DE69227434T2

DE69227434T2 - Positionsregelsystem

Info

Publication number: DE69227434T2
Application number: DE69227434T
Authority: DE
Inventors: Eiji C/O Fujitsu Limited Kanagawa 211 Okamura
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1991-11-22
Filing date: 1992-11-20
Publication date: 1999-03-18
Anticipated expiration: 2012-11-21
Also published as: EP0543654B1; DE69227434D1; KR960013213B1; KR930010926A; EP0543654A2; EP0543654A3; US5469414A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Positionier-Steuersystem zum Positionieren eines Magnetkopfes oder ähnlichem als gesteuerte Vorrichtung mit einer hohen Geschwindigkeit.
In Verbindung mit einem Computersystem entstand kürzlich eine Neigung nach einem Bedarf, um große Datenmengen mit hoher Geschwindigkeit zu übertragen und es sind daher Hilfs-Speichervorrichtungen, wie beispielsweise ein Magnetplattenlaufwerk und ein optisches Plattenlaufwerk, ebenso erforderlich, um große Datenmengen mit hoher Geschwindigkeit zu übertragen, um Daten mit einer Host-Vorrichtung auszutauschen. Um diese Anforderung zu befriedigen, ist es für ein Magnetplattenlaufwerk und ein optisches Plattenlaufwerk usw. erforderlich, daß ein Aufzeichnungsmedium z. B. eine Platte bereit stellt, die eine Aufzeichnungsfläche mit einer hohen Aufzeichnungsdichte besitzt (z. B. mit einer Spursteigung desselben von weniger als 10 um).
Eine Speichervorrichtung, wie beispielsweise ein Magnetplattenlaufwerk und ein optisches Plattenlaufwerk, führen eine Kopf-Suchoperation durch, um einen Kopf zu einer gewünschten Zielspur-(Zielzylinder-)Position von einer momentanen Spur-(Zylinder-)Position aus auf einer Platte zu bewegen, und zwar durch Steuern einer Betätigungsvorrich tung. Wenn der Kopf auf der gewünschten Zielspur-Position positioniert ist, wird über den Kopf eine Dateneinschreib- oder -leseoperation durchgeführt. Ferner wird in einem Drucker, einem XY-Drucker oder einem ähnlichen Aufzeichnungsgerät die Aufzeichnung, wie beispielsweise das Drucken, dadurch ausgeführt, indem ein Druckkopf zu einer Zielposition von einer momentanen Position aus bewegt wird und dort positioniert wird. Diese Positions-Steuervorgänge sind erforderlich, um die Möglichkeit einer Positionierung mit hoher Geschwindigkeit zu erzielen, ohne Vibrationen der Betätigungsvorrichtung oder ähnlichem zu erzeugen. Ferner muß ein Magnetplattenlaufwerk, welches eine Vielzahl von Magnetköpfen besitzt, die an der Betätigungsvorrichtung befestigt sind, diese Magnetköpfe mit einer hohen Geschwindigkeit unter Beachtung der Abweichungen von den normalen Spurpositionen auf den jeweiligen Platten Positionieren, wo die einzelnen Magnetköpfe unter den jeweiligen Magnetköpfen positioniert und verschoben werden sollten.
Das Magnetplattenlaufwerk ist beispielsweise so, wie in den Fig. 1(A) und 1(B) gezeigt ist, konstruiert. Fig. 1(A) zeigt eine schematische Draufsicht auf das Magnetplattenlaufwerk und Fig. 1(B) zeigt eine schematische Seitenansicht desselben. Das Bezugszeichen 50 bezeichnet Magnetplatten, 51 bezeichnet eine drehbare Welle, 52 eine Betätigungsvorrichtung, 53 Arme, 54 Kardanringe (gimbals), 55 Kern- Gleitvorrichtungen, 56 eine drehbare Welle. Es sind zehn Magnetplatten 50 an der drehbaren Welle 51 befestigt und sind durch einen nicht veranschaulichten Motor drehbar. Es kann auch vorteilhaft sein, eine oder zwei Magnetplatten 50 an der drehbaren Welle 51 zu befestigen. Die Kern- Gleitvorrichtung 55 wird an jedem Arm 53 über zwei Kardanringe 54 gehaltert, so daß die Kern-Gleitvorrichtungen 55 den sich gegenüberliegenden Flächen der Magnetplatten 50 gegenüberliegen. Es werden dann die Arme 53 um die drehbare Welle 56 der Betätigungsvorrichtung 52 gedreht, es werden die Kern-Gleitvorrichtungen 55 in radialer Richtung der Magnetplatten 50 bewegt. Danach werden die Magnetköpfe auf die bezeichneten Spuren positioniert und es werden in die Magnetplatten 50 Daten eingeschrieben oder von diesen gelesen.
Bei solch einem Magnetplattenlaufwerk wird nach der Bezeichnung der Zielspur der Kopf zu der Zielspurposition auf der Platte durch die Betätigungsvorrichtung bewegt, die einen Schwingspulenmotor usw. enthält und es werden Daten in die Zielspur geschrieben oder von dieser gelesen. In diesem Fall wird beispielsweise eine Ziel-Geschwindigkeitskurve, wie sie in Fig. 2 gezeigt ist, von einer Tabelle oder ähnlichem in Einklang mit der Zahl der Spuren zwischen der momentanen Spurposition und der Zielspurposition vorgegeben. Diese Ziel-Geschwindigkeitskurve ist repräsentativ für eine Verzögerungseigenschaft, um den Kopf zu veranlassen, sich mit einer gegebenen Geschwindigkeit zu bewegen und an der Zielspurposition anzuhalten. Die Betätigungsvorrichtung wird in Einklang mit der Differenz zwischen der tatsächlichen Geschwindigkeit des Kopfes und der Ziel- Geschwindigkeitskurve gesteuert. Demzufolge wird die Betätigungsvorrichtung mit einer maximalen möglichen Antriebskraft beim Start der Kopfsuchoperation angetrieben, da die Geschwindigkeitsdifferenz dabei groß ist. Nachdem die tatsächliche Geschwindigkeit des Kopfes mit der Ziel- Geschwindigkeitskurve übereinstimmt, wird die Verzögerungssteuerung in Einklang mit der Ziel-Geschwindigkeitskurve ausgeführt. Diese Steuerung (sie wird auch als eine Bang- Bang-Steuerung bezeichnet) wird im allgemeinen mit einer Konstruktion realisiert, bei der eine analoge Berechnung durchgeführt wird. Es bestand daher eine hohe Wahrscheinlichkeit dafür, Vibrationen beim Start der Kopfsuchoperation zu erzeugen, da die Betätigungsvorrichtung mit solch einer Antriebskraft angetrieben wurde, daß ein Leistungsverstärker in den Sättigungsbereich getrieben wurde und die Beschleunigung des Kopfes stark variiert hat.
Es ist auch ein System für die steuerbare Positionierung des Kopfes mit Hilfe einer digitalen Berechnung unter Verwendung eines digitalen Signalprozessors (BSP) bekannt. Es wurde beispielsweise ein Steuersystem vorgeschlagen, bei dem derartige theoretische optimale Trajektoren verwendet wurden, um einen Mechanismus, der an dem Kopf montiert war, zu veranlassen, zu beschleunigen oder zu verzögern, und zwar nachdem er einem niedrigen Schlag oder Aufschlag unterworfen worden war, wobei diese Trajektoren mit Hilfe der digitalen Berechnung erhalten wurden und wobei Steuergrößen rückgekoppelt und vorwärts gekoppelt wurden, um den Trajektoren zu folgen (japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung 3-233609, entsprechend der KR 9309998, US 5,151,639, EP 441 407 und CA 2036024). Bei diesem Steuersystem werden die Ziel-Trajektoren als Trajektoren der Beschleunigung a, der Geschwindigkeit v und der Position x eingestellt, die als algebraische Funktionen der Zeit niedriger Ordnung, wie in Fig. 3 gezeigt ist, ausgedrückt sind, und es wird die Betätigungsvorrichtung derart gesteuert, daß die oben erwähnten Variablen diesen Trajektoren folgen. Eine horizontale Achse gibt die normierte Zeit tn wieder, während eine vertikale Achse die normierten Werte wiedergibt. Eine Gleichung für die Bewegungen eines Systems, um eine Masse um eine gegebene Strecke L zu bewegen, lautet wie folgt:
worin die Grenzbedingungen lauten:
Hierin bedeuten x = bewegte Position, v = Bewegungsgeschwindigkeit, a = Beschleunigung, u = Antriebsgröße, M = Masse, Kf = Kraftkonstante und T = Zielzeit für die Bewegung. Es sei darauf hingewiesen, daß Kf eine Kraftkonstante ist, die als BL [N/A] des Schwingspulenmotors in dem Magnetplattenlaufwerk bezeichnet wird. Die Grenzbedingungen der Gleichung (0) bei t = 0, t = T sind in den Gleichungen 0(a), 0(b) jeweils gezeigt.
Bei der Konstruktion der Ziel-Trajektoren werden die Zielposition xobj, die Zielgeschwindigkeit vobj und die Zielbeschleunigung aobj so eingestellt, daß die Gleichung (0) befriedigt wird. Die optimalen Trajektoren bei der früher vorgeschlagenen Erfindung bestehen aus solchen, die eine Setzfunktion J = (0 ~ T) (da/dt)²dt minimieren (worin (0~ T) eine Integration an einem Intervall zwischen t = 0 und t = T bedeutet). Funktionen, welche solche Trajektoren wiedergeben, sind in den folgenden Gleichungen dargestellt:
xobj/L = tn³ (10 - 15tn + 6tn²) ... (1)
vobj (L/T) = 30tn² (1 - tn²) ... (2)
aobj/(1/T²) = 120tn (1 - tn) (0,5 - tn) ... (3)
worin t eine verstrichene Zeit bezeichnet, T eine Zielzeit angibt, L eine Bewegungsstrecke bezeichnet und tn = t/T eine normierte Zeit bezeichnet. Die oben beschriebene Fig. 3 zeigt normierte Werte der Zielposition, der Zielgeschwindigkeit und der Zielbeschleunigung, die in den Gleichungen (1) bis (3) durch die Kurven x0, v0 und a0 definiert sind, und die horizontale Achse derselben gibt eine normierte Zeit tn = t/T wieder.
Wenn hierbei die digitale Berechnung unter Verwendung des DSP ausgeführt wird, soll der Grund, warum die oben erwähnten Funktionen, die aus einer Vielzahl von Polynomen zusammengesetzt sind, die verwendet werden, kurz zweckbestimmt erläutert werden. Im allgemeinen besitzt der DSP eine Steuerfunktion, die es einem Programm für eine digitale Berechnung, bei der viele Digitalfilter enthalten sind, erlaubt, ausgeführt zu werden. Um die Positionierung des Magnetkopfes usw. bei hoher Geschwindigkeit zu reali sieren, muß solch eine Berechnung schnell in Realzeit durchgeführt werden. Es wurde festgestellt, daß die Geschwindigkeit der digitalen Berechnung für die digitalen Funktionen, die aus den Polynomen zusammengesetzt sind, höher ist als die Geschwindigkeit derselben für analoge Funktionen, die aus Sinusfunktionen usw. zusammengesetzt sind. In diesem Fall sind die digitalen Funktionen im wesentlichen durch eine Anzahl von Polynomen gebildet, in denen eine konstante Samplingperiode als ein Grundparameter definiert ist. Es ist demzufolge für den Fall, bei dem der DSP verwendet wird, zu bevorzugen, daß ein Ziel-Trajektor eines Magnetkopfes usw. unter Verwendung der Funktionen, die aus Polynomen zusammengesetzt sind, konstruiert werden sollte.
Die durch die Gleichungen (1) bis (3) wiedergegebenen Trajektoren, welche die Schätzfunktion J minimieren, sind solche, um eine Variation in der Beschleunigung oder Verzögerung während einer Bewegungszeit zu minimieren. Somit kann der Kopf stabil bewegt werden. Jedoch wird der Beruhigungsvorgang, nachdem der Kopf vollständig bewegt worden ist, nicht in Betracht gezogen. Spezieller gesagt, wird die Zielbeschleunigung während der Bewegung durch die Gleichung (3) gegeben und die Zielgeschwindigkeit und die Zielbeschleunigung werden beide zu Null, und zwar nach der Bewegung. Daher wird (daobj/dt) bei t = T unbestimmt bzw. unendlich und die Variation der Zielbeschleunigung wird nicht mehr zusammenhängend, und zwar bei t = T. Im Hinblick darauf kann in Betracht gezogen werden, einen Integrationsbereich derart auszuweiten, daß eine Beruhigungsperiode nach der Bewegung zusätzlich zu dem Intervall (0 ~ T) enthalten ist. Jedoch sind in diesem Fall die Trajektoren, die gemäß den Gleichungen (1) bis (3) erhalten werden, nicht optimal. Bei dem Fall, bei dem die Beruhigungsperiode nach der Bewegung einen großen Einfluß auf eine Zugriffsqualität besitzt, wie beispielsweise bei einem Plattenlaufwerk, ist es erforderlich, daß (daobj/dt) kontinuierlich ist bei t = T.
Ferner folgen in dem Fall, bei dem die tatsächliche Position, die tatsächliche Geschwindigkeit und die tatsächliche Beschleunigung so gesteuert werden, daß sie den Ziel-Trajektoren folgen, die in Einklang mit den Gleichungen (1) bis (3) bestimmt wurden, die tatsächlichen Meßwerte allgemein den Ziel-Trajektoren konstant mit einiger Verzögerung. Es gibt auch Fälle, bei denen die tatsächlichen Trajektoren schwanken, und zwar in der Nachbarschaft der Ziel- Trajektoren aufgrund von Störungen und Variationen der Steuerparameter. Beispielsweise läuft in dem Fall, bei dem die Kraftkonstante in der Plattenvorrichtung (eine Konstante, welche die Proportion zwischen der durch einen Strom erzeugten Kraft, der dem Schwingspulenmotor zugeführt wird, und dem Strom anzeigt) größer ist als ein Konstruktionswert, und zwar aufgrund einer Dispersion oder einer anderen Ursache, der tatsächliche Positions-Trajektor dem Ziel-Trajektor voraus und der Kopf erreicht die Zielposition, bevor die Geschwindigkeit zu Null wird. Beispielsweise kann die tatsächliche Position xr, die tatsächliche Geschwindigkeit vr und die tatsächliche Beschleunigung ar so werden, wie dies durch strichlierte Linien angezeigt ist, und zwar entgegen der Zielposition Xobj, der Zielgeschwindigkeit vobj und der Zielbeschleunigung aobj, die durch ausgezogene Linien in Fig. 14 angezeigt sind. Da weder die Zielgeschwindigkeit vobj noch die Zielbeschleunigung aobj zum Zeitpunkt (T - ) Null beträgt, wenn die tatsächliche Position xr zu Null wird, wird eine Rückkopplungssteuerung ausgeführt, um die Zielgeschwindigkeit vobj und die Zielbeschleunigung aobj zu Null zu machen. Die tatsächliche Geschwindigkeit vr und die tatsächliche Beschleunigung ar schwanken in diesem Fall sehr stark und demzufolge schwankt die tatsächliche Position xr, die tatsächliche Geschwindigkeit vr und die tatsächliche Beschleunigung ar so, als ob diese aus einer gedämpften Schwingung bestünden, wie dies durch die strichlierten Linien jeweils angezeigt ist. Daher ist die früher vorgeschlagene Erfindung mit einem Problem einer längeren Einstellungszeit behaftet, um den Kopf exakt an der Zielposition xobj zu positionieren.
Das Positionier-Steuersystem, welches die Trajektoren verwendet, die durch die Gleichungen (1) bis (3) bestimmt sind, muß gezwungenermaßen solch eine Konstruktion haben, daß eine vorwärts gerichtete Steuerung in großem Ausmaß verwendet wird und ist daher mit dem Problem behaftet, daß ein Phänomen, wie es in Fig. 4 gezeigt ist, häufig deshalb auftritt, weil die Ziel-Trajektoren und die tatsächlichen stark verschieden sind, wenn die Parameter der gesteuerten Vorrichtungen, wie beispielsweise des Kopfes und der Betätigungsvorrichtung variieren. Mit anderen Worten ist dieses System empfänglich für Schwankungen des Steuersystems an sich und empfänglich gegenüber externen Störungen und besitzt daher eine geringe Robustheit und ist demzufolge mit einem Problem behaftet, welches speziell bei einer Massenproduktion auftritt.
Wenn andererseits eine Spurdichte eines Magnetplattenlaufwerks usw. höher wird, kann eine Versetzung, d. h. ein Positionsfehler (eine Größe eines Offsets von etwa 2 um) zwischen dem jeweiligen Datenkopf, der aufgrund eines thermisch bedingten Offsets und einer thermischen Exzentri zität usw. auftreten kann, nicht vernachlässigt werden. Ferner stellt solch eine Verschiebung oder Versetzung eine Funktion einer Drehposition einer Magnetplatte usw. dar. Ferner weichen Kurven hinsichtlich des Verschiebungsausmaßes von den jeweiligen Spuren voneinander ab. Um daher das Ärgernis der Verschiebung oder Versetzung zu beseitigen, ist es wesentlich, daß die Folgesteuerung der bezeichneten Spur unter Verwendung eines Servoflächen-Servosystems ausgeführt wird, welches einen exklusiven Servozylinder enthält, also ein Datenoberflächen-Servosystem, bei dem irgendeine der Datenaufzeichnungsflächen als eine Bezugsfläche eingestellt ist, oder ein Hybrid-Servosystem in Kombination mit den anderen zwei Servosystemen.
In diesem Fall existieren Punkte, die speziell dann in Betracht gezogen werden müssen, wenn das oben erwähnte Steuersystem bei dem Datenoberflächen-Servosystem angewendet wird (oder eingebettetem Servosystem) und dem Hybrid-Servosystem angewendet wird. Beispielsweise tritt, wie in Fig. 1(B) gezeigt ist, eine Verschiebung unter den Magnetköpfen in der Magnetplattenvorrichtung auf, die mit einer Vielzahl von Magnetköpfen ausgestattet ist. Die Verschiebung erfolgt aufgrund einer thermischen Änderung (einem thermischen Aus-der-Spur-kommen) des Kopf-Aufhängmechanismusses (Arme 53, Kardanring 54 usw.) anhand der Exzentrizität unter einer Vielzahl von Magnetplatten. Ein Ausmaß der Verschiebung oder Versetzung variiert in Einklang damit, bei welchen Sektorpositionen der Spuren die Köpfe gelegen sind. Demzufolge muß bei dem Datenoberflächen-Servosystem und dem Hybrid-Servosystem die Verschiebung korrigiert werden. Eine korrigierte Größe der Verschiebung wird durch eine Kopf-Wähladresse (Hdsel) bzw. In formation (Kopfzahl) einen Sektorzähler (SctCtr) (Sektorzahl) bestimmt, der anzeigt, bei welchem Sektor der Kopf gelegen ist. Ein herkömmliches Verfahren zur Berechnung der Korrekturgröße der Versetzung soll anhand eines Zylinder- Servosystems beschrieben werden, welches aus einem der Hybrid-Servosysteme besteht.
Gemäß diesem Zylinder-Servosystem wird eine Servopositionsinformation auf einer bestimmten vorausgesagten Servooberfläche aufgezeichnet und an einem speziellen Zylinder einer Datenoberfläche. Die Positionsinformation auf der zugewiesenen Servooberfläche ist die gleiche wie die eine, die in dem zugewiesenen Servooberflächensystem verwendet wird und es werden dabei häufig ein Zwei-Phasen- Servosignalsystem und ähnliches verwendet. Bei dem speziellen Zylinder (einem Zylinder, der verschieden ist von dem normalen Zylinder für die Datenaufzeichnung) der Datenoberfläche werden fortlaufend Einzelphasensignale aufgezeichnet, wie dies in Fig. 5(a) gezeigt ist. Spezieller gesagt, werden die Signale entlang der Spur von AGC-Abschnitten auf gegenüberliegenden Seiten einer Mittellinie einer Spur TRn, an einem PosA-Abschnitt auf einer Seite, die dichter bei der Spur TRn-1 liegt und an einem PosB-Abschnitt, der dichter bei einer Spur Trn+1 liegt, aufgezeichnet. Fig. 5(b) zeigt ein Beispiel eines Lesesignals; Fig. 5(c) zeigt einen Sektorimpuls; Fig. 5(d) zeigt ein AGC-Freigabe-Zeitsteuersignal; Fig. 5(e) zeigt ein Amplituden-Detektionssignal; und Fig. 5(f) zeigt ein Sampling-Zeitsteuersignal.
