JPH087957B2 - Magnetic head digital positioning controller - Google Patents
Magnetic head digital positioning controllerInfo
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- JPH087957B2 JPH087957B2 JP60234544A JP23454485A JPH087957B2 JP H087957 B2 JPH087957 B2 JP H087957B2 JP 60234544 A JP60234544 A JP 60234544A JP 23454485 A JP23454485 A JP 23454485A JP H087957 B2 JPH087957 B2 JP H087957B2
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Landscapes
- Control Of Stepping Motors (AREA)
- Moving Of The Head To Find And Align With The Track (AREA)
- Control Of Linear Motors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はセクタサーボ方式によるFDD装置(フロッピ
ィディスク装置)の磁気ヘッドのディジタル位置決め制
御装置に関するものである。The present invention relates to a digital positioning control device for a magnetic head of an FDD device (floppy disk device) by a sector servo system.
FDD装置においてはサーボ機構を簡単化できること
や、装置の大きさおよびコスト的観点から磁気ヘッド位
置決めのためのアクチュエータとしてステップモータが
利用されている。In the FDD device, a step motor is used as an actuator for positioning the magnetic head because of the simplification of the servo mechanism and the size and cost of the device.
しかし、小型化,大容量化に伴い、磁気ディスクのデ
ータトラック間ピッチが狭くなるに従って、データトラ
ックの偏心が無視できなくなることから、ステップモー
タを開ループ制御ではなくセクタサーボ方式によりフィ
ードバック制御し、位置決め精度の向上を図っている。However, the eccentricity of the data tracks cannot be ignored as the pitch between the data tracks of the magnetic disk becomes narrower as the size and capacity increase, so the step motor is feedback-controlled by the sector servo method instead of the open-loop control, and positioning is performed. The accuracy is improved.
セクタサーボ方式とは周知の通り磁気ディスクのデー
タ面を幾つかのセクタに分け、このセクタ先頭にトラッ
ク位置情報を書き込むことによって、セクタ数と磁気デ
ィスクの回転数によって決まるサンプリングタイム毎に
トラック位置情報を得、フィードバック制御を行うとい
う方式である。As is well known as the sector servo system, the data surface of the magnetic disk is divided into several sectors, and the track position information is written at the head of this sector, so that the track position information is obtained at each sampling time determined by the number of sectors and the rotation speed of the magnetic disk. In this method, feedback control is performed.
従来、FDD装置におけるセクタサーボ方式によるフィ
ードバック制御では特開昭58-151613号明細書に記載さ
れている如く、セクタの先頭から得られるトラック位置
情報に従って、1セクタ1ステップの割合で磁気ヘッド
をステップモータにより内周方向あるいは外周方向へ送
るという方法が取られている。Conventionally, in the feedback control by the sector servo system in the FDD device, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-151613, the magnetic head is stepped by a step motor at a rate of one step per sector according to track position information obtained from the beginning of the sector. According to the method, the method of feeding inward or outward is adopted.
この方法では磁気ヘッドのデータトラック追従誤差が
データトラックの1セクタ当りの最大偏心量によって決
まる磁気ヘッドの送りピッチに概ね等しくなるため、セ
クタ数を増さない限りデータトラック密度をより高密度
にすることが難しいという問題がある。さらに、ステッ
プモータの動特性はバネ−質量系の特性を持つため、ス
テップ送りによる位置決めでは磁気ヘッドが振動的にな
り、高精度位置決めが難しい。In this method, the data track follow-up error of the magnetic head becomes approximately equal to the feed pitch of the magnetic head determined by the maximum eccentricity amount per sector of the data track, so that the data track density is made higher unless the number of sectors is increased. There is a problem that it is difficult. Further, since the dynamic characteristic of the step motor has the characteristic of the spring-mass system, the magnetic head becomes oscillating in the positioning by the step feed, which makes it difficult to perform highly accurate positioning.
本発明は、ステップモータの振動的特性を補償し、さ
らに偏心するデータトラックへの磁気ヘッドの追従特性
向上を目的として創案されたものであって、ステップモ
ータの機械的な構造から決まる送りピッチにかかわら
ず、ステップモータの位置(すなわち磁気ヘッドの位
置)を微小変化させることによって、磁気ヘッドをデー
タトラック上に高精度に位置決めするディジタル位置決
め制御装置を提供することを目的としている。The present invention was devised for the purpose of compensating for the vibration characteristics of the step motor and further improving the follow-up characteristics of the magnetic head to the eccentric data track.The feed pitch is determined by the mechanical structure of the step motor. Nevertheless, it is an object of the present invention to provide a digital positioning control device that positions a magnetic head on a data track with high accuracy by minutely changing the position of a step motor (that is, the position of a magnetic head).
