JPH0514923B2

JPH0514923B2 -

Info

Publication number: JPH0514923B2
Application number: JP2734784A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Nakanishi; Makoto Mizukami
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 1984-02-17
Filing date: 1984-02-17
Publication date: 1993-02-26
Also published as: JPS60173613A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕本発明は、ある位置に停止しているアクチユエ
ータを、任意の距離離れた位置に高速に移動停止
させる制御方法に関するものである。

〔従来技術〕

アクチユエータは、工作機械、ロボツト、集積
回路露光装置、磁気デイスク、光デイスク等多く
の機械装置に用いられており、任意の停止位置か
ら他の任意の位置に高速に移動停止する事が要求
される。たとえば、電子計算機のフアイルメモリ
として用いられる磁気デイスク、光デイスクにお
いては、磁気ヘツドあるいは光ヘツドをアクチユ
エータで駆動し複数のトラツクにランダムに移動
位置決めするのであるが、この位置決め時間をい
かに短くするかが電子計算機の処理能力をも決め
る大きな課題となつている。

従来の磁気デイスク装置においては、第１図ａ
に示すような速度制御ループを用いて、アクチユ
エータの移動位置決めを制御していた。

すなわち、上位装置から与えられた目標トラツ
クまでの残差距離の平方根に比例する第１図ｂに
示すような速度規準カーブ（実線）を制御ループ
の目標値として与え、速度検出器１から得られる
アクチユエータ４の速度（破線）をフイードバツ
クし、速度誤差検出回路２及びパワーアンプ３を
介して速度を速度規準に追従させる制御を行つて
ヘツドを目標トラツクに移動させている。

上述のような閉ループ制御を行つた場合、速度
ｖと速度規準v_refとの関係は(1)式のようになる。

ｖ＝１／１＋Ｓ／Ｇv_ref (1) (1)式ではラブラス変換子、Ｇはループのゲイン
である。

(1)式から分るように、この従来方法は、低周波
では速度は速度規準によく追従するが、高周波で
は追従しなくなる。一方、移動を速くするには、
速度規準を急峻にする、即ち、減速度を大きくす
る必要があるが、その場合、速度規準は高周波成
分が多くなり速度は速度規準に追従しなくなる。
追従させるにはループゲインＧを大きくすること
が考えられるが、ループゲインＧを大きくすると
アクチユエータに存在する２〜3KHzの機構共振
点で閉ループが発振してしまうので、ループゲイ
ンを上げる方法は現実的でない。

このように、速度を単に閉ループで制御する従
来の移動制御方法では減速を急激に行う事ができ
ず、その結果、移動時間を短くできないという欠
点があつた。

〔発明の概要〕

本発明は、上記欠点に鑑みてなされたものであ
り、その目的とするところは、最大駆動パワーの
限られた条件のもとにアクチユエータの移動時間
を一層短かくすることのできる制御方法を提供す
ることにある。

かかる目的を達成するために、本発明の制御方
法は、アクチユエータのアクセス距離が第１の設
定距離よりも大きい場合には、アクチユエータに
一定の加速電圧、電流を与えてオープンループ駆
動でこれを移動させ、アクチユエータの移動距離
が第２の設定距離を超えた時点で、一定の減速電
圧、電流を与えてオープンループ駆動でその移動
速度を減速させ、この減速によりアクチユエータ
の移動速度が残差距離に応じてあらかじめ定めら
れている基準速度以下になつた時点で、この基準
速度とアクチユエータの移動速度との差に応じた
電圧、電流をアクチユエータに与えてクローズド
ループ駆動で追従制御を行ない、アクチユエータ
のアクセス距離が第１の設定距離よりも小さい場
合には、アクチユエータに一定の加速電圧、電流
を与えてオープンループ駆動でこれを移動させ、
アクチユエータの移動速度が基準速度以上になつ
た時点で、この基準速度とアクチユエータの移動
速度との差に応じた電圧、電流をアクチユエータ
に与えてクローズドループ駆動で追従制御を行う
ようにしたものである。

