JPS5864678A

JPS5864678A - デイスク装置

Info

Publication number: JPS5864678A
Application number: JP56163243A
Authority: JP
Inventors: Noriaki Wakabayashi; 若林　則章; Ryosuke Shimizu; 亮輔清水
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1981-10-13
Filing date: 1981-10-13
Publication date: 1983-04-18

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は回転記録媒体を使用したディスク装置。

特に記録再生−、ラドの位置制御を効果的に行なわすよ
うにしたディスク装置に関するものである。

従来よりヘッドのポジショナとしてのアクチュエータを
閉ループサーボ方式によ−）で制御し、ヘッド群のトラ
ック位置決めを行う方式では８位置認識のだめの読出し
専用ヘッド（以後、サーボヘッドと呼ぶ）と、このサー
ボヘッドによって読み出しされる特有の磁気パターン（
これをサーボノζターンと呼ぶ）を永久記録した磁気デ
ィスクが一面設けられていて、ヘッド位置が常時認識で
きるようになっている。この認識に基いて位置決めの閉
ループサーボ系が構成されている。

この周知の方式は第１図のブロック図のように表わすこ
とができる。図中、１はサーボヘッド、２はサーボヘッ
ド１によって読み出された前述の特有のサーボパターン
信号を復調して位置に関する電圧信号（これを以後は位
置信号と呼ぶ）を作る位置信号復調回路、３は上記位置
信号に従ってトラック上を追従してオフトラックしない
ようにするトラック追従制御回路であり、これは通常。

ダンピングを付加するだめのリードラグフィルタ要素や
誤差増幅回路などを含めて構成される。４はトラックア
クセスの時の速度制御のだめの速度信号復調回路で、ふ
つうは前記位置信号を微分して速度信号の電圧を得る。

６はトラックカウンタ、６は該トラックカウンタ５の内
容に応じて望むべき速度を時々刻々与える速度基準発生
回路、Ｔは前記速度信号と、速度基準信号とを比較して
、これを適当に増幅する速度誤差増幅回路、８は前記ト
ラックアクセスの時の速度制御と、トラック上を追従制
御する時の位置制御との２つを切換えるエータである。

第２図は前記周知の方式において、あるトラックから別
のトラックへアクセスしたときの各都電圧波形の例で、
第２図（、）は位置信号Ｅｐ（位置信号復調回路２の出
力）、第２図（ｂ）は速度信号Ｅｖ（速度信号復調回路
４の出力）である。位置信号Ｅｐは。

２トラツクで１周期の疑似三角波であり、零電位とクロ
スするところが各トラック中心と対応している。速度信
号Ｅｖは前記位置信号Ｅｐの直線部分を微分し、これを
絶対値化（無極性化）しだものである。（彎曲部は取り
、込まず直前の電位をホールドするとする。）この第２図では、あるトラックからＮ本離れた別のトラ
ックまでヘッドがアクセスする時の典形的な位置信号と
速度信号の様子を示している。まず最初は加速区間９次
いで最大速度区間があり。

最後に減速区間をむかえて充分に減速された後。

目標トラック中心より僅かに手前〔第２図（ａ）の点Ｐ
で時刻ｔ＝ｔｐ〕からトラック追従制御に入り。

オントラックしてその位置を維持する様子を示１ている
。加速区間から減速区間まで（時刻１．−０からｔ　＝
　ｔｐまで）はアクセス速度制御区間と呼び、そこから
先はトラック追従制御区間と呼ぶ。

この制御の切換えは前述のごとく切換えスイッチ要素８
による。

さて上述のような一連の制御において、アクセスの速度
制御からトラック追従制御に切換Ｊツる点Ｐは、目標ト
ラックの中心かられずかに手前（ふつりはトラックピッ
チの５分の１乃至３分の１程度手前のことが多い。）で
あって、この時のヘッドの速度（これを最終速度と呼ぶ
ことにする）は充分に管理される必要がある。トラック
追従制御の立場からは時刻１　＝　１ｐから位置制御が
開始し。

そのときの初期条件は１＝１　　における目標トラツク
中心からの変位量と最終速度である。トラック追従制御
ループは適当なダンピングを付加させて、ふつう臨界制
動に近い状態に設計されてはいるが、その初期条件が著
しくかけ離れていると満足なオントラックは期し難い。

