JPH087623B2

JPH087623B2 - サーボ回路の速度信号発生回路

Info

Publication number: JPH087623B2
Application number: JP1062149A
Authority: JP
Inventors: 徹篠原
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1989-03-16
Filing date: 1989-03-16
Publication date: 1996-01-29
Anticipated expiration: 2011-01-29
Also published as: JPH02242407A

Description

【発明の詳細な説明】〔概要〕サーボ対象をその目標速度と実速度との速度誤差に基
づいて速度制御するサーボ回路において実速度を求める
速度信号発生回路に関し、シークディファレンス量の大小に関係なくシーク制御
時におけるループ共振の発生を有効に防止し、小ディフ
ァレンス量の場合にも安定な高速シークを可変にするこ
とを目的とし、サーボ対象をその目標速度と実速度との速度誤差に基
づいて速度制御するサーボ回路に設けられ、サーボ対象
の位置信号に基づいてサーボ対象の実速度を発生する速
度信号発生回路において、シークディファレンス量に対
応して速度信号発生回路の帯域を変化させる帯域可変回
路を設けるように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、サーボ対象をその目標速度と実速度との速
度誤差に基づいて速度制御するサーボ回路において、前
記実速度を作成する速度信号発生回路に関する。

〔従来の技術〕

磁気ディスク装置の磁気ヘッドのトラック位置決め等
のため、サーボ回路が広く利用されている。

このようなサーボ回路では、高速化しても、安定に位
置決めできる技術が求められている。

第４図は、このような要求を満足させるべく同一出願
によって提案されたサーボ回路（以下、原サーボ回路と
いう）の基本構成を、ブロック図で示したものである。

第４図において、11はサーボ対象としての磁気ディス
ク機構であり、ボイスコイルモータ（以下、VCMで示
す）111、磁気ヘッド112を搭載するキャリッジ113と、
磁気ディスク114とを備えている。

12は位置信号復調回路であり、サーボヘッド112が磁
気ディスク114のサーボ面を読取ったサーボ情報からそ
の移動位置を示す位置信号Psを復調する。

13は目標速度発生回路であり、主制御部（後述）から
指示された移動量に応じてサーボ対象11の磁気ヘッド11
2目標位置へ位置付けるための目標速度Vcを発生する。

14は速度信号発生回路であり、位置信号Psと後述する
電流信号icによりサーボ対象11における磁気ヘッド112
の実速度Vrを作成する。電流信号icは、滑らかな実速度
Vrを生成するために付加される補正信号である。

15は速度エラー作成回路であり、内部にフィルタ150
を備え、目標速度Vcと実速度Vrとの速度誤差に基づいて
サーボ対象11を制御する速度エラー信号ΔＶを発生す
る。

16は位置エラー作成回路であり、位置信号Psと電流信
号icとからサーボ対象11の目標位置に対する位置エラー
を生成し、位置制御信号ΔＰを発生する。

17はサーボ対象駆動回路であり、主制御部からのコア
ース（速度制御）／ファイン（位置制御）切換信号によ
り、速度エラー作成回路15の速度制御から位置エラー作
成回路16の位置制御に切換える処理、ΔＶ又はΔＰの各
エラー信号を電力増幅し、サーボ対象11のVCM111を駆動
するVCM電流Icを出力する処理、VCM電流Icを検出して電
流信号icを発生する処理を行なう。

18は主制御部であり、マイクロプロセッサで構成さ
れ、位置信号Psに基づいて磁気ヘッド112の位置を検出
し、目標速度発生回路13に残り移動量すなわち残りディ
ファレンス量を出力し、目標位置近傍でコアース／ファ
イン切換信号を発生する。

19は加速検出回路であり、速度エラー作成回路15の発
生する速度エラー信号ΔＶを検出し、シークディファレ
ンス量に対応して速度エラー作成回路15の帯域を加速時
と減速時で変化させる加速中信号SKAを発生する。

