JPH0696536A - 位置決め制御システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は位置決め制御システムにおいてＰＩＤ
演算により目標位置に対する磁気ヘッドの突入速度を精
度良く制御することを特徴とする。 【構成】本発明の位置決め制御システムでは、磁気ヘッ
ドの移動位置はサンプル／ホールド部３８で検出され
る。速度検出部４５はこの移動位置を基にして移動速度
を検出する。減算部３１は目標速度生成部３０からの目
標速度から検出された移動速度を減算し、誤差速度を取
得する。Ｉ制御部３２、Ｐ制御部３３、Ｄ制御部３４で
は、この誤差速度がＰＩＤ演算され、ゲイン設定部３
５、３６、３７において所定混合比で混合された後、加
算部３８で加算される。加算部３８の出力に応じて、演
算時間遅延部３９、ノッチフィルタ処理部４０、電流増
幅部４１を介して、所定電流がボイスコイルモータ部４
２に供給される、これによって、磁気ヘッドを支持する
アクチュエータ部４３が移動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ハードディスク装置の
ようなデータ記録再生装置等で用いられる位置決め制御
システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ハードディスク装置等のデータ記
録再生装置における磁気ヘッドの位置決め制御には、磁
気ヘッドを目標トラック（シリンダ）に移動させるため
のアクセス制御、および目標シリンダの中心に磁気ヘッ
ドを位置決めするための位置制御がある。なお、アクセ
ス制御は磁気ヘッドの移動速度を制御することから、速
度制御とも呼ばれている。

【０００３】速度制御では、磁気ヘッドが目標シリンダ
に到達するまでの距離に対応する目標速度が予め設定さ
れ、設定された目標速度に磁気ヘッドの実際の移動速度
を一致させるような制御が行われる。ところで、従来の
システムでは、制御が容易であり、回路構成が簡単であ
るＰ（比例）制御が用いられていた。

【０００４】また、磁気ヘッドの実際の移動速度を検出
する方法としては、差分速度検出法が一般に用いられて
いる。例えば、セクタサーボ方式のハードディスク装置
では、記録媒体の各セクタ毎に予め記録されているサー
ボデータを磁気ヘッドでサンプリングすることにより磁
気へッドの現在位置が取得されている。

【０００５】現在のサンプリングによって得られた現在
位置をＡ、前回のサンプリングによって得られた前回位
置をＢ、サンプリング時間をＴとすると、差分速度Ｖ
は、次式で表される。 Ｖ＝（Ａ−Ｂ）／Ｔ （１）

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、最近の記録
媒体の高記録密度化に伴い、トラック幅が次第に狭くな
っており、正確な位置決め制御が必要になってきてい
る。従って、従来のシステムでは、システムのゲイン調
整によって、あるいは種々の速度テーブルを用いて位置
決め制御が行われていた。

【０００７】しかし、従来のシステムでは、Ｐ制御のみ
が用いられていたので、必ず定常的な速度偏差が生じて
いた。従って、位置（過渡）制御に影響を与える目標位
置に対する磁気ヘッドの突入速度を精度良く制御するこ
とが困難であり、位置決め制御の高速化が妨げられてい
た。

【０００８】また、差分速度検出法によって磁気ヘッド
の速度検出を行うと、磁気ヘッドの移動期間（加速期
間、定速期間、および減速期間を含む）の中の減速期間
においては、（１）式によって検出される差分速度は磁
気ヘッドの実際の速度よりも必ず大きくなるので、一種
の遅延が生じていた。従って、システムの帯域を大幅に
広げることができず、これにより、磁気ヘッドの高速な
位置決め制御が妨げられていた。

