JPH1116308A - 磁気ディスク装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】磁気ディスク装置において、外乱オブザーバよ
りなる外力推定手段を用いて外力推定を行う場合に、ゲ
イン変動、モデル誤差および位置信号誤検出が外力推定
値の過渡応答を大きく変動させ、ヘッド移動時の過渡応
答を悪化させる。 【解決手段】モデル誤差による外乱推定値の過渡特性の
悪化を低減する手段として、オブザーバの推定値の１サ
ンプル間での変化量を制限するリミッタを適用する。リ
ミッタにより制限された推定値は推定値の過度の変動を
抑制し、ヘッド位置の過渡応答を改善させることができ
る。また、位置誤差信号の誤りを検出した場合にはその
サンプルにおける位置誤差信号は過去の位置誤差信号と
ＶＣＭ制御信号を用いて推定することにより、以降のサ
ンプルにおける外力推定精度を向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気ディスク装置
に係り、特に磁気ヘッドを目標トラックに追従させる動
作に関する。さらに、半導体露光装置等に用いられるＸ
Ｙステージや、光磁気ディスク装置等の高精度位置決め
装置を備えた磁気ディスク装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気ディスク装置等のヘッドアクチュエ
ータの位置決め機構には、直動型と呼ばれるリニアアク
チュエータと、揺動型と呼ばれるロータリーアクチュエ
ータがあるが、いずれも転がり軸受けで案内される。

【０００３】軸受部での摩擦力はばね力と粘性摩擦力の
ような粘弾性体に支持されるような特性を示し、さらに
変位に対する摩擦力の勾配は、転がり軸受けの移動方向
が反転するたびに変化し、変位が微小な場合ほど摩擦力
の勾配は急になるという非線形性を持つ。その結果、ヘ
ッド変位に対する摩擦力の変化はヒステリシス特性を示
す。

【０００４】特開平3−30156号公報では、摩擦力を含む
位置決め制御モータに加わる外力を補償する方法とし
て、モータ駆動信号を積分することにより計算される推
定位置信号と、ディスク面に記録されたサーボ情報から
得られるヘッド位置信号の差分ｅ₀ に、ある値を乗じた
信号を操作量に加算する構成をもつことにより、外力に
起因するヘッド位置ずれを補正する方法と、この外力補
償値の測定をディスク面の数箇所で行い、測定結果を記
録しておくことで外力補正値のテーブルを作成し、ディ
スク上の追従トラック位置に応じてテーブル値を参照す
ることによりフィードフォワードで外力を補償する方法
が開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ヘッドの精密位置決め
に対する要求は小型化，高記録密度化に伴って厳しくな
っており、アクチュエータの微小位置変動によって生じ
る転がり軸受部で発生する非線形摩擦が、精密位置決め
の阻害要因となってきた。前記した従来技術に記載され
る外力補正テーブル参照方式では補正誤差が生じ、それ
による位置決め特性への影響は小型化・軽量化によりさ
らに顕著に現れてくる。そのため摩擦力を外乱オブザー
バよりなる外力推定手段により、リアルタイムに推定し
補償することが重要となる。

【０００６】外乱オブザーバにより外力補償を行う場合
に２つの課題がある。１つめの課題は、モデル誤差に対
する外乱推定精度の向上である。例えば、磁気ディスク
装置のヘッド位置決めアクチュエータは、キャリッジ軸
受部の粘弾性摩擦による低周波領域に固有振動数をもつ
２次系の特性を示し、その固有振動数や減衰はヘッド変
位に依存して変動し、制御対象とモデルの間に誤差を生
じる。また、信号再生用のＭＲヘッドは、磁気抵抗効果
により磁界の変化を抵抗値の変化として高感度に検出す
ることが可能なため、記録密度向上に有効な反面、欠点
としてマイクロトラック方向に再生出力の感度分布をも
つため、トラック中心からのヘッド位置ずれ量と検出位
置誤差出力とが比例せず、ポジション検出感度は、トラ
ック中心で高くトラックの周辺にいくに従い検出感度が
低下する。このため制御系としてのループゲインがトラ
ック幅内において変動する。

