JPH0760577B2 - 位置決め制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は部材を目標位置に位置決めする位置決め装置に
関する。さらに具体的には、ディスク状の媒体面上に設
けられた同心円状あるいはスパイラル状の情報トラック
に沿って磁気的、光学的あるいは物理的な手段を用いて
情報を記録または再生、あるいはその両方を可能にする
磁気ディスク装置、光ディスク装置などの位置決め制御
装置に関するものである。

従来の技術 ディスク面上の情報トラックに沿って情報を記録・再生
するためには、データを読み取り・書き込みするデータ
トランスデューサをディスクの回転に応じて目標の情報
トラック上に常に保持、即ちトラック追従するように位
置決め制御しなければならない。

次にトラック追従をするためのデータトランスデューサ
のディスク面上での位置検出方式について述べる。フロ
ッピーディスク装置（FDD）やハードディスク装置（HD
D）などの磁気ディスク装置では、セクタサーボ方式と
言って、ディスクを扇形のセクタと呼ばれる領域に等分
割し、各セクタ毎に分割された情報トラックの一部にセ
クタサーボ信号と呼ばれる識別データを磁気的に記録し
ておき、ディスクの回転に応じてデータトランスデュー
サによりこの信号をセクタ毎に読み取ることにより、情
報トラックとの相対的位置誤差をサンプリング的に検出
認識してトラック追従を行うものがある。また、光ディ
スク装置では、サンプリングサーボ方式と言って、ディ
スク面上の情報トラックに一定間隔でトラック追従用の
ピットを設けておき、これを光学的に検出して上記と同
じく識別データとして利用する場合と、連続サーボ方式
と言って、ディスク面上にスパイラル状あるいは同心円
状に刻まれた案内溝を設けておき、この溝を光学的に検
出してトラック追従を行なう場合がある。

さらにトラック追従の際に発生する情報トラックの位置
変動について述べる。光ディスク装置では、ディスク媒
体を交換した際の回転中心のずれおよびディスクを回転
させるスピンドルモータの回転幅のぶれ等の要因によっ
て、情報トラックがディスクの回転にともなって位置変
動（偏心）する。この偏心の振幅は数十μｍから百数十
μｍになることがあり、追従すべきトラックの幅（約1.
6μｍ）に対して極めて大きいため、トラック追従を実
現する際の妨げとなる。磁気ディスク装置のうちFDDで
は、光ディスク装置と同様の偏心に加えて、熱の影響で
ディスク媒体のベースフィルムが膨張または伸縮して歪
むことに起因する別種の偏心が発生する。各偏心の振幅
は光ディスク装置の場合と比較すると小さく、それぞれ
高々十数から数十μｍ程度であるが、これは高トラック
密度化によって大記録容量化を計る際の障害となる。

このような偏心による情報トラックの位置変動を抑制し
て十分な制度でトラック追従を実現するために、位置決
め制御系に従来様々な工夫が凝らされてきた。以下に、
その従来の位置決め制御装置の１つについて図面を参照
しながら説明する。

第７図は従来の位置決め制御装置のブロック図である。
図中、108はアクチュエータで、103のデータトランスデ
ューサを101のディスクの上で自在に移動可能にさせ
る。ディスク101の選択された情報トラック102のデータ
トランスデューサ103の直下での変位即ち情報トラック
の偏心量をｒ、データトランスデューサ103の変位をｙ
で表わす。104は、情報トラック102とデータトランスデ
ューサ103との相対的な位置誤差ｅ＝ｒ−ｙを検出する
位置誤差検出器、106はアナログフィルタからなる位置
制御ループの安定化補償あるいは偏差補償のうち少なく
ともいずれかを行なうための補償回路、107はアクチュ
エータ108に電流を付与する駆動回路である。データト
ランスデューサ103はアクチュエータ108と点線109で示
した支持部材で結合される。補償回路106の出力信号は
分岐して、駆動回路107とアクチュエータ108の合成系の
伝達特性を模擬する模擬回路113に入力される。