上記目的を達成するために、本発明は、磁気ヘッドを
追従させるべき目標位置と前記磁気ヘッドの位置との差
を示す位置誤差信号を一定のサンプリングタイム毎に得
る位置誤差検出手段を備えたフロッピィディスク装置に
おける磁気ヘッドのディジタル位置決め制御装置におい
て、前記磁気ヘッドを駆動するためのステップモータ
と、前記位置誤差信号を前記サンプリングタイム毎に積
算する積算手段と、前記積算手段の出力を受けて前記目
標位置の変動成分の中の、第2周波数成分と同じ周波数
の正弦波をインパルス入力に対して発生するディジタル
フィルタと、前記ディジタルフィルタの出力と前記位置
誤差信号と前記積算手段の出力とを前記サンプリングタ
イム毎に入力とする安定化ディジタルフィルタと、前記
安定化ディジタルフィルタの出力に応じて前記ステップ
モータの各相へ励磁電流値を出力する記憶素子及び前記
記憶素子の出力値に従って前記ステップモータへ前記サ
ンプリングタイムの一定時間後にローパスフィルタを介
して電流を印加する増幅器を含むステップモータの微小
送り回路とを備えたものである。In order to achieve the above object, the present invention is provided with a floppy disc drive including position error detection means for obtaining a position error signal indicating a difference between a target position to be followed by the magnetic head and the position of the magnetic head at every constant sampling time. In a digital positioning control device for a magnetic head in a disk device, a step motor for driving the magnetic head, an integrating means for integrating the position error signal at each sampling time, and an output of the integrating means for receiving the target. The digital filter for generating a sine wave having the same frequency as the second frequency component in the position fluctuation component with respect to the impulse input, the output of the digital filter, the position error signal, and the output of the integrating means are sampled. The stabilized digital filter that is input at each time and the stabilized digital filter A storage element that outputs an exciting current value to each phase of the step motor according to the output of the step motor, and an amplifier that applies a current to the step motor through a low-pass filter after a fixed time of the sampling time according to the output value of the storage element. And a minute feed circuit of a step motor including the.
FDD装置ではコスト及び大きさの観点から磁気ヘッド
位置決めのためのアクチュエータとしてステップモータ
が利用されているが、小型化,大容量化を進めるために
はより高精度なステップモータの位置決めが必要とな
る。微小送り回路は、ステップモータの各相への励磁電
流と平衡点位置との関係を記憶しておくことによって、
ステップモータの機械的構造から決まる送りピッチとは
無関係に、ステップモータの微小な位置決めを可能とす
るものである。In the FDD device, a step motor is used as an actuator for positioning the magnetic head from the viewpoint of cost and size, but it is necessary to position the step motor with higher accuracy in order to reduce the size and increase the capacity. . The minute feed circuit stores the relationship between the exciting current to each phase of the step motor and the equilibrium position,
This enables minute positioning of the step motor regardless of the feed pitch determined by the mechanical structure of the step motor.
また、FDD装置におけるセクタサーボ方式ではセクタ
数および磁気ディスクの回転数をあまり大きくできず、
従ってサンプリング周波数は必然的に高くならない。こ
のような環境下で磁気ヘッドを偏心するデータトラック
に追従させるため、偏心の支配的なモードである磁気デ
ィスクの回転周波数の2倍の周波数と等しい周波数の正
弦波を発生する第2成分正弦波ディジタルフィルタを1
巡ループに直列に挿入し、磁気ヘッドの定常的な追従特
性を向上させ、結果的に磁気ヘッドとデータトラック位
置との位置誤差を縮小することを可能にしている。Also, in the sector servo system in the FDD device, the number of sectors and the number of rotations of the magnetic disk cannot be increased so much,
Therefore, the sampling frequency does not necessarily become high. In order to make the magnetic head follow the eccentric data track under such an environment, the second component sine wave that generates a sine wave having a frequency equal to twice the rotation frequency of the magnetic disk, which is the dominant mode of eccentricity, is generated. Digital filter 1
By inserting in a circular loop in series, the steady tracking characteristic of the magnetic head is improved, and as a result, it is possible to reduce the position error between the magnetic head and the data track position.
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。ただ
し、以下の説明においては、信号名を信号値を同一の記
号で表わす。Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, in the following description, signal names are represented by the same symbols for signal values.
第1図は本発明の1実施例に係る2相リニアステップ
モータによる磁気ヘッドのディジタル位置決め制御装置
の構成を示すブロック図である。サンプリングタイムを
Tとすると、磁気ヘッド6が追従すべき目標位置と磁気
ヘッドの位置xとの差を示す位置誤差a(ここでは説明
しないが、何らかの位置誤差検出手段により得られる)
はサンプリングタイムT毎に積算器1および安定化ディ
ジタルフィルタ3へ入力される。FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a digital positioning control device for a magnetic head using a two-phase linear step motor according to an embodiment of the present invention. Assuming that the sampling time is T, a position error a indicating the difference between the target position to be followed by the magnetic head 6 and the position x of the magnetic head (not explained here, but obtained by some position error detecting means).
Is input to the integrator 1 and the stabilizing digital filter 3 every sampling time T.
積算器1は位置誤差aをサンプリングタイム毎に積算
し、積算値bをサンプリングタイムT間、第2成分正弦
波ディジタルフィルタ2および安定化ディジタルフィル
タ3へ出力する。The integrator 1 integrates the position error a for each sampling time, and outputs the integrated value b to the second component sine wave digital filter 2 and the stabilizing digital filter 3 during the sampling time T.
第2成分正弦波ディジタルフィルタ2は磁気ヘッド6
が追従すべき目標値信号の変動成分の中の第2周波数成
分と等しい周波数の正弦波をインパルス入力に対して発
生するディジタルフィルタである。The second component sine wave digital filter 2 is a magnetic head 6
Is a digital filter for generating a sine wave having a frequency equal to the second frequency component in the fluctuation component of the target value signal to be followed, to the impulse input.