【０００７】また、モータ推力定数は温度変化等により
経時変化を示すため制御系のループゲインを変化させ
る。さらに、アクチュエータの曲げ、ねじり等による高
周波領域における共振現象のモデル誤差が存在する。こ
のような条件下でオブザーバを用いてアクチュエータに
作用する外力を推定しようとする場合、ゲイン変動およ
びモデル誤差が外力推定値の過渡応答を大きく変動させ
る。

【０００８】この推定値を補償信号として、アクチュエ
ータ駆動信号に加算した場合に、ヘッド移動時の過渡応
答を悪化させたり、電流に不要な高周波成分を与えて、
高次の共振モードを励起させる。

【０００９】２つめの課題はヘッド位置の誤検出に対す
る外力推定精度の向上である。例えば、ＭＲヘッド使用
時には、熱雑音（ＴＡ：サーマルアスペリティ）の発生
等により、サーボ位置情報が検出できなかったり、誤っ
たトラック番号を検出する場合がある。このような現象
はオブザーバを用いた推定時において、以後数サンプル
の間、誤った外力推定値を発生する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記したリアルタイムに
外乱オブザーバを適用する場合の２つの課題に対して、
本発明によれば１つめの課題に対しては、モデル誤差に
よる外乱推定値の過渡特性の悪化を低減する手段とし
て、オブザーバの推定値の変化量を制限するリミッタ
（オブザーバ変化量リミッタ）を適用する。リミッタに
より推定値の大きすぎる変動を抑制しヘッド位置の過渡
応答を改善させることができる。

【００１１】２つめの課題に対しては、過去の位置誤差
信号とＶＣＭ制御信号を用いて位置誤差信号を推定する
ことにより位置検出の誤りを判定し、判定結果に応じて
位置誤差信号推定値を用いることにより外力推定精度を
向上させる。このとき、位置誤差信号の推定精度に起因
する外力推定値の変動は、前記したオブザーバ推定値の
変化量を制限するリミッタを用いることにより低減す
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１３に、磁気ディスク装置の斜
視図を示す。ベース１０には所定の速度で回転するスピ
ンドルモータ８が固定されている。スピンドルモータ８
には、記録媒体である磁気ディスク４が固定されてい
る。また、スピンドルモータ８に保持された磁気ディス
ク４の側方向には、ベース１０に支持されるピボット軸
受３が、スピンドルモータ軸に平行になるように設けら
れている。

【００１３】磁気ヘッド１の保持部材であるヘッド支持
ばね７とロードアーム６とキャリッジ５は、ピボット軸
受３に揺動可能に固定されている。磁気ヘッド１を移動
させるための動力は、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）２
により発生する。ボイスコイルモータ２の構成部品であ
る駆動コイル（図示せず）は、前記キャリッジ５に固定
されている。

【００１４】ボイスコイルモータ２のもう１つの構成部
品である磁気回路（図示せず）は、ベース１０に固定さ
れたヨーク（図示せず）と、ヨークに固定されたマグネ
ット（図示せず）からなる。

【００１５】湾曲形状に取り付けられているＦＰＣ（フ
レキシブル・プリント・ケーブル）９の一端はキャリッ
ジ５に、他端はベース１０に固定され、装置外部のスピ
ンドルモータ８や、ボイスコイルモータ２の駆動回路等
からなる図示しない制御回路基板に接続されている。Ｆ
ＰＣ９には図示しないリードライトＩＣが搭載されてお
り、磁気ヘッド１から引き出されたヘッド信号線がＦＰ
Ｃ９を介して前記リードライトＩＣに接続され、前記制
御回路基板に電気的に接続されている。

【００１６】また、ボイスコイルモータ２のコイル線端
部もＦＰＣ９に接続されている。前記制御回路基板はベ
ース１０の下側に固定される。また、スピンドルモータ
８に固定された磁気ディスク４およびピボット軸受３に
支持されたキャリッジ５、このキャリッジ５に固定され
たロードアーム６，ロードアーム６に保持される磁気ヘ
ッド１，ボイスコイルモータ２の磁気回路およびコイ
ル，磁気ヘッド１のヘッド信号線，ＦＰＣ９などは図示
しないカバーとベース１０とねじ等により固定される密
閉空間の内部に収容されている。

【００１７】また、ヘッドアクチュエータとは磁気ヘッ
ド１を位置決めするアクチュエータであり、磁気ヘッド
１，ロードアーム６，キャリッジ５，ピボット軸受３，
VCM2，ＦＰＣ９から構成されるものである。