Wenn der Datenmagnetkopf im Zentrum der Spur TRn positioniert wird, ist die Amplitude eines reproduzierten Signals in dem PosA-Abschnitt gleich derjenigen eines reproduzierten Signals in dem PosB-Abschnitt. Wenn jedoch der Kopf vom Zentrum der Spur versetzt angeordnet wird, unterscheidet sich die Amplitude des reproduzierten Signals in dem PosA-Abschnitt von derjenigen des reproduzierten Signals in dem PosB-Abschnitt, wie dies in den Fig. 5(b) und 5(e) gezeigt ist, und es wird demzufolge eine Versetzungsgröße detektiert, wie (PosA - PosB). Spezieller gesagt, wird das reproduzierte Signal in dem AGC-Abschnitt AGC- verstärkt unter Verwendung des Sektorimpulses, der in Fig. 5(c) gezeigt ist und als Bezugsgröße dient, so daß die Amplitude des reproduzierten Signals auf einem spezifizierten Wert während einer Periode von T0 gehalten wird. Die AGC- Funktion wird über die Periode von T0 hinaus gehalten. Das nächste reproduzierte Signal in dem PosA-Abschnitt wird einer Probeentnahme (Sampling) unterworfen, und zwar in Einklang mit dem Sampling-Zeitsteuersignal, welches in Fig. 5(f) gezeigt ist, und zwar zu dem Zeitpunkt T1, der durch den Sektorimpuls gegeben ist, und wird in ein digitales Signal umgesetzt. Das nächste reproduzierte Signal in dem PosB-Abschnitt wird einer Probeentnahme (Sampling) in Einklang mit dem Sampling-Zeitsteuersignal unterworfen, welches in Fig. 5(f) gezeigt ist, und zwar bei dem Zeitpunkt T2, der durch den Sektorimpuls gegeben ist, und wird in ein digitales Signal umgesetzt. Die Versetzungsgröße kann dadurch erhalten werden, indem die Differenz zwischen den zwei digitalen Signalen gebildet wird. Wenn beispielsweise PosA < PosB, ist der Kopf mehr zu der Spur Trn+1 hin versetzt. Wenn umgekehrt PosA > PosB, ist der Kopf mehr zu der Spur Trn-1 hin versetzt. Die Versetzungsgröße entspricht der Differenz PosA - PosB. Es ist auch vorteilhaft, Amplituden- Detektorschaltungen für zwei Kanäle vorzusehen. Bei dieser Anordnung können die Amplituden der reproduzierten Signale in den PosA- und PosB-Abschnitten auf dem spezifizierten Pegel gehalten werden, es kann die Differenz (PosA - PosB) in analoger Form durch einen Differenzverstärker erhalten werden und die erhaltene Differenz kann AD-umgesetzt werden, und zwar zum Zeitpunkt D2.
Es wird die Servoinformation aus der speziellen Spur der Datenoberfläche gelesen und wird mit der Servoinformation aus der zugewiesenen Servooberfläche verglichen, um dadurch die Verschiebung zwischen dem Datenkopf und dem Servokopf zu berechnen. Demzufolge können die Verschiebungsgrößen in einer Positions-Korrekturtabelle gespeichert werden und es können die Positionen der Köpfe in Einklang mit dieser Tabelle korrigiert werden. Diese Positions-Korrekturtabelle besteht aus einer zweidimensionalen Tabelle, die gemäß der Kopfwähladressen-(Hdsel)-Information und auf der Grundlage des Inhaltes des Sektorzählers (SctCtr) zugegriffen wird. Ferner wird in dem Fall, bei dem das Datenoberflächen-Servosystem verwendet wird anstelle des Hybridsystems, eine der Datenoberflächen als eine Bezugsfläche verwendet, da keine zugewiesene Servooberfläche vorhanden ist, und es werden die Verschiebungsgrößen der anderen Datenoberflächen relativ zu dieser Bezugsfläche in der Positions-Korrekturtabelle gespeichert. Auf diese Weise können die Positionen der Köpfe ähnlich dem früheren Fall korrigiert werden.
Wenn die Trajektoren berechnet werden, um die Positionierungssteuerung auszuführen, um die Position des Kopfes in der oben beschriebenen Weise zu korrigieren, wird eine Bewegungszylinderzahl L&sub0; angegeben, welche die Zahl der Zylinder angibt, um die sich der Kopf darüber weg bewegen muß, es wird eine alte Kopfwähladresse Hold angegeben und eine neue Kopfwähladresse Hnew, und zwar als ein Befehl von einer Host-Vorrichtung, wie z. B. einem Host-Computer. Wenn angenommen wird, daß ein momentaner Zählwert des Vektorzählers gleich ist Sold und ein Zählwert desselben Snew beträgt, wenn die Bewegung vervollständigt wurde, so läßt sich die gesamte Bewegungsstrecke L in der folgenden Weise ausdrücken:
L = L&sub0; + Lc1 - Lc0 ... (4)
Lc0 = PosCorr [Sold, Hold] ... (5)
Lc1 = PosCorr [Snew, Hnew] ... (6)
Worin Lc0 einen Positions-Korrekturwert bei der momentanen Position bezeichnet, Lc1 einen Positions-Korrekturwert bezeichnet, wenn die Bewegung vervollständigt ist, und Pos-Corr eine Positions-Korrekturtabelle bezeichnet.
In den Gleichungen (4) bis (6) besteht der Sektorzählwert Snew aus einem unbekannten Wert und es kann demzufolge die gesamte Bewegungsstrecke L nicht berechnet werden, wenn nicht eine akkurate Schätzung vorgenommen wird, bei welchem Sektor der Kopf gelegen ist, wenn der Kopf um die Bewegungszylinderzahl L&sub0; bewegt wird. Bei dem oben erwähnten Verfahren nach dem Stand der Technik können die Trajektoren nicht berechnet werden, da der Zählwert Snew des Sektorzählers, wenn die Bewegung vervollständigt ist, unbekannt ist. Wenn die Positioniersteuerung ausgeführt wird, ohne Beachtung der Positions-Korrekturwerte Lc0, Lc1, liefern die berechneten Trajektoren nicht die erforderliche Bewegungsstrecke. Dies verursacht einen großen Steuerfehler, wenn die Bewegung vervollständigt wird, wo durch die Eigenschaft der Regulierung der Positionierung verschlechtert wird.
Um mit diesen Problemen fertig zu werden, besteht die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Positionier-Steuersystem zu schaffen, welches es einer gesteuerten Vorrichtung, z. B. einem Magnetkopf, in einem Magnetplattenlaufwerk usw. ermöglicht, stabil und mit einer hohen Geschwindigkeit positioniert zu werden.
Ein weiteres Ziel besteht darin, ein Positionier- Steuersystem zu schaffen, welches eine stabile Folgesteuerung oder Folgeregelung ermöglicht, nachdem die gesteuerte Vorrichtung, wie beispielsweise ein Magnetkopf, an einer bezeichneten Position angelangt ist.
Ein noch weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein stabiles Positionier-Steuersystem zu schaffen, welches eine Beschleunigung der gesteuerten Vorrichtung, wenn diese an der bezeichneten Position ankommt, an einer abrupten Änderung hindert.
Ein noch weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Positionier-Steuersystem zu schaffen, welches hinsichtlich der Variationen von Parametern des Steuersystems für sich stabil ist und auch gegenüber externen Störungen und welches eine ausgezeichnete Robustheit besitzt.
Ein noch weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Positionier-Steuersystem zu schaffen, bei dem ein Ausmaß einer Verschiebung der gesteuerten Vorrichtung, wenn die gesteuerte Vorrichtung an einer bezeichneten Position angelangt ist, vorausgesagt werden kann, und bei der ein Ziel-Trajektor der gesteuerten Vorrichtung zu einem früheren Zeitpunkt korrigiert werden kann.
Ein noch weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Positionier-Steuersystem zu schaffen, welches bei einem Magnetplattenlaufwerk angewendet werden kann.
Ein noch weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Positionier-Steuersystem zu schaffen, welches bei einem optischen Plattenlaufwerk angewendet werden kann.
Ein noch weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Positionier-Steuersystem anzugeben, welches bei einer Druckervorrichtung angewendet werden kann.
Die Literaturstelle FUJITSU Scientific and Technical Journal, Vol. 26, No. 4, Februar 1991, "Digital Servo Control for Head-Positioning of Disk Drives", offenbar ein Positionier-Steuersystem gemäß dem Oberbegriff des angehängten Anspruches 1. Dieses System entspricht auch dem Stand der Technik gemäß der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 3-233609, wie oben beschrieben wurde. In diesem System wird ein Magnetkopf unter Verwendung einer Rückkopplung basierend auf dem Unterschied zwischen einer Zielgeschwindigkeit und einer tatsächlichen Geschwindigkeit des Magnetkopfes positioniert; es wird keine Voraussage der Suchzeit im voraus von der Suchoperation gemacht.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Positionier- Steuersystem für eine gesteuerte Vorrichtung geschaffen, welches aufweist: eine Antriebseinrichtung zum Antreiben der gesteuerten Vorrichtung; eine Positions-Detektoreinrichtung zum Detektieren der Position der gesteuerten Vorrichtung; eine arithmetische Steuereinrichtung zum Steuern der Antriebseinrichtung in Einklang mit der Position der gesteuerten Vorrichtung, die durch die Positions-Detektoreinrichtung detektiert wurde, und in Einklang mit einer bezeichneten Position, enthaltend eine Trajektor-Generatoreinrichtung zum Berechnen eines Ziel-Trajektors unter Verwendung eines algebraischen Polynoms; und eine Folgesteuereinrichtung zum Steuern der Antriebseinrichtung in Einklang mit dem durch die Trajektor-Generatoreinrichtung berechneten Ziel-Trajektor und in Einklang mit der Position der gesteuerten Vorrichtung, die durch die Positions-Detektoreinrichtung detektiert worden ist, so daß die gesteuerte Vorrichtung dem Ziel-Trajektor folgend bewegt wird; dadurch gekennzeichnet, daß die arithmetische Steuereinrichtung eine Bewegungszeit-Schätzeinrichtung enthält, um eine gesamte Bewegungszeit in Einklang mit einer gesamten Bewegungsstrecke zwischen einer momentanen Position der gesteuerten Vorrichtung und der bezeichneten Position derselben zu berechnen, wobei die Trajektor-Generatoreinrichtung den Ziel- Trajektor in Einklang mit der gesamten Bewegungsstrecke und der gesamten Bewegungszeit berechnet, und derart berechnet, daß sich eine Zielbeschleunigung sanft ändert.
In bevorzugter Weise wird bei dem Positionier-Steuersystem der Ziel-Trajektor durch ein Polynom ausgedrückt V&sub0; (t/T)k[1 - (t/T)]j, worin T eine Zielbewegungszeit, t eine verstrichene Zeit, deren Anfangswert gleich 0 ist, V&sub0; eine Konstante bezeichnet, eine Hochzahl j auf 3 oder größer eingestellt wird und eine Hochzahl k auf 2 oder größer eingestellt wird.
Ferner wird in bevorzugter Weise bei dem Positionier- Steuersystem die Position der gesteuerten Vorrichtung durch die Positions-Detektoreinrichtung detektiert, es wird eine geschätzte Geschwindigkeit der gesteuerten Vorrichtung in Einklang mit der detektierten Positionsinformation für jede Probe und eine Antriebsgröße der Antriebseinrichtung berechnet, welche die gesteuerte Vorrichtung bewegt, und die Folge-Steuereinrichtung steuert die Antriebseinrichtung in solcher Weise, daß eine Differenz zwischen der geschätzten Geschwindigkeit und einer Zielgeschwindigkeit gemäß dem Ziel-Trajektor zu Null wird.
Ferner wird in bevorzugter Weise bei dem Positionier- Steuersystem die Position der gesteuerten Vorrichtung durch die Positions-Detektoreinrichtung detektiert, es wird eine geschätzte Geschwindigkeit der gesteuerten Vorrichtung in Einklang mit der detektierten Positionsinformation für jede Probe und eine Antriebsgröße der Antriebseinrichtung berechnet, welche die gesteuerte Vorrichtung bewegt, und es wird eine Geschwindigkeits-Rückkopplungsverstärkung entsprechend der gesetzten Geschwindigkeit eingestellt.
Ferner umfaßt das Positionier-Steuersystem in bevorzugter Weise eine Positions-Korrigiereinrichtung, welche einen Positions-Korrekturwert speichert, der unter Berücksichtigung der Verschiebung der gesteuerten Vorrichtung in einer gegebenen Position berechnet wird. In diesem Fall sagt die Trajektor-Generatoreinrichtung einen Positions- Korrekturwert voraus, wenn die Bewegung der gesteuerten Vorrichtung in Einklang mit der Zielbewegungszeit vervollständigt wurde, und korrigiert im voraus oder an früherer Stelle den Ziel-Trajektor in Einklang mit dem vorausgesagten Positions-Korrekturwert. Ferner steuert die Folgesteuereinrichtung die Antriebseinrichtung in solcher Weise, daß die Steuervorrichtung dem Ziel-Trajektor folgend bewegt wird, so daß sie bei der bezeichneten Position in Position gebracht wird.
Konkreter ausgedrückt, kann das Positionier-Steuersystem bei einem Magnetplattenlaufwerk mit einem Magnetkopf, bei einem optischen Plattenlaufwerk mit einem optischen Kopf und bei einer Druckereinrichtung mit einem Druckkopf angewendet werden.
In den Zeichnungen:
Fig. 1(A) und 1(B) sind Diagramme, von denen jede eine Magnetplattenlaufwerk zeigt;
Fig. 2 ist ein Graph, der eine Steuercharakteristik nach dem Stand der Technik zeigt;
Fig. 3 ist ein Graph, der Ziel-Trajektoren beim Stand der Technik zeigt;
Fig. 4 ist ein Graph, der Ziel-Trajektoren und tatsächliche Trajektoren zeigt;
Fig. 5 ist ein Diagramm, welches Servosignale wiedergibt, die auf einer Datenoberfläche gespeichert sind;
Fig. 6 ist ein Blockschaltbild, welches eine Ausführungsform basierend auf einem ersten Prinzip der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
Fig. 7 ist ein Blockschaltbild, welches eine beispielhafte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 8 ist ein teilweise im Schnitt gehaltene Draufsicht, die einen Mechanismus des Magnetplattenlaufwerks zeigt;
Fig. 9 ist ein Graph, der Ziel-Trajektoren von einer Ausführungsform zeigt;
Fig. 10 ist ein Graph, der Ziel-Trajektoren von einer Ausführungsform zeigt;
Fig. 11 ist ein Funktionsblockdiagramm, welche die arithmetische Steuereinrichtung der Ausführungsform veranschaulicht;
Fig. 12 ist ein Flußdiagramm, welches eine Operation von einer Ausführungsform wiedergibt;
Fig. 13 ist ein Flußdiagramm, welches eine Operation von einer Ausführungsform wiedergibt;
Fig. 14 ist ein Graph, der einen Vergleich zwischen einer früher vorgeschlagenen Positionier-Steuereinrichtung und einer Positionier-Steuereinrichtung gemäß einer Ausführungsform zeigt;
Fig. 15 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen einer Bewegungsstrecke und einer Zielbewegungszeit von einer Ausführungsform wiedergibt;
Fig. 16 ist ein Plan, der eine Zielgeschwindigkeit und eine Zielbeschleunigung zeigt, wenn eine Konstantgeschwindigkeitsperiode enthalten ist;
Fig. 17 ist ein Blockschaltbild, welches eine Ausführungsform basierend auf einem zweiten Prinzip der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
Fig. 18 ist ein Blockschaltbild, welches eine andere Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung wiedergibt;
Fig. 19 ist ein Blockschaltbild, welches die arithmetische Steuereinrichtung bei der Ausführungsform von Fig. 18 wiedergibt;
Fig. 20 ist ein Flußdiagramm, welches eine Operation der Ausführungsform nach Fig. 18 zeigt;
Fig. 21(A) und 21(B) sind Flußdiagramme, die eine Operation der Ausführungsform nach Fig. 18 veranschaulichen;
Fig. 22 ist ein Diagramm, welches eine Positions-Korrekturtabelle bei der Ausführungsform nach Fig. 18 veranschaulicht;
Fig. 23 ist ein Graph, der die Effekte der in Fig. 18 gezeigten Ausführungsform wiedergibt; und
Fig. 24 ist ein Graph für einen Vergleich zwischen dem Effekt nach dem Stand der Technik und den Ausführungsformen der Erfindung.
Eine Ausführungsform eines Positionier-Steuersystems basierend auf einem ersten Prinzip der vorliegenden Erfindung, soll nun unter Hinweis auf Fig. 6 beschrieben werden. Das Positionier-Steuersystem umfaßt eine Antriebseinrichtung 2 zum Bewegen und Positionieren einer gesteuerten Vorrichtung 1 bei einer bezeichneten Position, eine Positions- Detektoreinrichtung 3 zum Detektieren der Position der gesteuerten Vorrichtung 1, und eine Arithmetik-Steuereinrichtung 4 zum Steuern der Antriebseinrichtung 2 in Einklang mit der Position der gesteuerten Vorrichtung 1, die durch die Positions-Detektoreinrichtung 3 detektiert wurde und in Einklang mit der bezeichneten Position, wobei die Arithmetik-Steuereinrichtung 4 eine Trajektor-Generatoreinrichtung 5 zum Berechnen eines Ziel-Trajektors in Einklang mit einer Gesamt-Bewegungsstrecke zwischen einer momentanen Position der gesteuerten Vorrichtung 1 und der bezeichneten Position enthält, und eine Folge-Steuereinrichtung 6 zum Steuern der Antriebseinrichtung 2 in Einklang mit dem Ziel-Trajektor von der Trajektor-Generatoreinrichtung und der Position der gesteuerten Vorrichtung 1, die durch die Positions-Detektoreinrichtung 3 detektiert worden ist, so daß die gesteuerte Vorrichtung 1 dem Ziel-Trajektor folgend bewegt wird; wobei die Trajektor-Generatoreinrichtung 5 den Ziel-Trajek tor unter Verwendung eines algebraischen Polynoms berechnet, welches ein Beschleunigungs-Verzögerungs-Muster wiedergibt, welches eine Ableitung einer Zielbeschleunigung bei der bezeichneten Position zu Null macht, an der die Bewegung der gesteuerten Vorrichtung 1 vervollständigt ist; und wobei die Folge-Steuereinrichtung 6 die gesteuerte Vorrichtung 1 positioniert, während sie sie veranlaßt, dem Ziel-Trajektor zu folgen.
Der Ziel-Trajektor wird durch ein Polynom ausgedrückt V&sub0; (t/T)k[1 - (t/T)]j, worin T eine Zielbewegungszeit bezeichnet, t eine verstrichene Zeit bezeichnet, deren Anfangswert gleich 0 beträgt, V&sub0; eine Konstante bezeichnet, eine Hochzahl j auf 3 oder größer eingestellt wird und eine Hochzahl k auf 2 oder größer eingestellt wird.
Die Position der gesteuerten Vorrichtung 1 wird durch die Positions-Detektoreinrichtung 3 detektiert und es wird eine geschätzte Geschwindigkeit der gesteuerten Vorrichtung 1 in Einklang mit der detektierten Positionsinformation für jede Probe und eine Antriebsgröße der Antriebseinrichtung 2 berechnet, welche die gesteuerte Vorrichtung 1 bewegt, und die Folge-Steuereinrichtung 6 steuert die Antriebseinrichtung 2 derart, daß eine Differenz zwischen der geschätzten Geschwindigkeit und einer Zielgeschwindigkeit gemäß dem Ziel-Trajektor zu Null wird.
