JP4078184B2 - ディスク装置およびその制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、記録媒体であるディスクの目標トラックにヘッドを位置決めするディスク装置において、装置に加わる外乱に起因してヘッドがトラックずれを起こすことを抑制するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、情報記録用のディスク装置は、小型化、大容量化が急速に進んでいる。例えば磁気ディスク装置の大容量化については、磁気ディスクのトラック密度の高密度化が進み、トラックピッチはさらに狭くなる傾向にある。そのため、ディスクにデータを記録、再生する上で、狭いトラックピッチで形成された目標トラックに磁気ヘッドを高精度で位置決めすることが必要になってきている。
【０００３】
従来、例えば磁気ディスク装置においては、磁気ヘッドを位置決めするために磁気ディスクにサーボ情報を予め記録、形成しておき、このサーボ情報に従ってヘッドの位置決め制御が行われていた。すなわち、サーボ情報をヘッドで読み取ることにより、目標トラックに対するヘッドの位置誤差を示す位置誤差信号を生成し、この位置誤差信号の大きさを最小にするようにヘッドを位置決め制御していた。
【０００４】
この場合に、ヘッドの位置決め精度を高くするための一手法として、ヘッドの位置決め制御系の制御周波数を高く設定し、ヘッドを目標トラックに位置決めするトラックフォローイングの動作を迅速化して必要な位置決め精度を確保していた。
【０００５】
ところで、位置決め手段のアクチュエータ自体には高次の固有機械共振が存在する場合がある。位置決め精度を高くするために制御周波数を高くすると、その固有機械共振により位置決め制御系が不安定になってしまう。実際にはアクチュエータ自体の固有機械共振により、制御周波数の帯域が制限され、位置決め制御系の制御周波数を高くすることには限界があった。近年のトラック密度の高密度化およびアクチュエータの小型軽量化により、アクチュエータに作用する外乱が位置決め制御系に及ぼす影響は大きくなってきている。しかも、ディスク装置の小型化と高記録密度化に伴って、ヘッドの高精度位置決めに対する要求は厳しくなる一方である。そこで、ヘッドの位置決め精度を高くする別の手法として、位置決め精度悪化の要因となるアクチュエータに作用する外乱（軸受摩擦や弾性力、衝撃や振動により受ける慣性力など）を低減することが行われている。すなわち、サーボ情報から得たヘッド位置信号とアクチュエータに対する駆動信号とに基づいて外乱を推定し、フィードフォワード制御により外乱を補償する。これにより、ヘッドの位置決め精度を高くする方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−２３１７０１号公報（第４−５頁、図１−２）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来の技術で述べたディスク装置においては、アクチュエータの軸受摩擦やアクチュエータと電子回路基板とを接続するフレキシブルプリント回路（ＦＰＣ）の弾性力やディスク装置に外部から加わる衝撃や振動によりアクチュエータが受ける慣性力などの外乱を推定するための外乱推定手段を設けている。この外乱推定手段は、ヘッド位置信号とアクチュエータの駆動信号とを入力して作用させている。しかしながら、ディスクに記録されたサーボ情報は一定のサンプリング周期をもつ離散的な状態でディスクに記録されているため、ヘッド位置信号は連続信号ではない。外乱推定手段が外乱を推定できる制御帯域は、セクタサーボのサンプリング周波数の影響を受け、上限が存在することになる。この上限の存在が、アクチュエータに加わる外乱を常に正確に推定して、アクチュエータに加わる外乱の影響を、実使用において何ら支障を生じさせないまで軽減することをきわめて難しくしていた。その結果、ヘッドを目標トラックに対して常に正確に追従させることができないという課題が生じていた。
【０００８】
さらに、アクチュエータの駆動コイルの抵抗値にばらつきがあったり、あるいは駆動コイルに駆動電流を通電したときに発熱し温度上昇のため抵抗値が変化したりすると、外乱推定手段を含めた位置決め制御系が不安定になるという課題も残されていた。
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、アクチュエータに作用する外乱を正確に検出し、目標トラックに対するヘッドの位置決め精度を向上させ、かつ安定に動作させるとともに、アクチュエータの駆動コイルの抵抗値がばらついたり、抵抗値変化があるときでも、ヘッドの位置決め精度を低下させることのないディスク装置を実現することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
アクチュエータ手段に加わる軸受摩擦や弾性力、衝撃や振動により受ける慣性力などによる外乱を打ち消すために、その外乱の大きさを推定する。この外乱の大きさの推定に際して、２つの要素を用いる。１つは、アクチュエータ手段の駆動において誘起される電圧を検出し、その検出結果としての電圧信号を用いる。もう１つは、アクチュエータ手段の駆動手段における駆動信号である。ここで、駆動手段における駆動信号としては、駆動手段に入力するものであってもよいし、あるいは、駆動手段から出力するものであってもよい。また、駆動手段における駆動信号に代えて、その駆動信号を生成するもとになる位置制御信号を用いてもよい。すなわち、外乱の大きさを推定するための外乱推定手段を設け、この外乱推定手段をもって、アクチュエータ手段の駆動において誘起される電圧を電圧検出手段が検出した電圧信号と駆動手段における駆動信号または位置制御信号とを入力として、外乱推定信号を生成させる。２つの要素に基づいて生成した外乱推定信号は、ヘッドに実際に加わる外乱の大きさを正確に推定したものとなる。この結果、アクチュエータ手段が受ける外乱の大きさを正確に推定することができる。その推定にかかわる外乱が外乱推定信号となる。外乱推定手段は、駆動信号、位置制御信号のいずれかと、アクチュエータ手段の駆動で誘起される電圧信号とに基づいて外乱推定信号を生成するものであり、誘起される電圧信号は連続した信号である。そのため、ディスクに離散的な状態で記録されているサーボ情報を読み取った結果の不連続なヘッド位置信号を用いて外乱を推定する従来技術に比べて、外乱の推定をより正確に行うことができる。
【００１１】
一方、駆動コイルの抵抗値ばらつき、抵抗値変化がある場合、オープンループゲインが零になるゲイン交点周波数での位相に位相余裕がなくなり、制御系が不安定になる。そこで、本発明では、駆動信号をヘッド位置の位置制御信号と外乱推定信号とに基づいて生成するにおいて、フィルタ手段によって外乱推定信号の高域周波数成分を遮断してフィルタ信号となす。その上でヘッド位置の位置制御信号とフィルタ信号とを合成することにより駆動信号を生成している。
【００１２】
このように構成することにより、フィルタ低域遮断周波数より周波数の高い高域周波数成分はフィルタ手段により遮断される。外乱推定手段の出力する外乱推定信号の高域周波数成分は、等価的に駆動信号には含まれないことになる。その結果、アクチュエータ手段の駆動コイルの抵抗値が抵抗ばらつきや温度上昇のために変化しても、ゲイン交点周波数での位相余裕を確保でき、安定なヘッド位置決め制御系を構成することができる。
【００１３】
以上のようにして正確に推定した外乱推定信号をもってアクチュエータ手段に加わる外乱を打ち消すように、補正手段において、上記のフィルタリング後の外乱推定信号（フィルタ信号）を位置制御手段からの位置制御信号に合成して駆動信号を生成する。その駆動信号を用いてヘッドのアクチュエータ手段を駆動することにより、アクチュエータ手段に加わる軸受摩擦や弾性力や慣性力などの外乱を良好に打ち消すことができる。すなわち、アクチュエータ手段に作用する外乱に対する補償を行うことができるので、目標トラックに向かうフォローイング動作時にアクチュエータ手段に作用する外乱の変動が大きくても、ヘッドの目標トラックへの位置決め制御を安定に行うことができる。さらには、アクチュエータ手段の駆動コイルの抵抗値が抵抗ばらつきや温度上昇のために変化しても、ヘッドの目標トラックへの位置決め制御を安定に行うことができる。すなわち、より多様な条件変化に対して、位置決め精度を向上させることができる。また、その副次的効果として、実質的に、トラック密度の向上を可能となし、大容量のディスク装置の実現化を促すことができる。