【００１８】本発明の第１の実施例を図１を用いて説明
する。図１は磁気ヘッド位置決め制御系の構成を示すブ
ロック図である。

【００１９】磁気ディスク４上には同心円上に図示しな
いデータトラックが記録され、円周方向に一定間隔でデ
ィスク中心からみて放射状に図示しないセクタサーボ信
号が記録されている。セクタの検出毎にヘッド１で読み
出されたサーボ信号３０はアンプ１１で増幅され、復調
回路１２に送られる。復調信号３１はＡＤ変換器１３に
よりディジタル信号３２として図示しないマイクロプロ
セッサに取り込まれる。

【００２０】位置信号生成手段１４では、復調信号３２
から主位置誤差ＰＥＳＮ(図示せず)と９０度位相の異な
る副位置誤差信号ＰＥＳＱ（図示せず）を作成し、これ
らの信号に復調信号３２から生成されるトラック番号を
加えた位置信号３３を作成する。位置信号３３を目標位
置信号３５から差し引くことにより、位置誤差信号３４
を作成する。

【００２１】位置誤差信号３４に基づいて、位置誤差が
大きい場合、すなわち、目標トラックからヘッドが遠く
に位置する場合には、シーク制御系（速度制御系）を用
い、位置誤差が小さい場合、すなわち、目標トラックに
ヘッドが近づいた場合には、フォロイング制御系（位置
制御系）を用いるように、スイッチ１５および２３を切
り替える。

【００２２】フォロイング時においては、位置誤差信号
は位置決め補償器２０ａに取り込まれる。シーク時にお
いて、速度信号生成手段１６が位置誤差信号３４に基づ
いて、サンプル毎の位置信号の差を検出する等の手法を
用いて、速度の計算を行い速度信号３９を出力する。

【００２３】速度指令発生手段１７では、位置誤差信号
３４に基づいて目標値１９までの距離に対応した速度目
標値４０が作成され、速度目標値４０と速度信号３９の
差分信号４１が、位置決め補償器２０ｂに取り込まれ
る。

【００２４】また、加速度補償発生手段１８では位置誤
差信号３４に基づいて生成される速度指令に対応して、
加速，減速に必要な操作量を、フィードフォワードで与
える加速度補償信号３７が生成され、位置決め補償器２
０ｂの出力３８に加算される。位置決め補償器２０ａで
は、安定性の確保と、低周波数領域のサーボ特性の改善
のための位相進み遅れ補償が用いられ、補償器２０ｂで
は、ゲイン調整のみによるサーボ系の帯域の設定が行わ
れる。

【００２５】外力補正テーブル２２は、ＦＰＣ（フレキ
シブル・プリント・ケーブル）による外力や、軸受部で
の摩擦力等に起因する外力を、各トラック位置毎に測定
することによって作成した外力補償信号４３のテーブル
で、外力補正テーブル２２の出力をＶＣＭ操作信号４５
に加算することにより、ＶＣＭ操作信号４６を生成す
る。

【００２６】外力補償手段２１では、位置誤差信号３４
と操作信号４５の２つの入力から外力推定値４２の演算
を行い、外力補正テーブル２２では補償しきれない時間
的に変動する外力を補償する。

【００２７】外力補償手段２１には、本発明の外力補償
値の出力を制限する手段が組み込まれる。ＶＣＭ操作信
号４６はＤＡ変換器２４によりアナログの操作量４７に
変換され、駆動回路２５によりＶＣＭ駆動電流４８を生
成し、ＶＣＭ２に電流を供給することによりヘッドを移
動する。以上の手段によりヘッドを目標トラックに位置
決めすることが可能となる。

【００２８】次に、外力補償手段で行われる演算とオブ
ザーバ変化量リミッタの詳細について説明する。

【００２９】図２のブロック線図は、本発明の外力補償
手段を含む機能ブロック図である。図２の機能ブロック
図に現れる変数ブロックの導出について説明する。連続
時間系の制御対象の状態方程式は次式で表される。

【００３０】

【数１】

【００３１】Ｘは状態ベクトル、ｕは操作量、ｄ₁ は外
力、ｙは位置誤差信号、ｘは位置、ｖは速度、ｍはヘッ
ドアクチュエータの等価質量、Ｋ₁ はdac 出力から駆動
力までのゲイン、Ｋ₂ は位置から位置誤差信号までのゲ
イン。

