JP2007233892A - 制御装置、ディスク装置、及びシーク軌道生成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】目標位置軌道を供給することのできる二自由度制御系を利用してシーク制御を行い得る制御装置、ディスク装置、及びかかる目標位置軌道を生成するシーク軌道生成方法を提供すること。このような二自由度制御系を構成してもヘッドのシーク時間を早くすることのできる制御装置等を提供すること。
【解決手段】波形生成器３１２はシーク時間から加速度、速度、位置の各軌道を生成する。各軌道は各々ゲインが乗算され、第１の加算器３１６で各軌道が合成される。合成軌道にシーク距離が乗算され、更にＦＩＲフィルタ３１８を通して、後段の二自由度制御系に与えるべき目標位置軌道を得る。二自由度制御系は２次のローパスフィルタで近似可能な特性を持つ。
【選択図】図７

Description

本発明は、ヘッドを目標位置に位置決めする制御装置、ディスク装置、及びシーク軌道生成方法に関する。詳しくは、二自由度制御系に対して目標位置軌道を供給してシーク制御を行う制御装置やディスク装置、及びかかる目標位置軌道を生成する生成方法に関する。

光ディスクや磁気ディスクなどのディスク装置では、ヘッドを目標位置に正確に位置決めすることが極めて重要である。このような位置決め制御の一つにシーク制御がある。

シーク制御の従来技術として、例えば、被制御体を移動させる駆動部と、駆動部を制御する演算制御部とを有し、目標位置、目標速度、目標加速度の夫々を時間に関する一定の多項式で表わして、サンプル時間ごとの目標位置等を演算制御部で算出して駆動部を制御するようにした位置決め制御方式が開示されている（例えば、以下の特許文献１、２）。

また、二自由度制御系においてヘッドの速度を供給して、オブザーバによりヘッドの速度を推定しつつシーク制御を行う方法も開示されている（例えば、以下の非特許文献）。
特許第２６５７５６１号公報 特許第２７３６７１５号公報 岡村栄治、「ハードディスクドライブにおけるＤＳＰ技術」、電子技術、１９９６年１１月号、ｐ３８−４５

しかしながら、上述した従来技術には、二自由度制御系に対して目標位置軌道を供給してシーク制御を行う点に関しては何ら開示されていない。特に、リアルタイムで目標位置の軌道を生成する方法は開示されてない。

一方、二自由度制御系において、目標位置軌道ｒと観測位置ｙとの関係がｙ／ｒ＝１となる理想的な制御回路を実現するため、フィードバックループを構成する伝達関数の逆関数でそのフィルタを構成することも考えられる。しかし、フィルタをかかる構成にすると、高周波のノイズを無限大に増幅させることになり、実現することができない。

また、二自由度制御系において目標位置軌道から観測位置までの伝達関数を二次のローパスフィルタ（ＬＰＦ）により近似することも考えられる。しかし、目標位置軌道をステップ状に変化させたときに、二次のＬＰＦの構成の仕方によっては、ヘッドを駆動させる駆動部の電流が加速区間と減速区間とで対称形にならず、シークに時間がかかるという問題があった。

そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなれたもので、その目的は、目標位置軌道を供給することのできる二自由度制御系を利用してシーク制御を行い得る制御装置、ディスク装置、及びかかる目標位置軌道を生成するシーク軌道生成方法を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、このような二自由度制御系を構成してもヘッドのシーク時間を早くすることのできる制御装置等を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、ヘッドが搭載されたアクチュエータを駆動して前記ヘッドを位置決めする制御装置において、前記ヘッドのシーク開始時刻からの経過時間に応じた目標位置、目標速度、目標加速度の３つの軌道を生成する軌道生成部と、前記軌道生成部で生成された前記各軌道を合成する合成部と、前記合成部から出力された合成軌道から、二自由度制御部に供給する目標位置軌道を生成するＦＩＲ型フィルタと、を備えることを特徴とする。

また、本発明は前記制御装置において、前記二自由度制御部は前記目標位置軌道を用いて前記アクチュエータを駆動することで、前記ヘッドのシーク制御を行うことを特徴とする。

更に、本発明は前記制御装置において、前記軌道生成部は、前記ヘッドの移動開始時刻からの経過時間の多項式で表現された３つの前記各軌道を生成することを特徴とする。

更に、本発明は前記制御装置において、前記多項式は、目標加速度をＸ_３、目標速度をＸ_２、目標位置をＸ_１とし、シーク開始時刻からの経過時間をｔとし、シーク時間をＴとすると、Ｘ_３∝（ｔ／Ｔ）＊（ｔ／Ｔ−０．５）＊（ｔ／Ｔ−１）、Ｘ_２＝∫Ｘ_３ｄｔ、Ｘ_１＝∫∫Ｘ_３ｄｔ^２、で示されることを特徴とする。