【００１４】
別の解決手段として、本発明は、次のような手段を講じる。外乱推定手段において、ｋ1を１よりも大きい実数の係数として、駆動信号をｋ1倍して得られた信号と電圧信号とに基づいて外乱推定信号を生成する。そして、ｋ2を１よりも大きい実数の係数として、補正手段において、外乱推定信号を１／ｋ2倍した信号と位置制御信号を合成して駆動信号を生成する。これによって、位置誤差信号からヘッド位置までのオープンループゲインの変化が小さなものに抑えられる。その結果、アクチュエータ手段の駆動コイルの抵抗値が、抵抗ばらつきや温度上昇により変化しても位置決め制御系を安定化することができる。なお、この場合に、上記のフィルタ手段を併用すれば、さらに好ましい結果が得られる。
【００１５】
以下、上記で説明した本発明をより具体的レベルで記述する。
【００２４】
第１の解決手段として、本発明によるディスク装置は、ディスクに対してヘッドの位置決めを行うアクチュエータ手段と、入力される駆動信号に応じて前記アクチュエータ手段を駆動する駆動手段と、前記アクチュエータ手段の駆動において誘起される電圧を検出し、電圧信号を出力する電圧検出手段と、１よりも大きい実数の係数をｋ1として、前記駆動信号をｋ1倍した信号と前記電圧信号から前記ヘッドに加わる外乱の大きさを推定し、外乱推定信号を生成する外乱推定手段と、前記ディスクに予め記録され、前記ヘッドにより検出されるサーボ情報から前記ヘッドの現在位置に対応した位置誤差信号を生成し、出力する位置検出手段と、前記位置誤差信号に対応した位置制御信号を生成し、出力する位置制御手段と、前記位置制御信号と前記外乱推定信号が入力され、１よりも大きい実数の係数をｋ2として、前記外乱推定信号を１／ｋ2倍した信号と前記位置制御信号とを合成して前記駆動信号を生成し、出力する補正手段とを具備している。なお、この構成において、駆動手段における駆動信号としては、駆動手段に入力するものであってもよいし、あるいは、駆動手段から出力するものであってもよく、この点は以下でも同様である。
【００２５】
この第１の解決手段による作用は次のとおりである。外乱推定手段は、アクチュエータ手段を駆動するための駆動手段に与える駆動信号とアクチュエータ手段から検出した電圧信号とに基づいて、アクチュエータ手段が受ける外乱の大きさを正確に推定することができる。その推定にかかわる外乱が外乱推定信号である。ここで、特に、目標トラックにヘッドを追従させるフォローイング動作時において駆動信号と電圧信号とからアクチュエータ手段に加わる外乱の大きさを正確に推定できることが重要である。それは、アクチュエータ手段から検出した電圧信号は、アクチュエータ手段の駆動において誘起された電圧であって、ディスクに記録されているサーボ情報が離散的なものであるのとは違って、連続的な信号となっているからである。
以上のようにして正確に推定した外乱推定信号をもってアクチュエータ手段に加わる外乱を打ち消すように、その外乱推定信号をフィルタ手段を介して高域周波数成分を遮断した後、位置制御手段が出力する位置制御信号に合成して駆動信号を生成する。その駆動信号をもってヘッドのアクチュエータ手段を駆動すれば、アクチュエータ手段に加わる外乱を良好に打ち消すことができる。すなわち、アクチュエータ手段に作用する外乱に対する補償を行うことができるので、目標トラックに向かうフォローイング動作時に外乱の変動が大きくても、ヘッドの目標トラックへの位置決め制御を安定に行うことができる。特に、アクチュエータ手段の駆動コイルの抵抗値が抵抗ばらつきや温度上昇のために変化しても、ヘッドの目標トラックへの位置決め制御を安定に行うことができる。すなわち、より多様な条件変化に対して、位置決め精度を向上させることができる。
さらに、駆動信号は、ｋ1倍（ｋ1>>１）した上で外乱推定手段に与えるとともに、外乱推定信号は、１／ｋ2倍（ｋ2>>１）した上で補正手段に与えているので、位置誤差信号からヘッド位置までのオープンループゲインの変化を小さく抑えることができる。これにより、アクチュエータ手段の駆動コイルの抵抗値が、抵抗ばらつきや温度上昇により変化しても位置決め制御系を安定化することができる。すなわち、より多様な条件変化に対しても、位置決め精度を向上させることができる。なお、この場合に、第１の解決手段におけるフィルタ手段を併用すれば、さらに好ましい結果が得られる。
【００２６】
上記第１の解決手段をディスク装置の制御方法として記述すると、次のようになる。すなわち、ディスクに予め記録され、ヘッドにより検出されるサーボ情報から前記ヘッドの現在位置に対応した位置誤差信号を生成し、前記位置誤差信号に対応した位置制御信号を生成し、１よりも大きい実数の係数をｋ1として、前記ヘッドの位置決めを行うアクチュエータ手段の駆動信号をｋ1倍した信号と前記アクチュエータ手段の駆動において誘起される電圧信号から前記ヘッドに加わる外乱の大きさを推定して外乱推定信号を生成し、１よりも大きい実数の係数をｋ2として、前記外乱推定信号を１／ｋ2倍した信号と前記位置制御信号とを合成して前記駆動信号を生成し、前記駆動信号により前記ディスクに対して前記ヘッドの位置決めを行う。このディスク装置の制御方法によれば、上記同様の作用を発揮する。
【００２７】
第２の解決手段として、本発明によるディスク装置は、ディスクに対してヘッドの位置決めを行うアクチュエータ手段と、入力される駆動信号に応じてアクチュエータ手段を駆動する駆動手段と、アクチュエータ手段の駆動において誘起される電圧を検出し、電圧信号を出力する電圧検出手段と、ディスクに予め記録され、ヘッドにより検出されるサーボ情報からヘッドの現在位置に対応した位置誤差信号を生成し、出力する位置検出手段と、位置誤差信号に対応した位置制御信号を生成し、出力する位置制御手段と、１よりも大きい実数の係数をｋ1として、位置制御信号をｋ1倍した信号と電圧信号からヘッドに加わる外乱の大きさを推定し、外乱推定信号を生成する外乱推定手段と、位置制御信号と外乱推定信号とが入力され、１よりも大きい実数の係数をｋ2として、外乱推定信号を１／ｋ2倍した信号と位置制御信号を合成して駆動信号を出力する補正手段とを具備した構成を有している。
【００２８】
この構成により、外乱推定手段は、アクチュエータ手段を駆動するため駆動手段に与えるように位置制御手段から出力された位置制御信号とアクチュエータ手段から検出した電圧信号とに基づいて、アクチュエータ手段が受ける外乱の大きさを正確に推定することができる。特に、目標トラックにヘッドを追従させるフォローイング動作時において位置制御信号と電圧信号とからアクチュエータ手段に加わる外乱の大きさを正確に推定できることとなり、正確に推定した外乱推定信号をもってアクチュエータ手段に加わる外乱を打ち消すように、その外乱推定信号を位置制御手段が出力する位置制御信号に合成して駆動信号を生成する。その駆動信号をもってヘッドのアクチュエータ手段を駆動すれば、アクチュエータ手段に加わる軸受摩擦や弾性力や慣性力などの外乱を良好に打ち消すことができる。すなわち、アクチュエータ手段に作用する外乱に対する補償を行うことができるので、目標トラックに向かうフォローイング動作時に外乱の変動が大きくても、さらには、アクチュエータ手段の駆動コイルの抵抗値が抵抗ばらつきや温度上昇のために変化しても、ヘッドの目標トラックへの位置決め制御を安定に行うことができる。すなわち、より多様な条件変化に対して、位置決め精度を向上させることができる。
【００２９】
上記第２の解決手段をディスク装置の制御方法として記述すると、次のようになる。すなわち、ディスクに予め記録され、ヘッドにより検出されるサーボ情報から前記ヘッドの現在位置に対応した位置誤差信号を生成し、前記位置誤差信号に対応した位置制御信号を生成し、１よりも大きい実数の係数をｋ1として、前記位置制御信号をｋ1倍した信号と前記アクチュエータ手段の駆動において誘起される電圧信号から前記ヘッドに加わる外乱の大きさを推定して外乱推定信号を生成し、１よりも大きい実数の係数をｋ2として、前記外乱推定信号を１／ｋ2倍した信号と前記位置制御信号を合成して前記駆動信号を生成し、前記駆動信号により前記ディスクに対して前記ヘッドの位置決めを行う。このディスク装置の制御方法によれば、上記同様の作用を発揮する。