以上のように構成されたサーボ回路は、目標位置近傍
まで速度制御し、その後位置制御に切換えて、目標位置
に位置決め制御する。その制御動作は従来のサーボ回路
のサーボ制御動作と共通するので、以下、第５図を参照
し、速度エラー作成回路15の動作を中心に説明する。

主制御部18からの指令により速度制御が開始される
と、目標速度発生回路13は主制御部18から指示された移
動量すなわちディファレンス量より加速制御時の目標速
度Vcを発生する。

また、速度信号発生回路14は、位置信号復調回路12か
らの位置信号Ps及びサーボ対象駆動回路17からの電流信
号icを受けて、サーボ対象11（磁気ヘッド）の実速度Vr
を作成する）詳細は、第６図及び第７図を参照して詳述
する）。

速度エラー作成回路15は、目標速度発生回路13の発生
する目標速度Vcと速度信号発生回路14の発生する実速度
Vrの速度誤差に対応する速度エラー信号ΔＶを発生す
る。

一方、加速検出回路19は、速度エラー作成回路15の発
生する速度エラー信号ΔＶから、速度エラー作成回路15
が加速制御中であることを検出すると、加速中信号SKA
を発生して速度エラー作成回路15に加える。

速度エラー作成回路15のフィルタ150は、加速検出回
路19からの加速中信号SKAを受けると、そのカットオフ
周波数f₁₀を無限大又はサーボ対象11の共振点f₂よりも
高くなる。これにより、加速制御中の速度エラー作成回
路15のカットオフ周波数f₁₀は、第５図（Ａ）に示すよ
うに無限大又はサーボ対象11の共振点f₂よりも高くな
る。この場合の有限の高いカットオフ周波数f₁₀は、加
速電流に振動が生じない範囲で高い周波数に設定され
る。

サーボ対象駆動回路17は、速度エラー作成回路から受
けた速度エラー信号ΔＶを電力増幅してサーボ対象11の
VCM111を加速駆動するVCM電流Icを出力するとともに、
このVCM電流Icの検出電流である電流信号icを発生す
る。

このようにすることにより、速度エラー作成回路15が
加速制御時に発生する速度エラー信号ΔＶに対応するVC
M電流Icの特性は、第５図（Ｂ）に示すように、なまり
の少ない急峻な特性となるので、短かい時間で加速制御
を終了することができる。

加速制御が終了すると、主制御部18は、減速制御に切
り換える。

主制御部18からの指令により減速制御に切り換わる
と、目標速度発生回路13は、減速制御時の目標速度Vcを
発生する。速度エラー作成回路15は、目標速度発生回路
13の発生する目標速度Vcと速度信号発生回路14の発生す
る実速度Vrの速度誤差に対応する速度エラー信号ΔＶ
（負）を発生する。

一方、加速検出回路19は、速度エラー作成回路15の加
速制御が終了すると、加速中検出信号SKAの発生を停止
する。

速度エラー作成回路15のフィルタ150は、速度エラー
作成回路15が減速制御に入ると、そのカットオフ周波数
をサーボ対象11の共振点f₂よりも低い周波数に下げる。
その際、ディファレンス量の大きい程そのカットオフ周
波数を低下させる。これにより、減速制御中の速度エラ
ー作成回路15のカットオフ周波数は、第５図（Ａ）に示
すようにディファレンス量の大きい程f₁₁，f₁₂…f_1nの
ように低下する。

サーボ対象駆動回路17は、速度エラー作成回路15から
受けた速度エラー信号ΔＶを電力増幅してVCM111を減速
駆動するVCM電流Icを出力するとともに、このVCM電流Ic
の検出電流である電流信号icを発生する。

このようにすることにより、速度エラー作成回路15が
減速制御時に発生する速度エラー信号ΔＶに対応するVC
M電流Icすなわち減速電流の特性は、第５図（Ｂ）に示
すようになる。すなわち、ディファレンス量の少ない程
減速特性のなまりは少なくなって、減速制御時間すなわ
ち速度制御時間は、t_n，…t₂，t₁のように減少する。

