可能である。又正規化時間を算出するこ
となく、残り移動距離（Ｌ−Ｘｎ）から直接的にＴｒｊ
Ｖｎを読出すテーブルを設けて、テーブルＮＴａｂｌｅ
〔Ｌ−Ｘｎ〕等省略することも可能である。又フィード
バックの効果を強調する為に、ＴｒｊＵｎを算出する式
（１７）のＴｎとして、ステップ（ｍ）に於けるＴｎ＝
Ｎ・Ｔｕ＋Ｔｌｅａｄを代入することが有効である。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、演算制
御部４の軌道発生部５により、被制御体１の移動距離を
基に移動目標軌道を求めて、追従制御部６により被制御
体１が移動目標軌道に追従するように駆動部２を制御し
て、被制御体１を指令位置に位置決めするものであり、
その場合に、被制御体１が指令位置に到達した時点に於
ける目標加速度の微分値が零となるように移動目標軌道
を求めるものである。それにより、被制御体１を指令位
置に移動した時に加速度の急変がないことにより安定に
位置決めすることができる利点があり、又被制御体１や
駆動部２等を含む各部のパラメータの変化により、移動
目標時間より前に被制御体１が指令位置に到達した場合
に於いても、目標速度及び目標加速度の変化が小さくな
るから、安定且つ高速で位置決めできる利点がある。

【００５４】又移動目標軌道を、Ｖ₀ （ｔ／Ｔ）^k 〔１
−（ｔ／Ｔ）〕^j により表して、冪乗数ｊを３以上とす
ることにより、図３又は図４の目標加速度ａ１，ａ２に
示すように、被制御体１が指令位置に移動した時の目標
加速度の微分値を零とすることができる。

【００５５】又被制御体１の移動速度を、駆動部２の駆
動量と検出位置のサンプル値とを用いて被制御体１の速
度を推定することにより、この推定速度と目標速度との
差が零となるように制御することにより、被制御体１の
移動速度を直接的に検出できないような構成の場合に、
その被制御体１を目標速度に追従して移動させることが
できる。なお、被制御体１の移動速度を直接的に検出で
きる場合は、その移動速度と目標速度との差が零となる
ように制御すれば良いことになる。

【００５６】又被制御体１の移動距離Ｌに対応して移動
目標時間Ｔを設定する場合に、移動距離Ｌの２〜３乗根
に比例して移動目標時間Ｔを設定することにより、安定
且つ高速に被制御体１を指令位置に位置決めすることが
できる。又被制御体１の移動速度に対応して速度帰還ゲ
インを設定することにより、被制御体１が指令位置に近
づくほど移動速度が小さくなるから、その場合にゲイン
を大きくして、追従誤差を零に近づけることが容易とな
る。又正規化時間に進み補償時間を加算して、各部の応
答遅れを補償することにより、追従誤差を零に近づける
ことが容易となる。又被制御体１の移動距離Ｌが所定
値、例えば、定速モード開始距離Ｌｍを超えた時には、
加速期間と減速期間との間に定速期間を設けて、最大移
動速度で定速期間に於ける被制御体１の移動を行わせる
ことにより、駆動部２を過負荷状態とすることなく、高
速で位置決めすることができる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理説明図である。

【図２】本発明の実施例のブロック図である。

【図３】本発明の実施例の目標軌道の説明図である。

【図４】本発明の実施例の目標軌道の説明図である。

【図５】本発明の実施例の演算制御部の機能ブロック図
である。

【図６】本発明の実施例のフローチャートである。

【図７】本発明の実施例のフローチャートである。

【図８】先に提案された位置決め制御と本発明の実施例
の位置決め制御の特定比較説明図である。

【図９】本発明の実施例の移動距離と移動目標時間との
説明図である。

【図１０】本発明の実施例の定速期間を含む目標速度及
び目標加速度の説明図である。

【図１１】従来例の制御特性説明図である。

【図１２】先に提案された目標軌道の説明図である。

【図１３】目標軌道と実軌道との説明図である。

【符号の説明】

１ 被制御体 ２ 駆動部 ３ 位置検出部 ４ 演算制御部 ５ 軌道発生部 ６ 追従制御部

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被制御体（１）を移動させて指令位置に
   位置決めする駆動部（２）と、前記被制御体（１）の位
   置を検出する位置検出部（３）と、該位置検出部（３）
   による前記被制御体（１）の検出位置と指令位置とを基
   に、前記駆動部（２）を制御する演算制御部（４）とを
   備え、 該演算制御部（４）は、前記被制御体（１）の現在位置
   と前記指令位置との間の全移動距離を基に移動目標軌道
   を算出する軌道発生部（５）と、該軌道発生部（５）か
   らの前記移動目標軌道と前記位置検出部（３）による検
   出位置とを基に、前記移動目標軌道に前記被制御体
   （１）が追従して移動するように前記駆動部（２）を制
   御する追従制御部（６）とを有し、 前記軌道発生部（５）は、前記被制御体（１）の移動が
   完了する前記指令位置に於ける目標加速度の微分値が零
   となる加速，減速パターンを示す代数多項式による前記
   移動目標軌道を求め、該移動目標軌道に従って前記追従
   制御部（６）は前記被制御体（１）を追従制御して位置
   決めすることを特徴とする位置決め制御方式。
2. 【請求項２】 前記移動目標軌道を、移動目標時間を
   Ｔ、初期値を０とした移動中の時刻をｔ、定数をＶ₀ と
   して、Ｖ₀ （ｔ／Ｔ）^k 〔１−（ｔ／Ｔ）〕^j の多項式
   で表し、前記冪乗数ｊを３以上とし、且つ前記冪乗数ｋ
   を２以上に設定したことを特徴とする請求項１記載の位
   置決め制御方式。
3. 【請求項３】 前記位置検出部（３）により前記被制御
   体（１）の位置を検出し、各サンプル毎の検出位置情報
   と、該被制御体（１）を移動させる前記駆動部（２）の
   駆動量とから前記被制御体（１）の推定速度を求め、該
   推定速度と前記移動目標軌道による目標速度との差が零
   となるように、前記追従制御部（６）により前記駆動部
   （２）を制御することを特徴とする請求項１記載の位置
   決め制御方式。
4. 【請求項４】 前記被制御体（１）の現在位置と前記指
   令位置との間の移動時間を、移動距離の２〜３乗根に比
   例して設定することを特徴とする請求項１記載の位置決
   め制御方式。
5. 【請求項５】 前記位置検出部（３）により前記被制御
   体（１）の位置を検出し、各サンプル毎の検出位置情報
   と、該被制御体（１）を移動させる前記駆動部（２）の
   駆動量とから、該被制御体（１）の推定速度を求め、該
   推定速度に対応した速度帰還ゲインを設定することを特
   徴とする請求項１記載の位置決め制御方式。
6. 【請求項６】 前記位置検出部（３）による検出位置情
   報から正規化時間を算出し、該正規化時間に応答遅れを
   加算して応答遅れを補償することを特徴とする請求項１
   記載の位置決め制御方式。
7. 【請求項７】 前記被制御体（１）の移動距離が所定値
   以上の時に、前記移動目標軌道による加速期間と減速期
   間との間に、定速期間を設けたことを特徴とする請求項
   １記載の位置決め制御方式。