【００３１】
第３の解決手段として、本発明によるディスク装置は、ディスクに対してヘッドの位置決めを行うアクチュエータ手段と、入力される駆動信号に応じて前記アクチュエータ手段を駆動する駆動手段と、前記アクチュエータ手段の駆動において誘起される電圧を検出し、電圧信号を出力する電圧検出手段と、１よりも大きい実数の係数をｋ1として、前記駆動信号をｋ1倍した信号と前記電圧信号から前記ヘッドに加わる外乱の大きさを推定し、外乱推定信号を生成する外乱推定手段と、前記ディスクに予め記録され、前記ヘッドにより検出されるサーボ情報から前記ヘッドの現在位置に対応した位置誤差信号を生成し、出力する位置検出手段と、前記位置誤差信号に対応した位置制御信号を生成し、出力する位置制御手段と、前記位置制御信号と前記外乱推定信号が入力され、１よりも大きい実数の係数をｋ2として、前記外乱推定信号を１／ｋ2倍した信号の高域周波数成分を遮断してフィルタ信号を生成し、前記位置制御信号と前記フィルタ信号とを合成して前記駆動信号を生成し、出力する補正手段とを具備した構成を有している。
【００３２】
上記第３の解決手段をディスク装置の制御方法として記述すると、次のようになる。すなわち、ディスクに予め記録され、ヘッドにより検出されるサーボ情報から前記ヘッドの現在位置に対応した位置誤差信号を生成し、前記位置誤差信号に対応した位置制御信号を生成し、１よりも大きい実数の係数をｋ1として、前記ヘッドの位置決めを行うアクチュエータ手段の駆動信号をｋ1倍した信号と前記アクチュエータ手段の駆動において誘起される電圧信号から前記ヘッドに加わる外乱の大きさを推定して外乱推定信号を生成し、１よりも大きい実数の係数をｋ2として、前記外乱推定信号を１／ｋ2倍した信号の高域周波数成分を遮断してフィルタ信号を生成し、前記位置制御信号と前記フィルタ信号とを合成して前記駆動信号を生成し、前記駆動信号により前記ディスクに対して前記ヘッドの位置決めを行う。
【００３３】
また、第４の解決手段として、本発明によるディスク装置は、ディスクに対してヘッドの位置決めを行うアクチュエータ手段と、入力される駆動信号に応じて前記アクチュエータ手段を駆動する駆動手段と、前記アクチュエータ手段の駆動において誘起される電圧を検出し、電圧信号を出力する電圧検出手段と、前記ディスクに予め記録され、前記ヘッドにより検出されるサーボ情報から前記ヘッドの現在位置に対応した位置誤差信号を生成し、出力する位置検出手段と、前記位置誤差信号に対応した位置制御信号を生成し、出力する位置制御手段と、１よりも大きい実数の係数をｋ1として、前記位置制御信号をｋ1倍した信号と前記電圧信号から前記ヘッドに加わる外乱の大きさを推定し、外乱推定信号を生成する外乱推定手段と、前記位置制御信号と前記外乱推定信号が入力され、１よりも大きい実数の係数をｋ2として、前記外乱推定信号を１／ｋ2倍した信号の高域周波数成分を遮断してフィルタ信号を生成し、前記位置制御信号と前記フィルタ信号とを合成して前記駆動信号を生成し、出力する補正手段とを具備した構成を有している。
【００３４】
上記第４の解決手段をディスク装置の制御方法として記述すると、次のようになる。すなわち、ディスクに予め記録され、ヘッドにより検出されるサーボ情報から前記ヘッドの現在位置に対応した位置誤差信号を生成し、前記位置誤差信号に対応した位置制御信号を生成し、１よりも大きい実数の係数をｋ1として、前記位置制御信号をｋ1倍した信号と前記アクチュエータ手段の駆動において誘起される電圧信号から前記ヘッドに加わる外乱の大きさを推定して外乱推定信号を生成し、１よりも大きい実数の係数をｋ2として、前記外乱推定信号を１／ｋ2倍した信号の高域周波数成分を遮断してフィルタ信号を生成し、前記位置制御信号と前記フィルタ信号とを合成して前記駆動信号を生成し、前記駆動信号により前記ディスクに対して前記ヘッドの位置決めを行う。
【００３５】
上記第３および第４の解決手段によれば相乗効果があり、駆動コイルの抵抗値の変化幅がかなり大きくても、より高い制御周波数帯域にわたって、安定なヘッドの位置決め制御を行うことができる。
【００３６】
上記の第１ないし第４の解決手段において、好ましい態様は、前記係数ｋ1，ｋ2をほぼ等しく設定することである。
【００３７】
これによれば、位置制御信号からアクチュエータ手段への駆動電流までの実質的な伝達関数において、アクチュエータ手段の駆動コイルの抵抗値にかかわる成分は、これをネグレクトしてもよい状態とすることができる。したがって、アクチュエータ手段の駆動コイルの抵抗値が抵抗ばらつきや温度上昇のために変化しても、ヘッドの目標トラックへの位置決め制御を充分に安定に行うことができる。
【００３８】
駆動信号と位置制御信号のうち駆動信号を外乱推定手段に与える上記の第１または第３の解決手段において、次のように構成することは好ましいものである。すなわち、前記外乱推定手段の構成につき、前記電圧検出手段の検出した電圧信号が入力される比較手段と、前記駆動信号をｋ1倍した信号に第１の伝達関数からなる係数を乗算する第１の乗算手段と、前記比較手段の出力に第２の伝達関数からなる係数を乗算する第２の乗算手段と、前記比較手段の出力を積分する第１の積分手段と、前記第１の乗算手段の出力から前記第２の乗算手段の出力と前記第１の積分手段の出力との加算値を減算した値を積分する第２の積分手段とを具備し、前記比較手段が前記電圧信号と前記第２の積分手段の出力とを比較し、その結果を前記第２の乗算手段と前記第１の積分手段へ出力するように構成されている。
【００３９】
この構成による作用は次のとおりである。駆動信号をｋ1倍した信号を入力する第１の乗算手段の出力は、アクチュエータ手段に作用する駆動トルクに対応した駆動トルク推定信号となる。第２の積分手段の出力は、電圧検出手段から入力される電圧信号に対するフィードバック要素となる。電圧信号と第２の積分手段からのフィードバック要素との差分をとる比較手段の出力は、第１の積分手段と第２の乗算手段に与えられる。前記の差分を積分する第１の積分手段の出力は、アクチュエータ手段が受ける外乱に対応した外乱推定信号となる。その外乱推定信号に対して前記の差分に所定の係数を乗算した第２の乗算手段の出力を加算する。そして、前記駆動トルク推定信号から前記の加算値との差分をとって第２の積分手段に与える。
【００４０】
以上の結果として、第１の積分手段が出力する外乱推定信号は、アクチュエータ手段が受ける外乱を正確に推定したものに相当している。そして、このように正確に割り出した外乱推定信号をもってアクチュエータ手段に加わる外乱を打ち消すようフィードフォワード制御を行うので、フォローイング動作においてアクチュエータ手段に作用する外乱に対する補償を行うことができ、フォローイング動作時にアクチュエータ手段での外乱の変動が大きくても、さらには、アクチュエータ手段の駆動コイルの抵抗値が抵抗ばらつきや温度上昇のために変化しても、目標トラックに対するヘッドの位置決め制御を安定に行い、より多様な条件変化に対して、位置決め精度を向上させることができる。
【００４１】
駆動信号と位置制御信号のうち位置制御信号を外乱推定手段に与える上記の第２または第４の解決手段において、次のように構成することは好ましいものである。すなわち、前記外乱推定手段の構成につき、前記電圧検出手段の検出した電圧信号が入力される比較手段と、前記位置制御信号をｋ1倍した信号に第１の伝達関数からなる係数を乗算する第１の乗算手段と、前記比較手段の出力に第２の伝達関数からなる係数を乗算する第２の乗算手段と、前記比較手段の出力を積分する第１の積分手段と、前記第１の乗算手段の出力から前記第２の乗算手段の出力を減算した値を積分する第２の積分手段とを具備し、前記比較手段が前記電圧信号と前記第２の積分手段の出力とを比較し、その結果を前記第２の乗算手段と前記第１の積分手段へ出力するように構成されている。