【０００９】本発明は上記事情に鑑みなされたものであ
り、ハードディスクのようなデータ記録再生装置等にお
いて、ＰＩＤ演算によって目標位置に対する磁気ヘッド
の突入速度を精度良く制御し、また、ディジタル微分フ
ィルタを用いて磁気ヘッドの移動速度を演算することに
よって磁気ヘッドの実際の移動速度により近い移動速度
を検出し、これによって、高速な位置決め制御を行う位
置決めシステムを提供す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シ
ステムは、位置情報が記録されている記録媒体と、記録
媒体から位置情報を読出すヘッド手段と、ヘッド手段を
目標位置に移動させる移動手段と、読出した位置情報に
従ってヘッド手段の位置を検出する検出手段と、検出し
た位置を基にしてヘッド手段の移動速度を取得する手段
と、検出した位置に応じて目標速度を生成する手段と、
取得した移動速度と生成した目標速度との誤差速度を取
得する手段と、取得した誤差速度に対してＰＩＤ演算を
行い、その演算結果に応じて移動手段の移動を制御する
制御手段とを有する。

【００１１】また、本発明の位置決め制御システムは、
位置情報が記録されている記録媒体と、記録媒体から位
置情報を読出すヘッド手段と、ヘッド手段を目標位置に
移動させる移動手段と、読出した位置情報に従ってヘッ
ド手段の位置を検出する検出手段と、検出した位置を基
にしてディジタル微分フィルタによりヘッド手段の移動
速度を取得する手段と、検出した位置に応じて目標速度
を生成する手段と、取得した移動速度と生成した目標速
度との誤差速度を取得する手段と、取得した誤差速度に
対してＰＩＤ演算を行い、その演算結果に応じて移動手
段の移動を制御する制御手段とを有する。

【００１２】

【作用】以上のような構成により、位置制御に影響を与
える目標位置に対する磁気ヘッドの突入速度を精度良く
制御することができる。また、磁気ヘッドの実際の移動
速度により近い移動速度を検出することができる。従っ
て、磁気ヘッドのより高速な位置決め制御を行うことが
可能となる。

【００１３】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。

【００１４】図１は、本発明の第１の実施例である位置
決め制御システムモデルの構成を示すブロック図であ
る。図１において、位置決め制御システムモデルは、目
標速度生成部３０、減算部３１、Ｉ制御部３２、Ｐ制御
部３３、Ｄ制御部３４、ゲイン設定部３５、３６、３
７、加算部３８、演算時間遅延部３９、ノッチフィルタ
処理部４０、電流増幅部４１、ボイスコイルモータ部４
２、アクチュエータ部４３、サンプル／ホールド部４
４、および速度検出部４５によって構成される。

【００１５】目標速度生成部３０では、サンプル／ホー
ルド部４４から出力された移動位置を基にして目標位置
までの残り移動距離が取得され、この残り移動距離に対
応する目標速度が生成される。

【００１６】減算部３１では、目標速度生成部３０から
出力された目標速度から速度検出部４５から出力された
移動速度が減算され、その減算結果を示す誤差速度が生
成される。

【００１７】Ｉ制御部３２は減算部３１から出力された
誤差速度の時間積分値に比例した速度を生成する。Ｐ制
御部３３は減算部３１から出力された誤差速度に比例し
た速度を生成する。Ｄ制御部３４は減算部３１から出力
された誤差速度の時間微分値に比例した速度を生成す
る。

【００１８】ゲイン設定部３５、３６、３７は、Ｉ制御
部３２、Ｐ制御部３３、Ｄ制御部３４からそれぞれ出力
された速度に対してそれぞれの混合比に応じてゲイン制
御する。加算部３８は、ゲイン設定部３５、３６、３７
でゲイン制御された速度を加算する。演算時間遅延部３
９は、遅延要素であり、加算部３８で加算された速度に
応じて、ＣＰＵの演算によって所定の制御信号（電圧）
を生成する。

【００１９】ノッチフィルタ処理部４０では、本システ
ムにおける機械部品の共振による影響を取除くために、
演算時間遅延部３９で生成された制御信号に対してフィ
ルタリング処理が行われる。

【００２０】電流増幅部４１では、ノッチフィルタ処理
部４０でフィルタリング処理された制御信号（電圧）が
電流に変換される。この電流はボイスコイルモータ（Ｖ
ＣＭ）部４２において加速度に変換される。

【００２１】アクチュエータ部４３では、この加速度が
移動速度に変換される。このアクチュエータ部４３には
磁気ヘッド（図示しない）が取付けられており、この移
動速度が磁気ヘッドの移動位置に変換される。