更に、本発明は前記制御装置において、前記多項式は、目標加速度をＸ_３、目標速度をＸ_２、目標位置をＸ_１とし、シーク開始時刻からの経過時間をｔ、シーク時間をＴ、冪乗数をｐとすると、
Ｘ_３∝（ｔ／Ｔ）^ｐ＊（ｔ／Ｔ−０．５）＊（ｔ／Ｔ−１）^ｐ、Ｘ_２＝∫Ｘ_３ｄｔ、Ｘ_１＝∫∫Ｘ_３ａｄｔ^２、で示されることを特徴とする。

更に、本発明は前記制御装置において、前記軌道生成部は、矩形波、正弦波、台形波、のいずれかにより表現された３つの前記各軌道を生成することを特徴とする。

更に、本発明は前記制御装置において、前記軌道生成部は、前記３つの軌道を記憶したテーブルを備え、前記経過時間に応じて前記テーブルから前記各軌道を読み出して前記各軌道を生成することを特徴とする。

また、本発明は上記目的を達成するために、ディスクに対してヘッドの位置を位置決めするディスク装置において、前記ヘッドを駆動するアクチュエータと、前記ヘッドのシーク開始時刻からの経過時間に応じた目標位置、目標速度、目標加速度の３つの軌道を生成する軌道生成部と、前記軌道生成部で生成された前記各軌道を合成する合成部と、前記合成部から出力された合成軌道から目標位置軌道を生成するＦＩＲ型フィルタと、前記目標位置軌道を用いて前記アクチュエータを駆動することで前記ヘッドのシーク制御を行う二自由度制御部と、を備えることを特徴とする。

更に、本発明は上記目的を達成するために、ヘッドが搭載されたアクチュエータを駆動して前記ヘッドを位置決めするためのシーク軌道を生成するシーク軌道生成方法において、前記ヘッドのシーク開始時刻からの経過時間に応じた目標位置、目標速度、目標加速度の３つの軌道を生成し、生成された前記各軌道を合成し、合成された合成軌道から、ＦＩＲ型フィルタを通して、二自由度制御部に供給するシーク軌道を生成する、ことを特徴とする。

更に、本発明は上記目的を達成するために、ヘッドが搭載されたアクチュエータを駆動して前記ヘッドを位置決め制御する位置決め制御方法において、前記ヘッドのシーク開始時刻からの経過時間に応じた目標位置、目標速度、目標加速度の３つの軌道を生成し、生成された前記各軌道を合成し、合成された合成軌道からＦＩＲ型フィルタを通してシーク軌道を生成し、生成された前記シーク軌道が供給され二自由度制御部において前記アクチュエータを駆動することで前記ヘッドのシーク制御を行うことを特徴とする。

本発明によれは、目標位置軌道を供給することのできる二自由度制御系を利用してシーク制御を行い得る制御装置、ディスク装置、及びかかる目標位置軌道を生成するシーク軌道生成方法を提供することができる。

また、本発明によれば、このような二自由度制御系を構成してもヘッドのシーク時間を早くすることのできる制御装置等を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を説明する。

図１は、本発明が適用される磁気ディスク装置の一構成例である。ディスク装置の例としてハードディスクドライブを例にしている。

図１に示すように、磁気ディスク装置１は、磁気ディスク１０と、スピンドルモータ１２と、磁気ヘッド１３、及びアクチュエータ１４を備える。

磁気ディスク１０は、スピンドルモータ１２の回転軸１１を中心に設けられている。スピンドルモータ１２は、回転軸１１を介して磁気ディスク１０を回転させる。

磁気ヘッド１３は、リード素子とライト素子とを有し、磁気ディスク１０に対するデータの読み出しや書き込みを行う。

アクチュエータ１４は、内部の回転軸を中心に回転するボイスコールメータ（ＶＣＭ）で構成される。また、アクチュエータ１４はその先端に磁気ヘッド１３を備え、磁気ディスク１０の半径方向に対して磁気ヘッド１３を移動させることができる。

尚、図１に示す例では、磁気ディスク装置１には２枚の磁気ディスク１０が搭載され、４つの磁気ヘッド１３が同一のアクチュエータ１４で同時に駆動される。

また、磁気ディスク装置１は、スピンドルモータ（ＳＰＭ）駆動回路２０と、ボイスコールメータ（ＶＣＭ）駆動回路２１と、位置検出回路２２と、リードライド（Ｒ／Ｗ）回路２３と、ハードディスクコントローラ（ＨＤＣ）２４と、第１及び第２のランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）２５、２６と、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）２８、及びマイクロコントローラ（ＭＣＵ）３０を備える。これらは、第１のＲＡＭ２５を除き、互いにバス４０を介して接続される。

ＳＰＭ駆動回路２０は、ＭＣＵ３０からの制御信号に基づいて、スピンドルモータ１２を駆動する。ＶＣＭ駆動回路２１は、ＭＣＵ３０からの制御信号に基づいて、アクチュエータ１４に駆動電流を供給し、アクチュエータ１４を駆動する。