【００４２】
この構成による作用は次のとおりである。位置制御手段からの位置制御信号をｋ1倍した信号を入力する第１の乗算手段の出力は、アクチュエータ手段に作用する駆動トルクに対応した駆動トルク推定信号となる。第２の積分手段の出力は、電圧検出手段から入力される電圧信号に対するフィードバック要素となる。電圧信号と第２の積分手段からのフィードバック要素との差分をとる比較手段の出力は、第１の積分手段と第２の乗算手段に与えられる。前記の差分を積分する第１の積分手段の出力は、アクチュエータ手段が受ける外乱に対応した外乱推定信号となる。前記駆動トルク推定信号から前記の差分に所定の係数を乗算した第２の乗算手段の出力との差分をとって第２の積分手段に与える。
【００４３】
以上の結果として、第１の積分手段が出力する外乱推定信号は、アクチュエータ手段が受ける外乱を正確に推定したものに相当している。そして、このように正確に推定した外乱推定信号をもってアクチュエータ手段に加わる外乱を打ち消すようにフィードフォワード制御を行うので、フォローイング動作においてアクチュエータ手段に作用する外乱に対する補償を行うことができ、フォローイング動作時にアクチュエータ手段での外乱の変動が大きくても、さらには、アクチュエータ手段の駆動コイルの抵抗値が抵抗ばらつきや温度上昇のために変化しても、目標トラックに対するヘッドの位置決め制御を安定に行い、位置決め精度を向上させることができる。さらに、上記の第１の解決手段で必要とした第１の積分手段と第２の乗算手段との加算を行う必要がなく、その加算のための手段を省略することが可能で、構成の簡素化をもたらすことができる。
【００４６】
また、上記において好ましい態様は、前記補正手段におけるフィルタ信号の遮断周波数が、前記位置制御手段の制御帯域よりも小さく設定されていることである。
【００４７】
これによる作用は次のとおりである。一般にアクチュエータ手段の駆動コイルの抵抗値にはばらつきが存在し、また、駆動コイルに駆動電流が通電されることにより駆動コイルは発熱し温度上昇のため抵抗値は変化する。したがって、アクチュエータ手段の駆動コイルの抵抗値の変化により外乱推定手段を含めた位置決め制御系は不安定となり、位置制御手段の制御帯域近傍の周波数で発振する。そこで、駆動信号をヘッド位置の位置制御信号と外乱推定信号とに基づいて生成するにおいて、フィルタ手段によって外乱推定信号の高域周波数成分を遮断してフィルタ信号となし、その上でヘッド位置の位置制御信号とフィルタ信号とを合成することにより駆動信号を生成している。そこで、補正手段におけるフィルタ信号の遮断周波数を位置制御手段の制御帯域よりも小さく設定しておけば、前記遮断周波数よりも高い周波数成分の外乱推定信号はフィルタ手段により遮断され、位置決め制御系に帰還されない。したがって、アクチュエータ手段の駆動コイルの抵抗値が、抵抗ばらつきや温度上昇により抵抗値が変化しても位置決め制御系を安定化することができる。
【００５２】
なお、上記の説明から明かなように、構成要素の位置制御手段、外乱推定手段、補正手段、フィルタ手段については、これらをハードウエアで構成してもよいし、あるいはソフトウエアで構成してもよい。
【００５３】
また、構成要素の比較手段、各乗算手段および各積分手段については、上記の説明から明かなように、これらをハードウエアで構成してもよいし、あるいはソフトウエアで構成してもよい。
【００５４】
なお、本発明は、磁気ディスク装置に適用する場合に最も有利に作用するが、必ずしも磁気ディスク装置のみに限定されるものではなく、光ディスク装置、光磁気ディスク装置など他の態様の情報記録装置にも適用してもかまわない。
【００５５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかわるディスク装置およびその制御方法の具体的な実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、同様の機能を有するものには同一の符号を付けて説明する。
【００５６】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態におけるディスク装置の１例である磁気ディスク装置の構成を示すブロック図である。
【００５７】
図１において、符号の１は磁気ディスクで、スピンドルモータ（図示せず）により回転される。２はディスク１に対してデータを記録再生する磁気ヘッド、３はアームで、一端に搭載されたヘッド２を軸受４の周りに回動させることにより、ヘッド２をディスク１における目標トラックへ移動させる。５はアーム３の後端に設けられた駆動コイル、６は固定子（ヨーク）で、駆動コイル５に対向する面にはマグネット（永久磁石；図示せず）が配置されている。固定子６は空隙を介して対向する一対のヨークからなり、その空隙部分に対応させて、その少なくとも一方のヨーク側に前記マグネットが固着されている。固定子６に配置されたマグネットが発生する磁束と駆動コイル５に通電される電流が作る磁界との相互作用によりアーム３は回転力を受ける。アーム３、軸受４、駆動コイル５、固定子６によりアクチュエータ７を構成している。
【００５８】
１０は駆動手段、１１は駆動手段１０に含まれる電圧検出手段で、駆動コイル５の両端に誘起される電圧を検出し、電圧信号Ｅdを出力する。１２は外乱推定手段で、電圧検出手段１１の出力する電圧信号Ｅdと駆動手段１０に対する入力である駆動信号ｕとからアーム３に作用する外乱トルクτdを推定し、外乱推定信号τdestを出力する。
【００５９】
ディスク１の各セクタには予めサーボ情報としてトラックの位置信号が記録されており、この位置信号はヘッド２により読み込まれる。位置検出手段１３は、ヘッド２により読み込まれた位置信号によりヘッド２の現在位置を検出し、目標トラックの目標位置ｒとの差を示す位置誤差信号ｅを生成する。位置制御手段１４は、位置検出手段１３で生成された位置誤差信号ｅが入力されて、増幅および位相補償が行われ、位置制御信号ｃを生成する。
【００６０】
１６は位置決め制御系を安定化するために、外乱推定手段１２から補正手段１５に与えられる外乱推定信号τdestにおける高域周波数成分は遮断して補正手段１５には出力しないようにするフィルタ手段であり、外乱推定信号τdestから高域周波数成分がカットされたフィルタ信号ｆを補正手段１５に出力するものである。
【００６１】
１５は補正手段で、位置制御手段１４の位置制御信号ｃとフィルタ手段１６のフィルタ信号ｆとが入力され、補正手段１５で補正演算を施した後、駆動信号ｕを駆動手段１０へ入力する。
【００６２】
駆動手段１０は、入力された駆動信号ｕに応じて駆動コイル５に駆動電流Ｉaを通電し、アーム３を軸受４を中心に回動させ、アーム３の先端に取り付けられたヘッド２を回転移動させ、ディスク１にデータを記録再生するために、ヘッド２を狭いトラックピッチで形成された目標トラックに高い精度で位置決めさせるように構成されている。
【００６３】
次に、第１の実施の形態のディスク装置の位置決め制御系の動作について図２を用いて説明する。図２は、第１の実施の形態のディスク装置における位置制御系の全体構成を示すブロック線図である。
【００６４】
図中の一点鎖線で囲んだ部分３０が外乱推定手段１２のブロックである。同じく一点鎖線で囲んだ部分４７が補正手段１５のブロックであり、一点鎖線で囲んだ部分５５が電圧検出手段１１のブロックである。なお、図２において、ｓはラプラス演算子を表すものである。また、図２において、セクタサーボのサンプリングによるホールド要素については、説明を簡単にするため、これを省略してある。
【００６５】
図２において、ヘッド２の検出した現在トラック位置をｘとすれば、目標トラック位置ｒに対する位置誤差信号ｅは、式（１）で表され、この位置誤差信号ｅは比較器（比較手段とも呼ぶ）２０で得られる。
【００６６】
【数１】
【００６７】
図２のブロック２１で表される位置制御手段１４は、比較器２０から出力される位置誤差信号ｅに伝達関数Ｇx（ｚ）のディジタルフィルタ処理を施し、位置制御信号ｃを生成して、ブロック４７で表される補正手段１５へ出力する。位置決め制御系は、通常のＰＩＤ制御が施され、位置制御手段１４の伝達関数は、式（２）で表現される。