例えば最終速度があまりにも大きければトラック中央を
通過して犬きくオーバーシュートし、最悪の場合はトラ
ック中央みに失敗してしまう。その意味で、トラック追
従制御に移る時の最終速度の管理は重要であっで、その
ために第２図（ｂ）に示すように目標トラックの１〜２
トランク手前に低定速区間を設け（これをペデスタルと
呼ぶことにする）、速度制御の最終部分の速度（最終速
度）を設定した目標値に完全に収束させるようにしてい
る。

トラック中心にオーバシュートなどさせず確実に整定さ
せることだけを考えれば、最終速度を出来るだけ遅くし
て、追従制御へ移る位置（点Ｐ）を目標トラックの中心
により近ずけるのが良い、。

しかし最終速度が遅いと、ペデスタル区間の走行時間が
かかりトラックアクセス時間が長くなって不利になる。

また最終速度が遅いとペデスタル進入時に失速（速度零
）の危険性が高くなり都合が悪い。一旦速度が零になる
と、その後の方向認識が簡単には出来なくなることが多
く、シークエラーになり易い。そこで、むしろ追従制御
へ移る位置（点Ｐ）を目標トラックの中心からできるだ
け離し、比較的高速で進入するようにし、その代り最終
速度のばらつきを出来るだけ抑制するようにするのが良
い方法と言える。しかし点Ｐの位置は第２図（、）の位
置信号の電圧波形から読みとるため。

目標トラック中心までの距離には一定の限界がある。せ
いぜいトラックピッチの３分の１ぐらいが最大限である
。従って、あまり最終速度をあげる　。

ことは実際は出来ない。

第３図は前記の周知の従来例に於いて、ペデスタル区間
から目標トラック中心にヘッドが整定するまでの位置信
号の様子を最終速度をパラメータとして実測した例であ
る。この例では点Ｐの位置は目標トラックの中心からお
よそトラックピッチの３分の１程度手前に設定（トラッ
ク追従制御切換え電圧で設定）している。最終速度３Ｃ
ｒｎ／　８　ｅ　ＣＲ２，５ｃＷ／／ｓ　ｅ　ｃ　、　
２ｃｍ／　ｓ　ｅ　ｃの３つの中で、この例では２・５
ａｎ／８　＠Ｉ　Ｃが最も整定性が良好である。

この第３図の例では最終速度が２．５Ｌ：ｒｎ／ｓｅａ
以上ではオーバーシュートが発生し、かえって長い整定
時間を要する。オーバーシュートが過度になると、目標
トラックから飛び出し、オントラックに失敗してシーク
エラーになる確率は急増する。

本発明はかかる欠点を除去するディスク装置を提供する
ものであって、これによれば最終速度をかなり大きく設
定しても安定な整定か得られ、その結果、アクセス時間
を短縮させることができ。

また更に最終速度のばらつきに対しても従来より安定性
の高い整定か期待できるようになる。

本発明は前述のトランク追従制御回路３の部分の改良が
その主要なものとなる。なぜならば、トラック中心への
整定という問題はトラックアクセス時の速度制御が終っ
てトラック追従制御に切換わってから後の問題になるか
らである。従来のトラック追従制御回路３は、基本的に
は２位置信号に従って、トラック中心からオフトラック
しないようにするだめの位置制御回路であり、従って位
置偏差をとり出すための誤差増幅回路と、ダンピングを
与えてシステムの安定性を増す（いわゆるナイキスト条
件を満足させる）だめのリードラグフィルター要素とか
ら構成されている。

第４図（、）　、　（ｂ）は位置信号Ｅｐの特性図と前
述のような従来からのトラック追従制御回路３を実現す
る最も基本的な回路例を示しだ図であり、演算増幅器１
１．抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３およびコンデンサＣを用いて
リードラグフィルタ及び誤差増幅回路を形成している。

第６図（ａ）は第４図（ｂ）の回路の周波数特性図であ
る。この周波数特性は、いわゆる位置制御における位相
進み補償を表わしており、伝達関数は以下のように表わ
される。

ふつうαは５石〜５３程度にとられる。

第５図（ｂ；）　、　（ｃ）は、第５図（、）の周波数
特性を分解したものであって、第５図山）は位置に関す
る帰還ゲインＡ／α　のみ、第５図（ｃ）は位置の微分
（速度即ちダンピング）に関する帰還ゲインを示してい
る。この第６図（ｂ）、（Ｃ）を合成すればはソ第６図
体）の周波数特性（リードラグフィルタ特性をもつもの
）になる。なお、第５図（Ｃ）において高い周波数領域
をフラットな特性にしているのは、この領域の成分は制
御にとって不要有害になることが多いからである。