【００２２】サンプル／ホールド部４４では、所定のサ
ンプリング時間毎に磁気ヘッドの移動位置が検出され、
この移動位置が目標速度生成部３０および速度検出部４
５にに出力される。

【００２３】速度検出部４５は、サンプル／ホールド部
４４から出力された移動位置を基にして磁気ヘッドの移
動速度を検出し、検出した磁気ヘッドの移動速度を減算
部３１に出力する。

【００２４】図２は図１に示す第１の実施例の位置決め
制御システムモデルに対応する位置決め制御システムの
構成を示す図である。図２に示すように、ハードディス
ク装置のようなデータ記録再生装置等に用いられる位置
決め制御システムは、記録媒体１０、磁気ヘッド１１、
増幅器１２、位置検出器１３、アナログ／ディジタル
（Ａ／Ｄ）変換器１４、ＣＰＵ（central processing u
nit ）１５、ＲＯＭ（read only memory）１６、ディジ
タル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換器１７、電力増幅器１
８、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）１９、およびアクチ
ュエータ２０によって構成される。

【００２５】ディスクのような記録媒体１０には、予め
各セクタ毎にサーボデータが記録されている。このサー
ボデータには、各シリンダを識別するためのアドレスデ
ータおよびシリンダの中心に磁気ヘッドを位置決めする
ためのバーストデータが含まれている。

【００２６】記録媒体１０に対してデータの記録／再生
を行う磁気ヘッド１１はアクチュエータ２０によって支
持されており、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）１９の駆
動によるアクチュエータ２０の移動に伴って記録媒体１
０上を移動する。増幅器１２は磁気ヘッド１１からの再
生信号を増幅する。

【００２７】位置検出器１３は増幅器１２によって増幅
された再生信号に含まれるサーボデータを基にして磁気
ヘッドの現在のシリンダ位置を示すアドレスデータを検
出し、検出したアドレスデータをＣＰＵ１５に出力す
る。また、位置検出器１３は、増幅器１２によって増幅
された再生信号に含まれるサーボデータを基にして磁気
ヘッドの現在のシリンダの中心からのずれ量を示すバー
ストデータを取得し、このバーストデータ（アナログデ
ータ）をＡ／Ｄ変換器１５を介してＣＰＵ１５に出力す
る。

【００２８】Ａ／Ｄ変換器１４は、位置検出器１３によ
って検出されたバーストデータをディジタルデータに変
換する。なお、アドレスデータはＡ／Ｄ変換器１４を介
さずに位置検出器１３からＣＰＵ１５に直接入力され
る。

【００２９】ＣＰＵ１５は、本システム全体の制御、お
よびＰＩＤ（比例＋積分＋微分）演算等を行う。ＲＯＭ
１６は、磁気ヘッド１１の移動距離に応じた目標速度の
速度プロフィール曲線を示す目標速度データ、ＰＩＤ演
算プログラム等の各種制御プログラムを記憶する。

【００３０】Ｄ／Ａ変換器１７は、ＣＰＵ１５からのデ
ィジタルの制御信号をアナログ信号に変換する。電力増
幅器１８はＤ／Ａ変換器１７からのアナログ信号（電
圧）を所定のＶＣＭ駆動電流に変換する。

【００３１】ボイスコイルモータ１９は電力増幅器１８
からのＶＣＭ駆動電流によって駆動される。これによっ
て、磁気ヘッド１１を支持するアクチュエータ２０が移
動する。ここで、本発明の第１の実施例の位置決め制御
システムの動作について説明する。

【００３２】データ読出／書込される目標シリンダが決
定された場合、磁気ヘッド１１は決定された目標シリン
ダに向かって記録媒体１０上を移動する。磁気ヘッド１
１の移動中、記録媒体１０に予め記録されているサーボ
データが磁気ヘッド１１によって読出される。読出され
たサーボデータは増幅器１２で増幅された後、位置検出
器１３に入力される。位置検出器１３では、サーボデー
タを基にして磁気ヘッド１１の現在のシリンダ位置を示
すアドレスデータおよび磁気ヘッド１１の現在のシリン
ダの中心からのずれ量を示すバーストデータが生成さ
れ、ＣＰＵ１５に出力される。ＣＰＵ１５では、次のよ
うな処理が行われる。