Eine Bewegungszeit der gesteuerten Vorrichtung 1 zwischen der momentanen Position und der bezeichneten Position wird proportional auf einen Wert in einem Bereich zwischen einer Quadratwurzel und eine Kubuswurzel der Bewegungsstrecke eingestellt.
Die Position der gesteuerten Vorrichtung 1 wird durch die Positions-Detektoreinrichtung 3 detektiert und es wird eine geschätzte Geschwindigkeit der gesteuerten Vorrichtung 1 in Einklang mit der detektierten Positionsinformation für jede Probe und eine Antriebsgröße der Antriebseinrichtung 2 berechnet, welche die gesteuerte Vorrichtung 1 bewegt, und es wird eine Geschwindigkeits-Rückkopplungsverstärkung entsprechend der geschätzten Geschwindigkeit eingestellt.
Es wird eine normierte Zeit basierend auf einer detektierten Positionsinformation von der Positions-Detektoreinrichtung 3 berechnet, und es wird eine Ansprechverzögerung zu der berechneten normierten Zeit hinzuaddiert, um die Ansprechverzögerung zu kompensieren.
Eine Konstantgeschwindigkeitsperiode wird zwischen einer Beschleunigungsperiode und einer Verzögerungsperiode vorgesehen, die in Einklang mit dem Ziel-Trajektor bestimmt werden, wenn die Bewegungsstrecke der gesteuerten Vorrichtung 1 länger ist als ein vorbestimmter Wert.
Die Antriebseinrichtung 2 enthält einen Schwingspulenmotor oder ähnliches, der die gesteuerte Vorrichtung 1 bewegt und positioniert, derart, daß ein Kopf eine bezeichnete Position erreicht. Die Arithmetik-Steuereinrichtung 4 enthält die Trajektor-Generatoreinrichtung 5 und die Folge- Steuereinrichtung 6. Die Trajektor-Generatoreinrichtung 5 berechnet einen Ziel-Trajektor in Einklang mit der Gesamt- Bewegungsstrecke zwischen der momentanen Position der gesteuerten Vorrichtung 1 und der bezeichneten Position derselben. Der Ziel-Trajektor wird beispielsweise durch ein algebraisches Polynom ausgedrückt, so daß die Ableitung der Zielbeschleunigung bei der bezeichneten Position zu Null wird, wo die Bewegung der gesteuerten Vorrichtung 1 vervollständigt wird. Die Folge-Steuereinrichtung 6 positioniert die gesteuerte Vorrichtung 1 an der bezeichneten Po sition durch Steuern der Antriebseinrichtung 2 in solcher Weise, daß die gesteuerte Vorrichtung 1 dem Ziel-Trajektor folgend bewegt wird.
Der Ziel-Trajektor wird durch die Trajektor-Generatoreinrichtung 5 der Arithmetik-Steuereinrichtung 4 berechnet und wird durch ein Polynom ausgedrückt, und zwar V&sub0; (t/T)k [1 - (t/T)]j, worin T eine Zielbewegungszeit bezeichnet, t eine verstrichene Zeit bezeichnet, deren Anfangswert gleich 0 ist, und V&sub0; eine Konstante bezeichnet. Durch Einstellen der Hochzahl j auf 3 oder größer, wird die Ableitung der Zielbeschleunigung, wenn die gesteuerte Vorrichtung 1 zu der bezeichneten Position bewegt wird, zu Null. Wenn ferner die Hochzahl k gleich gemacht wird der Hochzahl j, werden die Muster der Zielbeschleunigung während der Beschleunigungsperiode und der Verzögerungsperiode symmetrisch.
Ferner berechnet die Folge-Steuereinrichtung 6 eine gesetzte Geschwindigkeit der gesteuerten Vorrichtung 1 in Einklang mit der detektierten Positionsinformation für jede Probe, und berechnet die Antriebsgröße der Antriebseinrichtung 2, und steuert die Antriebseinrichtung 2 derart, daß die Differenz zwischen der geschätzten Geschwindigkeit und einer Zielgeschwindigkeit gemäß dem Ziel-Trajektor zu Null wird. Auf diese Weise veranlaßt die Folge-Steuereinrichtung 6, daß die Bewegungsgeschwindigkeit der gesteuerten Vorrichtung 1 der Zielgeschwindigkeit folgt.
Die Trajektor-Generatoreinrichtung 5 macht eine Zielbewegungszeit T der gesteuerten Vorrichtung 1 zwischen der momentanen Position und der bezeichneten Position länger gemäß der Bewegungsstrecke. Jedoch beträgt ein Verhältnis der Zielbewegungszeit T zu der Bewegungsstrecke nicht 1, vielmehr wird die Zielbewegungszeit T proportional zu einer Quadratwurzel oder einer Kubuswurzel der Bewegungsstrecke eingestellt.
Die Positions-Detektoreinrichtung 3 detektiert die Position der gesteuerten Vorrichtung 1 und setzt die Bewegungsgeschwindigkeit der gesteuerten Vorrichtung 1 in Einklang mit der detektierten Positionsinformation für jede Probe, die in einer digitalen Berechnung verwendet wird, und berechnet die Antriebsgröße der Antriebseinrichtung 2, welche die gesteuerte Vorrichtung 2 bewegt. Die Positions- Detektoreinrichtung 3 stellt die Geschwindigkeits-Rückkopplungsverstärkung entsprechend der geschätzten Geschwindigkeit ein.
Obwohl die gesteuerte Vorrichtung 1 durch die Antriebseinrichtung 2 bewegt wird, kann die tatsächliche Bewegung der gesteuerten Vorrichtung 1 möglicherweise auch relativ zu dem Ziel-Trajektor verzögert werden, und zwar aufgrund der Verzögerungen in den jeweiligen Komponenten. Im Hinblick darauf wird eine Ansprech-Verzögerungszeit zu der normierten Zeit hinzu addiert, um die Ansprechverzögerung zu kompensieren.
Es kann ein Fall auftreten, bei dem die Bewegungsgeschwindigkeit eine obere Grenzgeschwindigkeit überschreitet, wenn die Bewegungsstrecke der gesteuerten Vorrichtung 1 lang ist. Demzufolge wird eine konstante Geschwindigkeitsperiode zwischen der Beschleunigungsperiode und der Verzögerungsperiode eingefügt und das Steuersystem fährt mit der Konstantgeschwindigkeitsperiode fort, wenn die Zielgeschwindigkeit den oberen Grenzwert erreicht.
Fig. 7 zeigt ein Blockschaltbild, welches eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, wobei die Erfindung bei einer Magnetplatten vorrichtung angewendet ist. In dieser Figur bezeichnet das Bezugszeichen 11 ein Magnetplattenlaufwerk, 12 bezeichnet eine Magnetplatte, 13 einen Spindelmotor, 14 einen Kopf, 15 einen Kopfarm, 16 einen Betätigungsvorrichtung mit einem Schwingspulenmotor und 17 einen Servosignal-Dekodierer, 18 einen Zylinderzähler, 19 einen AD-Umsetzer (ADC), 20 einen Verstärker (AMP), 21 einen DA-Umsetzer (DAC), 22 einen Arithmetikregler, 23 einen digitalen Signalprozessor (DSP), 24 einen Speicher (MEM), 25 ein Übertragungsregister zum Übertragen von Daten zu und von einer Host-Vorrichtung, und 26 bezeichnet einen Bus. Eine Konstruktion zum Steuern der Datenlese- und -schreiboperationen mit Hilfe des Kopfes 14 ist nicht veranschaulicht.
Ein Magnetplattenlaufwerk 11 enthält eine Magnetplatte 12, die mit einer gegebenen Drehzahl durch den Spindelmotor 13 in Drehung versetzt wird, und enthält die Betätigungsvorrichtung 16, die derart gesteuert wird, um den Kopf 14 an der bezeichneten Spurposition der Magnetplatte 12 zu positionieren, indem der Kopfarm 15 bewegt wird, der den Kopf 14 trägt, der an dem vorderen Ende desselben gehaltert ist. Es kann eine Vielfalt von bekannten Konstruktionen bei dem Magnetplattenlaufwerk 11 angewendet werden. Der Kopf 14 entspricht der gesteuerten Vorrichtung 1 in Fig. 6 und die Betätigungsvorrichtung 16 entspricht der Antriebseinrichtung 2 in Fig. 6.
Der Servosignal-Dekodierer 17 dekodiert ein Servosignal, welches über den Kopf 14 von der Magnetplatte 12 gelesen wurde. Der Zylinderzähler 18 zählt die Zahl der Nulldurchgänge oder ähnliches als eine Zylinderzahl (Spurzahl) und zeigt die momentane Position des Kopfes 14 von einem Bezugspunkt durch die Zylinderzahl (Spurzahl) an. Demzufol ge entspricht die Bewegungsstrecke (Suchstrecke) des Kopfes 14 der Zahl der Spuren zwischen der momentanen Spurposition und der bezeichneten Spurposition. Der AD-Umsetzer 19 setzt das Zwei-Phasen-Servosignal in ein digitales Signal um. Eine Kombination aus dem Zylinderzähler 18 und dem AD-Umsetzer 19 detektiert die momentane Position des Kopfes 14 aus dem Bezugspunkt und entspricht der Positions-Detektoreinrichtung 3 in Fig. 1. Der DA-Umsetzer 21 setzt ein Treibersteuersignal, welches über den Bus 26 von dem Digitalsignalprozessor 23 gesendet wurde, in ein Analogsignal um, welches durch den Verstärker 20 verstärkt wird, um die Betätigungsvorrichtung 16 anzutreiben.
Der Arithmetikregler 22 enthält einen Digitalsignalprozessor 23, den Speicher 24 und das Übertragungsregister 25. In Einklang mit einem Adressensignal oder ähnlichem von der Host-Vorrichtung, berechnet der Digitalsignalprozessor 23 die Bewegungsstrecke des Kopfes 14 zwischen der momentanen Position und der bezeichneten Position, berechnet die Ziel-Trajektor entsprechend der berechneten Bewegungsstrecke und steuert die Betätigungsvorrichtung 16, so daß der Kopf 14 den berechneten Ziel-Trajektoren folgt. Mit anderen Worten entspricht der Digitalsignalprozessor 23 der Arithmetik-Steuereinrichtung 4 in Fig. 6. Die Trajektor-Generatoreinrichtung 6 und die Folge-Steuereinrichtung 7 in Fig. 6 werden durch eine arithmetische Steuerfunktion des Digitalsignalprozessors 23 realisiert.
Die Erfindung wurde unter der Bedingung realisiert, daß: (a) eine Ableitung daobj/dt der Zielbeschleunigung bei t = T, d. h. wenn die Bewegung des Kopfes 14 als gesteuerte Vorrichtung 1 vervollständigt worden ist, kontinuierlich ist; (b) die Ableitung daobj/dt der Zielbeschleunigung ein Minimum bei t = T - ein Minimum wird ( = Steuerfehlerzeit); und (c) die Ziel-Trajektoren als einfachste mögliche Funktionen wiedergegeben werden, so daß sie mit Hilfe der Digitaloperation mit einer hohen Geschwindigkeit berechnet werden können. Ein Geschwindigkeits-Trajektor, der die oben aufgeführten Bedingungen (a) bis (c) erfüllt, wird durch die folgende Gleichung wiedergegeben:
Vobj/ (L/T) = V&sub0; tnk (1 - tn)j ... (7)
worin V&sub0; eine Konstante bezeichnet, k eine ganze Zahl nicht kleiner als 2 bezeichnet und j eine ganze Zahl nicht kleiner als 3 bezeichnet.
Es ergibt sich, daß daobj/dt = (d/dt)² · vobj bei t = T Null beträgt, da die Gleichung (7) drei oder mehrere Wurzeln bei tn = 1, d. h. t = T, besitzt. Die Konstante V&sub0; in der Gleichung (7) wird durch die Grenzbedingungen bestimmt, nämlich L = xobj (T) = (0 ~ T)vobj (t) dt (worin (0 ~ T) eine Integration an einem Intervall zwischen 0 und T ist) und xobj (0) = 0. V&sub0; = (k + j + 1)! / (k! · j!), wobei ! ein Fakultätszeichen ist.
Wenn beispielsweise angenommen wird, daß k = 2, j = 3, also die Hochzahlen k, j die genannten Werte haben, so werden die Ziel-Trajektoren der Position, der Geschwindigkeit und der Beschleunigung in der folgenden Weise wiedergegeben:
xobj/L = tn³ (20 - 45tn + 36tn² - 10tn³) ... (8)
vobj/(L/T) = 60tn² (1 - tn)³ ... (9)
aobj/(L/T²) = 300tn (1 - tn)² (0,4 - tn) ... (10)
Wenn ferner angenommen wird, daß k = 3, j = 3, ergeben sich die Ziel-Trajektoren der Position, der Geschwindigkeit und der Beschleunigung in der folgenden Weise:
xobj/L = tn&sup4; (35 - 84tn + 70tn² - 20tn³) ... (11)
vobj/(L/T) = 140tn³ (1 - tn)³ ... (12)
aobj/(L/T²) = 840tn² (1 - tn)² (0,5 - tn) ... (13)
Um ferner das Verständnis der Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung zu vereinfachen, ist in Fig. 8 eine teilweise im Schnitt gehaltene Draufsicht veranschaulicht, die einen Mechanismus eines Magnetplattenlaufwerks zeigt. In diesem Fall werden eine Vielzahl von Plätten 12 in Drehung versetzt, wie aus Fig. 8 und Fig. 1 zu ersehen ist. Die Spuren auf jeder Aufzeichnungsoberfläche von jeder Platte 12 werden mit einem vorbestimmten Datenmuster geschrieben. Jedoch sind die Spuren an beiden Enden der Innenzone und der Außenzone von jeder Platte 12 mit Schutzbändern 250 ausgebildet, in denen ein bestimmtes Muster geschrieben ist, und zwar anstelle eines Datenmusters, welches spezielle Muster dazu verwendet wird, um eine Suchoperation des Kopfes 14 anzuhalten. Ferner ist an der Innenseite und der Außenseite des Schutzbandes 250 eine Löschzone 255 ausgebildet, um den Kopf 14 mechanisch anzuhalten.
Fig. 9 zeigt einen Graphen, der die Ziel-Trajektoren in einem Beispiel der Betriebsweise dieser Ausführungsform zeigt. Eine horizontale Achse gibt eine normierte Zeit tn = t/T wieder und eine vertikale Achse gibt die normierte Position, Geschwindigkeit und Beschleunigung wieder. Die Zielposition xobj, die Zielgeschwindigkeit Vobj und die Zielbeschleunigung aobj in Einklang mit den Gleichungen (8) bis (10) sind durch die Kurven x1, v1 und a1 jeweils angezeigt. Die Zielbeschleunigung aobj wird bei der normierten Zeit tn = t/T = 0,4 zu 0, wobei sich eine Periode davor ein Beschleunigungsmodus befindet, während eine Periode danach ein Verzögerungsmodus vorhanden ist. Die Zielbeschleunigung aobj nähert sich in der Nachbarschaft oder Nähe des Punktes dem Wert Null, bei dem die normierte Zeit tn = t/T = 1 ist, und eine Ableitung derselben wird bei der normierten Zeit tn = t/T = 1 zu Null.
Fig. 10 zeigt einen Graphen, der die Ziel-Trajektoren der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht. Die Zielposition xobj, die Zielgeschwindigkeit vobj und die Zielbeschleunigung aobj in Einklang mit den Gleichungen (11) bis (13) sind durch die Kurven x2, v2 und a2, wie in Fig. 10 gezeigt, angegeben. Die Zielbeschleunigung aobj wird bei der normierten Zeit tn = t/T = 0,5 zu Null und demzufolge sind in diesem Fall der Beschleunigungsmodus und der Verzögerungsmodus symmetrisch. Verglichen mit dem Fall, bei dem k = 2, j = 3 war, stellt der Fall, bei dem k = 3, j = 3 ist, die reduzierte Zielbeschleunigung während des Beschleunigungsvorgangs dar und ist somit vorteilhaft, um einen Beschleunigungsstrom bei einer gegebenen Versorgungsspannung kleiner zu gestalten.
Fig. 11 zeigt ein Funktionsblockdiagramm des Arithmetikreglers der vorliegenden Ausführungsform. Bei L ist eine Bewegungsstrecke des Kopfes 14 angegeben und bei Lm ist eine maximale Bewegungsstrecke gezeigt, die keine Konstantgeschwindigkeitssteuerung erfordert. Mit anderen Worten wird der Konstantgeschwindigkeitsmodus zwischen dem Beschleunigungsmodus und dem Verzögerungsmodus in dem Fall eingefügt, bei dem der Kopf 14 um eine Strecke länger als Lm bewegt wird. Das Bezugszeichen 31 bezeichnet einen Trajektor-Generatoreinrichtung, 32 bezeichnet einen Folgeregler, 33 bezeichnet eine Treiberzeit-Rechenvorrichtung, 34 eine Verstärkungs-Rechenvorrichtung, 35 einen Treiberzustands- Klassifizierer, 36 einen Normierzeit-Rechner, 37 einen Ziel-Trajektor-Rechner, 38 eine Zustands-Schätzvorrichtung, 39 einen Zustandsregler, 40 eine Treiberschaltung, 41 eine Betätigungsvorrichtung und 42 bezeichnet einen Detektor. Die Betätigungsvorrichtung 41 entspricht der Betätigungsvorrichtung 16 in Fig. 2 und der Detektor 42 detektiert die Position des Kopfarmes (siehe 15 in Fig. 7), der durch die Betätigungsvorrichtung bewegt wird, d. h. die momentane Position des Kopfes. Die Funktion der jeweiligen Komponenten kann durch die arithmetische Steuerfunktion des Digitalsignalprozessors realisiert werden.
Die Fig. 12 und 18 zeigen Flußdiagramme, die einen Betrieb des Arithmetikreglers der vorliegenden Ausführungsform veranschaulichen. Die Operationen der jeweiligen Komponenten werden mit Hilfe von Schritten (a) bis (q) unter Hinweis auf Fig. 5 beschrieben. In den Trajektor-Generatoreinrichtung 31 werden die Bewegungsstrecke L zwischen der momentanen Position und der bezeichneten Position eingegeben, ferner der Startabstand Lm gemäß dem vorbestimmten Konstantgeschwindigkeitsmodus, und die Position, die durch den Detektor 42 detektiert wurde.
Schritt (a): Die Treiberzeit-Rechenvorrichtung 33 berechnet eine Beschleunigungs-/Verzögerungsstrecke Ldrv, eine Zielbewegungszeit T, eine normierte Sampling-Zeit Tu und eine Führungskompensationszeit Tlead für eine Kompensation einer Steuerverzögerung in Einklang mit der Bewegungsstrec ke L und dem Startabstand Lm gemäß dem Konstantgeschwindigkeitsmodus.
Ldrv = min (L, Lm) ... (14)
T = Tm (L/Lm)i ... (15)
Tu = Ts/T ... (16)
Tlead = const .... (17)
Die Gleichung (14) gibt an, daß die kleinere Größe gemäß der Bewegungsstrecke L und dem Startabstand Lm gemäß dem Konstantgeschwindigkeitsmodus als Beschleunigungs-/Verzögerungsstrecke Ldrv ausgewählt wird. Die Gleichung (15) gibt an, daß die Zielbewegungszeit T aus einem Wert besteht, der proportional ist zu (L/Lm)i, wobei die Hochzahl i irgendeinen Wert zwischen 1/2 und 1/3 haben kann. Beispielsweise kann die Hochzahl i bei 1/2,8 liegen. Die normierte Probeentnahmezeit Tu in der Gleichung (16) wird als ein Verhältnis aus einer Probeentnahmezeit zu der Zielbewegungszeit T wiedergegeben. Die Führungskompensationszeit Tlead in der Gleichung (17) ist dafür geeignet, um Steuerverzögerungen in den jeweiligen Komponenten zu kompensieren, um eine Abweichung von dem Ziel-Trajektor kleiner zu machen. Die Gleichung (17) zeigt einen Fall, bei dem die Führungskompensationszeit Tlead auf einem konstanten Wert (const.) besteht. Beispielsweise kann Tlead gleich sein 2Tu. Alternativ kann Tlead erforderlichenfalls variabel gestaltet werden. Ein Sampling-Zähler N wird initialisiert und besitzt einen Wert, der auf 0 gesetzt wird.
Schritt (b): Die Verstärkungs-Rechenvorrichtung 34 berechnet eine vorwärts gerichtete Verstärkung Gff und eine maximale Geschwindigkeit Vmax basierend auf der normierten Sampling-Zeit Tu und der Beschleunigungs-/Verzögerungsstrecke Ldrv, die in diese eingegeben wird, was in der folgenden Weise geschieht:
Gff = 840 (Ldrv/T²) ... (18)
Vmax = 140 (Ldrv/T) ... (19)