このように従来のトラック追従制御回路は基本的には位
置に関する帰還の成分と２位置の微分（速度）に関する
帰還の成分とを加え合わせ、これを誤差増幅したもので
構成されていると考えることもできる。

本発明は、上記帰還成分に非線形要素を加味することに
よって、ヘッドがトラックの中心部近傍にあるときは従
来と同様にナイキスト条件を満載させ、臨界制動（クリ
ティカルダンピング）に近い状態で制御されるよう、に
し、ヘッドがトラック外部から進入してくる場合などは
急激に大きなブレーキ力を発生させ、オーバーシュート
を防止し。

短時間でトラック中心に整定させようというものである
。このようにすることによってヘッドが従来より相当速
い最終速度で目標トランクに進入し。

ても、極めて安定かつ短時間で整定させることができる
ようになる。また、最終速度のばらつきに対しても、整
定時間の多少の長短はあるにせよ。

オーバーシュートなく安定に整定させることができるよ
うになる。

第６図は本発明の要部の原理的構成の一例を示すブロッ
ク図（特に本発明の主要部である改良されたトラック追
従制御回路師分のブロック図）である。図中、２１は位
置に関する帰還の電圧を与えるブロックで、第５図（ｂ
）と同じ特性を与えるものである。２２は位置の微分（
即ち速度）の電圧を与えるブロックであり、第６図（ｃ
）と同じ特性を与えるものである。２３はこの速度電圧
に対して非線形要素を与えるブロックである。２４は加
算ブロックである。

非線形要素を与えるブロック２３は上記速度が小さい領
域ではゲインは１であるが、ある速度を超えるとそのゲ
インは１以上となるものである。

従ってヘッドがトランク中心近傍で追従制御に入ってい
るときは位置偏差も速度もか々り小さいので上記非線形
要素の影響は無く、従来のトラック追従制御回路と同じ
ように臨界制動（クリティカルダンピング）に近い状態
で制御される。ところが、ヘッドがトラック外部からア
クセスされ、目標トラックに進入してくるような場合は
、アクセスの速度制御からトラック・追従制御に切換わ
る時点（第２図で言うと時刻１＝１ｐで点Ｐの位置にに
きたとき）では−速度が大きいので、非線形要素の影響
を受け、速度ダンピングのゲインが増大する。

即ち速い最終速度で目標トラックに進入してきだ時に非
常に大きなブレーキ力を発生させることが可能となる。

そのためヘッド・ポジショナは急速に速度を減じながら
トラック中心に近すいて行く。トラック中心に近すけば
速度は充分に下っているので臨界制動に近い状態で制御
され、オーツく一シュートなどせずに安定にオントラッ
クする。

このことは逆に最終速度が設定値から多少ばらついてい
ても整定はいつも安定であることを意味する。即ち最終
速度が速ければ、それに応じてブレーキ力は一層大きく
なるからである。

第７図は上記の本発明を適用した場合のヘッドの整定の
実測例であり、第３図の従来例と対比されるべきもので
ある。この例では速度が１・０ｃｒｔｙ’８６Ｇを超え
るとゲインが１を超えて、はぼ指数関数的に増大するよ
うな非線形要素を用いている。この実測例から明らかな
ように格段の改善が認められる。

ミ硲第８図は第６図に示す本発明の要部構成を更に具体化し
て示しだ実施例である。図中、３１は位置に関する帰還
の電圧を与えるブロックで、第６図の２１に対応するも
ので、演算増幅器３６と抵抗で構成された非反転増幅器
である。３２は位置の微分（即ち速度）の電圧を与える
ブロックで、第６図の２２に対応するもので、演算増幅
器３６と抵抗及び微分回路である。３３はこの微分回路
の速度出力に対して非線形要素を与えるブロックで第６
図の２３に対応するものであり、演算増幅器３７と抵抗
及び非線形要素としてのダイオード３８．３９から構成
された非線形増幅器である。