【００３３】位置検出器１３から出力されたアドレスデ
ータを基にして目標シリンダまでの残り距離が計算さ
れ、計算された残り距離を基にしてＲＯＭ１６に記憶さ
れている速度プロフィール曲線における目標速度データ
が読出される。

【００３４】また、位置検出器１３から出力されたアド
レスデータを基にして磁気ヘッド１１の移動速度データ
が得られる。具体的には、（１）式で示されるように、
前回のサンプリングで検出されたアドレスデータと今回
のサンプリングで検出されたアドレスデータの示す位置
の差、すなわち移動距離をこのサンプリング時間で除算
することにより移動距離データが得られる。

【００３５】目標速度データと移動速度データは比較さ
れ、その差を示す誤差速度データが生成される。ここ
で、ＲＯＭ１６に記憶されているＰＩＤ演算プログラム
が読出される。この速度誤差データは、ＰＩＤ演算によ
ってＰ（比例）成分、Ｉ（積分）成分、Ｄ（微分）成分
に変換され、それぞれ所定の混合比によって混合加算さ
れ、これによって、ディジタルの制御信号として生成さ
れる。この制御信号はＤ／Ａ変換器１７に出力される。

【００３６】ＣＰＵ１５から出力された制御信号はＤ／
Ａ変換器１７によってアナログ信号に変換された後、電
力増幅器１８に入力される。電力増幅器１８では、この
アナログ信号（電圧）が所定のＶＣＭ駆動電流に変換さ
れ，ボイスコイルモータ１９に供給される。

【００３７】ボイスコイルモータ１９は、このＶＣＭ駆
動電流によって駆動される。アクチュエータ２０は、ボ
イルコイルモータ１９におけるトルクの発生によって加
速度が生じる。これによって、アクチュエータ２０に支
持されている磁気ヘッド１１が動き始め、所定の移動速
度で移動する。磁気ヘッドの現在位置は、記録媒体１０
に記憶されているサーボデータによって所定のサンプリ
ング時間毎に検出される。

【００３８】以上のように、目標速度と移動速度との差
を示す誤差速度に対してＰＩＤ演算を行うことにより、
目標位置に対する磁気ヘッドの突入速度を精度良く制御
することができる。次に、本発明の第２の実施例につい
て説明する。

【００３９】図３は、本発明の第２の実施例である位置
決め制御システムモデルの構成を示すブロック図であ
る。図３に示す第２実施例のモデルでは、図１に示す第
１の実施例のモデルと比較して、速度検出部４５の代わ
りにディジタル微分フィルタ処理部５０が用いられてい
る。他の構成は第１の実施例のモデルと同様である。

【００４０】ディジタル微分フィルタ処理部５０は、後
述するようなディジタル微分フィルタで構成され、サン
プル／ホールド部４４から出力された移動位置を基にし
て磁気ヘッドの移動速度を演算し、この磁気ヘッドの移
動速度を減算部３１に出力する。

【００４１】第２の実施例では、ディジタル微分フィル
タを用いて移動速度の演算を行っているので、従来のシ
ステムと比較して、磁気ヘッドの実際の移動速度により
近い移動速度を得ることができる。

【００４２】図４は、図３に示す本発明の第２の実施例
の位置決め制御システムモデルにおけるディジタル微分
フィルタの構成を示す図である。このディジタル微分フ
ィルタは、演算プログラムであり、ファームウェアで構
成され、ＣＰＵによって動作する。図５は、このディジ
タル微分フィルタのゲイン特性（ａ）、および位相特性
（ｂ）を示す図である。例えば、第２の実施例で用いら
れるディジタル微分フィルタの伝達関数Ｇ（ｓ）が、 Ｇ（ｓ）＝（ 2.244ｅ− 5ｓ）／（9.90ｅ− 6ｓ＋ 1） （２） で表される場合、この伝達関数をＺ変換すると、次式と
なる。 Ｙ／Ｘ＝（0.1220−0.1220ｚ-1）／（ 1＋0.8923ｚ-1） （３）