位置検出回路２２は、磁気ヘッド１３が磁気ディスク１０から読み取った位置信号（以下、サーボ信号）をデジタル信号に変換する。Ｒ／Ｗ回路２３は、磁気ヘッド１３の読み出しや書き込みを制御する。

ＨＤＣ２４は、サーボ信号のセクタ番号を基準にして１周内の位置を判断し、データを記録再生する。また、ＨＤＣ２４はＡＴＡやＳＣＳＩ等のインターフェース（ＩＦ）であり、ホストと通信する。

第１のＲＡＭ２５は、ＨＤＣ２４のためのメモリであって、磁気ヘッド１３が読み出したリードデータや磁気ヘッド１３が磁気ディスク１０に書き込むためのライトデータを一時記憶する。第２のＲＡＭ２６は、ＭＣＵ３０のためのメモリであって、ＭＣＵ３０が種々の演算を行うためのデータを一時記憶する。

ＲＯＭ２８は、ＭＣＵ３０の制御プログラム等を記憶する。ＭＣＵ３０は、この制御プログラムを読み出して実行することで、磁気ヘッド１３の位置軌道の生成や、磁気ヘッド１３の位置を推定するオブザーバを利用した二自由度制御によるシーク制御も行う。詳細は後述する。

図２は、磁気ディスク１０に記録された位置信号（サーボ信号）１６の配置例を示す図である。図２に示すように、サーボ信号１６は磁気ディスク１０の内周から外周にかけて等間隔に配置される。磁気ディスク装置１はこのサーボ信号１６を読み出すことで磁気ヘッド１３の現在位置等を把握できる。

図３は、サーボ信号１６の記録フォーマットの一例を示す図である。図３に示すように、サーボ信号は、サーボ信号の開始位置を示すサーボマーク（Ｓｅｒｖｏ Ｍａｒｋ）と、トラック番号を示すグレイコード（Ｇｒａｙ Ｃｏｄｅ）と、サーボ信号のインデックスを示すインデックス信号（Ｉｎｄｅｘ）と、４つのオフセット信号（ＰｏｓＡ、ＰｏｓＢ、ＰｏｓＣ、ＰｏｓＤ）とから構成される。

図４は、サーボ信号１６を磁気ヘッド１３で読み出したときの信号波形図の例である。このような波形を用いて、ＭＣＵ３０は磁気ヘッド１３の位置を検出する。

即ち、磁気ヘッド１３の半径方向の位置は、トラック番号Ｇｒａｙ Ｃｏｄｅとオフセット信号ＰｏｓＡ〜ＰｏｓＤを用いてＭＣＵ３０により検出される。

また、磁気ヘッド１３の円周方向の位置は、インデックス信号Ｉｎｄｅｘから検出される。例えば、ＭＣＵ３０は、インデックス信号Ｉｎｄｅｘを検出したときのセクタ番号を「０」に設定し、サーボ信号を検出する毎にカウントアップしてトラックの各セクタ番号を得る。

図５は、ＭＣＵ３０で行われるアクチュエータ１４のシーク制御の例を示す図である。図５では、あるトラック位置から目標トラック位置まで磁気ヘッド１３を移動させるためのシーク制御の遷移と、アクチュエータ１４に流れる電流と、磁気ヘッド１３の移動速度、及び磁気ヘッド１３の位置を示す。

シーク制御は、コアース制御後、整定制御を経て、フォロイング制御と遷移することで磁気ヘッド１３を目標位置に移動させる。コアース制御は目標位置への速度制御のことで、整定制御とフォロイング制御は目標位置への位置制御である。

本実施例では、目標位置軌道を供給して観測位置をフィードバックループで構成し、更に、目標位置軌道にフィルタを通すように構成した二自由度制御系を用いて磁気ヘッド１３のシーク制御を行う。

図６（Ａ）は、二自由度制御系の構成例である。目標位置ｒから観測位置ｙを得るための制御系である。目標位置ｒを与え、コントローラ（Ｃ）３２であるＭＣＵ３０から電流値ｕがプラント（Ｐ）３３であるアクチュエータ１４に与えられ、観測位置ｙが再びコントローラ（Ｃ）３２に供給されるようなフィードバックループで構成される。この場合、目標位置ｒと観測位置ｙとで、
ｙ／ｒ＝１ ・・・（１）
という理想的な入出力を得る（目標位置ｒを供給すると磁気ヘッド１３がその位置にすぐに移動する）ためにはフィルタ（Ｒ）３１を
（１＋ＣＰ）／ＣＰ ・・・（２）
と構成すればよい。しかし、目標位置ｒや観測位置ｙなどに高周波のノイズが含まれるとそのノイズを無限大に増幅させてしまう。