【００３２】数１では、Ａ_p として２×２の行列に選ん
だが、以降の式はより一般化してｎ×ｎの場合とする。
また、Ｂ_p，Ｂ_dpはｎ×１、Ｃ_pは１×ｎとする。このモ
デルに基づいてキャリッジに加わる外力を推定するオブ
ザーバは次式で表される。

【００３３】

【数２】

【００３４】ここで、ｄ₁ はキャリッジに加わる外力の
推定値、Ｌはオブザーバのフィードバックゲイン、Ｈは
外乱推定ゲインである。ここで、Ｌはオブザーバ極を決
定する特性方程式において、極をｐ₁，ｐ₂，...，ｐ_nと
指定した場合、

【００３５】

【数３】 |ｚ・Ｉ_n−Ａ_d＋Ｌ・Ｃ_p|＝(ｚ−ｐ₁)(ｚ−ｐ₂)…(ｚ−ｐ_n) …（数３） を恒等的に満足するようなベクトルとして決定される。
Ｈの導出は外力ｄ₁ から位置誤差信号ｙまでの伝達関数
Ｇ_dy（ｚ）を求め、

【００３６】

【数４】

【００３７】伝達関数Ｇ_dy（ｚ）の直流分が０となるよ
うにＨを求める。すなわち、Ｇ_dy(０)＝０を満足するＨ
を求める。ここで、補償器の状態方程式，出力方程式
は、

【００３８】

【数５】 ｅ(ｋ)＝ｒ(ｋ)−ｙ(ｋ) Ｘ_c(ｋ＋１)＝Ａ_c・Ｘ_c(ｋ)＋Ｂ_c・ｅ(ｋ) …（数５） ｕ_e(ｋ)＝Ｃ_c・Ｘ_c(ｋ)＋Ｄ_c・ｅ(ｋ) である。

【００３９】以上説明してきたパラメータに基づいて図
２の機能ブロック図の信号の流れを説明する。ＶＣＭ操
作信号ｕ（ｋ）５１は、ＤＡ変換器２４を介してアナロ
グ信号に変換され、操作量ｕ５２として数１で表される
システムに入力される。その結果、システムは位置誤差
信号ｙ５３を出力する。外乱推定手段は数２で表される
オブザーバとして構成されており、ヘッドアクチュエー
タに入力されるところの操作量ｕ（ｋ）５１がオブザー
バに入力される。

【００４０】オブザーバシステムは推定位置誤差信号ｙ
_e(ｋ）５５を出力し、実際のプラントからの検出位置誤
差信号ｙ（ｋ）５４との差分信号ｅ₀(ｋ）５６を計算す
る。ｅ₀(ｋ)を前記した１サンプル前の信号ｅ₁(ｋ−１)
５８と比較し、その変化の幅をリミッタ６４により制限
することにより信号ｅ₁(ｋ）５７を生成する。求めたｅ
₁(ｋ）５７に数３により求められるオブザーバフィード
バックゲインベクトルＬを乗じ、オブザーバにフィード
バックする。また、ｅ₁(ｋ）５７に数４から求められる
ゲインＨを乗じることによって実システムに入力される
外力ｄ₁ ６０を相殺する外乱補償信号ｗ（ｋ）５９を生
成する。

【００４１】また、ヘッドを目標位置に位置決めするた
めに検出位置誤差信号ｙ（ｋ）５４と目標位置ｒ（ｋ）
６３との差分信号ｅ（ｋ）６２を計算し、数５で表され
る補償器にフィードバックすることにより操作量ｕ
_e(ｋ）６１を計算する。ｕ_e(ｋ）から前記外乱補償信号
ｗ（ｋ）５９を差し引くことにより操作信号ｕ（ｋ）５
１を求める。以上が本発明の外力補償手段の動作の詳細
である。