【００４３】なお、Ｘはディジタル微分フィルタの入
力、Ｙはディジタル微分フィルタの出力、サンプリング
周波数ｆｓは２９８７Ｈｚである。従って、（３）式か
ら次式が得られる。 Ｙ＝0.1220Ｘ＋（−0.1220Ｘ−0.8923Ｙ）ｚ-1 （４） （４）式を逆Ｚ変換すると、次式となる。 Ｙn ＝0.1220Ｘn −0.1220Ｘn-1 −0.8923Ｙn-1 （５）

【００４４】このディジタル微分フィルタは、（５）式
に示すような演算を行うように構成される。従って、
（５）式を基にして順次演算を実行することによって磁
気ヘッドの移動速度が検出される。なお、このようなデ
ィジタル微分フィルタを用いることにより、従来よりも
システムの位相遅れが少なくなる。次に、図３に示す第
２の実施例の位置決め制御システムモデルに対応する位
置決め制御システムについて説明する。

【００４５】第２の実施例の位置決め制御システムは、
その構成においては、第１の実施例のシステムと同様で
ある。ただし、ＣＰＵ１５の動作およびＲＯＭ１６の記
憶内容が異なる。

【００４６】すなわち、第２の実施例の場合、ＣＰＵ１
５は、本システム全体の制御およびＰＩＤ（比例＋積分
＋微分）演算の他に、ディジタル微分フィルタによる磁
気ヘッド１１の移動速度の演算等を行う。また、ＲＯＭ
１６は、磁気ヘッド１１の移動距離に応じた目標速度の
速度プロフィール曲線を示す目標速度データ、ＰＩＤ演
算プログラムの他に、ディジタル微分フィルタ演算プロ
グラム等の各種制御プログラムを記憶する。ここで、第
２の実施例の位置決め制御システムの動作を説明する。

【００４７】データ読出／書込される目標シリンダが決
定された場合、磁気ヘッド１１は決定された目標シリン
ダに向かって記録媒体１０上を移動する。磁気ヘッド１
１の移動中、記録媒体１０に予め記録されているサーボ
データが磁気ヘッド１１によって読出される。読出され
たサーボデータは増幅器１２で増幅された後、位置検出
器１３に入力される。位置検出器１３では、サーボデー
タを基にして磁気ヘッド１１の現在のシリンダ位置を示
すアドレスデータおよび磁気ヘッド１１の現在のシリン
ダの中心からのずれ量を示すバーストデータが生成さ
れ、ＣＰＵ１５に出力される。ＣＰＵ１５では、次のよ
うな処理が行われる。

【００４８】位置検出器１３から出力されたアドレスデ
ータを基にして目標シリンダまでの残り距離が計算さ
れ、計算された残り距離を基にしてＲＯＭ１６に記憶さ
れている速度プロフィール曲線における目標速度データ
が読出される。

【００４９】また、ＲＯＭ１６に記憶されているディジ
タル微分フィルタ演算プログラムが読出され、アドレス
データに対して図２に示すように構成されたディジタル
微分フィルタによる演算が行われる。これによって、磁
気ヘッド１１の移動速度を示す移動速度データが得られ
る。

【００５０】目標速度データと移動速度データは比較さ
れ、その差を示す誤差速度データが生成される。ここ
で、ＲＯＭ１６に記憶されているＰＩＤ演算プログラム
が読出される。この速度誤差データは、ＰＩＤ演算によ
ってＰ（比例）成分、Ｉ（積分）成分、Ｄ（微分）成分
に変換され、それぞれ所定の混合比によって混合加算さ
れ、これによって、ディジタルの制御信号として生成さ
れる。この制御信号はＤ／Ａ変換器１７に出力される。

【００５１】ＣＰＵ１５から出力された制御信号はＤ／
Ａ変換器１７によってアナログ信号に変換された後、電
力増幅器１８に入力される。電力増幅器１８では、この
アナログ信号（電圧）が所定のＶＣＭ駆動電流に変換さ
れ，ボイスコイルモータ１９に供給される。

【００５２】ボイスコイルモータ１９は、このＶＣＭ駆
動電流によって駆動される。アクチュエータ２０は、ボ
イルコイルモータ１９におけるトルクの発生によって加
速度が生じる。これによって、アクチュエータ２０に支
持されている磁気ヘッド１１が動き始め、所定の移動速
度で移動する。磁気ヘッドの現在位置は、記録媒体１０
に記憶されているサーボデータによって所定のサンプリ
ング時間毎に検出される。