安定化ディジタルフィルタ3は位置誤差信号a、積算
器1の出力b及び第2成分正弦波ディジタルフィルタ2
の出力cを受けて、2相リニアステップモータ5の平衡
点アドレス値uを計算し、微小送り回路4に、サンプリ
ングタイムTのΔ時間後、すなわち(T+Δ)時間に、
サンプリングタイムT間、2相リニアステップモータ5
の平衡点アドレス値uを出力する。Δは安定化ディジタ
ルフィルタの計算時間に相当する遅れ時間である。The stabilizing digital filter 3 includes a position error signal a, an output b of the integrator 1, and a second component sine wave digital filter 2
The output c of the two-phase linear step motor 5 is calculated, and the minute feed circuit 4 calculates the balance point address value u of the sampling time T, that is, at (T + Δ) time.
Two-phase linear step motor 5 during sampling time T
And outputs the equilibrium point address value u. Δ is a delay time corresponding to the calculation time of the stabilized digital filter.
フロッピィディスク装置においては、データが記録さ
れる磁気ディスクはポリエチレンなどのプラスティック
フィルムを基盤としてその上に磁気媒体を塗布するもの
が使われる。このため、データが記録されるデータトラ
ックは同心円上に作られるが、データが記録された環境
(温度や湿度など)によって磁気ディスクの基盤である
プラスティックフィルムが伸縮するため、データトラッ
クは変形する。このデータトラックの変形は楕円形とな
ることが知られている。これは結果的に、磁気ディスク
回転周波数の2倍の周波数で、磁気ヘッド6が追従すべ
き目標のデータトラック位置が変動することとなる。第
2成分正弦波ディジタルフィルタは磁気ヘッドの位置決
めディジタル制御系の一巡伝達関数における、この周波
数でのフィードバックゲインを大きくする効果があり、
結果的に磁気ヘッドのトラック追従精度を向上すること
ができるものである。In the floppy disk device, a magnetic disk on which data is recorded uses a plastic film such as polyethylene as a base on which a magnetic medium is applied. Therefore, the data tracks on which the data is recorded are formed on concentric circles, but the plastic film, which is the base of the magnetic disk, expands and contracts depending on the environment in which the data is recorded (temperature, humidity, etc.), and the data tracks are deformed. It is known that the deformation of this data track is elliptical. As a result, the target data track position to be followed by the magnetic head 6 fluctuates at a frequency twice the magnetic disk rotation frequency. The second component sine wave digital filter has the effect of increasing the feedback gain at this frequency in the loop transfer function of the positioning digital control system of the magnetic head.
As a result, the track following accuracy of the magnetic head can be improved.
積算器1及び第2成分正弦波ディジタルフィルタ2は
一般に内部モデルと呼ばれる定常偏差補償器であり、ま
た、安定化ディジタルフィルタ3はフィードバック制御
系を安定化するための補償器である。The integrator 1 and the second component sine wave digital filter 2 are steady-state deviation compensators generally called internal models, and the stabilizing digital filter 3 is a compensator for stabilizing the feedback control system.
微小送り回路4は安定化ディジタルフィルタ3の出力
値uを受けて2相リニアステップモータ5の各相(A相
とB相とする)へ安定化ディジタルフィルタ3の出力値
uに応じた電流d,d′を流し、2相リニアステップモー
タ5の平衡点を変化させ2相リニアステップモータ5を
動かし、磁気ヘッド6をデータトラック上に位置決めす
る。磁気ヘッド6の位置xと磁気ヘッド6が追従すべき
目標トラック位置との位置誤差aは再び次のサンプリン
グ時点に検出され積算器1および安定化ディジタルフィ
ルタ3へ入力されることによって、フィードバックルー
プが構成される。ここで、サンプリングタイムT及び遅
れ時間Δはタイマによって時間管理される。The minute feed circuit 4 receives the output value u of the stabilizing digital filter 3 and supplies it to each phase (A phase and B phase) of the two-phase linear step motor 5 according to the output value u of the stabilizing digital filter 3. , d ′ are caused to flow, the equilibrium point of the two-phase linear step motor 5 is changed, the two-phase linear step motor 5 is moved, and the magnetic head 6 is positioned on the data track. The position error a between the position x of the magnetic head 6 and the target track position to be followed by the magnetic head 6 is detected again at the next sampling time and is input to the integrator 1 and the stabilizing digital filter 3, whereby the feedback loop is formed. Composed. Here, the sampling time T and the delay time Δ are managed by a timer.
第2図は微小送り回路4の1構成例を示すブロック図
である。微小送り回路4は外部から与えられる2相リニ
アステップモータ5の平衡点アドレス値uを受けて、2
相リニアステップモータのA相及びB相それぞれに与え
るべき励磁電流値を出力するROM(リードオンリメモ
リ)7,7′と、ROM7,7′の出力値e,e′であるディジタル
信号をアナログ信号へ変換するD/A変換器8,8′と、D/A
変換器8,8′の出力信号f,f′のナイキスト周波数(1/2
T)以上の周波数成分を遮断するローパスフィルタ9,9′
と、ローパスフィルタ9,9′の出力g,g′に応じて2相リ
ニアステップモータ5のA相及びB相に電流d及びd′
を流す増幅器10,10′とからなる。FIG. 2 is a block diagram showing one configuration example of the minute feed circuit 4. The minute feed circuit 4 receives the equilibrium point address value u of the two-phase linear step motor 5 given from the outside, and
ROM (read-only memory) 7,7 'that outputs the exciting current value to be given to each of the A-phase and B-phase of the single-phase linear step motor and the digital signal that is the output value e, e' of ROM 7,7 'is an analog signal D / A converters 8 and 8'to convert to D / A
Nyquist frequency (1/2 of output signal f, f 'of converter 8,8'
Low-pass filter 9,9 'that cuts off frequency components above T)
And the currents d and d'in the A-phase and B-phase of the two-phase linear step motor 5 according to the outputs g, g'of the low-pass filters 9, 9 '.