第８図は従来の位置決め制御装置のトラック追従サーボ
系の信号伝達ブロック図であり、第７図の中のサーボ信
号の流れを中心に示したものである。このトラック追従
サーボ系は、ディスク101の回転にともなって生じる情
報トラック102の偏心量ｒに、データトランスデューサ1
03をある誤差範囲内で追従させるべく、位置誤差信号ｅ
＝ｒ−ｙをできるだけ小さくするように動作せねばなら
ない。しかるに、サーボ信号は補償回路106、駆動回路1
07、アクチュエータ108、さらに支持部材109、位置誤差
検出器104を通る過程で遅れを生じる。そのためデータ
トランスデューサ103の中心位置と情報トラック102の中
心位置とはある値の誤差が保たれたままとなり位置決め
誤差が残留することになる。

さて今第７図および第８図において、模擬回路113は、
データトランスデューサ103の変位ｙの推定量yaを出力
する。一方位置誤差信号ｅと模擬回路113の出力yaは加
算器110に入力され、ra＝ｅ＋ya、即ち情報トラック102
のデータトランスデューサ103の直下での変位の推定量
（偏心推定量）を出力する。しかし、上記した理由で変
位ｙには偏心量ｒに対してある一定の遅れが含まれ、こ
れを推定した量yaにも同様の遅れが含まれる。従って、
偏心推定量raを求めてからこれをある一定時間Ｌだけ位
相を進めた仮想的な偏心量rdを求め、このrdにデータト
ランスデューサ103を追従させるようなサーボ系を構成
すれば、その変位ｙはｒによく追従することになる。実
際には時間を進めることは不可能であるから、偏心量の
周期性を利用し、遅延器111を用いてこれを次のように
して行なう。即ち、偏心推定量raが偏心量ｒと同様にデ
ィスクの回転周波数（1/Tとする。）を基本波とする高
調波から構成されるとすれば、この遅延器111の出力rd
は rd＝ra・e^-(T-L)S＝ra・e^LS とかける。即ち、raに較べてＬ時間位相の進んだ偏心推
定量が得られる。この偏心推定量rdとデータトランスデ
ューサの変位の推定量yaとの差を加算器112で求めるこ
とによって、遅れのない位置誤差信号の推定量ea＝rd−
yaを得、これを補償回路106を介して駆動回路107に加
え、アクチュエータ108を駆動することにより、データ
トランスデューサ103の追従遅れを解消することが出来
る。〔例えば特開昭和53−106105号公報〕 発明が解決しようとする課題 ところが、上記のような構成では、以下に述べるような
課題を持っていた。まず、アクチュエータ108、データ
トランスデューサ103、支持部材109、駆動回路107の公
差、経年変化、温度変化等により、これらの合成系の伝
達特性にはばらつきが生ずる。これは裏返せば模擬回路
113の回路定数をこれに合わせて調節しない限り模擬回
路の伝達特性に誤差が含まれ、データトランスデューサ
の変位の推定量yaに誤差が発生することを意味する。推
定量yaにはさらに模擬回路113の回路定数のばらつきお
よび温度ドリフトによる誤差が含まれる。次に、従来例
で示したようなトラック追従サーボ系の場合、位置誤差
信号ｅを使って直接サーボをかけるのでなく、偏心の推
定量rdとデータトランスデューサ103の変位の推定量ya
から求めた位置誤差信号の推定量eaに基づいてサーボ系
を動作させるため、アクチュエータ108に外乱が加えら
れた場合にそれを抑制する効果がない。

本発明は上記の課題に鑑み、高精度なトラック追従性能
が得られることはもとより、データトランスデューサの
変位の推定量の誤差が十分小さくでき、アクチュエータ
に外乱が加えられた場合にそれを抑制する効果を持つこ
とが可能な位置決め制御装置を提供するものである。