【００６８】
【数２】
【００６９】
ここで、ｚ-1は１サンプル遅延を示し、Ｋxは位置決め制御系の比例ゲインを示す。係数ａd、ａiは周波数特性を表す定数を示し、係数ａdは微分係数、係数ａiは積分係数である。位置制御信号ｃは加算器４６を経由して駆動信号ｕとなる。駆動信号ｕは、ブロック２２（伝達関数はｇm）の駆動手段１０において、電圧信号からｇm倍の電流信号に変換され、駆動電流Ｉaを出力する。ブロック２３で表されるアクチュエータ７において、駆動コイル５に通電される駆動電流Ｉaは、それが作る磁界と前述した固定子６のマグネットの磁束との相互作用により伝達関数Ｋtで駆動トルクτに変換される。ここで、伝達関数Ｋtはアクチュエータ７のトルク定数である。ブロック２４の伝達関数（Ｌb／Ｊ・ｓ）は、アーム３に作用する駆動トルクτからヘッド２の移動速度ｖへの伝達特性を表わす。ここで、Ｊはアーム３の慣性モーメントを示し、Ｌbはアーム３の軸受４からヘッド２までの距離を示している。ブロック２５は積分器（積分手段とも呼ぶ）で、伝達関数は１／ｓで表され、ヘッド２の移動速度ｖが現在トラック位置ｘに変換される。
【００７０】
アクチュエータ７において、ブロック２６はアクチュエータ７が回動することにより駆動コイル５の両端に誘起される誘起電圧Ｅaを出力し、ブロック２７は駆動コイル５に駆動電流Ｉaが通電されることにより発生する電圧降下分（Ｒa＋Ｌa・ｓ）・Ｉaを出力し、加算器２８でそれぞれを加算することによりアクチュエータ７の端子電圧Ｖａとして出力する。すなわち、以下の式（３）の関係がある。ここで、Ｒaは、駆動コイル５のコイル抵抗、Ｌaは駆動コイル５のインダクタンスを示す。
【００７１】
【数３】
【００７２】
アクチュエータ７の軸受摩擦やアクチュエータ７と電子回路基板とを接続するＦＰＣの弾性力やディスク装置に外部から加わる衝撃や振動によりアクチュエータ７の受ける慣性力などのアーム３に作用する外乱τdは、比較器２９でブロック２４の前段に入力される形に表現できる。
【００７３】
図２の一点鎖線で囲んだ部分のブロック５５は、電圧検出手段１１の詳細を示すもので、このブロック５５は、アクチュエータ７に含まれるブロック２７の伝達関数と同じ伝達関数をもつブロック３９と、減算器３６を含んでいる。ブロック３９は、駆動コイル５に駆動電流Ｉaが通電されることにより発生する電圧降下分（Ｒaｎ＋Ｌaｎ・ｓ）・Ｉaを出力し、減算器３６でアクチュエータ７の端子電圧Ｖａから減算することにより電圧信号Ｅdを出力する。
【００７４】
図２の一点鎖線で囲んだ部分のブロック３０は、外乱推定手段１２の詳細を示すもので、このブロック３０は、駆動手段１０であるブロック２２の伝達関数と同じ伝達関数をもつブロック３２と、アクチュエータ７であるブロック２３の伝達関数と同じ伝達関数をもつブロック３３と、ブロック２４の伝達関数と同じ伝達関数をもつブロック３４と、ブロック２６の伝達関数と同じ伝達関数をもつブロック３５を含んでいる。ブロック３２とブロック３３を合わせて第１の乗算器（乗算手段とも呼ぶ）４１を構成している。４３は第１の積分器、４４は第２の乗算器である。ブロック３４とブロック３５を合わせて第２の積分器４２を構成している。ここで、ブロック３０の各定数のサフィックス“ｎ”は公称値を示し、サフィックス“est”を付した変数は推定値を示す。
【００７５】
ブロック２２に入力される駆動信号ｕは、外乱推定手段１２において第１の乗算器４１を構成するブロック３２にも入力され、ブロック３２とブロック３３とで（ｇmn・Ｋtn）倍することによりアーム３に作用する駆動トルクτと同一の駆動トルク推定信号τestが得られる。
【００７６】
図２において、ブロック３４からは速度推定信号ｖestが出力される。ブロック３５で、速度推定信号ｖestをＫvn倍することにより得られた誘起電圧推定信号Ｅaestは、比較器３７に入力され、実際に検出された電圧信号Ｅdと比較され、その結果の偏差信号α（＝Ｅaest−Ｅd）が第１の積分器４３と第２の乗算器４４とに入力される。第１の積分器４３は、偏差信号αを積分しｇ2倍して外乱についての外乱推定信号τdestを出力する。第２の乗算器４４には偏差信号αが入力され、ｇ1倍されて加算器３８に加えられる。加算器３８の出力は減算器３１に入力され、ブロック３３の出力する駆動トルク推定信号τestから加算器３８の出力を減算した結果γをブロック３４に出力する。
【００７７】
なお、第２の乗算器４４の係数ｇ1と第１の積分器４３の係数ｇ2は、外乱推定手段１２の動作を安定化するための定数であり、その詳細については後述する。
【００７８】
図２において、ブロック５４は、フィルタ手段１６のブロック図である。ブロック５４で表されるフィルタ手段１６は、外乱推定手段１２から出力される外乱推定信号τdestに伝達関数Ｆ（ｓ）のフィルタ処理を施し、フィルタ信号ｆを生成して、ブロック４７で表される補正手段１５へ出力される。フィルタ手段１６の伝達関数は、式（４）で表現できる。
【００７９】
【数４】
【００８０】
ここで、Ｔxはフィルタの時定数で、フィルタ低域遮断周波数ｆxとは、
【００８１】
【数５】
【００８２】
の関係がある。図１においても、フィルタ手段１６から補正手段１５に対してフィルタ信号ｆが出力されている状態が図示されている。
【００８３】
なお、ブロック５４のフィルタは、第１の実施の形態のディスク装置における位置決め制御系の動作を安定化するためのものであり、その詳細については後述する。
【００８４】
図２において、一点鎖線で囲んで示したブロック４７は、補正手段１５の詳細を示すものである。この補正手段１５に含まれるブロック４５は、フィルタ信号ｆを１／（ｇmn・Ｋtn）倍することにより、アーム３に外乱推定信号τdestに相当する大きさの駆動力を発生させるのに必要な駆動手段１０への補正信号βを生成する。補正信号βは加算器４６において位置制御信号ｃに加算される。
【００８５】
次に、ブロック３０の外乱推定手段１２の動作について図３を参照して詳細に説明する。
【００８６】
図３（ａ）は、図２のブロック３０を書き直したブロック線図で、駆動信号ｕの入力から外乱推定信号τdestの出力までの伝達を示す。図３（ｂ）は、図３（ａ）のブロック線図において、電圧信号Ｅdの入力位置（比較器３７）を等価的に変換移動することにより、図３（ａ）のブロック線図を変形したブロック線図である。ここで、説明を簡単にするため、図２のブロック２２のｇmとブロック３２のｇmnの値とが等しく、以下の式（６）に示したように仮定し、駆動電流Ｉa（＝ｇm・ｕ）と推定電流Ｉaest（＝ｇmn・ｕ）とが等しいものとした。
【００８７】
【数６】
【００８８】
電圧信号Ｅdは、大きさを（Ｊn・ｓ）／（Ｌbn・Ｋvn）倍すれば、図３（ａ）の比較器３７の入力位置を図３（ｂ）に示す減算器４８の入力位置に等価的に移動することができる。
【００８９】
図３（ｂ）の減算器４８に着目すると、減算器４８の出力であるδは式（７）のように表される。
【００９０】
【数７】
【００９１】
ここで、簡単のために、ここで、理想的な条件として、式（８），（９）に示した関係が成立するものとする。
【００９２】
【数８】
【００９３】
【数９】
【００９４】
減算器３６に着目し、式（３）を代入すれば電圧信号Ｅdは、式（１０）のように表される。
【００９５】
【数１０】
【００９６】
次に、図２の比較器２９、ブロック２４，２６に着目すると、式（１１）の関係がある。
【００９７】
【数１１】
【００９８】
ここで、理想的な条件として、式（１２），（１３）に示す関係を仮定し、式（１０），（６），（７）を代入すると、式（７）は、式（１４）のように変形される。
【００９９】
【数１２】
【０１００】
【数１３】
【０１０１】
【数１４】
【０１０２】
すなわち、減算器４８の出力であるδは、アーム３に加わる外乱τdに等しい。
【０１０３】
したがって、図３（ｂ）のブロック線図より、アーム３に加わる外乱τdから外乱推定信号τdestまでの伝達関数を求めると、式（１５）に示すようになる。
【０１０４】
【数１５】
【０１０５】
式（１５）から、外乱推定手段１２は、図２の一点鎖線で囲んだブロック３０内のループによって、駆動信号ｕと電圧信号Ｅdとから実際の外乱τdを２次遅れ系で推定できることが分かる。