It is composed of amplifiers 10 and 10 'which flow.
2相リニアステップモータ5はその平衡点の位置を、
A相の電流値dとB相の電流値d′を適当に組合せるこ
とによって、2相リニアステップモータ5の機械的なピ
ッチにかかわらず任意に設定できる。すなわち、A相及
びB相それぞれにある大きさの電流を流すと、その電流
値の組合せによる平衡点が必ず存在し、この平衡点の位
置はA相及びB相の励磁電流にのみ依存し、機械的構造
から決まる送りピッチには無関係である。The 2-phase linear step motor 5 moves the position of its equilibrium point
By properly combining the A-phase current value d and the B-phase current value d ', it can be arbitrarily set regardless of the mechanical pitch of the two-phase linear step motor 5. That is, when a certain amount of current is applied to each of the A phase and the B phase, there is always an equilibrium point due to the combination of the current values, and the position of this equilibrium point depends only on the excitation currents of the A phase and the B phase. It has nothing to do with the feed pitch determined by the mechanical structure.
従って、ある電流の組み合わせによる平衡点位置を基
準アドレス(アドレス値0)としたとき、その点からの
ずれ量をリニアステップモータの平衡点アドレスとする
ことができ、前記したROM7及び7′には、この平衡点ア
ドレスに対応する電流値の組み合わせが記憶される。た
だし、A相の電流値とB相の電流値の組み合わせは、最
大静止推力が一定になるようにとられる。例えば、2相
リニアステップモータの歯のピッチがλである場合、A
相及びB相両方に+0.1アンペアの電流を流したときの
2相リニアステップモータ5の平衡点位置を基準アドレ
スとし、さらに、このときの最大静止推力を基準最大静
止推力とすると、平衡点の位置が基準アドレスからλ/8
までについてはROM7には+0.1アンペア(アドレス0)
から0.0アンペア(アドレスλ/8)までの電流をA相
に、またROM7′には+0.1アンペア(アドレス0)から (アドレスλ/8)までの電流をB相に流すための値が順
次平衡点のアドレスに応じて記憶されているわけであ
る。第3図はこの様子を示したものであって、ある電流
の組み合わせによって決められた基準アドレス(アドレ
ス値0)とその点からのずれ量である平衡点アドレスu,
u′u″における静止推力特性を示している。また、2
相リニアステップモータ5(磁気ヘッド6)の位置xも
同様に基準アドレスからの位置ずれとして与えられる。Therefore, when the equilibrium point position due to a certain combination of currents is used as the reference address (address value 0), the amount of deviation from that point can be used as the equilibrium point address of the linear step motor. , A combination of current values corresponding to the equilibrium point address is stored. However, the combination of the A-phase current value and the B-phase current value is taken so that the maximum static thrust becomes constant. For example, when the tooth pitch of the two-phase linear step motor is λ, A
Assuming that the equilibrium point position of the two-phase linear step motor 5 when a current of +0.1 amp is applied to both phase B and phase B is the reference address, and the maximum stationary thrust at this time is the reference maximum stationary thrust, the equilibrium point Position is λ / 8 from the reference address
Up to +0.1 amp (address 0) for ROM7
To 0.0 amps (address λ / 8) to phase A, and ROM7 'from +0.1 amps (address 0) The value for flowing the current up to (address λ / 8) in the B phase is stored in sequence according to the address of the equilibrium point. FIG. 3 shows this state. The reference address (address value 0) determined by a certain combination of currents and the equilibrium point address u, which is the deviation from that point,
The static thrust characteristics at u'u "are shown.
The position x of the phase linear step motor 5 (magnetic head 6) is also given as a position deviation from the reference address.
第4図はローパスフィルタ9,9′の具体的構成例を示
す回路図である。第4図のローパスフィルタは以下に示
す2次の伝達関数Glp(s)によって表される。FIG. 4 is a circuit diagram showing a specific configuration example of the low-pass filters 9, 9 '. The low-pass filter of FIG. 4 is represented by the quadratic transfer function Glp (s) shown below.
ただし、sはラプラス変換の演算子である。 However, s is a Laplace transform operator.
式(1)と第4図の回路定数との間には次の関係があ
る。There is the following relationship between the equation (1) and the circuit constant in FIG.
以上の様に、微小送り回路は2相リニアステップモー
タ5の平衡点の位置を機械的構造から決まる送りピッチ
にかかわらず任意に選ぶことができるわけである。 As described above, the minute feed circuit can arbitrarily select the position of the equilibrium point of the two-phase linear step motor 5 regardless of the feed pitch determined by the mechanical structure.
2相リニアステップモータ5に微小送り回路4を接続
した場合には、第3図に示される様に、2相リニアステ
ップモータ5の平衡点アドレス値uと2相リニアステッ
プモータ5(磁気ヘッド6)の位置xとの間の入出力関
係は(4)式で表わされる。When the fine feed circuit 4 is connected to the 2-phase linear step motor 5, as shown in FIG. 3, the equilibrium point address value u of the 2-phase linear step motor 5 and the 2-phase linear step motor 5 (magnetic head 6 The input-output relationship between the position x and the position x) is expressed by equation (4).