〔実施例〕

以下、実施例とともに本発明を詳細に説明す
る。第２図は本発明の一実施例を示すブロツク図
であり、第１図と同一の部分には同一の符号を付
する。

位置検出回路１７は磁気デイスク又は光デイス
クにおけるアクチユエータ４の位置を検出する回
路であり、その出力は移動距離検出回路１８、残
差距離検出回路２０及び速度検出回路１に延び
る。位置検出器１７は公知の技術で構成でき、た
とえば磁気デイスクにおいてはサーボデイスクに
書込んだサーボ情報を、アクチユエータに取付け
たサーボヘツドで読出して波形処理したり、光デ
イスクでは、固定した光ダイオードから、アクチ
ユエータに取付けた明暗のスリツトを持つスケー
ルに光を照射し、固定した光検出器で透過もしく
は反射光を検出して波形処理して位置を検出す
る。位置検出器の出力する位置波形の磁気デイス
クにおける１例を第３図ａに示す。第３図ａにお
いて、位置波形は磁気デイスクのトラツクピツチ
Ａごとに０レベルとなり、０を中心にして、ヘツ
ドの移動距離に比例して正負のレベルをとる三角
波状の波形である。

移動距離検出回路１８は、第３図ｂに示すよう
に、位置検出回路１７で検出した位置をもとにア
クチユエータが一定距離（本実施例ではデイスク
のトラツク分）移動するごとに１個のパルスを発
生する回路であり、該パルスはカウンタ１４及び
カウンタ１６のカウントダウン入力端子に入力さ
れる。

カウンタ１４は制御部１２により初期値が設定
される。この初期値は、制御部１２において、図
示しない上位装置から伝送ライン１１を介して入
力される。アクセス指令及びアクセス距離（トラ
ツク数）に基づいて計算されるものであり、アク
セス距離から後述する第２の規定距離（トラツク
数）を引いた値の２分の１の値（割り切れない場
合は小数点以下切捨）として与えられる。カウン
タ１４のカウント内容は制御部１２に出力され
る。

カウンタ１６は、アクセス距離の値を初期値と
して制御部１２により設定され、移動距離検出回
路１８の出力するパルスにより内容が１カウント
ごと減じられて、その内容が残差距離検出回路２
０に出力される。

残差距離検出回路２０は、カウンタ１６の出力
と位置検出回路１７の出力とから、アクセスの残
差距離を検出する回路であり、その出力は、規準
速度発生回路２１及びアクセス完了条件検出回路
３７に入力される。具体的には、カウンタ１６の
出力の２進デイジタル量をデイジタルアナログ変
換素子に入力して、第３図ｃに示すごとき階段波
状の出力に変換し、この出力に第３図ａに示す位
置検出回路１７の出力の傾きを負に揃えかつデイ
ジタルアナログ変換素子のレベルステツプにあう
ようにゲインを変えた第３図ｄの波形を加え合わ
せる事により、アナログ量として残差距離を検出
する。

規準速度発生回路２１は、残差距離検出回路２
０からの出力により、残差距離の平方根に比例し
た規準速度を電気信号として発生する回路であ
り、公知のダイオードの電流電圧の２乗特性を利
用したダイオード網により構成されている。規準
速度発生回路２１の出力は比較回路２３及び速度
誤差検出回路２に入力される。

比較回路２３は規準速度発生回路２１の出力と
速度検出回路１の出力とを比較し、速度検出回路
１の出力が規準速度発生回路２１の出力を超えた
とき“１”となる論理信号を出力する。なお、速
度検出回路１は、位置検出回路１７の出力すなわ
ち第３図ａに示した位置波形を微分して、その絶
対値を検出する構成でも良く、またコイルと磁石
の相対運動によつてコイルの両端に発生する電圧
を検出する構成でも良い。

速度誤差検出回路２は、速度検出器１の出力と
規準速度発生回路２１の出力の差をとつた後、定
数倍した信号をゲート回路３３に出力する回路で
あり、アクチユエータの移動速度と残差距離に応
じて定められる規準速度との速度誤差を検出して
いる。

ゲート回路３３は、速度誤差検出回路２の出力
を入力し、制御部１２から接続線３２を介して得
られるループ制御指命指令信号がオン状態の間だ
け、速度誤差検出回路２の出力をオア回路３４に
出力する。

ゲート回路２８は、入力線２７から一定の加速
電圧もしくは加速電流の指示信号を入力し、制御
部１２から接続線２６を介して得られる加速指令
信号がオン状態の間だけ、前記指示信号をオア回
路３４に出力する。

ゲート回路３１は、入力線３０から上述の加速
指示信号と絶対値が等しく極性が反対の減速電圧
もしくは減速電流の指示信号を入力し、制御部１
２から接続線２９を介して得られる減速指令信号
がオン状態の間だけ、減速電圧もしくは減速電流
の指示信号をオア回路３４に出力する。

オア回路３４はゲート回路２８，３１，３３の
出力の和をとつてパワーアンプ３に出力し、パワ
ーアンプ３はオア回路３４の出力に比例した電圧
もしくは電流をアクチユエータ４に印加して、ア
クチユエータ４を駆動する。