【０１０６】
ここで、２次遅れ系の自然角周波数（推定角周波数）をωo、ダンピングファクタをζoとすれば、外乱推定手段１２の動作を安定化する定数ｇ1およびｇ2はそれぞれ下記の式（１６）および式（１７）で表される。
【０１０７】
【数１６】
【０１０８】
【数１７】
【０１０９】
ここで、推定角周波数ωoを位置制御帯域ｆcより十分高く設定し、ダンピングファクタζoを０．７〜１に選べば、外乱推定手段１２により軸受摩擦や弾性力や慣性力などの外乱τdを正確に推定することができる。
【０１１０】
式（１５）を式（１６），（１７）を用いて変形すると、式（１８）に示すようになる。
【０１１１】
【数１８】
【０１１２】
すなわち、図３（ａ）の外乱推定手段１２のブロック線図は、図３（ｃ）のブロック５２に示すように簡略化することができる。
【０１１３】
次に、ブロック４７で示す補正手段１５の動作について、まず簡単のためにフィルタ手段１６の伝達関数Ｆ（ｓ）＝１として、図４を参照して詳細に説明する。これは、外乱推定手段１２と補正手段１５との間にフィルタ手段１６を介在させない基本構成の位置決め制御系としての動作に相当する。
【０１１４】
図２の一点鎖線で囲んだ部分のブロック４７は、補正手段１５の詳細を示す。ブロック４５は、外乱推定信号τdestを１／（ｇmn・Ｋtn）倍した補正信号βを加算器４６へ出力する。すなわち、外乱推定信号τdestを１／（ｇmn・Ｋtn）倍することにより、アクチュエータ７に外乱推定信号τdestに相当する大きさの駆動力を発生させるに必要な補正信号βを加算器４６へ出力させる。さらに補正信号βは、ブロック２２とブロック２３とによりｇmn・Ｋtn倍されることから、大きさを合わせるために前もって、外乱推定信号τdestを１／（ｇmn・Ｋtn）倍している。
【０１１５】
以上をまとめると、アクチュエータ７の軸受摩擦やアクチュエータ７と電子回路基板とを接続するＦＰＣの弾性力やディスク装置に外部から加わる衝撃や振動によりアクチュエータ７の受ける慣性力などによる外乱τdを打ち消すように、外乱推定信号τdestをアクチュエータ７に作用させるように構成されているということができる。
【０１１６】
図４（ａ）は、図２のブロック線図において、補正手段１５の動作に関連する加算器４６から比較器２９、ブロック２４までの部分を抜き出したブロック線図である。図４（ｂ）は、比較器２９に加わる外乱τdとブロック５２に加わる外乱τdとを、１つのτdにまとめたブロック線図である。なお、図２のブロック線図と同一の機能を有するものについては同一の符号を付して重複した説明は省略する。
【０１１７】
図４（ａ）のブロック線図において、ブロック５２は図３（ｃ）のブロック５２に相当し、式（１５）で表わされる伝達関数を有する。
【０１１８】
したがって、図４（ｂ）よりアーム３に外部から加わる外乱τdは、式（１９）の伝達関数で表されるフィルタを通してヘッド位置制御系に加わるものと考えることができる。
【０１１９】
【数１９】
【０１２０】
図５は、式（１９）で表される伝達関数Ｇd(s)の周波数特性を折れ線近似で示したものである。図５に示す伝達関数Ｇd(s)の周波数特性から角周波数ωoより低い角周波数では、ゲインは０ｄＢ以下であり、角周波数ωの下降に伴って、−２０ｄＢ／ｄｅｃ（ディケード）の減衰比で減衰している。ｄｅｃは１０倍を意味する。すなわち、伝達関数Ｇd(s)は、図５より、角周波数ωoより低い周波数を抑制することができる低域遮断フィルタ特性を有している。
【０１２１】
すなわち、第１の実施の形態の基本構成のディスク装置は、アーム３に軸受摩擦や弾性力や慣性力などによる外乱τdが作用しても、この外乱τdを外乱推定手段１２により推定し、外乱推定信号τdestでもって外部から加わった外乱τdを打ち消すように制御するように構成されている。したがって、外部から加わった外乱τdが、あたかも式（１９）および図５の遮断周波数特性を有するフィルタを通してヘッド位置決め制御系に加わったように作用する。
【０１２２】
したがって、第１の実施の形態のディスク装置では角周波数ωo以下の周波数においては、１次の低域遮断特性でアクチュエータ７の軸受摩擦やアクチュエータ７と電子回路基板とを接続するＦＰＣの弾性力やディスク装置に外部から加わる衝撃や振動によりアクチュエータ７の受ける慣性力などによる外乱を抑制することができる。
【０１２３】
すなわち、第１の実施の形態のディスク装置は、外部から振動や衝撃が加わりアクチュエータ７に外乱τdが作用しても、この外乱τdを外乱推定手段１２により推定し、外部から加わった外乱τdを打ち消すように制御するように構成されているので、あたかもディスク装置に機械的な防振機構を施したような効果がある。
【０１２４】
図６は、第１の実施の形態のディスク装置の外乱推定手段１２の外乱抑制効果について、さらに詳しく説明するための時間応答波形図である。
【０１２５】
図６（ａ）は、外部から最大角加速度（ｄωo／ｄｔ）が５０００ｒａｄ／ｓ2（ラジアン／秒2）の半正弦波状の回転衝撃がディスク装置に加わったときに、アクチュエータ７が受ける慣性力の外乱τdの波形６１（破線で示す）と、外乱推定手段１２が出力する外乱推定信号τdestの波形６２を示す。アクチュエータ７の軸受４の回りの慣性モーメントＪを０．１ｇ・ｃｍ2とすれば、外乱τdの最大値は、以下の式（２０）に示すようになる。
【０１２６】
【数２０】
【０１２７】
ここで、式（１６）および式（１７）の制御パラメータを決定する推定周波数ｆo（ωo＝２πｆo）とダンピングファクタζoの値をそれぞれ、３ｋＨｚおよび１に選び、位置決め制御系の制御帯域を８００Ｈｚに設定してシミュレーションを行った。
【０１２８】
外乱推定手段１２は、駆動手段１０に対する入力である駆動信号ｕと電圧検出手段１１が出力する電圧信号Ｅdからアクチュエータ７に作用する外乱トルクτdを推定し、わずかの時間遅れは存在するが、実際の外乱τdとほぼ相似の外乱推定信号τdestを出力する。
【０１２９】
図６（ｂ）は、外乱推定手段１２の出力する外乱推定信号τdestを補正手段１５に入力して外乱τdによる変動を打ち消すように外乱推定信号τdestをアクチュエータ７に作用させた場合の駆動電流Ｉaの波形６４と、外乱推定信号τdestを補正手段１５に入力しない場合の駆動電流Ｉaの波形６３のシミュレーション結果を示す。なお、アクチュエータ７のトルク定数Ｋtは、２３ｄｙｎ・ｃｍ／ｍＡである。
【０１３０】
ディスク１に記録されたサーボ情報は、一定のサンプリング周期をもつ離散的な状態で記録されているため、ヘッド位置信号は連続信号ではない。したがって、ディジタル処理の行われる位置制御手段１４の位置制御信号ｃは、階段状に変化する。その結果、外乱推定信号τdestを補正手段１５に入力しない場合のアクチュエータ７の駆動電流Ｉaの波形は、位置制御信号ｃの波形と同じになり、図６（ｂ）の波形６３に示すように階段状に変化する（Ｉa＝ｇm・ｃ＝ｇm・ｕ）。外乱推定信号τdestを補正手段１５に入力した場合のアクチュエータ７の駆動電流Ｉaの波形６４は、位置制御手段１４の制御信号ｃに外乱推定手段１２の外乱推定信号τdestを補正手段１５により加算されて生成されるため、ディスク装置に回転衝撃が加わった時点（ｔ＝０）からの時間遅れが、図６（ｂ）の波形６３に比べて少ない。また、波形６４の変化は滑らかなものとなっている。
【０１３１】
図６（ｃ）は、外乱推定手段１２の出力する外乱推定信号τdestを補正手段１５に入力して外乱の変動を打ち消すように外乱推定信号τdestをアクチュエータ７に作用させた場合のトラック位置誤差信号ｅの波形６６と、外乱推定手段１２を適用しない場合の位置誤差信号ｅの波形６５のシミュレーション結果を示す。外部から半正弦波状の回転衝撃がディスク装置に加わっても、外乱推定手段１２を適用すれば、波形６６のように位置誤差信号ｅは大きく変動せず、外乱推定手段１２を適用しない場合の波形６５と比較して外乱抑制効果が改善されている。
【０１３２】