M+kx=ku (4) ここで、Mは2相リニアステップモータ5によって駆
動される可動部の質量であり、kは2相リニアステップ
モータ5の送りピッチλと最大静止推力Fによって決ま
る定数で、(5)式により表わされる。また、はxの
時間に関する2階微分、即ち加速度αである。M + kx = ku (4) Here, M is the mass of the movable part driven by the two-phase linear step motor 5, k is a constant determined by the feed pitch λ of the two-phase linear step motor 5 and the maximum static thrust F, It is expressed by equation (5). Further, is the second derivative of x with respect to time, that is, the acceleration α.
2相リニアステップモータ5の平衡点アドレス値uを
入力とし、磁気ヘッド6の位置xを出力とするシステム
に、第5図の様に、サンプリングタイムT以内であるΔ
時間の計算時間遅れに相当するむだ時間を付加し、t=
NT(N=0,1,2,……)のサンプリング時刻に注目し、離
散時間値での状態方程式を導くと、(6)式の様にな
る。第5図においてvはむだ時間11への入力である。 In a system in which the equilibrium point address value u of the two-phase linear step motor 5 is input and the position x of the magnetic head 6 is output, as shown in FIG.
A dead time corresponding to the time calculation delay is added, and t =
Paying attention to the sampling time of NT (N = 0,1,2, ...) and deriving the equation of state at discrete time values, it becomes as shown in equation (6). In FIG. 5, v is an input to the dead time 11.
X((N+1)T)=A・X(NT)+b・v(NT)(6-
a) Y(NT)=C・X(NT) (6-b) ここで、X(NT)は状態ベクトル、Y(NT)は出力ベ
クトルで、次式で与えられる。X ((N + 1) T) = AX (NT) + bv (NT) (6-
a) Y (NT) = C * X (NT) (6-b) where X (NT) is a state vector and Y (NT) is an output vector, which is given by the following equation.
X(NT)=〔x(NT),β(NT),u(NT)〕T Y(NT)=〔x(NT),u(NT)〕T ここで、βは磁気ヘッド6の速度を表わす。X (NT) = [x (NT), β (NT), u (NT)] T Y (NT) = [x (NT), u (NT)] T where β is the speed of the magnetic head 6. Represent.
また、(6)式の各係数行列は以下の構造をしてい
る。Further, each coefficient matrix of the equation (6) has the following structure.
ただし、exp(・)は行列指数関数である。 However, exp (•) is a matrix exponential function.
(6)式で表されるシステムは可制御・可観測で、可
観測指数が2である。The system represented by equation (6) is controllable and observable, and the observable index is 2.
第6図は積算器の機能をZ−変換の演算子zを用いて
表わしたブロック図である。z-1はサンプリングタイム
Tごとに動作するシフトレジスタであり、位置誤差信号
aをサンプリングタイム毎に積算し、積算結果bをサン
プリングタイムT毎にサンプリングタイム間出力する。FIG. 6 is a block diagram showing the function of the accumulator by using the Z-transform operator z. z -1 is a shift register that operates at each sampling time T, integrates the position error signal a at each sampling time, and outputs an integration result b at each sampling time T for the sampling time.
第7図はZ−変換の演算子zを用いて記述した第2成
分正弦波ディジタルフィルタ2の構成例を示すブロック
図である。第7図においてm1,m2,m3,m4,m5,m6は実定数
である。また、C1,C2は第2成分正弦波ディジタルフィ
ルタの出力を表わす。FDD装置における磁気ディスクシ
ートは温度や湿度の変化により、楕円状に変形するた
め、データトラックの偏心モードは磁気ディスクの回転
周波数の約2倍の周波数に現われる。すなわち、磁気ヘ
ッド6の追従制御系は磁気ディスクの回転周波数の約2
倍の周波数で変動する目標値信号に対して、十分な追従
精度を持たなければならない。このための方法としては
制御系のバンド幅を広くすることが考えられるが、FDD
装置におけるセクタサーボ方式では、セクタ数及び磁気
ディスクの回転数をそれほど大きく設定することができ
ず、従ってサンプリング周波数がそれほど大きくなら
ず、制御系のバンド幅を広くすることはできない。第2
成分正弦波ディジタルフィルタ2はサンプリング周波数
が低い場合においても、データトラックの偏心に十分な
精度で磁気ヘッド6を追従させる目的で付加したディジ
タルフィルタである。FIG. 7 is a block diagram showing a configuration example of the second component sine wave digital filter 2 described using the Z-transform operator z. In FIG. 7, m1, m2, m3, m4, m5, m6 are real constants. C1 and C2 represent the outputs of the second component sine wave digital filter. Since the magnetic disk sheet in the FDD device deforms into an elliptical shape due to changes in temperature and humidity, the eccentric mode of the data track appears at a frequency about twice the rotation frequency of the magnetic disk. That is, the follow-up control system of the magnetic head 6 has about 2 times the rotation frequency of the magnetic disk.
It must have sufficient tracking accuracy for the target value signal that fluctuates at twice the frequency. Widening the bandwidth of the control system is considered as a method for this, but FDD
In the sector servo system in the device, the number of sectors and the number of rotations of the magnetic disk cannot be set so large that the sampling frequency does not become so large and the bandwidth of the control system cannot be widened. Second
The component sine wave digital filter 2 is a digital filter added for the purpose of causing the magnetic head 6 to follow the eccentricity of the data track with sufficient accuracy even when the sampling frequency is low.