次に、第４図のフローチヤートを用いて、本実
施例の動作を説明する。

先ずアクセスの指令とアクセス距離がライン１
１を通して制御部１２に与えられると、スタート
ルーチン１００において、アクセス指令を検出す
る。アクセス距離の指定法としては例えば磁気デ
イスク、光デイスク等においてはアクセス指令を
受ける前に位置したトラツク番号と、アクセスす
べきトラツク番号の差のトラツク数で２進のデイ
ジタル量として与える。

ルーチン１０１において、前記アクセス距離か
ら第２の規定距離を差し引いた値の半分の値をデ
イジタル量でカウンタ１４にセツトする。なお第
２の規定距離の決め方については、後述する規準
速度発生回路２１の説明において詳述する。

ルーチン１０２において、さらに制御部２は、
前記アクセス距離をカウンタ１６にセツトする。

次にルーチン１０３において、制御部２は加速
指令信号をオンにしゲート回路２８に送出する。
加速指命信号をオンにすることによりゲート回路
２８のゲートが開き、入力線２７から与えられる
一定の加速電圧もしくは加速電流指示信号がパワ
ーアンプ３に入力される。パワーアンプ３は、前
記加速電圧もしくは加速電流の指示信号に比例し
た電圧もしくは電流をアクチユエータ４に印加す
る。この結果、アクチユエータ４は移動を開始す
る。

制御部２は、ルーチン１０３を実行後、ルーチ
ン１０４を実行し、アクセス距離が第１の規定距
離（予め設定された第１の設定距離）より大きい
かどうかを判断し、大きければルーチン１０５を
実行し、そうでなければ、ルーチン１１０を実行
する。

アクセス距離が第１の規定距離よりも大きい場
合制御部２はルーチン１０５を実行し、移動距離
がアクセス距離から第２の規定距離を引いた値の
半分の距離（予め設定された第２の設定距離）を
超えたかどうか判断する。これは位置検出回路１
７で検出したアクチユエータ４の位置をもとに移
動距離検出回路１８が発生するパルスでカウンタ
１４をカウントダウンし、カウンタの内容が０に
なつた時を制御部２で監視することによつて行わ
れる。移動距離がアクセス距離から第２の規定距
離を引いた値の半分の距離を超えた場合にはルー
チン１０６を実行し、そうでなければ、再びルー
チン１０５を実行する。

ルーチン１０６では、制御部１２は加速指命信
号をオフしてゲート回路２８を閉じるとともに、
減速指命信号をオン状態にしてゲート回路３１を
開く。その結果、入力線３０から与えられる一定
の減速電圧もしくは減速電流の指示信号がオア回
路３４を介してパワーアンプ３に入力され、アク
チユエータ４の減速が開始する。

ルーチン１０７では、アクチユエータ４の速度
が規準速度を下回つたかどうかを判断する。これ
は、比較回路２３の出力が“１”か否かを制御部
１２が判断することにより行なう。

ここで、規準速度について第５図のグラフを用
いて説明する。残差距離をx_e，減速の加速度をα₂
とすると、規準速度は√2₂ _eで与えられる。こ
の減速の加速度α₂は閉ループ速度制御で追従可能
な加速度に設定し、入力線２７又は３０から加え
られる一定の加速もしくは減速指示信号によつて
生じる加速度α₁より小さい値である。

さらに一定の減速指示信号によつて加速度α₁で
減速されるアクチユエータ４が前記√2₂ _eの規
準速度に合致する位置が残差距離x_sの点であるよ
うに加速度α₁をあらかじめ設定するものとする。
すなわち、加速度α₁で速度零まで減速を続けた時
のアクチユエータ４の速度−残差距離平面上での
軌跡と、√2₂ _eの規準速度の軌跡は、第５図に
示すように残差距離x_sの点で交わる。

加速度α₁で減速を続けた時、速度が零になる残
差距離をx₂とするとその軌跡は速度−残差距離平
面上でｖ＝√2₁（_e−₂）となる。x_e＝x_sで、第
５図に示したように、２つ軌跡が一致するから、
次式が成立する。