課題を解決するための手段 上記課題を解決するために本発明の位置決め制御装置
は、目標部材即ちディスクの追従すべき情報トラックと
移動部材即ちデータトランスジューサとの相対位置誤差
を検出する位置誤差検出器と、移動部材の絶対位置を検
出する位置検出器と、前記位置誤差検出器の出力する位
置誤差信号に基づいて位置制御ループの安定化補償ある
いは偏差補償のうち少なくともいずれかを行なうような
補償手段と、前記位置誤差検出器の出力する位置誤差信
号と前記位置検出器の出力する位置信号とを加算する第
１の加算器と、この第１の加算器の出力に基づいた信号
を遅延する遅延手段と、前記第１の加算器の出力に基づ
いた信号と前記遅延手段の出力に基づいた信号とを加算
する第２の加算器と、前記補償手段の出力に基づいた信
号と前記第２の加算器の出力に基づいた信号とを加算す
る第３の加算器と、この第３の加算器の出力に基づいた
信号によって前記移動部材を自在に移動可能にさせるア
クチュエータ手段に電流を付与する駆動回路とを含んで
構成される。

作用 本発明は上記のような構成をとることにより、高精度な
トラック追従性能が得られることはもとより、データト
ランスデューサの変位の推定量の誤差が十分小さくで
き、アクチュエータに外乱が加えられた場合にそれを抑
制する効果を持つことが可能な位置決め制御装置を提供
することができる。

実施例 以下本発明の一実施例の位置決め制御装置について図面
を参照しながら説明する。

第１図は本発明の一実施例における位置決め制御装置の
ブロック図である。図中、８はアクチュエータで、３の
データトランスデューサを１のディスクの上で自在に移
動可能にさせるものである。ディスク１の選択された情
報トラック２のデータトランスデューサ３の直下での変
位即ち情報トラックの偏心量をｒ、データトランスデュ
ーサ３の変位をｙで表わす。４は情報トラック２とデー
タトランスデューサ３との相対的な位置誤差ｅ＝ｒ−ｙ
を検出する位置誤差検出器、５はデータトランスデュー
サ３の絶対位置を検出する位置検出器であり、アクチュ
エータ８の可動部と伝達部材10で機械的に結合されてい
る。６はアナログフィルタからなる位置制御ループの安
定化補償あるいは偏差補償のうち少なくともいずれかを
行なうための補償回路、11は位置誤差検出器４の出力信
号と位置検出器５の出力信号を加算する加算器、13は加
算器11の出力信号を遅延する遅延器、14は加算器11の出
力信号と遅延器13の出力信号を加算する加算器、12は補
償回路６の出力信号と加算器14の出力信号を加算する加
算器、７は加算器12の出力信号を受けてアクチュエータ
８に電流を付与する駆動回路である。データトランスデ
ューサ３はアクチュエータ８と点線９で示した支持部材
で結合される。

第２図は本発明の一実施例における位置決め制御装置の
トラック追従サーボ系の信号伝達ブロック図であり、第
１図の中のサーボ信号の流れを中心に示したものであ
る。

以上のように構成された本発明の位置決め制御装置につ
いて、その動作を説明する。

第１図および第２図のトラック追従サーボ系は、ディス
ク１の回転にともなって生じる情報トラック２の絶対位
置の変動即ち偏心量ｒに、データトランスデューサ３を
ある誤差範囲内で追従させるべく、位置誤差信号ｅ＝ｒ
−ｙをできるだけ小さくするように動作せねばならな
い。しかるに、サーボ信号は駆動回路７、アクチュエー
タ８を通る過程で遅れを生じる。つまり、情報トラック
２の偏心の周波数近傍の比較的低い周波数領域におい
て、駆動回路７からアクチュエータ８に至る合成の伝達
特性は、なにがしかの位相遅れを伴う。さらにサーボ系
を離散時間系で構成した場合には、サンプルホルダーに
よる位相遅れがこれに加わる。そのためデータトランス
デューサ３の中心位置と情報トラック２の中心位置とは
ある値の誤差が保たれたままとなり位置決め誤差が残留
することになる。