Schritt (c): Der Treiberzustands-Klassifizierer 35 empfängt die Beschleunigungs-/Verzögerungsstrecke Ldrv, die Bewegungsstrecke L und die detektierte Position Xn von dem Detektor 42 und führt bei dem Schritt (c) eine Verarbeitung gemäß dem Flußdiagramm aus, welches in Fig. 12 gezeigt ist. Es sei darauf hingewiesen, daß die detektierte Position Xn in Form eines Abstandes von der Ursprungsposition aus ausgedrückt wird. Der Klassifizierer 35 wiederholt die Berechnungen von (d) bis (q) basierend auf der detektierten Position Xn, die bei jeder Sampling-Zeit erhalten wird. Als erstes wird diskriminiert, ob L ≤ Lm in (d). Wenn L ≤ Lm, d. h. der Konstantgeschwindigkeitsmodus nicht enthalten ist, da die Bewegungsstrecke L kürzer ist als der Startabstand Lm gemäß dem Konstantgeschwindigkeitsmodus, wird diskriminiert, ob Xn < (Ldrv/2) was bei dem Schritt (g) erfolgt. Wenn Xn < (Ldrv/2), d. h. die detektierte Position Xn kürzer liegt als die Hälfte der Beschleunigungs-/Verzögerungsstrecke Ldrv, wird ein Beschleunigungszustand bestimmt (Zustand = 1), was bei dem Schritt i erfolgt. In diesem Fall wird die Zielbeschleunigung bei ein halb der normierten Zeit tn zu Null, wie dies in Fig. 10 gezeigt ist. Es wird somit diskriminiert, ob die detektierte Position Xn die Beschleunigungs-/Verzögerungsstrecke Ldrv überschritten hat.
Wenn Xn ≥ (Ldrv/2) bei dem Schritt (g) ermittelt wird, so wird ein Verzögerungszustand bestimmt (Zustand = -1), was bei dem Schritt (j) erfolgt. Wenn L > Lm, d. h. der Konstantgeschwindigkeitsmodus zwischen den Beschleunigungsmodus und den Verzögerungsmodus gesetzt wird, da die Bewegungsstrecke L länger ist als die Startstrecke bzw. Startabstand Lm gemäß dem Konstantgeschwindigkeitsmodus, was bei dem Schritt (d) ermittelt wird, wird diskriminiert, ob Xn < (Ldrv/2), was bei dem Schritt (e) erfolgt. Wenn Xn < (Ldrv/2), wird bei dem Schritt (i) der Beschleunigungszustand (Zustand = 1) bestimmt. Wenn Xn (Ldrv/2) bei dem Schritt (e) ist, wird diskriminiert, ob (L - Xn) < (Ldrv/2), was bei dem Schritt (f) erfolgt. Wenn (L - Xn) < (Ldrv/2) ist, wird der Verzögerungszustand (Zustand = -1) bei dem Schritt (j) bestimmt. Wenn (L - Xn) (Ldrv/2) ist, wird bei dem Schritt (h) der Konstantgeschwindigkeitszustand (Zustand = 0) bestimmt. Die restliche oder verbleibende Bewegungsstrecke wird durch einen Ausdruck (L - Xn) gegeben.
Schritt (k): Die Normierzeit-Rechenvorrichtung 36 führt einen Prozeß der Berechnung der normierten Zeit Tn bei dem Schritt (k) von Fig. 13 durch. Der Normierzeit- Rechenvorrichtung 36 werden die normierte Sampling-Zeit Tu, der Steuerzustand, die verbleibende Bewegungsstrecke (L - Xn) und die Führungskompensationszeit Tlead von der Treiberzeit-Rechenvorrichtung 33 eingegeben. Zum Zeitpunkt des Beschleunigungszustandes (Zustand = 1) wird die normierte Zeit Tn bei dem Schritt (m) in der folgenden Weise berechnet: Tn = N · Tu + Tlead. In diesem Fall gibt N den n-ten Samplingvorgang vom Start der Trajektor-Berechnung an an. Zum Zeitpunkt des Konstantgeschwindigkeitszustandes (Zu stand = 0) wird die normierte Zeit Tn auf 0,5 bei dem Schritt (1) gesetzt. Zu dem Zeitpunkt des Verzögerungszustandes (Zustand = -1) wird die normierte Zeit Tn in der folgenden Weise berechnet: Tn = NTable [L - Xn] + Tlead. NTable [L - Xn] ist eine Tabelle von Werten, die für x in einer Gleichung in bezug auf die normierte Zielposition y : y = x&sup4; (35 - 84x + 70x² - 20x³) (das gleiche wie Gleichung (11)) gelöst wurden. Unter Verwendung dieser Tabelle kann die normierte Zeit aus der aktuellen gemessenen Position erhalten werden. Beispielsweise kann die Tabelle Werte von x speichern, die in Bezug gesetzt sind zu den Werten von y = 0,5 bis 1,0.
Schritt (o): Die Ziel-Trajektor-Rechenvorrichtung 37 führt eine Verarbeitung des Schrittes (o) in Fig. 13 durch. Wenn die vorwärts gerichtete Verstärkung Gff und die maximale Bewegungsgeschwindigkeit Vmax von der Verstärkungs- Rechenvorrichtung 34 und die normierte Zeit Tn von der Normierzeit-Rechenvorrichtung 36 eingegeben werden, berechnet die Ziel-Trajektor-Rechenvorrichtung 37 einen vorwärts gerichteten bzw. vorwärts gekoppelten Strom TrjUn und eine Zielgeschwindigkeit TrjVn unter Verwendung der folgenden Gleichungen (20), (21):
TrjUn = Gff · Tn² (1 - Tn²) (0,5 - Tn) ... (20)
TrjVn = Vmax · Tn³ (1 - Tn³) ... (21)
Der berechnete vorwärts gerichtete Strom TrjUn und die Zielgeschwindigkeit TrjVn werden dem Zustandsregler 39 eingespeist, der in dem Folgeregler 32 enthalten ist.
Schritt (p): Die Zustands-Schätzvorrichtung 38, die in dem Folgeregler 32 enthalten ist, führt einen Prozeß des Schrittes (p) in Fig. 13 durch. Wenn die detektierte Position Xn von dem Detektor 42 und der Treiberstrom Un von dem Zustandsregler 39 eingespeist werden, berechnet die Schätzvorrichtung 38 eine geschätzte Geschwindigkeit EstVn unter Verwendung der folgenden Gleichungen (22) bis (24):
EstXn = (1 - L&sub1;) EstXn-1 + EstVn-1 + GmUn-1 + L&sub1; · Xn ... (22)
EstVn = -L&sub2; · EstXn-1 + EstVn-1 + 2 Gm · Un-1 + L&sub2; · Xn ... (23)
Gfb = GTable [EstVn] ... (24)
worin eine Konstante Gm wie folgt ausgedrückt wird:
Gm = (Kf · Ts² · Gdrv · Gsns) / (2M · Ltp).
Hierin bezeichnet Gdrv eine Verstärkung der Treiberschaltung 40, Gsns bezeichnet eine Verstärkung des Detektors 42 und Ltp bezeichnet eine Spursteigung. Ferner sind bei L&sub1; und L&sub2; Konstanten angegeben, um die Eigenschaften der Zustands-Schätzvorrichtung (observer) zu bestimmen. Diese Konstanten werden unter Verwendung einer Konstruktionsmethode der Zustands-Schätzvorrichtung bestimmt. Diese Konstruktionsmethode wird in Einzelheiten beispielsweise in "Digital Control of Dynamic Systems" von G. F. Franklin, J. D. Powell und M. L. Workman (Addision-Wesley Publishing Company, zweite Ausgabe) erläutert. Die Gleichung (24) gibt an, daß die Rückkopplungsverstärkung Gfb aus einer Tabelle GTable [EstVn] gelesen wird, welche die Rückkopplungsverstärkungen Gfb in Einklang mit der geschätzten Geschwindigkeit EstVn speichert.
Schritt (q): Der Zustandsregler 39 führt eine Verarbeitung des Schrittes (q) in Fig. 10 durch. Wenn der vorwärts gerichtete Strom TrjUn, die Zielgeschwindigkeit TrjVn, die geschätzte Geschwindigkeit EstVn und die Rückkopplungsverstärkung Gfb eingespeist werden, berechnet der Zustandsregler 39 einen Treiberstrom Un in Einklang mit der folgenden Gleichung (25):
Un = TrjUn + Gfb · (TrjVn - EstVn) ... (25)
Durch Anlegen des Treiberstromes Un an die Betätigungsvorrichtung 41 über die Treiberschaltung 40, kann der Kopf den Ziel-Trajektoren folgend bewegt werden und kann in einer gesteuerten Weise stabil bei der bezeichneten Position in Position gebracht werden und es wird der Sampling-Zähler N inkrementiert.
Fig. 14 ist ein Graph, in welchem Kurven von den Fig. 10 und 3 in einer sich überlappenden Weise gezeigt sind. Die Zielposition, die Zielgeschwindigkeit und die Zielbeschleunigung bei dem früher vorgeschlagenen Positionier- Steuersystem sind durch die Kurven x0, v0 und a0 angezeigt, während diejenigen gemäß der vorliegenden Ausführungsform durch die Kurven x2, v2 und a2 angezeigt sind. In bezug auf die jeweiligen normierten Trajektoren der Position, der Geschwindigkeit und der Beschleunigung liegt die Zielbeschleunigung gemäß der vorliegenden Ausführungsform niedriger als die eine gemäß dem früher vorgeschlagenen Positionier-Steuersystem in einem Intervall t = (0,8 bis 1,0)T, und zwar um eine Größe, wie dies durch die schrägen Linien angezeigt ist. Es läßt sich auch ersehen, daß daobj/dt = 0 bei t = T ist. Demzufolge wird durch Ausführen der Positio niersteuerung unter Verwendung dieser Ziel-Trajektoren das Steuersystem unbeeinflußt durch Schwankungen der Parameter desselben und durch Störungen und hat die Fähigkeit, Übergangsvibrationen zu vermeiden, wie in Fig. 4 gezeigt ist, die beim Stand der Technik auftreten.
Die Zielgeschwindigkeit gemäß der vorliegenden Ausführungsform liegt niedriger als die eine gemäß dem früher vorgeschlagenen Positionier-Steuersystem in einem Intervall t = (0,7 bis 1,0)T, und zwar um einen Betrag, der durch die schrägen Linien angegeben ist, wodurch die Rückkopplungsverstärkung schneller größer gemacht werden kann. Demzufolge kann ein Abweichungs-Zulassungsbereich beim Folgen des Trajektors größer gestaltet werden und eine Abweichung bei t = T kann minimal gestaltet werden. Dies ermöglicht es dem Kopf, an der bezeichneten Position mit einer höheren Geschwindigkeit und Stabilität positioniert zu werden. Da das Positionieren so gesteuert wird, daß es der Zielgeschwindigkeit TrjVn folgt, wie dies in der Gleichung (25) angegeben ist, wird die Abweichung (PrjVn - EstVn) in der Nähe einer Verzögerungs-Vervollständigungszone kleiner, wo sowohl die Zielgeschwindigkeit TrjVn als auch die geschätzte Geschwindigkeit EstVn kleiner werden. Im Hinblick darauf ist es wirksam, die Rückkopplungsverstärkung zu erhöhen und den Steuerfehler oder Regelfehler auf einen niedrigen Wert zum Zeitpunkt der Verzögerung zu drücken, um den relativen Grad der Nachfolge der geschätzten Geschwindigkeit EstVn und der Zielgeschwindigkeit TrjVn zu erhöhen. Es wird somit die Rückkopplungsverstärkung erhöht, wenn die geschätzte Geschwindigkeit EstVn kleiner wird, und zwar mit der Verwendung der Tabelle, die in der Gleichung (24) angezeigt ist. Diese Tabelle GTable wird experimentell optimiert, ist jedoch normalerweise so ausgelegt, daß die Verstärkungen, die erhalten werden, wenn die Verzögerung nahezu vervollständigt ist, das zwei- oder dreifache von denjenigen betragen, die erhalten werden, wenn der Kopf mit der hohen Geschwindigkeit bewegt wird.
Die Verstärkungen der Ziel-Trajektoren werden abhängig davon bestimmt, auf welchen Wert die Zielbewegungszeit T bei den Gleichungen (11) bis (13) eingestellt ist. Wenn die Zielbewegungszeit T auf einen kleinen Wert eingestellt ist, entsprechen die Trajektoren, die in Einklang mit den Gleichungen (12) und (13) erhalten werden, den Fällen, bei denen die Kurven, die in Fig. 3 oder 4 gezeigt sind, in ähnliche Kurven vergrößert sind. Andererseits ist die Zielbewegungszeit T durch die Fähigkeit des Verstärkers 20 eingeschränkt, den Treiberstrom der Betätigungsvorrichtung 16 usw. zuzuführen. Es gibt eine Grenze, die Zielbewegungszeit T kürzer zu gestalten, da eine Änderungsrate des Stromes eingeschränkt ist, und zwar aufgrund der Induktivität der Wicklung zum Treiben der Betätigungsvorrichtung oder ähnlichem. Im allgemeinen wird es bei der Berechnung der Trajektoren vorgezogen, Ausdrücke einer algebraischen Funktion zu normieren (innerhalb eines Bereiches von ± 1,0), wenn der Digitalsignalprozessor verwendet wird, der eine Festpunkt- bzw. Festkommaberechnung ausführt und die normierte Funktion mit der Verstärkung multipliziert wird.
Beispielsweise können die Gleichungen (12) und (13) in die folgenden Gleichungen umgeschrieben werden:
vobj = Vmax [64tn³ (1 - tn³)] ... (26)
aobj = Amax [50 · 51/2 · tn² (1 - tn)² (0,5 - tn)] ... (27) worin
Vmax = (35/16) (L/T) ... (28)
Amax = (84/1251/2) (L/T²) ... (29)
Somit sind die algebraischen Funktionen der Gleichungen (26), (27), die in rechteckigen Klammern geschrieben sind, normiert und Vmax und Amax sind die Ziel-Trajektor- Verstärkungen.
Wie aus den Gleichungen (26), (27) ersehen werden kann, wird dann, wenn die Zielbewegungszeit T kleiner gemacht wird, die Beschleunigung invers erhöht, und zwar als Quadrat der Zielbewegungszeit. Es existiert jedoch in Wirklichkeit ein maximaler Stromwert Imax, der von der Treiberschaltung 40 der Betätigungsvorrichtung 41 in der oben beschriebenen Weise zugeführt werden kann. Daher wird die Zielbewegungszeit T auf weniger eingestellt und Amax sollte (Kf · Imax)/M übersteigen.
Wenn Amax (Kf · Imax)/M, läßt sich die Zielbewegungszeit T in der folgenden Weise ermitteln:
T = [84M · L)/(1251/2 · Kf · Imax)]1/2 .... (30)
Mit anderen Worten ist die Zielbewegungszeit T proportional zu einer Quadratwurzel der Bewegungsstrecke L.
Faktoren, welche die Verstärkung einschränken, enthalten die Induktivität Le der Betätigungsvorrichtung. Wenn angenommen wird, daß die Versorgungsspannung gleich E beträgt, so wird die Zielbewegungszeit T so ausgewählt, um die folgende Bedingung zu befriedigen:
di/dt < E/L ... (31)
Da in diesem Fall i = (M/Kf)a ist, läßt sich die Gleichung (28) in der folgenden Weise anschreiben:
daobj/dt = (105/2) (L/T³)
x [16tn (1 - tn) (-1 + 5tn - 5tn²] ... (32)
Auf diese Weise kann adobj/dt in die normierte Funktion und die Verstärkung getrennt werden. Somit kann die Zielbewegungszeit T unter Verwendung des folgenden Ausdruckes berechnet werden:
(105/2) (L/T³) (M/Kf) < (E/Le) ... (33)
In diesem Fall ist die bestimmte Zielbewegungszeit T proportional zu einer Kubuswurzel der Bewegungsstrecke L.
Wenn die Bewegungsstrecke L in einem weiten Bereich geändert wird:
(α) wird die Zielbewegungszeit T so bestimmt, daß sie proportional zu L1/3 ist, da die Trajektor-Verstärkungen durch die elektrische Induktivität der Betätigungsvorrichtung eingeschränkt sind, wenn die Bewegungsstrecke L kurz ist;
(β) wird die Zielbewegungszeit T derart bestimmt, daß sie proportional ist zu L1/2, da die Trajektor-Verstärkungen durch den maximalen Wert des Stromes eingeschränkt sind, welcher der Betätigungsvorrichtung zugeführt wird, wenn die Bewegungsstrecke L lang ist; und (γ) die Verstärkungen werden im allgemeinen so eingestellt, daß sie in einem Bereich zwischen der Kubuswurzel und der Quadratwurzel der Bewegungsstrecke L liegen.
Fig. 15 zeigt einen Graphen, der eine Beziehung zwischen der Bewegungsstrecke F und der Zielbewegungszeit T veranschaulicht, wobei horizontale und vertikale Achsen logarithmisch skaliert sind. Eine Zone oberhalb der ausgezogenen Linien (i), (ii), welche die Quadratwurzel und die Kubuswurzel der Bewegungsstrecke L wiedergeben, bezeichnen einen zulässigen Wählbereich der Zielbewegungszeit T. Unter Berücksichtigung der ausgezogenen Linien (i), (ii) wird eine Anordnung getroffen, derart, daß die Zielbewegungszeit T in einfacher Weise aus der Bewegungsstrecke L unter Verwendung einer strichlierten Linie (iii) erhalten werden kann. In diesem Fall kann die strichlierte Linie (iii) beispielsweise repräsentativ sein für T = L1/2,8.
Es gibt auch eine Vielfalt von Faktoren, um die Maximalgeschwindigkeit Vmax einzuschränken. Diese Faktoren enthalten eine Geschwindigkeit, bei der Detektor 42 (siehe Fig. 11) die Fähigkeit besitzt, eine Genauigkeit bei der Positionsdetektion beizubehalten, die Treiberschaltung 40 die Betätigungsvorrichtung 41 antreiben kann, eine Zählerleerlaufspannung des Schwingspulenmotors die Betätigungsvorrichtung bildet usw. Im Hinblick darauf wird diskriminiert, ob die Bewegungsstrecke L größer ist als die vorbestimmte Strecke oder Abstand Lm. Spezieller gesagt, wird diskriminiert, ob L ≤ Lm, wie bei dem Schritt (d) in dem Flußdiagramm von Fig. 12. Wenn die Bewegungsstrecke L lang ist und L > Lm, wird mit der Beschleunigungsperiode und der Verzögerungsperiode eine Konstantgeschwindigkeitsperiode vorgesehen, wie dies in Fig. 16 gezeigt ist. In dieser Kon stantgeschwindigkeitsperiode gilt Vmax = vobj und aobj = 0. Im Falle der Magnetplattenvorrichtung wird der Abstand oder Strecke Lm im allgemeinen auf etwa 1/3 eines gesamten Bewegungsbereiches auf der Magnetplatte eingestellt. Wie aus Fig. 15 ersehen werden kann, wird der Konstantgeschwindigkeitsmodus verwendet, wenn L > Lm, T = Lm + (L - Lm)/Vmax und demzufolge ist die Zielbewegungszeit T proportional zu der Bewegungsstrecke L.
Obwohl ein Fall gezeigt ist, bei dem die Geschwindigkeit der Betätigungsvorrichtung 41 mit Hilfe der Zustands- Schätzvorrichtung 39 bei der vorangegangenen Ausführungsform geschätzt wird, ist es auch möglich, einen Geschwindigkeitsdetektor zu verwenden, um die Geschwindigkeit der Betätigungsvorrichtung 41 zu detektieren. Es ist ferner auch möglich, eine Tabelle vorzusehen, welche die Möglichkeit bietet, TrjVn direkt von der verbleibenden Bewegungsstrecke (L - Xn) abzulesen, ohne die normierte Zeit zu berechnen, und demzufolge die Tabelle NTable [L - Xn] wegzulassen. Um die Wirkung der Rückkopplungssteuerung zu betonen, ist es wirksam, bei dem Schritt (m) für Tn in der Gleichung (20) zu ersetzen durch Tn = N· Tu + Tlead, um TrjUn zu berechnen.
Wie oben beschrieben wurde, befaßt sich eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit der Positionierung einer gesteuerten Vorrichtung 1 an einer bezeichneten Position durch Berechnen eines Ziel-Trajektors basierend auf einer Bewegungsstrecke einer gesteuerten Vorrichtung 1 mit Hilfe der Trajektor-Generatoreinrichtung 5 der arithmetischen Steuereinrichtung 4 und mit der Steuerung der Antriebseinrichtung 2 mit Hilfe der Folge-Steuereinrichtung 6, so daß die gesteuerte Vorrichtung 1 dem Ziel-Trajektor folgt. In diesem Fall wird der Ziel-Trajektor derart berechnet, daß eine Ableitung einer Zielbeschleunigung bei einer Stelle zu Null wird, bei der die gesteuerte Vorrichtung 1 die bezeichnete Position erreicht. Demzufolge ist diese Ausführungsform bei der Positionierung der gesteuerten Vorrichtung in stabiler Weise vorteilhaft, da die Beschleunigung nicht drastisch geändert wird, wenn die gesteuerte Vorrichtung 1 zu der bezeichneten Position bewegt wird. Wenn ferner die gesteuerte Vorrichtung 1 die bezeichnete Position erreicht, und zwar vor dem Verstreichen einer Zielbewegungszeit aufgrund der Änderungen in den Parametern der jeweiligen Komponenten, welche die gesteuerte Vorrichtung 1 und die Antriebseinrichtung 2 enthalten, sind Änderungen der Zielgeschwindigkeit und der Zielbeschleunigung klein. Somit kann die gesteuerte Vorrichtung in stabiler Weise vorteilhaft und mit einer hohen Geschwindigkeit positioniert werden.