一方、図６（Ａ）に示す二自由度制御系は、図６（Ｂ）に示す二次のローパスフィルタ（ＬＰＦ）に近似できる。即ち、目標位置ｒから観測位置ｙまでの応答は、

ここで、目標位置ｒに逆関数３５として、

を図６（Ｂ）に示す制御系に与える。即ち、図６（Ｃ）に示すように、目標位置ｒを（４）式で示す逆関数３５に通した後で元の制御系３４に与える。このとき、ｙ/ｒ＝１となり、任意の応答を実現できる。

ここで、（４）式で示す逆関数３５の構成について考察する。ｓはラプラス変換の演算子であり、

で示すことができる。従って、（４）式は、

と変形できる。

ここで、（６）式の右辺に目標位置ｒを乗算すると、

図７は、（８）式に相当し、目標位置軌道を生成するための位置軌道生成部３１０の構成例である。図６（Ｃ）の逆関数３５（又は図６（Ａ）のフィルタ（Ｒ）３１）に相当する部分である。本構成は、ＲＯＭ２８内のプログラムで構成され、ＭＣＵ３０で実行される。

位置軌道生成部３１０は、クロック３１１と、波形生成器３１２と、ゲイン乗算器３１３〜３１５と、第１の加算器３１６と、シーク距離乗算器３１７と、ＦＩＲフィルタ３１８から構成される。

クロック３１１は、例えばサンプル時間ごとにクロックを発生する。

波形生成器３１２は、クロック毎にシーク時間に応じた波形を生成する。即ち、波形生成器３１２は、クロック開始時刻からの経過時間に応じて、加速度軌道、速度軌道、位置軌道のそれぞれの波形を生成して出力する。実際にはテーブルに各軌道の波形を記憶して各軌道の波形を生成するようにしても良いし、磁気ヘッド１３の移動開始時刻からの経過時間による多項式を用いて各軌道を生成するようにしてもよい。多項式の例は後述する。

ゲイン乗算器３１３〜３１５は、生成された各軌道の波形に対して、夫々ゲインＫａ、Ｋｖ、Ｋｐを乗算する。各ゲインＫａ、Ｋｖ、Ｋｐの値は係数値であり、二自由度制御系の係数に応じて調整することができる。

第１の加算器３１６は、ゲインＫａ、Ｋｖ、Ｋｐが乗算された夫々の波形を加算し、合成軌道を生成する。丁度、この出力は（６）式に相当する。

シーク距離乗算器３１７は、第１の加算器３１６からの合成軌道に対してシーク距離を乗算する。丁度、上述の（７）式又は（８）式に相当する。

ＦＩＲフィルタ３１８は、乗算された波形を有限時間で０に収束させるように入力波形をフィルタリングする。ＦＩＲフィルタ３１８からの出力が、目標位置軌道（シーク軌道）となる。ＦＩＲ型にしているのは、シーク時間という有限時間内に目標位置軌道を得るようにするためである。

ＦＩＲフィルタ３１８の周波数特性を図８（Ａ）、（Ｂ）に示す。ＦＩＲフィルタ３１８は、共振を励起しないように、共振周波数付近を抑止するように構成される。

このように、シーク開示時刻からの時間に応じて、加速度軌道、速度軌道、位置軌道の３つの軌道を生成し、二自由度制御系の二次ＬＰＦの近似特性の係数に応じて３つの軌道にゲインＫａ、Ｋｖ、Ｋｐを乗算して和をとり、その合成軌道をＦＩＲフィルタ３１８に通して二自由度制御系に供給するための目標位置軌道としている。前述のように、図７に示す構成は、二自由度制御系の伝達関数の逆関数の構成と近似できるため、任意形状の目標位置軌道の供給により観測位置を出力できる制御系を構成することができる。即ち、本構成により、目標位置軌道を供給できる二自由度制御系を利用してシーク制御を行うことができる。また、合成軌道に対してＦＩＲフィルタ３１８を通しているため、有限時間内に目標位置軌道を生成できる。

尚、位置軌道生成部３１０は磁気ヘッド１３の移動距離に応じて目標移動時間を設定することができる。例えば、波形生成器３１２に入力されるシーク時間を調整することで目標移動時間を設定できる。

図９は、二自由度制御系にオブザーバ制御を利用した制御系の構成例である。デジタル制御におけるオブザーバ制御の実現方法には、予測オブザーバと現在オブザーバの２種類がある。ここでは、アナログ制御のオブザーバ制御をそのままデジタル制御に適用した、予測オブザーバの形で説明する。しかし、現在オブザーバにおいても同様に二自由度制御系を構成することができる。図９に示す二自由度制御系は、全体として、位置軌道生成部３１０と、二自由度制御ゲイン乗算部３２０、オブザーバ制御部３３０、及び状態フィードバック部３４０とから構成される。