第１図および第２図において、位置検出器５はデータト
ランスデューサ３の絶対位置ｙの推定量yaを出力する。
yaを推定量と呼ぶのは、位置検出器５はデータトランス
デューサ３の変位を直接測定するのではなく、伝達部材
10を介してアクチュエータ８の可動部の変位を測定する
ことによりデータトランスデューサ３の変位を推定する
ことによる。次に、位置誤差信号ｅと推定量yaは加算器
11に入力され、ra＝ｅ＋ya、即ち情報トラック２のデー
タトランスデューサ３の直下での変位の推定量（偏心推
定量）を出力する。しかし上記した理由で変位には情報
トラック２の位置の変動（偏心量）ｒに対して遅れが含
まれ、これを推定した量yaにも同様の遅れが含まれる。
さらにyaには位置検出器５による推定の際の電気的な遅
れが含まれる。従って、偏心推定量raにもこれらに起因
する遅れが含まれている。この遅れを除くために、偏心
推定量raをある一定時間Ｍだけ位相を進め、さらに図示
しない増幅器または減衰器で信号振幅の調節を行なった
上で元の信号raに加算器14で加算することにより、本来
の偏心量と同程度の位相もしくはそれよりもむしろやや
位相を進めた偏心推定量rcを得る。これを補償回路６の
出力信号に加算器12で加えた後に駆動回路７に入力し、
アクチュエータ８を駆動することにより、データトラン
スデューサ３の追従遅れを解消することが可能になる。

次に、上記した偏心推定量raをある一定時間Ｍだけ位相
を進める方法について述べる。実際には時間を進めるこ
とは不可能であるから、偏心量の周期性を利用し、遅延
器13を用いてこれを次のようにして行なう。即ち、偏心
推定量raが偏心量ｒと同様にディスクの回転周波数（1/
Tとする。）を基本波とする高調波から構成されるとす
れば、この遅延器13の出力は ra・e^-(T-M)S＝ra・e^MS とかける。即ち、raに較べてＭ時間位相の進んだ偏心推
定量が得られる。これにある係数をかけて元のraに加え
ることにより、raの位相を進めることができる。

本発明の位置決め制御装置の動作原理について、別の角
度からさらに詳しく説明する。

第１図および第２図において、偏心推定量rcを加算器12
に加える偏心推定ループを取り除いた残りのサーボルー
プは、通常のトラック追従サーボ系である。この通常の
サーボ系で、データトランスデューサ３の情報トラック
２への追従誤差ｅ＝ｒ−ｙを零にするには、補償回路６
のゲインを無限大にする必要がある。しかし現実にはゲ
インを無限大にするのは不可能であるために、わずかな
誤差が残る。本発明では、情報トラック２の偏心を推定
して偏心推定量raを得、これを通常ループの操作量に足
し合わせて駆動回路７に付与することで、追従誤差をさ
らに少なくしようとしている。ただし、情報トラック２
の偏心の周波数近傍の比較的低い周波数領域において、
駆動回路７からアクチュエータ８に至る合成の伝達特性
が位相遅れがほぼ零でゲインがほぼ１であるならば、第
１図および第２図で示したような遅延器13での進相を行
なわなくとも偏心推定量raに適当なゲインを掛けて加算
器12に加えることにより、ｙ＝raとなるように設定でき
る。さらにこのとき偏心推定量raの推定精度が極めて高
く、ra＝ｒとなるときには、ｙ＝ｒとなり、これはｅ＝
ｒ−ｙ＝０に他ならず、即ち追従誤差を零にすることが
できる。（ちなみに、このときの補償回路６の出力は零
となるが、補償回路６は、第１図および第２図におい
て、ループ安定性の確保、外乱抑制およびデータトラン
スデューサ３の中心位置と情報トラック２の中心位置と
の直流的なずれの除去等の働きをもつ。）しかしなが
ら、前記したように、サーボ信号は駆動回路7,アクチュ
エータ８を通る過程で遅れを生じる。つまり、情報トラ
ック２の偏心の周波数近傍の比較的低い周波数領域にお
いて、駆動回路７からアクチュエータ８に至る合成の伝
達特性は、必ずしも位相遅れ零でゲインが１とはなら
ず、さらにサーボ系を離散時間系で構成した場合には、
サンプルホルダーによる位相遅れがこれに加わる。その
ためデータトランスデューサ３の中心位置と情報トラッ
ク２の中心位置とはある値の誤差が保たれたままとなり
位置決め誤差が残留することになる。従って、第１図お
よび第２図に示したように、偏心推定量raを遅延器13で
進相したものをraに加えることにより、raの位相を進め
るという構成が必要になる。