【００４２】次に外力補償手段を動作させたときの検出
位置誤差信号ｙ（ｋ）５４と外力補償値ｗ（ｋ）５９の
過渡応答を図３に示す。アクチュエータには１ｍＮの外
力が加えられており、モデル誤差として、オブザーバの
プラントモデルが実プラントに対してループゲインで１
０％低く、位置誤差信号検出感度もＭＲヘッドの出力感
度に基づいて、トラック内の位置により異なるように設
定し、ディスク上の位置によりループゲインが異なるプ
ラントモデルを仮定する。リミッタがある場合には、プ
ラントのゲイン変動に起因する外力推定値の変動が小さ
くなり、位置誤差信号の整定も速い。それに対してリミ
ッタがない場合には、外乱推定値の変動が大きく現れ、
その結果位置誤差信号が振動し整定も遅い。

【００４３】リミッタがある制御系に対して通常考えら
れるより大きい外力をステップ的に与えた場合には、外
力推定値はサンプルに対して一定幅でしか変化せず、そ
の結果外力推定が遅れ、位置誤差信号ｙの応答が遅れ
る。

【００４４】このことからリミッタの幅を設定する場合
には、実プラントに作用する外力の絶対値の範囲を把握
し、小さすぎないリミッタの制限値を与える必要があ
る。逆にリミッタの範囲を超えると予想される外力を加
えることにより、リミッタを使用しているかどうかが判
定可能となる。

【００４５】ここで、本発明の構成をとった場合の入力
外乱６０に対するＶＣＭ操作信号ｕ４７の時間応答を考
える。入力外乱はパルス状の電圧指令で、電圧レベルは
０からＶＡ，０からＶＢの２段階をとる。電圧レベルＶ
ＡとＶＢの間にはオブザーバ出力リミッタの制限値を規
定するしきい値ＶＳがある。外乱はＶＣＭの電流アンプ
の前段部の増幅器に加算するか、または、図４に示すオ
ペアンプと抵抗Ｒ、電源により作られる加算器を、駆動
回路２５とＤ／Ａ変換器２４の間に直列に挿入し、抵抗
を介して加算するようにする。

【００４６】図５に入力外乱６０の信号波形を示す。ま
ず、入力外乱パルスを０からＶＡのレベルで加える。た
だし、ＶＡ＞ＶＳである。このときのＶＣＭ操作信号４
７の時間応答を図６に示す。ｄ＝０の間は、操作信号は
一定値Ｖoff を示している。入力外乱６０がＶＡを示す
と操作信号４７は最初しきい値ＶＳのステップで数サン
プル変化し、その後変化の幅は次第に小さくなり、入力
外乱のレベルＶＡを打ち消すレベルＶoff−ＶＡの操作
信号を発生する。

【００４７】ある時間が経過して再び入力外乱が０を示
すと、操作信号４７は最初しきい値のステップで数サン
プル変化し、その後変化の幅は次第に小さくなり、再び
レベルＶoff に戻る。外乱パルス到達毎に同じ応答を繰
り返す。外乱パルスがｄ＝０からｄ＝ＶＡに立ち上がっ
た後、操作信号４７の出力がＶoff−ＶＡ に到達するの
に要する時間（例えばｕ＞０.９^*(Ｖoff−ＶＡ）に達す
る時間）をｔＡとする。

【００４８】次に入力外乱パルスを０からＶＢのレベル
で加える。ただしＶＢ＜ＶＳである。このときの入力外
乱パルスを図５に、操作信号４７の時間応答を図６に示
す。

【００４９】ｄ＝０の間、操作信号４７は一定値Ｖoff
を示している。入力外乱ｄがＶＢを示すとき、操作信号
４７は１サンプル目においてしきい値ＶＳより小さいス
テップで変化し、次サンプル以降においてステップ幅を
直前サンプルより小さくしながらレベルＶoff−ＶＢ に
到達する。

【００５０】ある時間経過して再び入力外乱６０が０を
示すとき、操作信号４７は１サンプル目においてしきい
値より小さいステップで変化し、次サンプル以降ステッ
プ幅を直前サンプルより小さくしながらレベルＶoff に
到達する。

【００５１】入力外乱４７のパルスがｄ＝０からｄ＝Ｖ
Ｂに立ち上がった後、操作量４７の出力がＶoff−ＶＢ
に到達するのに要する時間（例えばｕ＞０.９^*(Ｖoff−
ＶＢ)に到達するのに要する時間）をｔＢとすると、前
記ｔＡとｔＢの関係はオブザーバ出力リミッタがない場
合にはｔＡ＝ｔＢとなるのに対して、この場合はｔＡ＞
ｔＢとなるという特徴を示す。