位置軌道生成部３１０は、図８と同一構成である。位置軌道生成部３１０からは目標位置軌道ｒ[ｋ]が出力される。

二自由度制御ゲイン乗算部３２０は、２つの乗算部により構成され、目標位置軌道ｒ[ｋ]に夫々ゲインＮ、Ｍを乗算して出力する。尚、ゲインＮ、Ｍは実際にはマトリックスの形式で表わされる。

オブザーバ制御部３３０は、第２の加算器３３１と複数のゲイン乗算器から構成される。オブザーバ制御部３３０は、アクチュエータ１４と同じ計算モデルである。アクチュエータ１４に電流を流すと略同時にオブザーバ制御部３３０にも相当する電流値が与えられ、その電流値が与えられたときの磁気ヘッド１３の位置（又はアクチュエータ１４の位置）を推定して本計算モデルを修正するようにしたものである。尚、図９に示すオブザーバ制御部３３０において太線はベクトルを示す。

第２の加算器３３１には、４つの入力がある。１つ目は電流ｕ[ｋ]にマトリックスＢを乗算したものであり、２つ目は目標位置軌道ｒ[ｋ]にマトリックスＭを乗算したものである。３つ目は観測位置ｙ[ｋ]とオブザーバ制御部３３０を動作させたときの推定位置ｘ[ｋ]との差分（誤差）にマトリックスＬを乗算したものである。４つ目は状態変数（ｘ[ｋ]、ｖ[ｋ]、ｕ[ｋ−１]）にマトリックスＡを乗算したものである。第２の加算器３３１はこれらを加算して出力する。この出力が、次サンプルでの状態量（ここでは位置と速度、すなわち、ｘ［ｋ＋１］、ｖ［ｋ＋１］）になる。

更に、オブザーバ制御部３３０は第２の加算器３３１の出力に演算子１／ｚを乗算して、現在時刻での推定した状態量（ｋ［ｋ］、ｖ［ｋ］）を出力する。

状態フィードバック部３４０は、オブザーバ制御部３３０の出力にマトリックス−Ｆを乗算して電流ｕ［ｋ］を出力する。また、状態フィードバック部３４０はその出力ｕ［ｋ］を再びオブザーバ制御部３３０に出力する。

本構成では、状態フィードバック部３４０の出力ｕ[ｋ]と二自由度制御ゲイン乗算部３２０の一方の出力（Ｎ＊ｒ[ｋ]）とを加算して電流ｕ＿ｖｃｍを出力する。

尚、本構成で出力される電流ｕ＿ｖｃｍは、図９の点線の矢印で示すように、プラント（Ｐ）３３であるアクチュエータ１４に与える電流である。そして、アクチュエータ１４からの出力に基づいて観測位置ｙ［ｋ］が出力され（例えば、位置検出回路２２で観測位置を検出する）、再び本構成のオブザーバ制御部３３０に入力されるようにフィードバックループが構成される。

以上の構成例から、目標位置軌道ｒ［ｋ］を供給することのできる二自由度制御系を構成して、磁気ヘッド１３（又はアクチュエータ１４）に対するシーク制御を実現することができる。

図１０乃至図１２は、シーク時間中にどのように電流値、位置誤差が変化するかを示す実験結果のグラフである。図７や図９に示す位置軌道生成部３１０の波形生成器３１２にシーク時間を与えた場合に、図９に示す電流の出力がどのように変化するか、そしてその電流をアクチュエータ１４に与えた場合に目標位置までの位置誤差がどのように変化するかの例を示している。

図１０に示すように、上段に示すシーク時間を与えたときに、出力される電流は図１０の中段に示す形となった。シーク時間内に理想的な矩形波状の電流波形が得られている。やや滑らかな波形となっているのは、ＦＩＲフィルタ３１８を通して目標位置軌道ｒ［ｋ］を与えているためである。そのため、電流波形も矩形波を滑らかにした形となっている。

また、アクチュエータ１４に流れる電流はシーク時間内に略「０」となり、シーク制御が終了していることが示される。図１０の下段に示す位置誤差も略シーク時間内に「０」となった。従って、本制御構成により、目標位置への磁気ヘッド１３のシーク時間を早くすることができる。

シーク時間を除々に多くした場合、図１１や図１２に示すように、電流と位置誤差は図１０と略同様な波形を得ることができた。いずれの場合も、理想的な電流波形を得ることができた。よって、この場合でもシーク時間を早くすることができる。

以上から、図９に示す二自由度制御系では、目標位置軌道を供給するのみでシーク制御を実現することができる。

この目標位置軌道として与えている矩形波は、例えば、図１３（Ａ）に示す波形である。即ち、加速度が加速から減速に変化するような矩形波である。但し、横軸、縦軸ともに１に正規化して表現している。この加速度の波形は、波形生成器３１２から出力される加速度の軌道の例である。波形生成器３１２から出力される速度、位置の各軌道もこの加速度の軌道に従い矩形波の形状となる。