ｖ＝√2₁（_e−₂）＝√2₂ _s (2) 式(2)から、x₂とx_sの間の関係は、次式のように
求まる。

x₂＝（１−α₂／α₁）x_s (3) 式(3)で与えられるx₂が、第２の規定距離を示し
ている。さらに、アクセス距離x₁から前記第２の
規定距離x₂を引いた値の半分の距離が、アクセス
距離x₁から前記残差距離x_sを引いた距離に等しく
なる場合のアクセス距離x₁は次式で与えられる。

x₁＝2x_s−x₂＝（１＋α₂／α₂）x_s (4) 式(4)で与えられるx₁が第１の規定距離を示して
いる。

さて、ルーチン１０７において、アクチユエー
タ４の速度が規準速度を下回つた場合にはルーチ
ン１０８に進み、そうでない場合にはルーチン１
０７を繰り返す。

ルーチン１０８においては、制御部１２は減速
指命信号をオフしてゲート回路３１を閉じるとと
もに、ループ制御指令信号をオン状態にしてゲー
ト回路３３を開く。その結果、速度誤差検出回路
２の出力がパワーアンプ３に加えられ、アクチユ
エータ４は速度誤差に比例する電圧もしくは電流
で減速される。

その後ルーチン１０９において、残差距離が零
になつた時に“１”を出力するアクセス完了条件
検出回路３７の出力が、１になつたかどうかを判
断し、１になつた時点でルーチン１１２に実行を
移して、ループ制御指命信号をオフしてアクセス
を完了する。

次に、ルーチン１０４において、アクセス距離
が第１の規定距離より小さい場合の動作について
説明する。

この場合、制御部２は、ルーチン１１０を実行
し、アクチユエータ４の速度が、規準速度を超え
たかどうか判断する。これは、比較回路１３の出
力を制御部２で監視することによつて行われる。
制御部２はルーチン１１０にて比較回路１３の出
力が“１”になつたことを検出すると、ルーチン
１１１を実行する。

ルーチン１１１では、加速指命信号をオフにす
るとともにループ制御指命信号をオンにする。そ
の結果ゲート回路２８が閉じるとともに、ゲート
回路３３が開き、速度誤差検出回路２の出力がパ
ワーアンプ３に加えられ、アクチユエータ４が減
速される。

制御部２は、ルーチン１１１を実行後、ルーチ
ン１０９を実行する。ルーチン３９以後の動作
は、アクセス距離が第１の規定距離より大きい場
合の動作と同じで、先述したとおりである。

第６図は本実施例による、アクセス距離が16ト
ラツクの場合の各部の信号波形を示す図であつ
て、ａは位置検出器１７の出力である位置波形、
ｂは、パワーアンプ３の出力波形、ｃは、規準速
度発生回路２１の出力波形と速度検出回路１の出
力波形である。第６図において設定値は次のとお
りである。式(2)、式(3)において、２つの規準速度
軌跡が交わる残差距離x_sをx_s＝４トラツク、加速
度α₁とα₂の比をα₂／α₁とすると、第１および第２
の規定距離x₁，x₂はそれぞれ、x₁＝６トラツク、
x₂＝２トラツクとなる。従つてアクセス距離は第
１の規定距離６トラツクより大きいので、加速は
アクセス距離16トラツクから第２の規定距離２ト
ラツクを引いた値の半分、すなわち７トラツクま
で行われ、その後減速に切替えられ、残差距離が
４トラツクとなつた時点で、アクチユエータ４の
速度が規準速度に等しくなり、その時点から速度
誤差に比例した電圧もしくは電流で減速され16ト
ラツクをアクセスした時点でアクセスが完了する
ような波形となつている。