【００５２】ここでは、リミッタの動作方法として外乱
推定値の１サンプル間の変化量を制限することにした
が、外乱推定値の絶対値を制限するようにして、現実に
有り得ない推定値を制限するようにしても良い。また外
乱推定値の変化量の変化量、すなわち２階微分値を制限
するようにしてもよい。さらに、高階の微分値を制限す
るようにしてもよい。

【００５３】また、リミッタの制限値についても可変と
して、目標トラックまでの距離が大きい場合には制限値
を大きく、目標トラックまでの距離が小さい場合には制
限値を小さくしてもよい。

【００５４】以上説明してきた第１の実施例では、外乱
オブザーバに推定値の変化量を制限するリミッタ（オブ
ザーバ変化量リミッタ）を適用することにより、推定値
の大きすぎる変動を抑制しヘッド位置の過渡応答を改善
できることを示した。

【００５５】本発明の第２の実施例を図７を用いて説明
する。第２の実施例は本発明の第１の実施例に対して、
異常位置信号検出と位置信号補正のためのブロックを付
加することにより構成される。

【００５６】検出された位置誤差信号３４は、操作量ｕ
_a ４４および位置誤差信号６８に基づいて、６５の位置
誤差信号推定手段により、推定された位置誤差信号推定
値６９の差分信号７１が計算される。差分信号７１は位
置信号誤検出判定手段６６に入力され、誤検出と判定さ
れた場合にはスイッチ６７を切り替え、位置信号推定値
６９を磁気ディスク制御装置およびオブザーバに位置誤
差信号６８としてフィードバックする。位置誤差信号６
８が第１の実施例の位置誤差信号３４になる。

【００５７】ここで、誤検出判定法としては差分信号が
ｘトラック以上異なる場合には誤検出とみなすようにす
る。判定基準ｘは目標トラックまでの距離に応じて与
え、例えばシーク時には速度の関数として与え、速度が
大きいときにはｘは大きく、速度が小さくなったらｘは
小さく目標トラックに到達した場合には一定値として与
えるようにする。

【００５８】次に異常位置信号が検出された場合の処理
アルゴリズムを図８のフローチャートにより示す。推定
位置信号６９と検出位置信号３４の差分信号７１が、位
置誤検出判定基準設定値ｘに対して大きいとすれば、位
置誤差信号６８として推定位置誤差信号６９を出力す
る。

【００５９】出力された位置誤差信号６８に基づいて第
１の実施例の方法により位置決め補償器の出力および外
力推定を行い、ＶＣＭ操作信号を計算する。推定位置誤
差信号を用いる場合、外力補償信号ｗ（ｋ）は前サンプ
ルの値とする。次に位置誤差信号の推定アルゴリズムに
ついていくつか示す。

【００６０】例えば加速度一定を仮定した場合には、

【００６１】

【数６】 ｙ(ｋ)＝３・ｙ(ｋ−１)−３・ｙ(ｋ−２)＋ｙ(ｋ−３) …（数６） となる。前サンプルの操作量ｕ_a(ｋ−１）４４を用いた
場合には、

【００６２】

【数７】

【００６３】となる。ただし、Ｔ_s はサンプリングタイ
ム。さらにプラントモデル式

【００６４】

【数８】 ｙ＝ｃ_p(ｚ・Ｉ_n−Ａ_d)^-1Ｂ_d・ｕ_a(ｚ) …（数８） を展開し、サンプリング表現にすると、

【００６５】

【数９】

【００６６】となる。なお、数９の各項の係数は、数８
のパルス伝達関数を展開することにより得られる。

【００６７】次に本実施例の効果について図９をもとに
説明する。図９はシーク途中の目標トラック２０（μ
ｍ）手前で位置信号の誤検出が発生した場合の位置誤差
信号の応答である。

【００６８】図９より、誤検出があった場合にも以後の
位置誤差信号に大きな影響を与えない。すなわち、位置
誤差信号に基づいて演算されるボイスコイルモータ操作
信号４７に悪影響を与えないことを示す。

【００６９】図１０には、数９を用いたときの位置誤差
信号，外乱推定値，電流の応答を示す。図中に位置誤検
出が発生した時点の外力推定値を丸で囲んであるが、誤
検出発生以後の外力推定が乱れることはなく、また位置
誤差信号の過渡応答も良好である。