第7図において、積算器出力bから第2成分正弦波デ
ィジタルフィルタ2の出力C1までのパルス伝達関数Gsin
(z)は(7)式の様になる。In FIG. 7, the pulse transfer function Gsin from the accumulator output b to the output C1 of the second component sine wave digital filter 2
(Z) is expressed by equation (7).
例えば、データトラックの偏心モードが10Hzで、サン
プリングタイムTが6msecである場合には、 のラプラス変換 をサンプリングタイムTで離散化することによってm1,m
2,m3,m4,m5,m6は次の様になる。ただし、tは時間を表
わす。 For example, when the eccentricity mode of the data track is 10 Hz and the sampling time T is 6 msec, Laplace transformation of By discretizing at sampling time T, m1, m
2, m3, m4, m5, m6 are as follows. However, t represents time.
m1=1.7788×10-5,m2=5.8590×10-3 m3=5.8590×10-3,m4=0.92985, m5=0.92985,m6=−23.10706 制御系の安定性に関しては、後述するとして、いま制
御系が安定化できたとする。このとき、磁気ヘッド6が
追従すべき目標位置から位置誤差aまでのパルス伝達関
数W(z)は1巡パルス伝達関数が(7)式及び積算器
のパルス伝達関数1/(z−1)を含んでいることから、
常に次の様な形になる。m1 = 1.7788 × 10 -5 , m2 = 5.8590 × 10 -3 m3 = 5.8590 × 10 -3 , m4 = 0.92985, m5 = 0.92985, m6 = -23.10706 Is stabilized. At this time, as for the pulse transfer function W (z) from the target position to be followed by the magnetic head 6 to the position error a, the one-cycle pulse transfer function is the equation (7) and the pulse transfer function 1 / (z-1) of the integrator. Because it contains
It always looks like this:
ここで、δ(z)はδ(z)=0の根がすべてZ−平
面の単位円内に存在するσ次の実係数多項式であり、γ
(z)は(σ−3)次の実係数多項式である。また、σ
は自然数である。 Here, δ (z) is a σ-order real coefficient polynomial in which all roots of δ (z) = 0 exist in the unit circle of the Z-plane, and γ
(Z) is a real coefficient polynomial of degree (σ-3). Also, σ
Is a natural number.
(8)式で表される磁気ヘッド6が追従すべき目標位
置から位置誤差a(t)までのパルス伝達関数(周波数
特性)は第9図に示されるようになる。The pulse transfer function (frequency characteristic) from the target position to be followed by the magnetic head 6 represented by the equation (8) to the position error a (t) is as shown in FIG.
第9図は位置誤差a(t)が磁気ディスクの回転周波
数の2倍の周波数と、DC領域において大きく圧縮される
ことを示している。FIG. 9 shows that the position error a (t) is greatly compressed in the DC region with a frequency twice the rotation frequency of the magnetic disk.
このことは、Z−変換の最終値定理を使って定量的に
示すことができる。This can be shown quantitatively using the Z-transform final value theorem.
(8)式、Z−変換の最終値の定理、及びデータトラ
ックの偏心が磁気ディスクの回転周波数の2倍の周波数
で生じることから、位置誤差a(t)は、 =0 (9) a(t)は磁気ヘッド6と磁気ヘッド6が追従すべき
データトラック位置との位置誤差を意味する。したがっ
て、(9)式は、目標位置が磁気ディスクの回転周波数
の2倍の周波数で偏心するとき、この位置誤差a(t)
が定常的に零になることを示しており、第9図に示した
周波数特性を裏付けている。すなわち、第2成分正弦波
ディジタルフィルタの効果によって、目標位置の変動の
主成分である磁気ディスク回転周波数の2倍の周波数に
対する磁気ヘッド6の追従が高精度に行える。また、積
分器1によって第9図にあるように制御帯域までの位置
誤差は1デカード当たり20dBの割合を持つ漸近線に沿っ
て圧縮される。Since the formula (8), the theorem of the final value of the Z-transform, and the eccentricity of the data track occur at a frequency twice the rotation frequency of the magnetic disk, the position error a (t) is = 0 (9) a (t) means a position error between the magnetic head 6 and the data track position to be followed by the magnetic head 6. Therefore, when the target position is eccentric at a frequency twice the rotation frequency of the magnetic disk, the position error a (t) is expressed by the equation (9).
Shows that it constantly becomes zero, supporting the frequency characteristic shown in FIG. That is, due to the effect of the second component sine wave digital filter, the magnetic head 6 can accurately follow the frequency twice the rotational frequency of the magnetic disk, which is the main component of the fluctuation of the target position. Further, the position error up to the control band is compressed by the integrator 1 along the asymptote having a rate of 20 dB per decade as shown in FIG.
第8図は安定化ディジタルフィルタの1構成例であ
る。前述の如く(6)式で表されるシステムが可制御・
可観測で、可観測指数が2であることから、1次の安定
化ディジタルフィルタによって制御系は安定化できる。
したがって、この場合、(8)式のσ(z)の次数σは
7となる。第8図においてl1,l2,l3,l4,l5,l6,l7,l8,l
9,l10は実定数であり、これらを適当に選ぶことによ
り、(8)式の分母多項式δ(z)を任意に指定するこ
とができ、サンプリング周波数による制限はあるが、そ
の範囲内で制御系のバント幅を任意に設定できる。FIG. 8 shows an example of the structure of the stabilizing digital filter. As mentioned above, the system expressed by equation (6) is controllable.