３４は上記の位置に関する帰還の電圧を与える増幅器の
出力と非線形性を与えられた速度の電圧の出力の２つを
合成加算する加算ブロックであって。

第６図の２４に対応するものである。これは演算増幅器
３８と抵抗で構成される加算増幅器である。

第９図は本発明の別な要部構成を示すブロック図（特に
本発明の主要部である改良されたトラッり追従制御回路
部分のブロック図）である。図中、４１はリードラグフ
ィルタ要素及び誤差増幅回路のブロックであり、基本的
には第４図−（ｂ）に示子ようなものと同等である。４
２は非線形要素ブロックで、前述の第６図の２３と基本
的に同等のものである。

さて、この構成は本発明にかかわる第６図の構成よりも
一層簡単なものとなっているが、実際の応用では、これ
にかなり近い効果が期待できるものである。この構成の
場合もヘッドがトラックの中心近傍で追従制御に入って
いるときには１位置偏差にしても速度にしてもかなり小
さいので非線形要素の影響は無く、従来のトラック追従
制御回路と同じように臨界制動（クリティカルダンピン
グ）に近い状態に制御される点については同じである。

しかしヘッドがトラック中心から大きくずれた時（トラ
ックを逸脱しない範囲で）や、トラック外部からアクセ
スされて、目標トラックに進入してくるような場合は、
単に速度ダンピングだけではなく１位置偏差に対しても
非線形的な作用が働く。この位置偏差に対する非線形的
な作用は。

ヘッドがトラック中心からずれる程、より大きな向心力
として作用するため２本発明の安定な整定という目的と
は反する要素となるようにみえる。

しかし、一般に磁気ディスク装置のトラック追従制御の
ような場合には、トラック中心への向心力（位置復元力
）よりも、速度ダンピングによる制動力の方が勝ること
が多く、従って結果的にはトラック外部から相当速い最
終速度で目標トラックに進入してくるような場合には、
この構成でも従来例よりはかなり大きなブレーキ力を発
生作用せしめることが出来るのである。

本発明の設計による例をあげれば、非線形要素を加味し
ない場合２位置に関する帰還の電圧は１μｍあたり１０
０　ｍＶであり、トラック追従制御へ切換わる点Ｐは目
標トラックの中心から１６μｍ手前であるので、この点
における位置に関する帰還の電圧は１００　（ｍＶ／μ
ｍ）Ｘ１５（μｍ）＝１．６（ボルト）′：ｃあるのに
対し２位置の微分（即ち速度ダンピング）の電圧はヘッ
、ド―ポジショナのス、ビードの１　ｃｍ／　ｅ　ｅ　
ｃ　　あたり１．３（ボルト）となノッている。従って
最終速度が２〜３　ｃｒｎ／Ｂ　ｆｉｌ　Ｏで進入して
きたときの最初の速度ダンピング４の電圧は２．６〜３
．９（ボルト）であり、明らかに速粟ダンピングの方が
勝っている。従って第９図の如き構成で９位置とその微
分（速度）に関する帰還の電圧が分離されていないよう
な場合（リードラグフィルタ要素を用いる場合）でも、
この出力に非線形要素を付加すれば１本発明の目的はほ
ぼ達成することができる。

第１０図は第９図に示す本発明の原理的構成例の具体的
実施例である。図中、６１は運算増幅器６３と抵抗、コ
ンデンサで構成したリードラグフィルタ要素及び誤差増
幅回路のブロックで、第９図の４１に対応するものであ
る。５２は非線形要素を与えるブロックであり、抵抗と
、非線形要素としてのダイオード５４．６５から構成さ
ねたもので、第９図の４２に対応する。

第１１図は上記第１０図の例の非線形要素を与える回路
ブロック６２の入出力特性図である１、この例では非線
形と言っても折れ線の非常に簡単なものである。

第１０図に示す具体的実施例は非常に簡素な構成を持っ
ているのにもかかわらず、その効果は第８図に示す具体
的実施例に近いものがあり、安価ですぐれたものである
。

以上詳細に詳明したように本発明によれば。

（１）トラックアクセスの速度制御からトラック追従制
御へ切換わる時の最終速度を上昇させることによってト
ラックアクセス時間を短縮できる。

（２）最終速度を上昇させることにより、ペデスタル部
分での失速の事故を起しにククシ、シークエラー率を良
好にさせ、信頼性を高めることができる。

（３）最終速度の速度ばらつきはある程度許されるよう
になるため、速度管理が楽になる。

（４）　　目標トラック−の中心に整定する時、オーバ
ーシュート現象を防ぎ整定時間を短縮させると同時にオ
ントラックの失敗、シークエラーという事故を防ぐこと
ができる。