図１３（Ｂ）と図１３（Ｃ）はその加速度を与えたときのアクチュエータ１４に流れる電流と磁気ヘッド１３の位置のグラフを示す。図１３（Ｂ）に示すようにかかる矩形波の波形でも、図９に示す二自由度制御系から出力される電流は、ＦＩＲフィルタ３１８により滑らかになっているものの、理想的な矩形波状の電流波形を得ることができた。

図１４乃至図１７には、矩形波以外の本制御系の構成に与えるべき波形の例を示している。このうち、図１４は、波形生成器３１２から出力される加速度、速度、位置の各軌道が台形波で表わされた場合、図１５は各軌道が正弦波で表わされた場合の例を示す。

台形波、正弦波で各軌道が表わされた場合でも、図１４（Ｂ）や図１５（Ｂ）に示すように、いずれも理想的な電流波形を得ることができた。

図１６、図１７は、磁気ヘッド１３の移動開始時刻からの経過時間の多項式で加速度、速度、位置の各軌道が表現された場合の例である。

前述の特許文献１に記載されているように、磁気ヘッド１３（又はアクチュエータ１４）の目標位置をＸ_１、目標速度をＸ_２、目標加速度をＸ_３として、
Ｘ_１＝−６０ａ〔０．１（ｔ／Ｔ）^５−０．２５（ｔ／Ｔ）^４＋（１／６）（ｔ／Ｔ）^３〕＋ａ ・・・（９）
Ｘ_２＝−６０ａ〔０．５（ｔ／Ｔ）^４−（ｔ／Ｔ）^３＋０．５（ｔ／Ｔ）^２〕／Ｔ
・・・（１０）
Ｘ_３＝−６０ａ〔２（ｔ／Ｔ）^３−３（ｔ／Ｔ）^２＋（ｔ／Ｔ）〕／Ｔ^２
・・・（１１）
として表わすことができる。ここで、ａは移動距離、ｔはシーク開始後の経過時間、Ｔは目標移動時間である。この（９）式乃至（１１）式を簡単化すると、目標加速度Ｘ_３、目標速度Ｘ_２、目標位置Ｘ_１は夫々、
Ｘ_３∝（ｔ／Ｔ）＊（ｔ／Ｔ−０．５）＊（ｔ／Ｔ−１） ・・・（１２）
Ｘ_２＝∫Ｘ_３ｄｔ ・・・（１３）
Ｘ_１＝∫∫Ｘ_３ｄｔ^２ ・・・（１４）
となる。

波形生成器３１２は、これらの式（１２）乃至（１４）に従う各軌道を出力する。このときの加速度の軌道を示したのが、図１６（Ａ）の例である。速度、位置の各軌道は図１６（Ａ）の軌道に従う。

この場合も、図１６（Ｂ）に示すように、上述の例と同様に理想的な電流の出力波形を得ることができた。

更に、前述の特許文献２に記載されているように、目標移動軌道は、
Ｖ_０（ｔ／Ｔ）^ｋ〔１−（ｔ／Ｔ）〕^ｊ ・・・（１５）
で示すことができる。但し、Ｖ_０は定数、ｔはシーク開始後の経過時間、Ｔは移動目標時間、ｋは２以上の冪乗数、ｊは３以上の冪乗数である。

この（１５）式を簡単化すると、加速度Ｘ_３、速度Ｘ_２、目標位置Ｘ_１は、
Ｘ_３∝（ｔ／Ｔ）^ｐ＊（ｔ／Ｔ−０．５）＊（ｔ／Ｔ−１）^ｐ ・・・（１５）
Ｘ_２＝∫Ｘ_３ｄｔ ・・・（１６）
Ｘ_１＝∫∫Ｘ_３ａｄｔ^２ ・・・（１７）
と示すことができる。但し、ｐは冪乗数である。

図１７（Ａ）の例は、上述の式（１５）を用いたときの例である。この場合も、図１７（Ｂ）に示すように、図９に示す二自由度制御系から理想的な電流の出力波形を得ることができた。

以上から図１４乃至図１７に示す例においても、図１０等の例と同様の作用効果を得ることができる。

上述した例では、ディスク装置としてハードディスクを利用した磁気ディスク装置１を例にして説明した。勿論、ＣＤやＤＶＤなどの光ディスク装置や、ＭＯやＭＤなどの光磁気ディスク装置など、磁気ディスク装置１以外のディスク装置でも本実施例を適用可能で上述した例と同様の作用効果を奏する。

また、本ディスク装置を搭載した情報処理システムにも適用可能である。情報処理システムの例としては、パーソナルコンピュータやＲＡＩＤ（Redundant Array of Inexpensive Disks）構成のコンピュータ（又は情報記録再生装置）、更に、ＴＶ、映像や音声を記録再生する記録再生装置（いわゆる、ＨＤＤレコーダなど）、情報携帯端末（例えば、ＰＤＡ（Personal Digital Assistance）や携帯電話、携帯型音楽再生装置など）等にも適用される。これらの場合でも上述した例と同様の作用効果を得る。