その結果、第１の実施の形態のディスク装置は、外乱推定手段１２により、外部から加わる衝撃や振動によりアクチュエータ７の受ける慣性力などによる外乱を正確に検出して、外乱によるトラックずれを抑制することができ、ヘッド２は目標トラックに高精度に位置決め制御される。したがって、第１の実施の形態のディスク装置は、衝撃や振動に対して安定なトラッキング制御が可能で、ディスク装置の信頼性を向上させることができる。
【０１３３】
図７は、図２の第１の実施の形態のディスク装置における位置決め制御系のブロック線図において、位置誤差信号ｅからヘッド位置ｘまでの伝達を示すオープンループ周波数特性図である。図７（ａ）のゲイン特性図よりオープンループゲインが零になるゲイン交点周波数ｆcは８００Ｈｚである。また、図７（ｂ）の位相特性図よりゲイン交点周波数ｆcにおいて、そのときの位相余裕θmは５０度存在し、安定なヘッド位置決め制御系が構成されている。これは、図２の一点鎖線で囲んだ電圧検出手段１１のブロック５５において、駆動電流Ｉaが駆動コイル５に流れることにより発生するコイル抵抗ＲanとコイルインダクタンスＬanの電圧降下分を求めるために（Ｒan＋Ｌan・ｓ）のブロック３９を忠実に表現したからである。式（１０）より電圧検出手段１１の電圧信号Ｅdは、アクチュエータ７が回動することにより駆動コイル５の両端に誘起される誘起電圧Ｅaだけを純粋に出力する。
【０１３４】
しかしながら、実際には、コイルインダクタンスＬanは、コイル抵抗Ｒanに比べて小さいため、精度良く回路で構成するのが難しい。また、Ｌan・ｓは微分要素であるため、特にノイズの影響を受けやすく、回路を構成するときには特に注意が必要である。
【０１３５】
図８は、図２の位置決め制御系のブロック線図において、電圧検出手段１１に含まれるブロック３９で、駆動電流Ｉaが駆動コイル５に流れることにより発生する電圧降下分のうち、コイル抵抗Ｒanの電圧降下分だけを考慮し、コイルインダクタンスＬanの電圧降下分を無視したときの位置誤差信号ｅからヘッド位置ｘまでの伝達を示すオープンループ周波数特性図である。
【０１３６】
図８（ａ）のゲイン特性図および図８（ｂ）の位相特性図より明らかなように、電圧検出手段１１に含まれるブロック３９で駆動コイル５のコイルインダクタンスＬanを簡単化のために省略すると、外乱推定手段１２を含めたヘッドの位置決め制御系は不安定となる。すなわち、図８（ａ）のゲイン特性図よりオープンループゲインが零になるゲイン交点周波数ｆｃは９００Ｈｚで、そのときの位相は−１８０度より、さらに遅れ位相となっているので制御系は不安定である。駆動コイル５に含まれるコイルインダクタンスＬanによる電圧降下分は、コイル抵抗Ｒanによる電圧降下分に比べると小さいが、電圧検出手段１１に含まれるブロック３９に含まれる（Ｌan・ｓ）の項は、図２に示す位置決め制御系の安定化のためには重要な要素である。
【０１３７】
ブロック３９に含まれる（Ｌan・ｓ）の項を省略すると、図２に示す位置決め制御系が不安定になるのは、実際の駆動コイル５がコイル抵抗ＲaとコイルインダクタンスＬaの成分を有するにもかかわらず、電圧検出手段１１にコイルインダクタンスＬanの成分を含めなかったためである。したがって、位置決め制御系を安定化するために、駆動コイル５の有するコイルインダクタンス分を等価的に零にすることを考える。
【０１３８】
図９は、位置決め制御系を安定化するための回路構成図で、コンデンサＣと抵抗ｒを直列接続した回路を駆動コイル５に並列接続してある。図９において、駆動コイル５に、コンデンサＣおよび抵抗ｒを直列接続した回路を並列接続したときの合成インピーダンスＺaは、式（２１）で表される。Ｒaは駆動コイル５のコイル抵抗、Ｌaは駆動コイル５のインダクタンスである。
【０１３９】
【数２１】
【０１４０】
式（２１）において、抵抗ｒとコンデンサＣの値をそれぞれ、
【０１４１】
【数２２】
【０１４２】
【数２３】
【０１４３】
に選ぶと、式（２１）のＺaは、式（２４）のように表現できる。
【０１４４】
【数２４】
【０１４５】
すなわち、図９に示す回路を構成する抵抗ｒとコンデンサＣの値をそれぞれ式（２２），（２３）のように設定すると、駆動コイル５の両端の合成インピーダンスＺaは、式（２４）より抵抗Ｒaと等しくなり、駆動コイル５は等価的にコイルインダクタンスＬaを含まなくなる。したがって、図９に示すように、抵抗ｒとコンデンサＣを直列接続してなる回路を駆動コイル５に並列接続すれば、図２の位置決め制御系のブロック線図において、電圧検出手段１１に含まれるブロック３９で、駆動電流Ｉaが駆動コイル５に流れることにより発生するコイル抵抗Ｒanの電圧降下分だけを考慮すればよく、図２の電圧検出手段１１に含まれるブロック３９の代わりに図１０のブロック４９を使用すればよい。その結果、電圧検出手段１１をより簡単に構成することができる。
【０１４６】
図８（ａ），（ｂ）において、点線で示した波形は、図２の第１の実施の形態のディスク装置における位置決め制御系のブロック線図において、ブロック３９を図１０のブロック４９に置き換え、アクチュエータ７の駆動コイル５の両端に式（２２）と式（２３）で表される抵抗ｒとコンデンサＣを直列接続してなる回路を並列接続したときの位置誤差信号ｅからヘッド位置ｘまでの伝達を示すオープンループ周波数特性である。図７のオープンループ周波数特性とほぼ同じの特性が得られることが分かる。
【０１４７】
以上の説明は、電圧検出手段１１に含まれるブロック４９のコイル抵抗Ｒanが、アクチュエータ７の駆動コイル５のコイル抵抗Ｒaに等しい、すなわち、式（８）の（Ｒa＝Ｒan）が成立し、フィルタ手段１６の伝達関数Ｆ（ｓ）＝１とした場合の位置決め制御系の安定性を示した。
【０１４８】
しかし、アクチュエータ７の駆動コイル５のコイル抵抗Ｒa自体には、抵抗値のばらつきが存在し、また、駆動コイル５に駆動電流Ｉaが通電されることにより駆動コイル５は発熱し温度上昇のため抵抗値は変化する。したがって、アクチュエータ７の駆動コイル５のコイル抵抗Ｒaは、最初、公称値Ｒanに一致していても動作中に駆動コイル５は温度上昇のため抵抗値は変化し、式（８）の（Ｒa＝Ｒan）は成立しなくなる。
【０１４９】
図１１（ａ），（ｂ）において、実線で示した波形は、図２の位置決め制御系のブロック線図において、アクチュエータ７の駆動コイル５のコイル抵抗Ｒaが公称値Ｒanに一致しないときの位置誤差信号ｅからヘッド位置ｘまでの伝達を示すオープンループ周波数特性図である。シミュレーションでは、電圧検出手段１１に含まれるブロック３９でコイルインダクタンスＬanの成分を省略し、式（２２），（２３）で決定される抵抗ｒとコンデンサＣを直列接続してなる回路を駆動コイル５に並列接続（図９）した状態で、アクチュエータ７の駆動コイル５のコイル抵抗Ｒaが公称値Ｒanより５％だけ大きい場合について周波数特性を求めた。すなわち、図１１（ａ）のゲイン特性図よりオープンループゲインが零になるゲイン交点周波数ｆｃは５００Ｈｚで、図１１（ｂ）に示すように、そのときの位相は、ほぼ−１８０度である。位相余裕がないので制御系は不安定である。
【０１５０】
次に、外乱推定手段１２と補正手段１５との間にフィルタ手段１６を介在させた構成とすることの意義について説明する。
【０１５１】
図２の第１の実施の形態のディスク装置において、アクチュエータ７の駆動コイル５のコイル抵抗Ｒaが公称値Ｒanとは異なった状態で外乱推定手段１２の出力する外乱推定信号τdestを補正手段１５を介してそのまま位置決め制御系に加えると位置決め制御系が不安定になる。したがって、位置決め制御系を安定化するために、図２においてブロック３０で表される外乱推定手段１２の出力する外乱推定信号τdestをブロック５４のフィルタ手段１６を介してブロック４７の補正手段１５に出力させる。
【０１５２】
フィルタ手段１６は、式（４），（５）の伝達関数Ｆ（ｓ）で表されるフィルタ処理を施し、フィルタ信号ｆを生成して、フィルタ信号ｆは補正手段１５へ入力される。すなわち、フィルタ低域遮断周波数ｆxより周波数の高い高域周波数成分はフィルタ手段１６により遮断されるので、外乱推定手段１２の出力する外乱推定信号τdestの高域周波数成分は、等価的に補正手段１５に出力されないことになる。これがフィルタ手段１６を介在させる意義である。以下、具体的に説明する。
【０１５３】