次に、本発明の位置決め制御装置のトラック追従サーボ
系における各部の信号波形を具体例を基にして示す。

第３図は具体的なトラック追従サーボ系のブロック図で
ある。この場合、FDDのセクタサーボ系を想定してお
り、離散時間サーボ系の構成になっている。ＺはＺ変換
のＺを意味し、Z^-1は１サンプル時間の遅れを意味す
る。20はサンプラー、21はサーボ系の偏差補償を行なう
ための積分器、22はループゲインを調整するための乗算
器、24はサンプルホルダーである。また13はｎサンプル
時間の遅延を行なう遅延器であり、１サンプル時間の遅
延器Z^-1をｎ個直列に接続した構成になっている。23は
遅延器13の出力の大きさを調節するための乗算器であ
る。第２図で示した駆動回路７、アクチュエータ８の伝
達関数は全体が２次遅れ系で、定数ｐ、ｑはカットオフ
周波数が300Hzとなるような値である。ディスクの回転
数は600rpm、セクタ数は34、サンプリング周波数を340H
z、情報トラック２の変位ｒは振幅が20μｍ、周波数が1
0Hzの正弦波で与えられるものとする。（ただし、ki＝
１、kd＝0.2、ｎ＝26とする。）なお、遅延器の数ｎお
よび乗算器の係数kdは偏心の周波数に相当する10Hz付近
でのトラック追従性が最適になるように決めた。

第３図に示したトラック追従サーボ系を計算機プログラ
ム上でシミュレーションしたときの情報トラックの変位
ｒ、データトランスデューサの変位ｙ、位置誤差検出器
の出力ｅ、それぞれの信号波形を第４図（ａ）〜（ｃ）
に示す。図中、0.1〔sec〕がディスク１回転に相当す
る。

比較のために、偏心推定量rcを乗算器22の出力に加えな
い場合の構成を第５図に示す。またこの場合のシミュレ
ーションによる各部の波形を第６図（ａ）〜（ｃ）に示
す。ただし、第４図および第６図における位置誤差信号
ｅはサンプラー20を通った後の信号を示した。

位置誤差信号ｅを第４図と第６図とで比較すると、第６
図ではその振幅が約3.5μｍあるのに対し、第４図では
約0.15μｍであり、第３図のサーボ系構成を採用するこ
とで、位置偏差が約1/23になるというすぐれた効果があ
る。

以上に示したように、本発明の位置決め制御装置では、
データトランスデューサ３の変位の推定を位置検出器５
を用いて間接的に行なっている。そのため位置検出器
５、支持部材９および伝達部材10の機械的精度を十分高
めることによって、データトランスデューサ３の変位の
推定量yaの誤差を十分小さくできる。また第２図のサー
ボ系のブロック図において明らかなように、アクチュエ
ータ８に外乱が加えられた場合でも、位置誤差検出器
４、補償回路６、駆動回路７、アクチュエータ８という
通常のサーボループの働きで、これを抑制する効果を持
つ。