【００７０】この効果を実際に確認するには、外部から
ヘッド信号にパルス状ノイズを与えるなどして誤った位
置誤差信号を発生させる。このとき本発明の構成をとれ
ば、シーク中においてパルス印加によりトラックシーク
エラーを発生したり、シーク時間が長くなることはな
い。

【００７１】特に、フォロイング中において、本発明の
構成をとった場合のヘッド信号への入力外乱に対するＶ
ＣＭ駆動電流８０の時間応答を示す。入力外乱はサンプ
リング時間相当の持続時間をもつパルス状の電圧信号
で、ヘッド信号線、または、検出回路に直接または加算
回路を介して印加され、ヘッド位置信号に加算されるも
のとする。

【００７２】まず、入力外乱パルス８０のレベルをＶ_h
として与えるときの観測ヘッド位置信号３３、およびＶ
ＣＭ駆動電流４８の時間応答を図１１に示す。レベルＶ
_h は前記位置誤検出判定基準ｘに対して十分大きいとす
る。そのためパルスＶ_h は誤検出として判定される。こ
のとき観測ヘッド位置信号３３は、印加パルスＶ_h が加
わった時点で大きく変化するが、パルスが消滅すると再
びパルス印加前の位置信号３３の値を示す。そのときの
ＶＣＭ駆動電流４８はパルスが印加される時点において
変動しない。

【００７３】次に入力外乱パルスのレベルをＶＬとし
て、このときの観測ヘッド位置信号３３、およびＶＣＭ
駆動電流４８の時間応答を図１２に示す。レベルＶＬは
前記位置誤検出判定基準ｘに対して小さいとする。その
ため、パルスＶＬは誤検出と判定されない。

【００７４】このとき、観測ヘッド位置信号３３は印加
パルスＶＬが加わった時点でパルスを打ち消すような信
号を発生し、パルス消滅後も逆ぶれをおこし過渡応答を
発生する。この現象は制御系がＰＥＳＬを本当の位置ず
れとして認識するために生じる。

【００７５】以上説明してきた第２の実施例では、過去
の位置誤差信号とＶＣＭ制御信号を用いて、位置誤差信
号を推定することにより位置検出の誤りを判定し、判定
結果に応じて推定位置誤差信号を用いて、外乱オブザー
バの推定精度を向上させる方法を説明し、第１の実施例
に記載の方法と組み合わせることにより外力推定精度を
向上し、ヘッド位置の過渡応答の改善に有効であること
を示した。

【００７６】ここまでの実施例で説明してきた内容は、
磁気ディスク装置に限らず、半導体露光装置等に用いら
れるＸＹステージや、光磁気ディスク装置等の高精度位
置決め装置に適用してもよい。

【００７７】

【発明の効果】小型化，高記録密度化が進む磁気ディス
ク装置において、軸受部での摩擦の発生は微小位置決め
時における位置決め精度の低下を引き起こす。摩擦を含
む外乱を補償するために外乱オブザーバよりなる外力推
定手段を用いる場合に、ゲイン変動およびモデル誤差が
外力推定値の過渡応答を大きく変動させ、ヘッド移動時
の過渡応答を悪化させる。また、サーボ位置情報が検出
できなかったり、誤ったトラック番号を検出した時、以
後数サンプルの間誤った外力推定値を発生する。

【００７８】本発明によれば、オブザーバの推定値の変
化量を制限するリミッタを適用することにより推定値の
大きすぎる変動を抑制し、ヘッド位置の過渡応答を改善
させることができる。

【００７９】また、過去の位置誤差信号とＶＣＭ制御信
号を用いて推定した位置誤差信号を検出位置誤差信号と
比較することにより、位置誤差信号の異常判定を行い、
必要に応じて推定位置誤差信号を用いることにより外力
推定精度を向上させ、ヘッド移動時の過渡応答を改善さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例の構成図。