【００５３】以上のように、移動位置を基にしてディジ
タル微分フィルタによる演算を行うことにより、磁気ヘ
ッドの実際の移動速度により近い移動速度を検出するこ
とができる。なお、本実施例では、ＰＩＤ演算はソフト
ウェアによって行われているが、ハードウェアによって
行うことも可能である。

【００５４】また、本実施例では、ハードディスク装置
のようなデータ記録再生装置等における位置決め制御シ
ステムについて説明したが、本発明は、これに限定され
ず、速度検出をファームウェア等で行っているすべての
位置決め制御システムに適用することが可能である。以
上、本発明の実施例について説明したが、本発明は上記
実施例に限定されることなく本発明の要旨の範囲内にお
いて種々の変形実施が可能である。

【００５５】

【発明の効果】以上のように、目標速度と移動速度との
差を示す誤差速度に対してＰＩＤ演算を行うことによっ
て、目標位置に対する磁気ヘッドの突入速度を精度良く
制御することができる。また、ディジタル微分フィルタ
を用いて移動位置を基にして磁気ヘッドの移動速度を演
算することによって、磁気ヘッドの実際の移動速度によ
り近い移動速度を得ることができる。これによって、よ
り正確で高速な位置決め制御を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例である位置決め制御シス
テムモデルの構成を示すブロック図。

【図２】図１に示す第１の実施例の位置決め制御システ
ムモデルに対応する位置決め制御システムの構成を示す
ブロック図。

【図３】本発明の第２の実施例である位置決め制御シス
テムモデルの構成を示すブロック図。

【図４】図３に示す本発明の第２の実施例である位置決
め制御システムモデルにおけるディジタル微分フィルタ
の構成を示す図。

【図５】図２に示すディジタル微分フィルタのゲイン特
性および位相特性を示す図。

【符号の説明】

１０…記録媒体、１１…磁気ヘッド、１２…増幅器、１
３…位置検出器、１４…Ａ／Ｄ変換器、１５…ＣＰＵ、
１６…ＲＯＭ、１７…Ｄ／Ａ変換器、１８…電力増幅
器、１９…ＶＣＭ、２０…アクチュエータ、３０…目標
速度生成部、３１…減算部、３２…Ｉ制御部、３３…Ｐ
制御部、３４…Ｄ制御部、３５、３６、３７…ゲイン設
定部、３９…演算時間遅延部、４０…ノッチフィルタ処
理部、４１…電流増幅部、４２…ボイスコイルモータ
部、４３…アクチュエータ部、４４…サンプル／ホール
ド部、４５…速度検出部、５０…ディジタル微分フィル
タ処理部。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 位置情報が記録されている記録媒体と、 記録媒体から位置情報を読出すヘッド手段と、 ヘッド手段を目標位置に移動させる移動手段と、 読出した位置情報に従ってヘッド手段の位置を検出する
   検出手段と、 検出した位置を基にしてヘッド手段の移動速度を取得す
   る手段と、 検出した位置に応じて目標速度を生成する手段と、 取得した移動速度と生成した目標速度との誤差速度を取
   得する手段と、 取得した誤差速度に対してＰＩＤ演算を行い、その演算
   結果に応じて移動手段の移動を制御する制御手段とを有
   することを特徴とする位置決め制御システム。
2. 【請求項２】 位置情報が記録されている記録媒体と、 記録媒体から位置情報を読出すヘッド手段と、 ヘッド手段を目標位置に移動させる移動手段と、 読出した位置情報に従ってヘッド手段の位置を検出する
   検出手段と、 検出した位置を基にしてディジタル微分フィルタにより
   ヘッド手段の移動速度を取得する手段と、 検出した位置に応じて目標速度を生成する手段と、 取得した移動速度と生成した目標速度との誤差速度を取
   得する手段と、 取得した誤差速度に対してＰＩＤ演算を行い、その演算
   結果に応じて移動手段の移動を制御する制御手段とを有
   することを特徴とする位置決め制御システム。