以上まとめると付記のようになる。

（付記１）
ヘッドが搭載されたアクチュエータを駆動して前記ヘッドを位置決めする制御装置において、
前記ヘッドのシーク開始時刻からの経過時間に応じた目標位置、目標速度、目標加速度の３つの軌道を生成する軌道生成部と、
前記軌道生成部で生成された前記各軌道を合成する合成部と、
前記合成部から出力された合成軌道から、二自由度制御部に供給する目標位置軌道を生成するＦＩＲ型フィルタと、
を備えることを特徴とする制御装置。

（付記２）
前記二自由度制御部は前記目標位置軌道を用いて前記アクチュエータを駆動することで、前記ヘッドのシーク制御を行うことを特徴とする付記１記載の制御装置。

（付記３）
前記軌道生成部は、前記ヘッドの移動開始時刻からの経過時間の多項式で表現された３つの前記各軌道を生成することを特徴とする付記１又は２記載の制御装置。

（付記４）
前記多項式は、目標加速度をＸ_３、目標速度をＸ_２、目標位置をＸ_１とし、シーク開始時刻からの経過時間をｔ、シーク時間をＴとすると、
Ｘ_３∝（ｔ／Ｔ）＊（ｔ／Ｔ−０．５）＊（ｔ／Ｔ−１）
Ｘ_２＝∫Ｘ_３ｄｔ
Ｘ_１＝∫∫Ｘ_３ｄｔ^２
で示されることを特徴とする付記３記載の制御装置。

（付記５）
前記多項式は、目標加速度をＸ_３、目標速度をＸ_２、目標位置をＸ_１とし、シーク開始時刻からの経過時間をｔ、シーク時間をＴ、冪乗数をｐとすると、
Ｘ_３∝（ｔ／Ｔ）^ｐ＊（ｔ／Ｔ−０．５）＊（ｔ／Ｔ−１）^ｐ
Ｘ_２＝∫Ｘ_３ｄｔ
Ｘ_１＝∫∫Ｘ_３ａｄｔ^２
で示されることを特徴とする付記３記載の制御装置。

（付記６）
前記軌道生成部は、矩形波、正弦波、台形波、のいずれかにより表現された３つの前記各軌道を生成することを特徴とする付記１又は２記載の制御装置。

（付記７）
前記軌道生成部は、前記３つの軌道を記憶したテーブルを備え、前記経過時間に応じて前記テーブルから前記各軌道を読み出して前記各軌道を生成することを特徴とする付記１又は２記載の制御装置。

（付記８）
ディスクに対してヘッドの位置を位置決めするディスク装置において、
前記ヘッドを駆動するアクチュエータと、
前記ヘッドのシーク開始時刻からの経過時間に応じた目標位置、目標速度、目標加速度の３つの軌道を生成する軌道生成部と、
前記軌道生成部で生成された前記各軌道を合成する合成部と、
前記合成部から出力された合成軌道から目標位置軌道を生成するＦＩＲ型フィルタと、
前記目標位置軌道を用いて前記アクチュエータを駆動することで前記ヘッドのシーク制御を行う二自由度制御部と、
を備えることを特徴とするディスク装置。

（付記９）
ヘッドが搭載されたアクチュエータを駆動して前記ヘッドを位置決めするためのシーク軌道を生成するシーク軌道生成方法において、
前記ヘッドのシーク開始時刻からの経過時間に応じた目標位置、目標速度、目標加速度の３つの軌道を生成し、
生成された前記各軌道を合成し、
合成された合成軌道から、ＦＩＲ型フィルタを通して、二自由度制御部に供給するシーク軌道を生成する、
ことを特徴とするシーク軌道生成方法。

（付記１０）
ヘッドが搭載されたアクチュエータを駆動して前記ヘッドを位置決め制御する位置決め制御方法において、
前記ヘッドのシーク開始時刻からの経過時間に応じた目標位置、目標速度、目標加速度の３つの軌道を生成し、
生成された前記各軌道を合成し、
合成された合成軌道からＦＩＲ型フィルタを通してシーク軌道を生成し、
生成された前記シーク軌道が供給され二自由度制御部において前記アクチュエータを駆動することで前記ヘッドのシーク制御を行うことを特徴とする位置決め制御方法。