Since it is observable and the observable index is 2, the control system can be stabilized by a first-order stabilizing digital filter.
Therefore, in this case, the order σ of σ (z) in the expression (8) is 7. In FIG. 8, l1, l2, l3, l4, l5, l6, l7, l8, l
9, l10 are real constants. By selecting these properly, the denominator polynomial δ (z) in equation (8) can be specified arbitrarily, and although there is a limit due to the sampling frequency, control is performed within that range. The band width of the system can be set arbitrarily.
第7図及び第8図で示した第2成分正弦波ディジタル
フィルタ及び安定化ディジタルフィルタはシフトレジス
タ、加算器、m1,m2,m3,m4,m5,m6あるいはl1,l2,l3,l4,l
5,l6,l7,l8,l9,l10の定数倍を行う乗算器及びサンプリ
ングタイムTと2相リニアステップモータ5へ平衡点ア
ドレス値uを出力するタイミングΔを管理するタイマに
よって構成できる。言うまでもないが、実定数m1,m2,m
3,m4,m5,m6,l1,l2,l3,l4,l5,l6,l7,l8,l9,l10は一般に
0を含む実定数である。したがって、0の場合には、第
7図及び第8図に示す構成要素の中で、0倍されるもの
は構成要素とする必要がなく省略できる。The second component sine wave digital filter and stabilizing digital filter shown in FIGS. 7 and 8 are shift registers, adders, m1, m2, m3, m4, m5, m6 or l1, l2, l3, l4, l.
It can be constituted by a multiplier for multiplying 5, l6, l7, l8, l9, l10 by a constant and a timer for controlling the sampling time T and the timing Δ for outputting the equilibrium point address value u to the two-phase linear step motor 5. Needless to say, the real constants m1, m2, m
3, m4, m5, m6, l1, l2, l3, l4, l5, l6, l7, l8, l9, l10 are real constants generally including zero. Therefore, in the case of 0, among the components shown in FIG. 7 and FIG. 8, those that are multiplied by 0 do not have to be components and can be omitted.
当然のことながら、積算器1、第2成分正弦波ディジ
タルフィルタ2および安定化ディジタルフィルタ3は、
第6図、第7図、及び第8図に示した様にZ−変換の演
算子zによって表わされていることから、マイクロプロ
セッサ等のディジタル計算機により差分方程式を解くと
いう方法でプログラム的に実現することも可能である。
さらに、本発明は2相リニアステップモータを利用する
場合に限るものではなく、他のステップモータを利用し
たFDD装置にも適用できる。As a matter of course, the integrator 1, the second component sine wave digital filter 2 and the stabilizing digital filter 3 are
Since it is represented by the Z-transform operator z as shown in FIGS. 6, 7, and 8, it is possible to programmatically solve the difference equation by a digital computer such as a microprocessor. It can also be realized.
Furthermore, the present invention is not limited to the case of using a two-phase linear step motor, but can be applied to an FDD device using another step motor.
以上説明した様に、本発明によれば、ステップモータ
に微小送り回路を付加し、さらに一巡ループに第2成分
正弦波ディジタルフィルタを直列に挿入することによっ
て、ステップモータの機械的構造から決まる送りピッチ
にかかわらずステップモータを微細に送ることが可能と
なり、低いサンプリング周波数の下でも磁気ヘッドを目
標データトラックへ高精度に追従させることができる。As described above, according to the present invention, by adding the minute feed circuit to the step motor and further inserting the second component sine wave digital filter in series in the loop loop, the feed determined by the mechanical structure of the step motor is obtained. The step motor can be fed finely regardless of the pitch, and the magnetic head can follow the target data track with high accuracy even under a low sampling frequency.