なお、実施例の具体的構成例のトラック追従制御系は離
散時間系で構成したが、これは連続時間系で構成しても
よい。

発明の効果 以上説明してきたように、本発明の位置決め制御装置
は、目標部材即ちディスクの追従すべき情報トラックと
移動部材即ちデータトランスデューサとの相対位置誤差
を検出する位置誤差検出器と、移動部材の絶対位置を検
出する位置検出器と、前記位置誤差検出器の出力する位
置誤差信号に基づいて位置制御ループの安定化補償ある
いは偏差補償のうち少なくともいずれかを行なうような
補償手段と、前記位置誤差検出器の出力する位置誤差信
号と前記位置検出器の出力する位置信号とを加算する第
１の加算器と、この第１の加算器の出力に基づいた信号
を遅延する遅延手段と、前記第１の加算器の出力に基づ
いた信号と前記遅延手段の出力に基づいた信号とを加算
する第２の加算器と、前記補償手段の出力に基づいた信
号と前記第２の加算器の出力に基づいた信号とを加算す
る第３の加算器と、この第３の加算器の出力に基づいた
信号によって前記移動部材を自在に移動可能にさせるア
クチュエータ手段に電流を付与する駆動回路とを含んで
構成することによって、高精度なトラック追従性能が得
られることはもとより、データトランスデューサの変位
の推定量の誤差が十分小さくでき、アクチュエータに外
乱が加えられた場合にそれを抑制する効果を持つ。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における位置決め制御装置の
ブロック図、第２図は第１図に示す本発明の一実施例に
おける位置決め制御装置のトラック追従サーボ系の信号
伝達ブロック図、第３図は第２図に示す本発明の一実施
例における位置決め制御装置の具体的なトラック追従サ
ーボ系のブロック図、第４図は第３図の構成における計
算機上でのシミュレーションによる各部の信号波形図、
第５図は通常のトラック追従サーボ系のブロック図、第
６図は第５図の構成における計算機上でのシミュレーシ
ョンによる各部の信号波形図、第７図は従来例における
位置決め制御装置のブロック図、第８図は第７図に示す
従来例における位置決め制御装置のトラック追従サーボ
系の信号伝達ブロック図である。 １……ディスク、２……情報トラック、３……データト
ランスデューサ、４……位置誤差検出器、５……位置検
出器、６……補償回路、７……駆動回路、８……アクチ
ュエータ、９……支持部材、10……伝達部材、11、12、
14……加算器、13……遅延器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一定の周期をもって概ね等しい位置変動を
   繰り返す目標部材に対し移動部材を位置決めする位置決
   め制御装置において、前記目標部材の目標位置決め位置
   と前記移動部材との相対位置誤差を検出する位置誤差検
   出器と、前記移動部材の絶対位置を検出する位置検出器
   と、前記位置誤差検出器の出力する位置誤差信号に基づ
   いて位置制御ループの安定化補償あるいは偏差補償のう
   ち少なくともいずれかを行なうような補償手段と、前記
   位置誤差検出器の出力する位置誤差信号と前記位置検出
   器の出力する位置信号とを加算する第１の加算器と、こ
   の第１の加算器の出力に基づいた信号を、前記目標部材
   の位置変動の周期と目標進み時間との差だけ遅延する遅
   延手段と、前記第１の加算器の出力に基づいた信号と前
   記遅延手段の出力に基づいた信号とを加算する第２の加
   算器と、前記補償手段の出力に基づいた信号と前記第２
   の加算器の出力に基づいた信号とを加算する第３の加算
   器と、この第３の加算器の出力に基づいた信号によって
   前記移動部材を自在に移動可能にさせるアクチュエータ
   手段に電流を付与する駆動回路とを含んで構成され、前
   記目標進み時間は、第２の加算器の出力に基づいた信号
   を第１の加算器の出力に基づいた信号よりも、少なくと
   も前記アクチュエータ手段の遅れ時間と前記駆動手段の
   遅れ時間とを含んでなる位置制御ループの遅れ時間分だ
   け進むように設定することを特徴とする位置決め制御装
   置。