（５）トラックの中心近傍で追従制御されている時は臨
界制動（クリティカルダンピング）に近い最適な位置制
御を実現でき、特に本発明によってこの位置制御に悪い
影響を及ぼすことはない。

（６）割合簡単な回路で実現できるだめコスト面で不利
になることはない。

などの数々のすぐれた特長を持つディスク装置を実現す
ることができるものである。

なお、本発明は必ずしも磁気ディスクを使用したものに
限定されるものではなく、一般に記録トラックを有する
ものであって、速度制御を用いて一＼ソドのランダムア
クセスを行い２次いで目標トラック上を追従制御させる
如き閉ループサーボ方式を用いたディスク装置全般に適
用されることは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のディスク装置におけるヘッドの位置決め
のだめの閉ループサーボ系のブロック図、第２図（ａ）
　、　（ｂ）は第１図の場合のトランクアクセス時の各
部信号波形図、第３図は第１図、第２図に関連し、目標
トラックの中心にヘッドが整定するまでの位置信号の様
子の実測例を示す波形図、第４図（ａ）　、　（ｂ）は
位置信号特性図と従来のトラック追従制御回路の基本的
回路図、第６図（ａ）　、　（ｂ）　、　（０）は第４
図の回路の周波数特性図と９、その分解特性図、第６図
は本発明の要部の原理的構成のひとつを示すブロック図
、第７図は第６図の回路を使用した場合のヘッドの整定
の実測例を示す波形図、第８図は第６図を具体化した実
施例を示す回路構成図、第９図は本発明の別な要部の原
理的構成を示すブロック図、第１０図は第９図を具体化
した実施例を示す回路構成図、第１１図は第１０図にお
ける非線形要素を与える回路ブロックの入出力特性図で
ある。１・・・・・・サーボヘッド、２・・・・・・位置信号
復調回路、３・・・・・・トラック追従制御回路、４・
・・・・・速度信号復調回路、６・・・・・・トランク
カウンタ、６・・・・・・速度基準発生回路、９・・・
・・・アクチュエータ駆動回路、１ｏ・・・用アクチュ
エータ、２１゜３１・・・・・・位置に関する帰還電圧
を与えるブロック、２２，３２・・・・・・位置の微分
の電圧を与えるブロック、２３，３３・・・・・・非線
形要素を与えるフ゛ロック、４１，４５−・…・リード
ラグフィルター要素及び誤差増幅回路、４２．６２・・
・・・・非線形要素を与えるブロック。代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名凶へ　　　（ミ第４図ｒａ）　　　　　　　　　　　　　　ｔｂ＋第５図第６図９図Ｅ。４Ｉ　　　　　　　４？第１０図第１１図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）閉ループサーボ方式を用いて回転記録媒体の記録
又は再生トラックにヘッドを位置決めするディスク装置
であって、位置を認識するヘッドと、このヘッドから得
られる位置情報を復調して位置信号を得る位置信号復調
回路と、前記位置信号を微分してトラックアクセス時の
速度制御を行わすだめの速度信号を得る蓮度信号復調回
路と、前記位置信号に基いてトラック追従時に位置制御
を行わすだめのトラック追従制御回路とを具備し、かつ
前記トラック追従制御回路は、トラックアクセスから目
標トラックへの位置決めの際の過渡的整定を良好なさし
める非線形要素を含めて構成されていることを特徴とす
るディスク装置。
（２）トラック追従制御回路は前記位置信号に基いて位
置に関する帰還の電圧を得る回路手段と、位置信号を微
分して速度ダンピングの電圧を得る回路手段と、前記速
度ダンピングの電圧に非線形性を与える非線形要素と、
前記位置に関する帰還の電圧と非線形性が与えられた速
度ダンピングの電圧を加算する回路手段とを含めて構成
されていることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項
記載のディスク装置。
（３）トラック追従制御回路は前記位置信号に基いて、
これに位相進み補償を与える回路手段と、この回路手段
の出力に非線形性を与える非線形要素とを含めて構成さ
れていることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記
載のディスク装置。
（４）トランク追従制御回路は、抵抗、コンデンサ及び
演算増幅器で構成されるリードラグフィルタ回路と、こ
のリードラグフィルタ回路の出力に非線形性を与えるだ
めの２つのダイオード、抵抗で作られる折れ線形の非線
形回路とを含めて構成されていることを特徴とする特許
請求の範囲第（１）項または第（３）項記載のディスク
装置。