Der Ziel-Trajektor wird ausgedrückt durch V&sub0; (t/T)k [1 - (t/T)]j und eine Hochzahl j wird auf 3 oder größer eingestellt. Dies schafft die Möglichkeit, daß eine Ableitung der Zielbeschleunigung zu Null wird, wenn die gesteuerte Vorrichtung 1 zu der bezeichneten Position bewegt wird, wie dies durch eine Kurve a1 oder a2, welche die Zielbeschleunigung wiedergeben, in Fig. 9 oder 10 angezeigt ist.
Ferner wird die Bewegungsgeschwindigkeit der gesteuerten Vorrichtung 1 unter Verwendung einer Antriebsgröße der Antriebseinrichtung und einer gesampelten detektierten Position geschätzt und es wird ein Steuervorgang derart ausgeführt, daß eine Differenz zwischen der geschätzten ge4 und der Zielgeschwindigkeit zu Null wird. Demzufolge kann die gesteuerte Vorrichtung 1 der Zielgeschwindigkeit folgend in solch einer Konstruktion bewegt werden, um die Bewegungsgeschwindigkeit der gesteuerten Vorrichtung 1 direkt zu detektieren. In dem Fall, in dem die Bewegungsgeschwindigkeit der gesteuerten Vorrichtung 1 direkt detektiert werden kann, ist es ausreichend eine Steuerung derart auszuführen, daß eine Differenz zwischen der Bewegungsgeschwindigkeit derselben und der Zielgeschwindigkeit zu Null wird.
In dem Fall, bei dem die Zielbewegungszeit T in Einklang mit der Bewegungsstrecke L der gesteuerten Vorrichtung 1 eingestellt wird, kann die gesteuerte Vorrichtung 1 in stabiler Weise an der bezeichneten Position positioniert werden, und zwar auch mit einer hohen Geschwindigkeit durch Einstellen der Zielbewegungszeit T proportional zu der Quadratwurzel oder einer kubischen Wurzel der Bewegungsstrecke L. Indem ferner eine Geschwindigkeits-Rückkopplungsverstärkung in Einklang mit der Bewegungsgeschwindigkeit der gesteuerten Vorrichtung 1 eingestellt wird, wird die Bewegungsgeschwindigkeit vermindert, wenn sich die gesteuerte Vorrichtung I der bezeichneten Position annähert. In diesem Fall wird es einfacher, eine Abweichung von dem Ziel-Trajektor nach Null dadurch anzunähern, indem die Verstärkung größer gemacht wird. Auch wird eine Führungskompensationszeit zu der normierten Zeit hinzugegeben, um Ansprechverzögerungen der jeweiligen Komponenten zu kompensieren, wodurch es einfacher wird, die Abweichung nach Null anzunähern. Wenn die Bewegungsstrecke L der gesteuerten Vorrichtung 1 größer ist als ein vorbestimmter Wert, z. B. eine Anfangsstrecke Lm gemäß einem Konstantgeschwindigkeitsmodus, wird eine Konstantgeschwindigkeitsperiode zwischen einer Beschleunigungsperiode und einer Verzögerungsperiode vorgesehen und es wird die gesteuerte Vorrichtung 1 mit einer maximalen Bewegungsgeschwindigkeit während der Konstantgeschwindigkeitsperiode bewegt. Dies ist bei der Positionierung der gesteuerten Vorrichtung 1 mit einer hohen Geschwindigkeit vorteilhaft, ohne die Antriebseinrichtung 2 in einen übermäßigen Belastungszustand zu bringen.
Ferner soll eine Ausführungsform eines Positionier- Steuersystems basierend auf einem zweiten Prinzip der vorliegenden Erfindung unter Hinweis auf Fig. 17 beschrieben werden. Das Positionier-Steuersystem umfaßt eine Treibereinrichtung 2, um eine gesteuerte Vorrichtung 1 zu einer bezeichneten Position zu bewegen und dort zu positionieren, umfaßt eine Positions-Detektoreinrichtung 3 zum Detektieren der Position der gesteuerten Vorrichtung 1, eine arithmetische Steuereinrichtung 4 zum Steuern der Antriebseinrichtung 2 in Einklang mit der Position der gesteuerten Vorrichtung 1, die durch die Positions-Detektoreinrichtung 3 detektiert wurde, und abhängig von der bezeichneten Position, und umfaßt eine Positions-Korrigiereinrichtung 7, wobei die arithmetische Steuereinrichtung 4 eine Trajektor-Generatoreinrichtung 5 enthält, um einen Ziel-Trajektor in Einklang mit einer Gesamt-Bewegungsstrecke zwischen einer momentanen Position der gesteuerten Vorrichtung 1 und der bezeichneten Position zu berechnen, und umfaßt eine Folge- Steuereinrichtung 6 zum Steuern der Antriebseinrichtung 2 in Einklang mit dem Ziel-Trajektor von der Trajektor-Generatoreinrichtung 6 und der Position der gesteuerten Vorrichtung 1, die durch die Positions-Detektoreinrichtung 3 detektiert worden ist, so daß die gesteuerte Vorrichtung 1 dem Ziel-Trajektor folgend bewegt wird; wobei die Trajek tor-Generatoreinrichtung 5 einen Positions-Korrekturwert voraussagt, wenn die Bewegung der gesteuerten Vorrichtung 1 vervollständigt ist, und zwar in Einklang mit der Zielbewegungszeit unter Bezugnahme auf die Positions-Korrigiereinrichtung 7, korrigiert die gesamte Bewegungsstrecke zwischen der momentanen Position der gesteuerten Vorrichtung 1 und der bezeichneten Position, und zwar mit Hilfe des Positions-Korrekturwertes, berechnet den Ziel-Trajektor unter Verwendung eines algebraischen Polynoms, welches ein Beschleunigungs-Verzögerungs-Muster wiedergibt; und die Folge-Steuereinrichtung 6 steuert die Antriebseinrichtung 2 derart, daß die gesteuerte Vorrichtung 1 dem Ziel-Trajektor folgend bewegt wird und an der bezeichneten Position in Position gebracht wird.
Die gesteuerte Vorrichtung 1, wie beispielsweise ein Kopf, wird in Bewegung gesetzt und wird an der bezeichneten Position, wie beispielsweise einer spezifizierten Spur auf einer Platte, durch die Antriebseinrichtung 2, wie beispielsweise einer Betätigungsvorrichtung, positioniert, die einen Schwingspulenmotor oder ähnliches enthalten kann. Die Positions-Detektoreinrichtung 3 detektiert die Position der gesteuerten Vorrichtung 1, indem sie die Zahl der Spuren auf der Platte zählt oder auf andere Weise. Somit veranlaßt bei der Bezeichnung eines Bewegungsbefehls die arithmetische Steuereinrichtung 4 die Trajektor-Generatoreinrichtung 5, eine virtuelle Gesamt-Bewegungsstrecke der gesteuerten Vorrichtung 1 basierend auf der momentanen Position der gesteuerten Vorrichtung 1 und der bezeichneten Position zu berechnen und veranlaßt diese, den Ziel-Trajektor entsprechend der Gesamt-Bewegungsstrecke zu berechnen.
Dann wird eine Position vorausgesagt, bei der die Bewegung der gesteuerten Vorrichtung 1 in Einklang mit dem Ziel-Trajektor vervollständigt wird, entsprechend der virtuellen Gesamt-Bewegungsstrecke und entsprechend dem Positions-Korrekturwert an dieser Position unter Bezugnahme auf die Positions-Korrigiereinrichtung 7. Die Positions-Korrigiereinrichtung 4 kann aus einer Tabelle bestehen, welche Positions-Korrekturgrößen speichert entsprechend den jeweiligen gesteuerten Vorrichtungen 1 und entsprechend Sektoren der Platten, wenn beispielsweise eine Vielzahl von gesteuerten Vorrichtungen 1 vorgesehen sind. Es werden somit die Positions-Korrekturgröße an der momentanen Position und die eine bei dem virtuellen Bewegungsende erhalten und es wird die Gesamt-Bewegungsstrecke unter Verwendung dieser Positions-Korrekturgrößen korrigiert. Der Ziel-Trajektor wird basierend auf der korrigierten Gesamt-Bewegungsstrecke berechnet. Dies Korrekturverarbeitung der Gesamt-Bewegungsstrecke kann wiederholt werden, wodurch ein Fehler des Ziel-Trajektors an Null angenähert wird. Der Ziel-Trajektor wird aus dem algebraischen Polynom berechnet, welches ein Beschleunigungs-Verzögerungs-Muster wiedergibt, welches eine Ableitung einer Zielbeschleunigung nach Null durchführt. Die Folge-Steuereinrichtung 6 steuert die Antriebseinrichtung 2 derart, daß sie dem Ziel-Trajektor folgt und die Beschleunigung wird zu Null, wenn die gesteuerte Vorrichtung 1 die bezeichnete Position erreicht, wodurch das Positionieren mit einer hohen Geschwindigkeit ausgeführt werden kann.
Fig. 18 zeigt ein Blockschaltbild, welches eine Ausführungsform des zweiten Prinzips der Erfindung wiedergibt. Das Bezugszeichen 11 bezeichnet ein Magnetplattenlaufwerk, 12 eine Magnetplatte, 113, 114 Köpfe, 115 eine Betätigungsvorrichtung, 116 einen Lese-/Schreibverstärker (AMP), 117 einen Schreibmodulator zum Modulieren von Schreibdaten WD, 118 einen AGC-Verstärker (AGC), 119 einen Lesedemodulator, der Lesedaten RD ausgibt, 120 bezeichnet einen Amplituden- Detektor, 121 einen Servosignaldemodulator, 122 einen Leistungsverstärker (PAP), 123 einen Digitalsignalprozessor (DSP), 124 einen Speicher, 125 einen Zylinderzähler, 126 einen Sektorzähler, 127 einen AD-Umsetzer (ADC), 128 einen DA-Umsetzer (DAC) und 129 bezeichnet eine Busschaltung.
Diese Ausführungsform zeigt einen Fall, bei dem das Hybrid-Servosystem angepaßt ist. Die Köpfe 113, 114, die Betätigungsvorrichtung 15, der Kopf 14 und der Servosignaldemodulator 21 bilden eine Konstruktion, welche den Digitalsignalprozessor 123 und den Speicher 124 enthält, und eine Konstruktion, die den Speicher 124 enthält, wie in Fig. 18 gezeigt ist, entsprechend einer gesteuerten Vorrichtung 1, die Antriebseinrichtung 2 die Positions-Detektoreinrichtung 3, arithmetische Steuereinrichtung 4 und Positions-Korrigiereinrichtung 7, wie in Fig. 17 gezeigt ist, jeweils enthält. Als ein Plattenlaufwerk 11 ist eine schematische Konstruktion gezeigt, bei der die Köpfe 113, 114 mit Hilfe der Betätigungsvorrichtung 115 positioniert werden und jeweils auf einer Datenoberfläche und einer Servooberfläche von einer Platte 12 gegenüberliegend angeordnet sind. Die Platte 12 wird mit einer gegebenen Drehzahl durch eine nicht veranschaulichten Spindelmotor in Drehung versetzt. Es ist auch möglich, eine Vielzahl von Platten 12 zu verwenden. In einem solchen Fall wird eine Oberfläche von einer dieser Platten als eine Servooberfläche verwendet und die verbleibenden Oberflächen werden als Datenoberflä chen verwendet und es werden Servoinformationen in einer speziellen Spur von jeder Datenoberfläche aufgezeichnet.
Die Servoinformationen werden von der Servooberfläche der Platte 12 mit Hilfe des Kopfes 114 gelesen und werden an den Servosignaldemodulator 121 übergeben. Das demodulierte Zwei-Phasen-Servosignal wird an den AD-Umsetzer 127 angelegt, ein Zylinder-Kreuzungsimpuls, der bei der Bewegung des Kopfes 114 erhalten wird, wird an den Zylinderzähler 125 angelegt; und es wird ein Sektorimpuls an den Sektorzähler 126 angelegt. Ferner wird ein Zeitsteuersignal an den AGC-Verstärker 18 und den Amplituden-Detektor 120 angelegt. Es werden die Schreibdaten WD in Einklang mit einem Modulationssystem, wie beispielsweise einem MFM, durch den Schreibmodulator 112 moduliert und werden durch den Lese- /Schreibverstärker 116 verstärkt. Die verstärkten Schreibdaten WD werden zu dem Kopf 113 gesendet, um in die Platte 12 eingeschrieben zu werden. Das von der Platte 12 durch den Kopf 113 gelesene Signal wird durch den Lese-/Schreibverstärker 116 verstärkt und wird dann durch den AGC-Verstärker 118 verstärkt, um einen spezifizierten Pegel zu erhalten. Das auf diese Weise verstärkte Signal wird durch den Lesedemodulator 119 in Lesedaten RD demoduliert.
Der AGC-Verstärker 118 führt eine AGC-(AVR = automatische Verstärkungsregelung)-Funktion aus, und zwar an einem AGC-Abschnitt, während derselbe auf PosA- und PosB-Abschnitten gehalten wird, wenn die Servoinformationen von dem Spezialzylinder durch den Kopf 113 gelesen werden. Der AGC-Verstärker 18 veranlaßt auch den Amplituden-Detektor 120, eine Differenz zwischen den erzeugen Signalen in den PosA- und PosB-Abschnitten zu detektieren, und sendet die detektierte Differenz zu dem AD-Umsetzer 127. Spezieller gesagt, kann die Verschiebung als die Differenz zwischen der Position in Einklang mit den Servoinformationen, die über den Kopf 114 erhalten wurden, und der Position in Einklang mit den Servoinformationen, die über den Kopf 113 erhalten wurden, definiert werden. Größen der Verschiebung werden beispielsweise für jeden Sektor oder jede spezifizierte Anzahl von Sektoren erhalten und werden in einer Positions-Korrekturtabelle gespeichert, die in dem Speicher 124 ausgebildet ist.
Der Inhalt des Zylinderzählers 125 zeigt die momentanen Zylinderpositionen der Köpfe 113, 114 an und der Inhalt des Sektorzählers 126 zeigt die momentanen Sektorpositionen der Köpfe 113, 114 an und demzufolge kann der Digitalsignalprozessor 123 die Bewegungsstrecke der Köpfe zu der bezeichneten Position hin berechnen. Da die Verschiebung nicht die Bewegungsstrecke in Betracht zieht, werden die Ziel-Trajektoren unter Bezugnahme auf die Positions-Korrekturtabelle korrigiert und die Betätigungsvorrichtung 115 wird über den Leistungsverstärker 122 derart gesteuert, daß die Köpfe den korrigierten Ziel-Bewegungs-Trajektoren folgen bzw. bewegt werden.
Fig. 19 zeigt ein Funktionsblockschaltbild, welches die arithmetische Steuereinrichtung der Fig. 18 als Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Das Bezugszeichen 31 bezeichnet einen Trajektor-Generator, 132 bezeichnet einen Folgeregler, 133 eine Positions-Korrekturvorrichtung, 134 eine Treiberschaltung, 135 eine Betätigungsvorrichtung, bei 136 ist ein Detektor angezeigt, bei 137 eine Bewegungszeit-Recheneinrichtung, bei 138 ist eine Bewegungsstrecken-Korrektur-Berechnungseinrichtung gezeigt, bei 139 eine Bewegungsstrecken-Recheneinrichtung, bei 140 eine Verstärkungs-Recheneinrichtung, bei 141 ein Antriebszustands-Diskriminator, bei 142 eine Normierzeit-Recheneinrichtung, bei 143 eine Trajektor-Recheneinrichtung, bei 144 eine Positions-Korrekturtabelle, bei 145 eine Zustands- Schätzvorrichtung und bei 146 ein Zustandsregler angezeigt. Die arithmetische Steuereinrichtung enthält den Trajektor- Generator 131 und den Folgeregler 132 und wird durch eine Berechnungsfunktion des Digitalsignalprozessors 123 realisiert.
Ein die Bewegungsstrecke anzeigender Wert L&sub0; und eine Startstrecke Lm gemäß einem Konstantgeschwindigkeitsmodus sind der Bewegungszeit-Recheneinrichtung 137 zugeordnet; die Sektorzahl Sold bei dem Start der Bewegung wird der Bewegungsstrecken-Korrektur-Recheneinrichtung 138 eingespeist; und die Kopfnummer Hold, die vor dem Start der Bewegung ausgewählt wurde, und die Kopfnummer Hnew, die nach der Vervollständigung der Bewegung ausgewählt wird, werden der Positions-Korrektureinrichtung 133 eingespeist. Mit anderen Worten werden dann, wenn die Köpfe geschaltet werden, die frühere Kopfnummer Hold und die neue Kopfnummer Hnew der Positions-Korrektureinrichtung 133 eingegeben. Die Bewegungszeit-Recheneinrichtung 137 berechnet eine virtuelle Zielbewegungszeit Td, eine Maximalgeschwindigkeit Vmax und eine virtuelle Bewegungsstrecke Ld. In diesem Fall wird eine Korrektur in Einklang mit der Gleichung (4) nicht durchgeführt. Die Bewegungsstrecken-Korrektur-Recheneinrichtung 38 berechnet eine Bewegungsstrecken-Korrekturgröße Lcorr basierend auf der virtuellen Zielbewegungszeit Td und der Maximalgeschwindigkeit Vmax von der Bewegungszeit-Recheneinrichtung 137, der Sektorzahl Sold beim Start der Bewegung, und der Positions-Korrekturgröße aus der Positions- Korrekturtabelle 144. Die Bewegungszeit-Recheneinrichtung 139 berechnet eine Zielbewegungszeit T, eine Beschleunigungs-/Verzögerungsstrecke Ldrv und eine korrigierte Gesamt-Bewegungsstrecke L basierend auf der Bewegungsstrecken-Korrekturgröße Lcor~ und der virtuellen Bewegungsstrecke Ld. Die Verstärkungs-Recheneinrichtung 140 berechnet eine vorwärts gerichtete Verstärkung Gff und die maximale Geschwindigkeit Vmax basierend auf der Zielbewegungszeit T und der Beschleunigungs-/Verzögerungsstrecke Ldrv.
Der Treiberzustands-Diskriminator 141 empfängt die Startstrecke Lm gemäß dem Konstantgeschwindigkeitsmodus, die Beschleunigungs-/Verzögerungsstrecke Ldrv, die korrigierte Gesamt-Bewegungsstrecke L und eine Position Xn des Kopfes, die durch den Detektor 136 detektiert worden ist. Der Diskriminator 41 erzeugt Steuerzustandsinformationen (Zustand), die eine Beschleunigungsperiode, eine Verzögerungsperiode angeben oder eine Konstantgeschwindigkeitsperiode angeben, und berechnet die verbleibende Bewegungsstrecke L - Xn. Es sei darauf hingewiesen, daß die detektierte Position Xn in Form der Strecke oder des Abstandes von der Ursprungsposition ausgedrückt wird. Die Normierzeit-Recheneinrichtung 42 berechnet dann die normierte Zeit Tn. Die Trajektor-Recheneinrichtung 143 berechnet einen vorwärts gerichteten Strom TrjUn und eine Zielgeschwindigkeit TrjVn in Einklang mit der vorwärts gerichteten Verstärkung Gff, der Maximalgeschwindigkeit Vmax und der normierten Zeit Tn.
Die Zustands-Schätzvorrichtung 145 des Folgereglers 132 berechnet eine geschätzte Geschwindigkeit EstVn in Einklang mit der detektierten Position Xn von dem Detektor 136 und einem Treiberstrom Un von dem Zustandsregler 146, die in diese eingegeben werden. Der Zustandsregler 146 berechnet den Treiberstrom Un in Einklang mit dem vorwärts gerichteten Strom TrjUn und der Zielgeschwindigkeit TrjVn, die in diesen eingespeist werden, und sendet dieselben zu der Treiberschaltung 134. Die Treiberschaltung 134 legt ihrerseits den Treiberstrom an die Betätigungsvorrichtung 135 an, um den Positionierungsvorgang durchzuführen.
Die Fig. 20 und 21 zeigen Flußdiagramme, die eine Operation des Positionier-Steuersystems von Fig. 18 veranschaulichen. Die Operationen der jeweiligen Komponenten sind in den Schritten (a) bis (u) veranschaulicht. Wie oben beschrieben wurde, werden in den Trajektor-Generator 31 die Startstrecke Lm gemäß dem Konstantgeschwindigkeitsmodus, die Bewegungsstrecke L&sub0; zwischen der momentanen Position und der bezeichneten Position, der Strom-Zählwert des Sektorzählers, d. h. die Sektorzahl Sold, beim Start der Bewegung, und die detektierte Position Xn von dem Detektor 136 eingegeben. In die Positions-Korrekturtabelle 144 der Positions-Korrekturvorrichtung 133 werden die Kopf-Wähladressen vor und nach der Bewegung eingegeben, d. h. die Kopfzahl Hold des Kopfes an der momentanen Position und die Kopfzahl Hnew des neuerlich gewählten Kopfes.