なお、上記動作において、速度誤差でクローズ
ドループで減速する部分を除いて一定電圧もしく
は電流での加速・減速部分はオープンループであ
るので、アクチユエータの磁気回路の端部付近で
の発生力の低下など、第７図に示すような発生力
のばらつきによりアクセス範囲Ｂが制限され、一
定電圧もしくは電流での加速・減速の後設計値ど
おりの残差距離x_s（第６図においては４トラツク）
でアクチユエータの速度が規準速度に等しくなる
ことは、必ずしも保証されず、１〜２トラツク前
後にずれた場合がある。設計値より前にずれた場
合は、その後の速度誤差による減速に何ら影響を
与えないが、後にずれた場合はその後の速度誤差
による減速誤差で規準速度に対するずれが大きく
なり目標トラツクに達しても速度が零とならず目
標位置に停止できずにオーバシユートエラーとな
つてしまう可能性がある。このような事を避ける
ためには、アクチユエータの速度が規準速度に等
しくなる残差距離x_s（第６図においては４トラツ
ク）の設計値を、例えば６トラツクとか８トラツ
クというふうに大きくすればよい。いづれにして
も、本発明では、アクセスの最終段階で速度誤差
によるクローズドループで制御するので、上述し
たアクチユエータの発生力のばらつきによるオー
プンループ駆動時の速度ばらつきを吸収できる構
成となつている。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、アクチ
ユエータのアクセス距離が、所定の距離よりも大
きい場合には、アクチユエータに一定の加速電圧
もしくは加速電流を与えた後に、一定の減速電圧
もしくは減速電流を与え、アクチユエータの移動
速度が残差距離に応じてあらかじめ定められた規
定速度以下になつた後に、規準速度とアクチユエ
ータの移動速度の差に応じた電圧もしくは電流を
アクチユエータに与え、アクチユエータのアクセ
ス距離が第１の設定距離よりも大きい場合には、
アクチユエータをオープンループで加速駆動して
移動させ、アクチユエータの移動距離が第２の設
定距離を超えた時点で、同じくオープンループで
その移動速度を減速駆動させ、アクチユエータの
移動速度が残差距離に応じてあらかじめ定められ
ている基準速度以下になつた時点で、この基準速
度とアクチユエータの移動速度との差に応じてク
ローズドループで追従制御を行なうものであり、
また、アクチユエータのアクセス距離が第１の設
定距離よりも小さい場合には、アクチユエータを
オープンループで加速駆動して移動させ、アクチ
ユエータの移動速度が基準速度以上になつた時点
で、クローズドループで追従制御を行うようにし
たので、目標位置の手前わずかの距離だけゆるや
かに閉ループ速度制御し、残りのアクセス距離
を、アクチユエータが出しうる最大の力で駆動す
ることができるのでアクセス時間を速くできる。
すなわち、同じアクセス距離で比較した場合、従
来は最初からクローズドループで追従制御を行う
ので、アクセス距離が長い場合などでは制御開始
から目標位置までアクセスする時間が長くかかつ
てしまうが、本発明では最初はアクチユエータに
一定入力を与えてオープンループで駆動して従来
に比してより高い速度で加速し、次いで急激に減
速して早かに目標位置の近くまで急速に駆動し、
移動速度が規準速度になつてからクローズドルー
プで追従制御を行ない目標位置に停止するように
したので、出発点から目標位置までのアクセス時
間を従来より短くでき、高速移動が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは従来のアクセス制御法を用いた場合
のブロツク図、第１図ｂはその特性図、第２図は
本発明の一実施例を示すブロツク図、第３図は前
記実施例における出力波形図、第４図は動作を示
すフローチヤート、第５図は、規準速度カーブを
示す図、第６図は、本発明の一実施例を用いてア
クチユエータを動作させた時の波形図、第７図は
アクチユエータの発生力の変動を示す図である。１……速度検出器、２……速度誤差検出回路、
３……パワーアンプ、４……アクチユエータ、１
２……制御部、１４，１６……カウンタ、１７…
…位置検出回路、１８……移動距離検出回路、２
０……残差距離検出回路、２１……規準速度発生
回路、２３……比較回路、２８，３１，３３……
ゲート回路、３４……オア回路、３７……アクセ
ス完了条件検出回路。

Claims

【特許請求の範囲】１ある位置に停止しているアクチユエータを、
任意の指定された距離であるアクセス距離離れた
位置に移動停止させるアクセス制御方法におい
て、前記アクチユエータのアクセス距離が第１の設
定距離よりも大きい場合には、前記アクチユエー
タに一定の加速電圧もしくは加速電流を与えてオ
ープンループ駆動でアクチユエータを移動させ、
前記アクチユエータの移動距離が第２の設定距離
を超えた時点で、一定の減速電圧もしくは減速電
流を与えてオープンループ駆動で前記アクチユエ
ータの移動速度を減速させ、この減速により前記
アクチユエータの移動速度が、前記アクセス距離
からアクチユエータの実際の移動速度を引いた距
離である残差距離に応じてあらかじめ定められて
いる基準速度以上になつた時点で、この基準速度
と前記アクチユエータの移動速度との差に応じた
電圧もしくは電流をアクチユエータに与えてクロ
ーズドループ駆動で追従制御を行つて、前記アク
チユエータを目標位置に停止させ、前記アクチユエータのアクセス距離が前記第１
の設定距離よりも小さい場合には、前記アクチユ
エータに一定の加速電圧もしくは加速電流を与え
てオープンループ駆動でアクチユエータを移動さ
せ、前記アクチユエータの移動速度が前記基準速
度以上になつた時点で、この基準速度と前記アク
チユエータの移動速度との差に応じた電圧もしく
は電流をアクチユエータに与えてクローズドルー
プ駆動で追従制御を行つて、前記アクチユエータ
を目標位置に停止させることを特徴とするアクチユエータのアクセス制御
方法。