本発明が適用される磁気ディスク装置の構成例を示す図である。 磁気ディスクに記録された位置信号の記録位置の例を示す図である。 位置信号の記録フォーマットの例を示す図である。 位置信号を読み出したときの波形図の例を示す図である。 シーク動作の説明図である。 図６（Ａ）は二自由度制御系の構成例であり、図６（Ｂ）は図６（Ａ）を２次のＬＰＦに近似した構成例であり、図７（Ｃ）は逆関数を含む制御系の構成例である。 位置軌道生成部の構成例である。 図８（Ａ）及び（Ｂ）は、ＦＩＲフィルタの特性例である。 オブザーバ制御系を含む二自由度制御系の構成例である。 二自由度制御系における実験結果の例である。 二自由度制御系における実験結果の例である。 二自由度制御系における実験結果の例である。 図１３（Ａ）は矩形波の例を示し、図１３（Ｂ）及び（Ｃ）は図１３（Ａ）に示す矩形波を与えたときの実験結果の例である。 図１４（Ａ）は台形波の例を示し、図１４（Ｂ）及び（Ｃ）は図１４（Ａ）に示す台形波を与えたときの実験結果の例である。 図１５（Ａ）は正弦波の例を示し、図１５（Ｂ）及び（Ｃ）は図１５（Ａ）に示す正弦波を与えたときの実験結果の例である。 図１６（Ａ）は多項式による波形の例を示し、図１６（Ｂ）及び図１６（Ｃ）は図１６（Ａ）に示す波形を与えたときの実験結果の例である。 図１７（Ａ）は多項式による波形の例を示し、図１７（Ｂ）及び図１７（Ｃ）は図１７（Ａ）に示す波形を与えたときの実験結果の例である。

符号の説明

１ 磁気ディスク装置
１０ 磁気ディスク
１３ 磁気ヘッド
１４ アクチュエータ
１６ 位置信号（サーボ信号）
２１ ボイスコールメータ（ＶＣＭ）駆動回路
２２ 位置検出回路
２８ リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）
３０ マイクロコントローラ（ＭＣＵ）
３１ フィルタ（Ｒ）
３２ コントローラ（Ｃ）
３３ プラント（Ｐ）
３１０ 位置軌道生成部
３１２ 波形生成器
Ｋａ、Ｋｖ、Ｋｐ ゲイン
３１６ 第１の加算器
３１８ ＦＩＲフィルタ
３２０ 二自由度制御ゲイン乗算部
３３０ オブザーバ制御部
３３１ 第２の加算器
３４０ 状態フィードバック部

Claims (7)

1. ヘッドが搭載されたアクチュエータを駆動して前記ヘッドを位置決めする制御装置において、
   前記ヘッドのシーク開始時刻からの経過時間に応じた目標位置、目標速度、目標加速度の３つの軌道を生成する軌道生成部と、
   前記軌道生成部で生成された前記各軌道を合成する合成部と、
   前記合成部から出力された合成軌道から、二自由度制御部に供給する目標位置軌道を生成するＦＩＲ型フィルタと、
   を備えることを特徴とする制御装置。
2. 前記二自由度制御部は前記目標位置軌道を用いて前記アクチュエータを駆動することで、前記ヘッドのシーク制御を行うことを特徴とする請求項１記載の制御装置。
3. 前記軌道生成部は、前記ヘッドの移動開始時刻からの経過時間の多項式で表現された３つの前記各軌道を生成することを特徴とする請求項１又は２記載の制御装置。
4. 前記軌道生成部は、矩形波、正弦波、台形波、のいずれかにより表現された３つの前記各軌道を生成することを特徴とする請求項１又は２記載の制御装置。
5. ディスクに対してヘッドの位置を位置決めするディスク装置において、
   前記ヘッドを駆動するアクチュエータと、
   前記ヘッドのシーク開始時刻からの経過時間に応じた目標位置、目標速度、目標加速度の３つの軌道を生成する軌道生成部と、
   前記軌道生成部で生成された前記各軌道を合成する合成部と、
   前記合成部から出力された合成軌道から目標位置軌道を生成するＦＩＲ型フィルタと、
   前記目標位置軌道を用いて前記アクチュエータを駆動することで前記ヘッドのシーク制御を行う二自由度制御部と、
   を備えることを特徴とするディスク装置。
6. ヘッドが搭載されたアクチュエータを駆動して前記ヘッドを位置決めするためのシーク軌道を生成するシーク軌道生成方法において、
   前記ヘッドのシーク開始時刻からの経過時間に応じた目標位置、目標速度、目標加速度の３つの軌道を生成し、
   生成された前記各軌道を合成し、
   合成された合成軌道から、ＦＩＲ型フィルタを通して、二自由度制御部に供給するシーク軌道を生成する、
   ことを特徴とするシーク軌道生成方法。
7. ディスクに対してヘッドの位置を位置決めするディスク装置を有する情報処理システムにおいて、
   前記ディスク装置には、
   前記ヘッドを駆動するアクチュエータと、
   前記ヘッドのシーク開始時刻からの経過時間に応じた目標位置、目標速度、目標加速度の３つの軌道を生成する軌道生成部と、
   前記軌道生成部で生成された前記各軌道を合成する合成部と、
   前記合成部から出力された合成軌道から目標位置軌道を生成するＦＩＲ型フィルタと、
   前記目標位置軌道を用いて前記アクチュエータを駆動することで前記ヘッドのシーク制御を行う二自由度制御部と、
   を備えることを特徴とする情報処理システム。

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