Schritt (a):

Die Bewegungszeit-Recheneinrichtung 137 berechnet die virtuelle Beschleunigungs-/Verzögerungsstrecke Ld, die virtuelle Zielbewegungszeit Td und die virtuelle Maximalgeschwindigkeit Vmax in Einklang mit der befehligten Bewegungsstrecke L&sub0; und dem Startabstand bzw. Startstrecke Lm gemäß dem Konstantgeschwindigkeitsmodus unter Verwendung der folgenden Gleichungen:
Ld = min (L&sub0;, Lm) ... (34)
Td = Tm (Ld/Lm)i ... (35)
Vmaxd = (35/16)· (Ld/Td) ... (36)
N = 0 ...(37)
In der Gleichung (34) gibt min (x, y) die Auswahl der kleineren Größe von x und y an. Spezieller gesagt, wird die kleinere Größe der befehligten Bewegungsstrecke L&sub0; der Startstrecke Lm gemäß dem Konstantgeschwindigkeitsmodus als die virtuelle Beschleunigungs-/Verzögerungsstrecke Ld eingestellt. In der Gleichung (35) bezeichnet Tm eine Zielbewegungszeit, wenn L = Lm, und i kann in einem Bereich von etwa 1/2 bis 1/3 ausgewählt werden. Bei dieser Ausführungsform wird angenommen, daß Tm als ein Konstruktionswert einer mittleren Suchzeit der Magnetplattenvorrichtung gewählt ist und i auf 1/2,8 eingestellt ist. Da aus der Gleichung (12) in der oben beschriebenen Weise abgeleitet werden kann, daß die maximale Zielgeschwindigkeit an dem Trajektor erhalten wird, wenn tn = 1/2, wird die virtuelle maximale Zielgeschwindigkeit Vmaxd in diesem Fall wie in der Gleichung (36) ausgedrückt. Ferner wird ein Zahlwert eines Zählers N zum Zählen der Anzahl von Proben auf 0 zurückgestellt.