以上のように速度エラー作成回路のカットオフ周波数
を加速制御中に減速制御中とで変化させるとともに、デ
ィファレンス量に対応して減速制御中におけるカットオ
フ周波数を変化させるようにしたので、加速制御時にサ
ーボ対象に供給する加速電流のなまりを一様に低減する
とともに、減速制御時減速電流のなまりの割合いをディ
ファレンス量の少ない程低減して、ディファレンス量の
少ない場合でも速度制御時間を安定に短縮することがで
きる。これにより、１ディファレンス量のように極めて
小さいディファレンス量の場合でも高速かつ安定に速度
制御を行うことが可能になり、安定に高速シークを行う
ことができる。

次に、第６図及び第７図を参照して、速度信号発生回
路14の構成及び動作について説明する。

第６図において、141は微分回路であり、位置信号Ps
を微分して微分速度Vpsを生成する。143はアンプであ
り、電流信号icを所定レベルまで増幅する。

144はオフセット調整回路であり、速度信号発生回路14
から発生される実速度Vrのオフセットを調整するオフセ
ット補正信号を発生する。

145a〜145cは可変抵抗であり、可変抵抗145aはアンプ
143の出力ゲインを調整し、可変抵抗145bは微分回路141
の出力ゲインを調整し、可変抵抗145cはオフセット調整
回路144の出力ゲインを調整する。

142は実速度発生回路であり、レベル調整された微分
速度Vps、電流速度ic及びオフセット信号の加算信号を
増幅、積分して、実速度Vrを作成する。実速度発生回路
142において、142aはアンプ、142bは積分用の抵抗、142
cは積分用のコンデンサであり、両者の時定数で実速度
発生回路142すなわち速度信号発生回路14の帯域が規定
される。

この構成において、位置信号復調回路12からは、第７
図（ａ）に示される位置信号Psが微分回路141に加えら
れる。位置信号Psは、磁気ヘッドがトラックを通過する
毎に零クロスする波形になっている。微分回路141は、
この位置信号Psを微粉し、第７図（ｂ）に示す微分速度
Vpsを発生する。この微分速度Vpsは、位置信号Psの各最
大点で零値に、各零クロス点でピーク値になり、ピーク
点の包絡線がサーボ対象11（磁気ヘッド）の実速度Vrを
与える。

微分回路141から発生された微分速度Vpsだけを実速度
発生回路142に加えると、積分されて微分速度Vpsの包絡
線が得られる。この場合、微分速度Vpsのピーク間隔が
狭い所すなわち速度の速い所では、良好な包絡線特性が
得られるがピーク間隔の広い所すなわち速度の遅い所
（シーク開始及び終了期間）では、良好な包絡線特性が
得られない。この包絡線特性のずれを補正するために、
電流信号icが加えられる。

サーボ対象駆動回路17からは、第７図（ｃ）に示され
る電流信号icがアンプ143で増幅されて、微分速度Vpsに
加算される。電流信号icはサーボ対象に供給されるVCM
電流Icと相似であるので、前述の包絡線のずれを有効に
補正することができる。

実速度発生回路142は、微分速度Vps、電流信号ic及び
オフセット補正信号の加算信号を積分、増幅して、第７
図（ｄ）に示す滑らかな特性を有する実速度Vrを発生す
る。なお、正確な実速度Vrが生成されるようにするた
め、可変抵抗145a〜145cにより電流信号ic、微分速度Vp
s及びオフセット補正信号の出力ゲインが初期設定され
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

原サーボ回路における速度信号発生回路14は、シーク
ディファレンス量に関係なく、その周波数帯域が一定で
ある。この速度信号発生回路14の帯域は、実速度発生回
路142の帯域すなわち積分用の抵抗142b及びコンデンサ1
42cの時定数によって規定される。

このため、サーボ対象11のメカニカル共振によりシー
ク加速制御時に振動が発生した場合には、第７図（ｅ）
に示すように、位置信号Psは振動が重畳された波形にな
る。サーボ対象11（磁気ヘッド）の移動量すなわちシー
クディファレンス量が大きいと、加速期間及び加速VCM
電流Icが大きくなるため、振動が生じやすい。