第1図は本発明の1実施例に係わる2相リニアステップ
モータを用いた磁気ヘッドのディジタル位置決め制御装
置の構成を示すブロック図、 第2図は第1図に示した微小送り回路の1構成例を示す
ブロック図、 第3図は2相リニアステップモータの各平衡点のアドレ
スとその点における2相リニアステップモータの静止推
力特性を示した図、 第4図は第2図で示したローパスフィルタの具体的構成
を示した図、 第5図はむだ時間を付加した制御対象のブロック図、 第6図は積算器の機能を示したブロック図、 第7図は第2成分正弦波ディジタルフィルタの1構成例
をZ−変換の演算子zによって記述したブロック図、 第8図は安定化ディジタルフィルタの1構成例をZ−変
換の演算子zを用いて表わしたブロック図、第9図は磁
気ヘッド6が追従すべき目標位置から位置誤差a(t)
までのパルス伝達関数を示した図である。 1……積算器 2……第2成分正弦波ディジタルフィルタ 3……安定化ディジタルフィルタ 4……微小送り回路 5……2相リニアステップモータ 6……磁気ヘッド 7,7′……ROM 8,8′……D/A変換器 9,9′……ローパスフィルタ 10,10′……増幅器 11……むだ時間 a……位置誤差信号 b……積算器出力 c,c1,c2……第2成分正弦波ディジタルフィルタ出力 d,d′……微小送り回路出力 e,e′……ROM出力 f,f′……D/A変換器出力 g,g′……ローパスフィルタ出力 u,u′,u″……2相リニアステップモータの平衡点位置 v……むだ時間への入力 x……磁気ヘッドの位置 R1,R2……抵抗 C1,C2……コンデンサ l1,l2,l3,l4,l5,l6,l7,l8,l9,l10,m1,m2,m3,m4,m5,m6…
…実定数 z……Z−変換演算子 ωb……制御帯域周波数 ω2r……ディスク回転周波数の2倍の周波数FIG. 1 is a block diagram showing the construction of a digital positioning control device for a magnetic head using a two-phase linear step motor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a construction of the minute feed circuit shown in FIG. FIG. 3 is a block diagram showing an example, FIG. 3 is a diagram showing addresses of respective equilibrium points of a two-phase linear step motor and static thrust characteristics of the two-phase linear step motor at that point, and FIG. 4 is a low pass shown in FIG. FIG. 5 is a block diagram showing a specific configuration of a filter, FIG. 5 is a block diagram of a control target with dead time added, FIG. 6 is a block diagram showing a function of an integrator, and FIG. 7 is a second component sine wave digital filter. Is a block diagram describing one configuration example of the Z-transform operator z, FIG. 8 is a block diagram illustrating one configuration example of the stabilized digital filter using the Z-transform operator z, and FIG. Magnetic head Position error a (t) from the target position that 6 should follow
It is the figure which showed the pulse transfer function up to. 1 …… Integrator 2 …… Second component sine wave digital filter 3 …… Stabilizing digital filter 4 …… Fine feed circuit 5 …… 2-phase linear step motor 6 …… Magnetic head 7,7 ′ …… ROM 8, 8 '... D / A converter 9,9' ... low-pass filter 10,10 '... amplifier 11 ... dead time a ... position error signal b ... integrator output c, c1, c2 ... second Component sine wave digital filter output d, d '... minute feed circuit output e, e' ... ROM output f, f '... D / A converter output g, g' ... low-pass filter output u, u ', u ″ …… Balance point position of 2-phase linear step motor v …… Input to dead time x …… Magnetic head position R 1 , R 2 …… Resistance C 1 , C 2 …… Capacitors l1, l2, l3, l4, l5, l6, l7, l8, l9, l10, m1, m2, m3, m4, m5, m6…
2 times the frequency of the ... real constant z ...... Z- conversion operator ωb ...... control band frequency ω 2 r ...... disk rotation frequency
Claims (1)
記磁気ヘッドの位置との差を示す位置誤差信号を一定の
サンプリングタイム毎に得る位置誤差検出手段を備えた
フロッピィディスク装置における磁気ヘッドのディジタ
ル位置決め制御装置において、前記磁気ヘッドを駆動す
るためのステップモータと、前記位置誤差信号を前記サ
ンプリングタイム毎に積算する積算手段と、前記積算手
段の出力を受けて前記目標位置の変動成分の中の、第2
周波数成分と同じ周波数の正弦波をインパルス入力に対
して発生するディジタルフィルタと、前記ディジタルフ
ィルタの出力と前記位置誤差信号と前記積算手段の出力
とを前記サンプリングタイム毎に入力とする安定化ディ
ジタルフィルタと、前記安定化ディジタルフィルタの出
力に応じて前記ステップモータの各相へ励磁電流値を出
力する記憶素子及び前記記憶素子の出力値に従って前記
ステップモータへ前記サンプリングタイムの一定時間後
にローパスフィルタを介して電流を印加する増幅器を含
むステップモータの微小送り回路とを備えることを特徴
とする磁気ヘッドのディジタル位置決め制御装置。1. A magnetic head digital in a floppy disk device comprising position error detection means for obtaining a position error signal indicating a difference between a target position to be followed by the magnetic head and the position of the magnetic head at every constant sampling time. In the positioning control device, a step motor for driving the magnetic head, an integrating means for integrating the position error signal for each sampling time, and an output of the integrating means to receive a change component of the target position. , Second
A digital filter for generating a sine wave having the same frequency as a frequency component with respect to an impulse input, and a stabilizing digital filter having the output of the digital filter, the position error signal and the output of the integrating means as input at each sampling time. A storage element that outputs an exciting current value to each phase of the step motor according to the output of the stabilizing digital filter, and the step motor to the step motor according to the output value of the storage element via a low-pass filter after a fixed time of the sampling time. And a minute feed circuit for a step motor including an amplifier for applying a current to the magnetic head.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60234544A JPH087957B2 (en) | 1985-10-22 | 1985-10-22 | Magnetic head digital positioning controller |
| EP86114617A EP0229891A3 (en) | 1985-10-22 | 1986-10-22 | Head positioning system for floppy disk drives |
| US06/921,514 US4788608A (en) | 1985-10-22 | 1986-10-22 | Head positioning system for positioning a magnetic head on an eccentric target track |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60234544A JPH087957B2 (en) | 1985-10-22 | 1985-10-22 | Magnetic head digital positioning controller |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6295777A JPS6295777A (en) | 1987-05-02 |
| JPH087957B2 true JPH087957B2 (en) | 1996-01-29 |
Family
ID=16972686
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60234544A Expired - Lifetime JPH087957B2 (en) | 1985-10-22 | 1985-10-22 | Magnetic head digital positioning controller |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH087957B2 (en) |
-
1985
- 1985-10-22 JP JP60234544A patent/JPH087957B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6295777A (en) | 1987-05-02 |
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