【図２】第一実施例の機能ブロック図。

【図３】第一実施例の効果を示す図。

【図４】外乱パルス加算回路を示す図。

【図５】入力外乱６０のタイムチャート。

【図６】外乱印加時の操作信号４７のタイムチャート。

【図７】本発明の第二の実施例の構成図。

【図８】本発明の第二実施例のフローチャート。

【図９】第二実施例の位置誤差信号推定精度を示す図。

【図１０】第二実施例の効果を示す図。

【図１１】位置信号外乱８０印加時の信号３３，信号４
８のタイムチャート（その１）。

【図１２】位置信号外乱８０印加時の信号３３，信号４
８のタイムチャート（その２）。

【図１３】磁気ディスク装置の斜視図。

【符号の説明】 １…磁気ヘッド、２…ボイスコイルモータ、３…ピボッ
ト軸受、４…磁気ディスク、５…キャリッシ、６…ロー
ドアーム、７…ヘッド支持ばね、８…スピンドルモー
タ、９…ＦＰＣ、１０…ベース、１１…アンプ、１２…
復調回路、１３…ＡＤ変換器、１４…位置信号生成手
段、１５，２３…スイッチ、１６…速度信号生成手段、
１７…速度指令発生手段、２０…位置決め補償器、２１
…外力補償手段、２２…外力補償テーブル、２４…ＤＡ
変換器、２５…駆動回路、３２…復調信号、３３…位置
信号、３４…位置誤差信号、３７…加速度保償信号、３
９…速度信号、４０…速度目標値、４１…差分信号、４
２…外力推定値、４５…操作信号、４６…ＶＣＭ操作信
号、４７…操作量、４８…駆動電流。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】同心円状のデータトラックを有する少なく
   とも１つの回転ディスクと、データトラックの中心線を
   規定するサーボ情報を読み出すヘッドと、前記サーボ情
   報からヘッド位置誤差信号を導出する手段と、前記デー
   タトラックに対して前記ヘッドを位置決めするボイスコ
   イルモータと前記ヘッド位置誤差信号からディジタル制
   御信号を発生するプロセッサと、前記ディジタル制御信
   号をアナログ制御信号に変換するための手段と前記アナ
   ログ信号を増幅し、前記ボイスコイルモータで用いられ
   る入力電流を発生するための増幅器を有する磁気ディス
   ク装置において、前記ヘッド位置誤差信号から生成する
   ディジタル制御信号により制御対象に加わる外乱を補償
   する外乱補償手段と、該外乱補償信号の出力時点毎の変
   化量を可変な制限値内に制限するか、または前記外乱補
   償信号の範囲を可変な制限値内に制限するか、または前
   記外乱補償信号の２階以上の微分値を可変な制限値内に
   制限する手段を有することを特徴とする磁気ディスク装
   置。
2. 【請求項２】前記ボイスコイルモータ駆動回路に直接ま
   たは加算回路を介して外乱としてパルス信号を加算する
   とき、該外乱パルス信号の振幅値があるしきい値より大
   きいときには、前記請求項１に記載のボイスコイルモー
   タ入力電流の指令値である操作信号はある期間前記しき
   い値に制限された値ずつ変化した後収束し、該操作信号
   が整定するために要する時間は外乱パルスの振幅値が大
   きい場合程、長くなる請求項１に記載の磁気ディスク装
   置。
3. 【請求項３】速度一定または加速度一定と仮定して前記
   ヘッド位置誤差信号からヘッド位置を推定する方法や、
   前記ヘッド位置誤差信号と前記ボイスコイルモータ入力
   電流または前記請求項２に記載の操作信号の履歴から制
   御対象の動的モデルに基づいてヘッド位置を推定する方
   法等を用いて演算した推定ヘッド位置誤差信号と、前記
   ヘッド位置誤差信号とを比較することにより前記位置誤
   差信号の正常又は異常の判定を行い、異常と判定した場
   合には前記推定ヘッド位置誤差信号を用いてディジタル
   制御信号の演算を行う請求項１に記載の磁気ディスク装
   置。
4. 【請求項４】前記ヘッドから出力される信号に直接また
   は加算回路を介してパルス信号を加算した場合、パルス
   の振幅値があるしきい値より大きいときには前記ボイス
   コイルモータ駆動電流がパルス印加時に変動せず、位置
   誤差信号はパルス除去後にパルスを加える前の値を示す
   が、パルスの振幅値があるしきい値より小さいときには
   パルス印加時に駆動電流が変動し、位置誤差信号はパル
   ス除去後に変動する請求項３に記載磁気ディスク装置。