このように位置信号Psに振動が発生すると、第７図
（ｆ）に示すように微分速度Vpsにも振動が生じ、実速
度発生回路142の発生する実速度Vrにも振動が生じる
（第７図（ｇ））。

この振動のある実速度Vrを受けて、速度エラー作成回
路15の発生する速度エラー信号ΔＶに振動が生じるの
で、サーボ対象駆動回路17の発生するVCM電流Icにも振
動が生じる（第７図（ｈ））。

この結果、サーボ対象11の振動が増幅されてループ共
振が生じ、シーク動作が正常に行われなくなる。

このようなループ共振はシークディファレンス量の大
きい程生じやすいが、これを防止するために、速度信号
発生回路14と速度エラー作成回路15の一方又は両者の帯
域を制限して振動成分を抑制しようとすると、速度制御
時間が長くなって高速シーク特に１ディファレンスシー
クのような小ディファレンス量における高速シークが困
難になるという不都合が生じる。これらの事項は、原サ
ーボ回路以外の従来のサーボ回路にも共通する問題点が
ある。

本発明は、シークディファレンス量の大小に関係なく
シーク制御時におけるループ共振の発生を有効に阻止す
るとともに、小ディファレンス量の場合にも安定な高速
シークが可能になるように改良したサーボ回路の速度信
号作成回路を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

前述の課題を解決するために本発明が採用した手段
を、第１図を参照して説明する。第１図は、本発明の基
本構成をブロック図で示したものである。

第１図において、14Aは速度信号発生回路であり、図
示しない位置信号復調回路からの位置信号Psに基づい
て、サーボ対象の実速度Vrを発生する。第４図のサーボ
回路における速度信号発生回路14に対応するが、これと
区別するために以下「14A」で示すことにする。

速度信号発生回路14Aにおいて、140は帯域可変回路
で、シークディファレンス量が大のときは狭く、またシ
ークディファレンス量が小のときは広くなるよう帯域を
変化させる。第２図（ａ）に示すように、シークディフ
ァレンス量が小さいときは、サーボ対象11の共振点f₂近
い周波数f₃₁に設定され、シークディファレンス量が大
きくなる程共振点f₂よりも低く周波数f₃₂，…f_3nに設定
される。

〔作用〕

本発明の動作を、第２図の各動作特性図を参照して説
明する。

シーク動作開始前に、速度信号発生回路14Aは、帯域
可変回路140によりシークディファレンス量に対応して
その帯域が変化される。第２図（ａ）に示すようにシー
クディファレンス量の大きい程、帯域は狭く設定され
る。

速度信号発生回路14Aは、位置信号Psに基づいてサー
ボ対象の実速度Vrを発生する。実速度Vrは、例えば位置
信号Psを微分して微分速度Vpsを生成した後、この微分
信号Vpsを積分（平滑）することにより作成される。

１ディファレンスシークのように小ディファレンス量
の場合は、第４図で説明したように速度エラー作成回路
の帯域は広く設定されるが、それに対応して速度信号発
生回路14Aの帯域も広く設定されるので、速度制御時間
が短縮されて高速シークを行うことができる。小ディフ
ァレンス量の場合は、発生する振動周波数も高くなるの
で、速度信号発生回路14A及び速度エラー作成回路の帯
域を広くしても、振動成分を有効に抑制してループ共振
の発生を防止することができる。

シークディファレンス量が大きいときは、速度信号発
生回路14Aの帯域が狭くなるので、第２図（ｂ）に示す
ようにサーボ対象に発生したメカニカルな振動により位
置信号Psに振動が生じても、出力される実速度Vrにおい
てはその振動成分が有効に抑制されて現れ出ない（第２
図（ｄ））。したがって、ループ共振の発生が防止さ
れ、安定なシーク制御を行うことができる。

速度信号発生回路14Aの帯域を狭くすると、速度信号
発生回路14Aの時定数が大きくなるので速度制御時間は
増すが、全体の速度制御時間が長いのでその増大の割合
いは小さく、そのシークディファレンス量における速度
制御時間の増加は、実際上問題にならない。