Schritt (b):

Der Schritt (b) besteht aus den Schritten (c) bis (f). Die Bewegungsstrecken-Korrektur-Recheneinrichtung 138 berechnet die Bewegungsstrecken-Korrekturgröße Lcorr in Einklang mit der virtuellen Zielbewegungsstrecke Td und der virtuellen maximalen Zielgeschwindigkeit Vmaxd, die in diese eingespeist werden. Zuerst wird diskriminiert, ob L&sub0; ≤ Lm, was bei dem Schritt (c) erfolgt. Bei den jeweiligen Diskriminierschritten gibt N eine Verneinung an, während Y eine Bestätigung angibt. Wenn L&sub0; ≤ Lm, d. h. die virtuelle Bewegungsstrecke L&sub0; nicht länger ist als die Startstrecke Lm gemäß dem Konstantgeschwindigkeitsmodus, wird die Zahl der Sektoren Sd, die der Kopf während der Bewegung überfährt, unter Verwendung der folgenden Gleichung berechnet, da ein Konstantgeschwindigkeitsmodus nicht enthalten ist.
Sd = Fr · Ns · Td ... (38)
worin Fr eine Drehgeschwindigkeit bzw. Drehzahl der Magnetplatte pro Sekunde bezeichnet und Ns eine Zahl von Sektoren pro Spur bezeichnet. Wenn L&sub0; > Lm, was bei dem Schritt (c) ermittelt wird, ist der Konstantgeschwindigkeitsmodus enthalten, da die virtuelle Bewegungsstrecke L&sub0; nicht länger ist als die Startstrecke Lm gemäß dem Konstantgeschwindigkeitsmodus. Somit wird die Sektorzahl Sd, die der Kopf währen der Bewegung passiert, bei dem Schritt (e) unter Verwendung der folgenden Gleichung berechnet:
Sd = Fr · Ns · [Tm + {(L&sub0; - Lm)/Vmaxd}] ... (39)
Hierin bedeutet (L&sub0; - Lm)/Vmaxd eine Zeit, während welcher der Kopf in dem Konstantgeschwindigkeitsmodus bewegt wird, und Tm gibt eine Zeit an, die für die Beschleunigung und für die Verzögerung erforderlich ist.
Bei dem Schritt (f) wird der Zählwert Snew des Sektorzählers geschätzt, wenn die Bewegung vervollständigt ist. Da spezifisch der momentane Sektorzählwert Sold ist und der Kopf durch die Sektoren von Sd läuft, wird der Zählwert Snew in der folgenden Weise geschätzt:
Snew = (Sold + Sd) % Nd ...(40)
Hierin zeigt "%" ein Modulo-(Rest)-Symbol der Operation an, und Snew ist ein Rest, wenn (Sold + Sd) durch Nd geteilt wird. Demzufolge ist Snew eine ganze Zahl in einem Bereich zwischen 0 und Ns - 1.
Mit Hilfe des geschätzten Sektorzählwertes Snew wird die Korrekturgröße Lcorr relativ zu der virtuellen Bewegungsstrecke L&sub0; unter Verwendung der folgenden Gleichung berechnet:
Lcorr = Poscorr [Snew, Hnew] -Poscorr [Sold, Hold] ...(41)
Hierin gibt Poscorr die Positions-Korrekturtabelle 144 der Positions-Korrigiereinrichtung 33 an und es wird auf die Positions-Korrigiertabelle 144 Bezug genommen, um den Sektorzählwert und die Kopfauswahladresse als Zeiger zu verwenden. Um daher die Korrekturgröße Lcorr zu berechnen, wird auf die Positions-Korrekturtabelle zweimal Bezug genommen.

Schritt (g):

Die Korrekturgröße Lcorr besteht entweder aus einem positiven Wert oder aus einem negativen Wert. Die Bewegungszeit-Wiederberechnungseinrichtung 39 korrigiert die virtuelle Beschleunigungs-/Verzögerungsstrecke Ld und die virtuelle Bewegungsstrecke L&sub0; mit der Korrekturgröße Lcorr in eine geeignete Beschleunigungs-/Verzögerungsstrecke Ldrv und eine angenäherte Gesamt-Bewegungsstrecke L unter Verwendung der folgenden Gleichungen:
Ldrv = Ld + Lcorr ...(42)
L = L&sub0; + Lcorr ...(43)
Dann wird mit Hilfe der angenäherten Beschleunigungs-/Verzögerungsstrecke Ldrv, welche durch die Gleichung (42) erhalten wurde, die Zielbewegungszeit T in einer angenäherten Weise berechnet, und zwar unter Verwendung der folgenden Gleichung:
T = Tm · (Ldrv/Lm)1/2,8 ... (44)

Schritt (h):

Die Verstärkungs-Recheneinrichtung 140 berechnet die vorwärts gerichtete Verstärkung Gff und die Maximalgeschwindigkeit Vmax in Einklang mit der Zielbewegungszeit T und der Beschleunigungs-/Verzögerungsstrecke Ldrv unter Verwendung der folgenden Gleichungen:
Gff = 840 · (Ldrv/T²) ... (45)
Vmax = 140 (Ldrv/T) ...(46)

Schritt (i):

Der Schritt (i) besteht aus den Schritten (k) bis (n), wie dies in Fig. 21(A) gezeigt ist. Der Treiberzustands- Diskriminator 141 führt in den Schritten (k) bis (n) Verarbeitungen durch, und zwar in Einklang mit der Beschleunigungs-/Verzögerungsstrecke Ldrv, der Bewegungsstrecke L und der detektierten Position Xn von dem Detektor 136, die in diesen eingespeist werden. Ferner werden die Verarbeitungen bei den Schritten (j) bis (u), wie in Fig. 21(B) gezeigt ist, basierend auf der detektierten Position Xn, die bei jeder Samplingperiode erhalten wird, wiederholt. Wenn speziell bei dem Schritt (j) bestimmt wird, daß Eingangsdaten dann durch den Samplingvorgang (Y) erhalten worden sind, schreitet diese Routine zu dem Schritt (i) voran, bei welchem die Verarbeitungen in dem Schritt (k) und nachfolgenden Schritten durchgeführt werden. Bei dem Schritt (i) wird zuerst diskriminiert, ob L ≤ Lm, was bei dem Schritt (k) erfolgt. Wenn L ≤ Lm d. h. der Konstantgeschwindigkeitsmodus nicht enthalten ist, da die Bewegungsstrecke L nicht länger ist als die Startstrecke Lm gemäß dem Konstantgeschwindigkeitsmodus, wird diskriminiert, ob Xn < (Ldrv/2), was bei dem Schritt (1) erfolgt. Wenn Xn < (Ldrv/2) ist, d. h. die detektierte Position Xn kürzer ist als die Hälfte der Beschleunigungs-/Verzögerungsstrecke Ldrv, wird ein Beschleunigungszustand (Zustand = 1) bestimmt. Die Zielbeschleunigung liegt in diesem Fall in einem Bereich der normierten Zeit tn, 0 ≤ tn ≤ ½, wie dies in Fig. 10 gezeigt ist. Es wird daher der Kopf dazu bestimmt, in einen Beschleunigungszustand einzutreten oder in einen Verzögerungszustand einzutreten, indem diskriminiert wird, ob die detektierte Position Xn weiter weg liegt als die Hälfte der Beschleunigungs-/Verzögerungsstrecke Ldrv.
Wenn Xn ≥ (Ldrv/2), was bei dem Schritt (1) bestimmt wird, wird ein Verzögerungszustand (Zustand = -1) bestimmt. Wenn L > Lm, d. h. der Konstantgeschwindigkeitsmodus zwischen dem Beschleunigungsmodus und dem Verzögerungsmodus eingefügt ist, da die Bewegungsstrecke L länger ist als die Startstrecke Lm gemäß dem Konstantgeschwindigkeitsmodus, was bei dem Schritt (k) erfolgt, so wird bei dem Schritt m diskriminiert, ob Xn < (Ldrv/2) ist. Wenn Xn < (Ldrv/2) ist, so wird der Beschleunigungszustand (Zustand = 1) be stimmt. Wenn Xn ≥ (Ldrv/2) bei dem Schritt (m) ist, so wird bei dem Schritt (n) bestimmt, ob (L - Xn) < (Ldrv/2) ist. Wenn (L - Xn) < (Ldrv/2) ist, so wird der Verzögerungszustand (Zustand = -1) bestimmt. Wenn (L - Xn) ≥ (Ldrv/2) ist, so wird der Konstantgeschwindigkeitszustand (Zustand = 0) bestimmt. Die verbleibende Bewegungsstrecke ist gegeben durch einen Ausdruck (L - Xn).
Schritt (o): Die Normierzeit-Recheneinrichtung 142 berechnet die normierte Zeit Tn, indem sie die Verarbeitungen gemäß den Schritten (p), (q) und (r) durchführt. Der Normierzeit-Recheneinrichtung 142 werden die normierte Sampling-Zeit Tu = Ts/T (wobei Ts eine Sampling-Periode bezeichnet), der Steuerzustand und die verbleibende Bewegungsstrecke (L - Xn) eingegeben. Zu dem Zeitpunkt des Beschleunigungszustandes (Zustand = 1) wird die normierte Zeit Tn in der folgenden Weise bei dem Schritt (q) berechnet: Tn = N · Tu. In diesem Fall zeigt N den n-ten Samplingvorgang vom Start der Trajektor-Berechnung an an. Zum Zeitpunkt des Konstantgeschwindigkeitszustandes (Zustand = 0), wird die normierte Zeit Tn bei dem Schritt (p) auf 0,5 gesetzt. Zu dem Zeitpunkt des Verzögerungszustandes (Zustand = -1) wird die normierte Zeit Tn bei dem Schritt (r) in der folgenden Weise berechnet: Tn = NormTable [L - Xn]. NormTable [L - Xn] ist eine Tabelle von Werten, die für x in einer Gleichung in bezug auf die normierte Zielposition y: Y = x&sup4; (35 - 84x + 70x² - 20x³) gelöst wird. Mit der Verwendung dieser Tabelle kann die normierte Zeit aus der tatsächlichen gemessenen Position erhalten werden. Beispielsweise kann die Tabelle Werte von x speichern, die auf Werte von y = 0,5 bis 1,0 bezogen sind.

Schritt (s):

Die Trajektor-Recheneinrichtung 142 empfängt die vorwärts gerichtete Verstärkung Gff und die Maximalgeschwindigkeit Vmax von der Verstärkungs-Recheneinrichtung 140 und empfängt die normierte Zeit Tn von der Normierzeit-Recheneinrichtung 142, in Einklang mit welchen Größen die Trajektor-Recheneinrichtung 142 einen vorwärts gerichteten Strom TrjUn und eine Zielgeschwindigkeit TrjVn berechnet, und zwar unter Verwendung der folgenden Gleichungen:
TrjUn = Gff · Tn² (1 - Tn²) (0,5 - Tn) ... (47)
TrjVn = Vmax · Tn³ (1 - Tn³) ... (48)
Die Rechenergebnisse werden dem Zustandsregler 46 des Folgereglers 132 eingegeben.

Schritt (t):

In die Zustands-Schätzvorrichtung 145, die indem Folgeregler 132 vorgesehen ist, werden die detektierte Position Xn von dem Detektor 136 und ein Treiberstrom Un von dem Zustandsregler 146 eingegeben, wobei die Zustands-Schätzvorrichtung 145 abhängig von diesen Größen eine geschätzte Position EstXn berechnet, ebenso eine geschätzte Geschwindigkeit EstVn und eine Rückkopplungsverstärkung Gfb unter Verwendung der folgenden Gleichungen:
EstXn = (1 - L&sub1;) EstXn-1 + EstVn-1 + GmUn-1 + L&sub1; · Xn ... (49)
EstVn = -L&sub2; · EstXn-1 + EstVn-1 + 2Gm · Un-1 + L&sub2; · Xn ... (50)
Gfb = GTable [EstVn] ... (51) worin eine Konstante Gm wie folgt ausgedrückt wird:
Gm = (Kf · Ts² · Gdrv · Gsns)/(2M · Ltp).
Hierin bezeichnet Gdrv eine Verstärkung der Treiberschaltung 134, Gsns bezeichnet eine Verstärkung des Detektors 136 und Ltp bezeichnet eine Spursteigung. Ferner sind mit L&sub1;, L&sub2; Konstanten bezeichnet, um die Charakteristik der Zustands-Schätzvorrichtung (Beobachter) zu bestimmen. Diese Konstanten werden unter Verwendung eines Konstruktionsverfahrens der Zustands-Schätzvorrichtung bestimmt. Dieses Konstruktionsverfahren ist in Einzelheiten beispielsweise in "Digital Control of Dynamic Systems" erläutert, welches zuvor erwähnt worden ist. Die Gleichung (51) gibt an, daß die Rückkopplungsverstärkung Gfb aus der Tabelle GTable [EstVn] ausgelesen wurde, welche die Rückkopplungsverstärkungen Gfb in Einklang mit der geschätzten Geschwindigkeit EstVn speichert. Ferner wird ein Inhalt des Samplingzählers um Eins (N = N + 1) inkrementiert.

Schritt (u):