以上のように、シークディファレンス量に対応して速
度信号作成回路の帯域を変化させるようにしたので、シ
ークディファレンス量の大小に関係なくシーク制御時に
おけるループ共振の発生を有効に防止することができる
とともに、１ディファレンスのように小シークディファ
レンス量の場合にも安定に高速シークを行うことができ
る。

〔実施例〕

本発明の実施例を、第２図及び第３図を参照して説明
する。第３図は、本発明の速度信号発生回路の一実施例
の構成をブロック図で示したものである。第２図の各動
作特性図は、本実施例の動作説明にも用いられる。

（Ａ）実施例の構成第１図において、速度信号発生回路14A,帯域可変回路
140については、第１図で説明したとおりである。ま
た、その他の構成について、第４図に示した原サーボ回
路の構成に対応するものには、同じ符号が付されてい
る。

すなわち、11はサーボ対象であり、12は位置信号Psを
発生する位置信号復調回路である。

13は目標速度Vcを発生する目標速度発生回路であり、
15はこの目標速度Vcと速度信号発生回路14Aの発生する
実速度Vrとの速度誤差から速度エラー信号ΔＶを発生す
る速度エラー作成回路である。

16は、位置信号Ps及び電流信号icに基づいて位置エラ
ー信号ΔＰを作成する位置エラー作成回路である。

17はサーボ対象駆動回路であり、速度（コアース）制
御時は速度エラー信号ΔＶを、位置（ファイン）制御時
は位置エラー信号ΔＰをそれぞれ電力増幅してサーボ対
象11を駆動するVCM電流Icを発生してサーボ対象11に供
給するとともに、VCM電流Icを検出して電流信号icを発
生する。

18は主制御部であり、速度信号発生回路14Aの帯域可
変回路140に帯域切換信号BCX₁〜CX_nを供給するととも
に、各回路に必要な制御信号を送り、サーボ回路の全体
のシーク動作を制御する。

次に、速度信号発生回路14Aにおいて、142は実速度発
生回路である。この実速度発生回路142において、142a
は演算増幅器のようなアンプであり、142bは積分用の抵
抗、142cは積分用のコンデンサである。142dは、アンプ
142aのオフセット補償抵抗である。

144はオフセット調整回路であり、実速度Vrのオフセ
ットを調整する。145a,145b及び145cは、微分回路141,
アンプ143及びオフセット調整回路144の各ゲイン調整用
の可変抵抗である。

なお、本発明の場合、積分用のコンデンサ142cの容量
は最小のシークディファレンス量（１ディファレンス）
のときに必要な小容量のものでよい。

帯域可変回路140において、146₁〜146_nは、帯域調整
用のコンデンサである。147₁〜147_nは対応するコンデン
サ146₁〜146_nに直列に設けられたスイッチであり、主制
御部18から帯域切換信号BCX₁〜BCX_nによりオン，オフさ
れる。

（Ｂ）実施例の動作第３図のサーボ回路において、速度信号発生回路14A
の実速度Vr作成動作以外の各回路の動作及び全体のシー
ク動作は、第４図の原サーボ回路の各回路及び全体のシ
ーク動作と同じであるので、以下、速度信号発生回路14
Aの動作を中心に説明する。

シーク動作開始前に、主制御部18は、シークディファ
レンス量に対応して帯域切換信号BCX_iをオンにする。

速度信号発生回路14Aの帯域可変回路140は、この帯域
切換信号BCX_iを受けると、対応するスイッチ147_iをオン
にする。これにより、コンデンサ146_iがコンデンサ142c
とともに抵抗142bと並列に入るので、実速度発生回路14
2すなわち速度信号発生回路14Aの帯域が、第２図（ａ）
に示すようにシークディファレンス量が大きくなる程狭
くなるように設定される。

また、オフセット調整回路144は、速度信号発生回路1
4Aの発生する実速度Vrのオフセットが零になるように調
整するオフセット補正信号を発生する。更に、正しい実
速度Vrが合成されるように、微分回路141,アンプ143及
びオフセット調整回路144の出力ゲインが対応する可変
抵抗146a〜146cの各値が初期設定される。