In den Zustandsregler 146 werden der vorwärts gerichtete Strom TrjUn, die Zielgeschwindigkeit TrjVn, die geschätzte Geschwindigkeit EstVn und die Rückkopplungsverstärkung Gfb eingegeben, wobei der Zustandsregler 146 in Einklang mit diesen Größen einen Treiberstrom Un unter Verwendung der folgenden Gleichung berechnet:
Un = TrjUn + Gfb · (TrjVn - EstVn) ... (52)
Indem der Treiberstrom Un an die Betätigungsvorrichtung 135 über die Treiberschaltung 135 angelegt wird, kann der Kopf dem Ziel-Trajektor folgend bewegt werden und kann in gesteuerter Weise stabil an der bezeichneten Position positioniert werden.
Fig. 22 zeigt ein Diagramm, welches die Positions-Korrekturtabelle veranschaulicht. In der Positions-Korrekturtabelle 44 der Positions-Korrekturvorrichtung (siehe Fig. 19) sind Positions-Korrekturgrößen in N-Sektoren (den Sektorzahlen Sct0 bis Sct(N-1) in einer Einheit des Zylinders (cyl) in Entsprechung mit M-Köpfen (den Kopfnummern Head0 bis Head(M-1)) gespeichert. Beispielsweise beträgt die Positions-Korrekturgröße des Kopfes 13&sub0; (Head0), der in dem Sektor Sct0 der Platte 12&sub0; positioniert ist, gleich +0,12; die Positions-Korrekturgröße des Kopfes 13&sub1; (Head1), der in dem Sektor Sct0 der Platte 121 positioniert ist, liegt bei +0,61; und die Positions-Korrekturgröße des nicht veranschaulichten Kopfes (Head2) liegt bei -0,31. Die Inhalte der Positions-Korrekturtabelle 144 können zu irgendeinem Zeitpunkt korrigiert werden, indem die Positions-Korrekturgrößen basierend auf den Positionen berechnet werden, die von den Servoinformationen erhalten werden, welche in der zugeordneten Servofläche gespeichert sind, und anhand solcher, die aus den Servoinformationen erhalten werden, welche in der speziellen Spur der Datenfläche gespeichert sind, wenn das Steuersystem mit Strom versorgt wird bzw. eingeschaltet wird oder nach dem Verstreichen einer spezifizierten Zeit.
Demzufolge wird auf die Positions-Korrekturtabelle 144 unter Verwendung der Sektorzahl Sold der momentanen Position und der Kopfzahl Hold vor der Bewegung zugegriffen und es wird die Positions-Korrekturgröße Lc0 gelesen. Die Positions-Korrekturtabelle 144 wird erneut unter Verwendung der Sektornummer Snew bei der Vervollständigung der Bewegung zugegriffen, die basierend auf der virtuellen Bewegungsstrecke Ld und der neuerlich gewählten Kopfzahl Hnew vorausgesagt wurde, und es wird die Positions-Korrekturgröße Lc1 gelesen. Durch Berechnen entsprechend der Gleichung (41) unter Verwendung der gelesenen Positions-Korrekturgrößen, kann die Korrekturgröße Lcorr, die beim Korrigieren der virtuellen Bewegungsstrecke Ld verwendet wird, erhalten werden. Spezifischer ausgedrückt, wird die gesamte Bewegungsstrecke zwischen der momentanen Position und der bezeichneten Position als die virtuelle Gesamt-Bewegungsstrecke Ld angenommen und es wird die virtuelle Zielbewegungszeit Td basierend auf der virtuellen Gesamt-Bewegungsstrecke Ld berechnet. Der virtuelle Ziel-Trajektor wird in Einklang mit der virtuellen Zielbewegungszeit Td berechnet und es wird dadurch die Positions-Korrekturgröße an der Position, wo die Bewegung vervollständigt wird, erhalten. Danach wird die virtuelle Bewegungsstrecke Ld korrigiert, um die Strecke des Kopfes zu erhalten, die er sich tatsächlich bewegt hat. Da die Positions-Korrekturgröße um eine Dezimale kleiner ist als 1 Zylinder, kann die Positionierung an die Genauigkeit der Größenordnung angenähert werden, die kleiner ist als 1 Zylinder. In dem Fall, bei dem die Bewegungsstrecke gemäß der geforderten Genauigkeit nicht durch eine Korrektur erhalten werden kann, wird die zuvor erläuterte Verarbeitung wiederholt, und zwar unter der Annahme, daß die korrigierte Gesamt-Bewegungsstrecke die virtuelle Bewegungsstrecke ist. Nebenbei bemerkt, kann die vorliegende Erfindung neben einem Magnetplattenlaufwerk und einem optischen Plattenlaufwerk auch bei einer Vielfalt von ge steuerten Vorrichtungen angewendet werden, die dazu verwendet werden, den Positionierungsvorgang zu steuern.
Wie oben beschrieben wurde, befaßt sich das zweite Prinzip der vorliegenden Erfindung mit der Berechnung von Ziel-Trajektor, indem in der Trajektor-Generatoreinrichtung 5 der arithmetischen Steuereinrichtung 4 ein virtueller Ziel-Trajektor berechnet wird, unter der Annahme, daß die Gesamt-Bewegungsstrecke zwischen einer momentanen Position und einer bezeichneten Position eine virtuelle Gesamt-Bewegungsstrecke ist, es wird eine Positions-Korrekturgröße berechnet, wenn die Bewegung einer gesteuerten Vorrichtung 1 vervollständigt wird, und zwar unter Bezugnahme auf die Positions-Korrektureinrichtung 7 und es wird die virtuelle Gesamt-Bewegungsstrecke mit Hilfe der Positions-Korrekturgröße korrigiert. Wenn dieses Prinzip bei einem Magnetplattenlaufwerk angewendet wird, werden Versetzungen unter einer Vielzahl von Köpfen ebenfalls korrigiert, um eine exakte Positionierung durchzuführen. Es werden die Ziel-Trajektoren aus algebraischen Polynomen berechnet, welche Beschleunigungs-Verzögerungs-Muster wiedergeben. In Einklang mit den Ziel-Trajektoren steuert die Folge-Steuereinrichtung 6 die Treibereinrichtung 2. Demzufolge kann eine Ausführungsform wie diejenige, die oben in Verbindung mit Fig. 18 beschrieben wurde, die gesteuerte Vorrichtung 1 an der präzise bezeichneten Position positionieren, und zwar mit korrigierter Versetzung oder Verschiebung bei einer hohen Geschwindigkeit und hoher Stabilität.
Fig. 23 zeigt eine graphische Darstellung, welche die Wirkungen der Ausführungsform von Fig. 18 nach der Erfindung veranschaulicht, wobei eine horizontale Achse die Gesamt-Bewegungsstrecke [cyl] in Einheiten eines Zylinders wiedergibt, eine linke vertikale Achse eine tatsächliche Bewegungszeit [ms] in tatsächlichen Meßgrößen wiedergibt, und eine rechte vertikale Achse eine Standardabweichung der Verteilung der tatsächlichen Bewegungszeit wiedergibt. Ferner geben Kurven, die mit durchgehender Linie gezeichnet sind, die vorliegende Ausführungsform wieder, während strichliert gezeichnete Kurven den Stand der Technik wiedergeben. Max, Ave, Min geben einen Maximalwert bzw. einen Mittelwert bzw. einen Minimalwert der Verteilung der tatsächlichen Zeit an, wenn ein Bewegungsbefehl von 1 Zylinder gegeben wird, und StdDev gibt die Standardabweichung an. Spezieller ausgedrückt, variiert die Gesamt-Bewegungsstrecke nach der Positionskorrektur in einem Bereich von 0,375 bis 1,625 Zylinder für den Bewegungsbefehl von 1 Zylinder. In dem Fall, bei dem die Positions-Korrekturgröße Null beträgt, wird die Bewegung in der tatsächlichen Bewegungszeit von etwa 2 ms sowohl bei der vorliegenden Ausführungsform als auch beim Stand der Technik vervollständigt und der Variationsbereich ist in diesem Fall klein.
Wenn jedoch die Positionskorrektur durchgeführt wird, und zwar gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wird eine korrigierte Gesamt-Bewegungsstrecke, die einen Wert kleiner als 1 Zylinder enthält, welche die Positionskorrektur begleitet, berechnet und es werden Ziel-Trajektoren basierend auf der korrigierten Gesamt-Bewegungsstrecke berechnet. Demzufolge variieren der Maximalwert Max und der Minimalwert Min innerhalb kleiner Bereiche und die tatsächliche Bewegungszeit variiert in einem Bereich von 1,5 ms bis 2 ms proportional zu der Gesamt-Bewegungsstrecke von 0,375 bis 1,625. Im Gegensatz zu der vorliegenden Ausführungsform wird beim Stand der Technik eine solche Steuerung ausge führt, daß die Ziel-Trajektoren für den Bewegungsbefehl von 1 Zylinder berechnet werden und die Verschiebung oder Versetzung korrigiert wird, nachdem die gesteuerte Vorrichtung die bezeichnete Position erreicht hat, so daß demzufolge eine Charakteristik realisiert wird, die durch die V-förmigen strichlierten Kurven angezeigt ist, und zwar in bezug auf die Gesamt-Bewegungsstrecke. Es kann ersehen werden, daß, je größer die Positions-Korrekturgröße ist, es um so schwieriger ist, die gesteuerte Vorrichtung exakt zu positionieren. Wenn beispielsweise die Gesamt-Bewegungsstrecke gleich 0,4 Zylinder beträgt, liegen der Maximalwert Max und der Minimalwert Min der tatsächlichen Bewegungszeit bei 3,8 ms bzw. 2,2 ms. Verglichen mit der vorliegenden Ausführungsform ist die tatsächliche Bewegungszeit lang und variiert bei dem Stand der Technik sehr stark. Wie durch die Standard-Abweichungskurven StdDev angezeigt wird, ist die Erfindung insofern vorteilhaft als die tatsächliche Bewegungszeit innerhalb eines kleinen Bereiches variiert und es kann die gesteuerte Vorrichtung stabil und mit einer hohen Geschwindigkeit positioniert werden.
Um schließlich die Wirkung dieser Ausführungsform nach Fig. 18 zu betonen, ist der Unterschied von experimentellen Daten zwischen dem Stand der Technik und den Ausführungsformen gemäß dem ersten und dem zweiten Prinzip der Erfindung in Fig. 24 veranschaulicht, und zwar für den Fall, bei dem eine kontinuierliche Suchoperation ausgeführt wird (1,5 -2,5 Spuren). Spezieller ausgedrückt, zeigt (a) von Fig. 24 einen Zeitplan von solch einer Suchoperation nach dem Stand der Technik und (b) und (c) zeigen Zeitpläne von Suchoperationen der Ausführungsform nach Fig. 7 bzw. nach Fig. 18.
Bei (a) von Fig. 24 wird eine Extrazeit verwendet, um an der bezeichneten Spurposition anzukommen, da die Zielbewegungszeit eines Kopfes nicht geschätzt werden kann. Im Gegensatz dazu wird bei dem Fall von (b) die Suchzeit kürzer als diejenige des Falles nach (a), da die Zielbewegungszeit geschätzt werden kann. Ferner wird im Falle von (c) eine Größe einer Verschiebung der bezeichneten Spurposition vorausgesagt und es kann der Ziel-Trajektor an früherer Stelle korrigiert werden. Daher kann die Suchoperation innerhalb einer minimalen Bewegungszeit vervollständigt werden.

Claims

1. Positionier-Steuersystem für eine gesteuerte Vorrichtung (1), mit:

einer Antriebseinrichtung (2) zum Antreiben der gesteuerten Vorrichtung;

einer Positions-Detektoreinrichtung (3) zum Detektieren der Position der gesteuerten Vorrichtung;

einer arithmetischen Steuereinrichtung (4) zum Steuern der Antriebseinrichtung in Einklang mit der Position der gesteuerten Vorrichtung (1), die durch die Positions-Detektoreinrichtung (3) detektiert wurde, und einer bezeichneten Position, welche eine Trajektor-Generatoreinrichtung (5) enthält, um einen Ziel-Trajektor unter Verwendung eines algebraischen Polynoms zu berechnen; und

einer Folgesteuereinrichtung (6) zum Steuern der Antriebseinrichtung (2) in Einklang mit dem Ziel-Trajektor, der durch die Trajektor-Generatoreinrichtung berechnet wurde, und in Einklang mit der Position der gesteuerten Vorrichtung (1), die durch die Positions-Detektoreinrichtung (3) detektiert wurde, so daß die gesteuerte Vorrichtung dem Ziel-Trajektor folgend bewegt wird;

dadurch gekennzeichnet, daß die arithmetische Steuereinrichtung (4) eine Bewegungszeit-Schätzeinrichtung enthält, um eine gesamte Bewegungszeit in Einklang mit einer Gesamt-Bewegungsstrecke zwischen einer momentanen Position der gesteuerten Vorrichtung (1) und der bezeichneten Position zu berechnen, wobei die Trajektor-Generatoreinrichtung (5) den Ziel-Trajektor in Einklang mit der Gesamt- Bewegungsstrecke und der gesamten Bewegungszeit berechnet, so daß sich eine Zielbeschleunigung sanft ändert.

2. Positionier-Steuersystem nach Anspruch 1, bei dem die Trajektor-Generatoreinrichtung (5) den Ziel-Trajektor unter Verwendung eines algebraischen Polynoms berechnet, welches ein Beschleunigungs-Verzögerungs-Muster wiedergibt, welches wenigstens eine Ableitung von einer Zielbeschleunigung bei der bezeichneten Position zu Null macht, an welcher die Bewegung der gesteuerten Vorrichtung (1) vervollständigt wird.

3. Positionier-Steuersystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Ziel-Trajektor durch ein Polynom ausgedrückt wird V&sub0;(t/T)k[1 - (t/T)]j, worin T eine Zielbewegungszeit bezeichnet, t eine verstrichene Zeit bezeichnet, deren Anfangswert gleich 0 ist, V&sub0; eine Konstante bezeichnet, die Hochzahlen j und k positive Zahlen sind und wobei die Hochzahl j auf 3 oder größer eingestellt wird.

4. Positionier-Steuersystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Ziel-Trajektor durch eine Polynom ausgedrückt wird V&sub0;(t/T)k[1 - (t/T)]j, worin T eine Zielbewegungszeit bezeichnet, t eine verstrichene Zeit bezeichnet, deren Anfangswert gleich Null ist, V&sub0; eine Konstante bezeichnet, eine Hochzahl j auf 3 oder größer eingestellt wird und eine Hochzahl k auf 2 oder größer eingestellt wird.

5. Positionier-Steuersystem nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Position der gesteuerten Vor richtung (1) durch die Positions-Detektoreinrichtung (3) detektiert wird, eine geschätzte Geschwindigkeit der gesteuerten Vorrichtung (1) in Einklang mit einer detektierten Positionsinformation für jede Probe und in Einklang mit einer Antriebsgröße der Antriebseinrichtung (2) berechnet wird, welche die gesteuerte Vorrichtung (1) bewegt, und bei dem die Folge-Steuereinrichtung (6) die Antriebseinrichtung (2) derart steuert, daß eine Differenz zwischen der geschätzten Geschwindigkeit und einer Zielgeschwindigkeit gemäß dem Ziel-Trajektor zu Null wird.

6. Positionier-Steuersystem nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem eine Bewegungszeit der gesteuerten Vorrichtung (1) zwischen dem momentanen Position und der bezeichneten Position proportional auf eine Quadratwurzel oder eine kubische Wurzel der Bewegungsstrecke eingestellt wird.

7. Positionier-Steuersystem nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Position der gesteuerten Vorrichtung (1) durch die Positions-Detektoreinrichtung (3) detektiert wird, eine geschätzte Geschwindigkeit der gesteuerten Vorrichtung (1) in Einklang mit einer detektierten Positionsinformation für jede Probe (Sample) und in Einklang mit einer Antriebsgröße der Antriebseinrichtung (2) berechnet wird, welche die gesteuerte Vorrichtung (1) bewegt, und bei der eine Geschwindigkeits-Rückkopplungsverstärkung entsprechend der geschätzten Geschwindigkeit eingestellt wird.

8. Positionier-Steuersystem nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem eine normierte Zeit auf der Grundlage einer detektierten Positionsinformation von der Positions-Detektoreinrichtung (3) berechnet wird und bei dem eine Ansprechverzögerung zu der berechneten normierten Zeit hinzuaddiert wird, um eine Ansprechverzögerung zu kompensieren.

9. Positionier-Steuersystem nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem eine Konstantgeschwindigkeitsperiode zwischen einer Beschleunigungsperiode und einer Verzögerungsperiode eingefügt wird, die in Einklang mit dem Ziel-Trajektor bestimmt werden, wenn die Bewegungsstrecke der gesteuerten Vorrichtung (1) länger ist als ein vorbestimmter Wert.

10. Positionier-Steuersystem nach den Ansprüchen 1 bis 9, bei dem die gesteuerte Vorrichtung (1) aus einem Magnetkopf (14) besteht, der auf einer Magnetplatte (12) bewegbar ist, und bei dem die Antriebseinrichtung (2) aus einer Betätigungsvorrichtung (16) besteht, um den Magnetkopf (14) an einer bezeichneten Spurposition auf der Magnetplatte (12) zu positionieren.

11. Positionier-Steuersystem nach den Ansprüchen 1 bis 9, bei dem die gesteuerte Vorrichtung (1) aus einem optischen Kopf besteht, der auf einer optischen Platte bewegbar ist und bei dem die Antriebseinrichtung (2) aus einer Betätigungsvorrichtung besteht, um den optischen Kopf an einer bezeichneten Position auf der optischen Platte zu positionieren.

12. Positionier-Steuersystem nach den Ansprüchen 1 bis 9, bei dem gesteuerte Vorrichtung (1) aus einem Druckkopf besteht, der auf einem Druckblatt bewegbar ist und bei dem die Antriebseinrichtung aus einer Betätigungsvorrichtung besteht, um den Druckkopf an einer bezeichneten Position auf dem Druckblatt zu positionieren.

13. Positionier-Steuersystem nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die gesteuerte Vorrichtung (1) aus einem Magnetkopf eines Magnetplattenlaufwerks besteht und bei dem die bezeichnete Position eine bezeichnete Spur der Magnetplatte (12) ist.

14. Positionier-Steuersystem nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das System ferner eine Positions-Korrektureinrichtung (7) aufweist, die einen Positions-Korrekturwert speichert, welcher unter Berücksichtigung einer Verschiebungsgröße der gesteuerten Vorrichtung (1) in einer gegebenen Position berechnet wird und bei dem die Trajektor-Generatoreinrichtung (5) einen Positions-Korrekturwert voraussagt, wenn die Bewegung der gesteuerten Vorrichtung (1) vervollständigt wird, und zwar in Einklang mit dem momentanen Position der gesteuerten Vorrichtung (1) und der berechneten Zielbewegungszeit unter Bezugnahme auf die Positions-Korrektureinrichtung (7), und welche zu einem früheren Zeitpunkt den Ziel-Trajektor in Einklang mit dem vorausgesagten Positions-Korrekturwert korrigiert, und bei dem die Folge-Steuereinrichtung (6) die gesteuerte Vorrichtung (1) positioniert, während sie diese veranlaßt, dem korrigierten Ziel-Trajektor zu folgen.

15. Positionier-Steuersystem nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem das System ferner aufweist:

eine Positions-Korrektureinrichtung, die einen Positions-Korrekturwert speichert, der unter Berücksichtigung einer Verschiebungsgröße der gesteuerten Vorrichtung (1) in einer gegebenen Position berechnet wird und bei dem eine tatsächliche Gesamt-Bewegungsstrecke vom Start der Bewegung der gesteuerten Vorrichtung (1) bis zur Vervollständigung derselben in geeigneter Weise in der Bewegungszeit- Schätzeinrichtung und der Positions-Korrektureinrichtung berechnet wird.

16. Positionier-Steuersystem nach Anspruch 15, angewendet zum Positionieren eines Magnetkopfes oder optische Kopfes über einer bezeichneten Spur eines Plattenmediums in einem Plattenlaufwerk, bei dem eine Amplitude der Ziel- Trajektor-Bewegungsstrecke unter Verwendung der geeigneten Gesamt-Bewegungsstrecke korrigiert wird, die durch eine sequentielle Annäherung erhalten wurde, und bei dem der Ziel- Trajektor unter Berücksichtigung der Genauigkeit der Strecke berechnet wird, die gleich oder kleiner ist als eine Spursteigung.

17. Positionier-Steuersystem nach Anspruch 16, bei dem die gesteuerte Vorrichtung (1) in geeigneter Weise unter Berücksichtigung einer Korrektur der Amplitude des Ziel-Trajektors lediglich dann positioniert wird, wenn die Gesamt-Bewegungsstrecke relativ klein ist.

18. Positionier-Steuersystem nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Trajektor-Generatoreinrichtung (5) den Ziel-Trajektor berechnet, der eine Ableitung höherer Ordnung einer Zielbeschleunigungskurve zum Zeitpunkt des Startes der Bewegung der gesteuerten Vorrichtung (1) und zum Zeitpunkt der Vervollständigung der Bewegung derselben zu Null macht, und zwar in Einklang mit der Bewegungsstrecke, die durch eine Host-Vorrichtung bezeichnet wurde, und in Einklang mit einer Resonanzfrequenzcharakteristik, welche die gesteuerte Vorrichtung (1) selbst besitzt, und bei dem die Folge-Steuereinrichtung (6) die Antriebseinrichtung (2) derart steuert, daß die gesteuerte Vorrichtung (1) dem Ziel-Trajektor folgend bewegt wird und an der bezeichneten Position positioniert wird.