シーク動作が開始されると、微分回路141は位置信号
復調回路12から入力された位置信号Psを微分して、微分
信号Vpsを発生する（第２図（ｂ），（ｃ））。なお、
第２図（ｂ）及び（ｃ）には、位置信号Ps及び微分信号
Vpsに振動が乗っている場合が示されている。

一方、アンプ143は、サーボ対象11から発生された電
流信号icを増幅する。

実速度発生回路142は、可変抵抗145a〜145cによって
レベル調整された微分速度Vps,電流信号ic及びオフセッ
ト補正信号を増幅，積分して、実速度Vrを作成する。実
速度発生回路142は、帯域可変回路140により帯域制限さ
れているので、微分速度Vpsに振動が存在していても、
出力される実速度Vrにはこの振動成分は抑制されて現れ
出ない（第２図（ｃ），（ｄ））。

したがって、この実速度Vrと目標速度発生回路13から
の目標速度Vcの速度誤差に基づいて速度エラー作成回路
15が発生する速度エラ信号ΔＶ及びサーボ対象駆動回路
17の発生するVCM電流Icにも振動成分は抑制されて現れ
出ない。

これにより、シーク開始時等にサーボ対象11にメカニ
カルな振動が一時的に発生しても、ループ共振の発生を
防止し、高速シークを安定に行うことができる。

以上本発明の一実施例について説明したが、本発明の
実施例は、この実施例に限定されるものでない。

例えば、帯域可変回路140をフィルタ構成とし、実速
度発生回路142の出力側又は入力側に挿入して、シーク
ディファレンス量に対応してその帯域を可変制御するよ
うにしてもよい。

また、第３図の帯域可変回路140において、複数のコ
ンデンサを組み合せることにより所望の容量を得るよう
にしてもよい。これにより、少ないコンデンサ数によ
り、各シークディファレンス量に対応する所望のコンデ
ンサ容量を生成することができる。

なお、本発明の速度信号発生回路は、第４図の原サー
ボ回路以外のサーボ回路にも適用できることはもちろん
である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明はシークディファレンス
量に対応して速度信号発生回路の帯域を変化させるよう
にしたので、シークディファレンス量の大小に関係なく
シーク制御時におけるループ共振の発生を有効に防止す
ることができる。

これにより、１ディファレンスのように小シークディ
ファレンス量の場合にも安定に高速シークを行うことが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の基本構成の説明図、第２図は、本発明の速度信号発生回路の各動作特性の説
明図、第３図は、本発明の一実施例の構成の説明図、第４図は、原サーボ回路の構成の説明図、第５図は、原サーボ回路の各動作特性の説明図、第６図は、原サーボ回路の速度信号発生回路の構成の説
明図、第７図は、原サーボ回路の速度信号発生回路の動作波形
の説明図である。第１図及び第３図において、 11…サーボ対象、12…位置信号復調回路、13…目標速度
発生回路、14A…速度信号発生回路、140…帯域可変回
路、141…微分回路、142…実速度発生回路、143…アン
プ、15…速度エラー作成回路、16…位置エラー作成回
路、17…サーボ対象駆動回路、18…主制御部、19…加速
検出回路。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】サーボ対象をその目標速度と実速度との速
度誤差に基づいて速度制御するサーボ回路に設けられ、
サーボ対象の位置信号に基づいてサーボ対象の実速度を
発生する速度信号発生回路において、シークディファレンス量が大のときは狭く、またシーク
ディファレンス量が小のときは広くなるよう速度信号発
生回路の帯域を変化させる帯域可変手段、を設けたこと
を特徴とするサーボ回路の速度信号発生回路。
【請求項２】位置信号を微分して速度を発生する微分手
段と、該微分信号に基づいて実速度を発生する実速度発
生回路と、シークディファレンス量が大のときは狭く、
またシークディファレンス量が小のときは広くなるよう
実速度発生回路の帯域を変化させる帯域可変可変手段を
備えたことを特徴とする請求項１記載のサーボ回路の速
度信号発生回路。