図１１（ａ），（ｂ）において、点線で示した波形は、図２の第１の実施の形態のディスク装置における位置決め制御系のブロック線図において、外乱推定手段１２の出力する外乱推定信号τdestをブロック５４のフィルタ手段１６を介してブロック４７の補正手段１５に出力させたときの位置誤差信号ｅからヘッド位置ｘまでの伝達を示すオープンループ周波数特性である。シミュレーションでは、フィルタ手段１６を表わすブロック５４でフィルタ低域遮断周波数ｆxを４００Ｈｚに設定し、同様にアクチュエータ７の駆動コイル５のコイル抵抗Ｒaが公称値Ｒanより５％だけ大きい場合について周波数特性を求めた。図１１（ａ）のゲイン特性図よりオープンループゲインが零になるゲイン交点周波数ｆｃは５００Ｈｚである。また、図１１（ｂ）の位相特性図よりゲイン交点周波数ｆｃにおいて、そのときの位相余裕θmは４０度存在し、安定なヘッド位置決め制御系が構成されている。
【０１５４】
すなわち、フィルタ手段１６を外乱推定手段１２の出力と補正手段１５の入力との間に挿入することにより、アクチュエータ７の駆動コイル５のコイル抵抗Ｒaが、抵抗ばらつきや温度上昇による抵抗値変化により公称値Ｒanとは異なった場合でも位置決め制御系を安定化することができる。
【０１５５】
なお、上述した第１の実施の形態のディスク装置では、外乱推定手段１２に対する一方の入力信号としてブロック４７から出力される駆動信号ｕを入力するように構成したが、駆動信号ｕの代わりにブロック２２から出力される駆動手段１０の出力する駆動電流Ｉaを用いても同様の効果を得ることができることは言うまでもない。
【０１５６】
（第２の実施の形態）
図１２は本発明の第２の実施の形態におけるディスク装置の１例である磁気ディスク装置の構成を示すブロック図である。図１３は、第２の実施の形態の磁気ディスク装置におけるヘッド位置決め制御系の全体構成を示すブロック線図である。なお、前述の第１の実施の形態と同一の機能を有するものについては同一の参照符号を付して重複した説明は省略する。
【０１５７】
図１２に示す第２の実施の形態のディスク装置において、図１の第１の実施の形態と異なるところは、外乱推定手段に入力される信号である。すなわち、図１の第１の実施の形態では、電圧検出手段１１の生成する電圧信号Ｅdと駆動信号ｕとが外乱推定手段１２へ入力される構成であったが、図１２の第２の実施の形態では、電圧検出手段１１の生成する電圧信号Ｅdと位置制御手段１４の生成する位置制御信号ｃとが外乱推定手段１７に入力されるように構成されている。
【０１５８】
図１２の外乱推定手段１７で生成された外乱推定信号τdestは、フィルタ手段１６を介して補正手段１５に入力されている。補正手段１５は、位置制御手段１４の出力する位置制御信号ｃと、外乱推定手段１７の外乱推定信号τdestがフィルタ手段１６を通ったフィルタ信号ｆとが入力され、補正手段１５で補正演算を施した後、駆動信号ｕを駆動手段１０へ出力する。
【０１５９】
図１３の一点鎖線で囲んだ部分のブロック６０が外乱推定手段１７のブロック線図である。外乱推定手段１７には、加算器３６の出力である電圧検出手段１１の生成する電圧信号Ｅdとブロック２１で表される位置制御手段１４の生成する位置制御信号ｃとが入力される。
【０１６０】
前述の第１の実施の形態の外乱推定手段１２では、次のようにしていた。比較器３７からの偏差信号αに第１の積分器４３の係数（ｇ2／ｓ）を乗算して得られた信号と偏差信号αに第２の乗算器４４の係数（ｇ1）を乗算して得られた信号とを加算器３８で加算する。その加算結果で得られた信号と、駆動信号ｕに第１の乗算器４１の係数（ｇmn・Ｋtn）を乗算して得られた駆動トルク推定信号τestとが減算器３１に入力される。そして、減算器３１で減算して得られた信号γを第２の積分器４２に入力していた。すなわち、制御信号ｃに補正信号βが加算された駆動信号ｕを外乱推定手段１２に入力しているために、図２の加算器３８を必要としていた。
【０１６１】
しかし、第２の実施の形態の外乱推定手段１７では、補正信号βが加算される前の位置制御信号ｃを入力する構成であるため、図２に示すような加算器３８は不要である。
【０１６２】
このように構成された第２の実施の形態のディスク装置における外乱推定手段１７の動作について、前述の第１の実施の形態の外乱推定手段１２の動作と比較して図２および図１３を参照しつつ説明する。
【０１６３】
まず、図２において、第１の実施の形態の外乱推定手段１２を構成する第２の積分器４２の入力をγとすれば、信号γは、減算器３１に着目して、
【０１６４】
【数２５】
【０１６５】
ところが、駆動信号ｕは、図２の加算器４６に着目して式（２６）で表わされる。
【０１６６】
【数２６】
【０１６７】
したがって、式（２５）および式（２６）より、信号γは、式（２７）で表わすことができる。
【０１６８】
【数２７】
【０１６９】
式（２７）をもとにして、図２に示す第１の実施の形態の外乱推定手段１２のブロック線図３０を書き換えると、図１３に示す外乱推定手段１７のブロック線図６０のようになる。図１３に示すように、位置制御手段１４（ブロック２１）の生成する位置制御信号ｃが乗算器３２に入力され、乗算器３２の出力は乗算器３３に入力されている。このため、位置制御信号ｃに係数（ｇmn・Ｋtn）を乗算することにより駆動トルク推定信号τestを求めることができる。
【０１７０】
一方、外乱推定信号τdestは、ブロック５４で表されるフィルタ手段１６を介してブロック４７で表される補正手段１５に入力される。したがって、前述の第１の実施の形態と同様に第２の実施の形態のディスク装置は、外乱推定手段１７の働きにより、電圧検出手段１１の生成する電圧信号Ｅdと位置制御手段１４の生成する位置制御信号ｃとからアーム３に作用する外乱トルクを推定し、外乱推定信号τdestを出力する。外乱推定信号τdestは、軸受摩擦や弾性力や慣性力などのアーム３に作用する外乱τdを打ち消すように補正手段１５に入力される。
【０１７１】
また、フィルタ手段１６を外乱推定手段１７の出力と補正手段１５入力の間に挿入しているので、第１の実施の形態のディスク装置と同様、アクチュエータ７の駆動コイル５のコイル抵抗Ｒaが、抵抗ばらつきや温度上昇による抵抗値変化により公称値Ｒanとは異なった場合でも位置決め制御系を安定化することができる。
【０１７２】
その結果、第２の実施の形態のディスク装置は、外乱推定手段１７により、外部から加わる衝撃や振動によりアクチュエータ７の受ける慣性力などによる外乱を正確に検出することができる。アクチュエータ７に加わる軸受摩擦やＦＰＣの弾性力や外部から加わる衝撃や振動によりアクチュエータ７の受ける慣性力などによる外乱τdが作用しても、この外乱τdを外乱推定手段１７により推定し、推定された外乱推定信号τdestをもって外部から加わった外乱τdを打ち消すように制御するように構成されている。したがって、第１の実施の形態と同様、外部から加わった外乱τdが、あたかも式（１９）および図５の遮断周波数特性を有するフィルタを通して位置決め制御系に加わったように作用する。したがって、第２の実施の形態のディスク装置では角周波数ωo以下の周波数においては、１次の低域遮断特性で外乱を抑制することができる。外乱によるトラックずれを抑制することができ、ヘッド２は目標トラックに高精度に位置決め制御される。したがって、衝撃や振動に対して安定なトラッキング制御が可能で、ディスク装置の信頼性を向上させることができる。
【０１７３】
このように、第２の実施の形態のディスク装置によれば、外乱推定手段１７の構成に必要な加算器の数を第１の実施の形態のディスク装置に比べて削減することができる。したがって、第２の実施の形態のディスク装置は、第１の実施の形態と比べて、より簡単な構成でヘッド位置決め制御系に外乱として作用する軸受摩擦や弾性力や慣性力などのアーム３に作用する外乱τdを推定することが可能となり、ヘッドの位置決め制御を安定に行うことができ、ヘッド２を狭いトラックピッチで形成された目標トラックに高い精度で位置決めさせることができる。
【０１７４】
さらに、第２の実施の形態のディスク装置においては、加算器の数を削減したことにより、位置決め制御系をアナログ回路などのハードウェアで実現する場合には、回路の調整を簡単化できる。また、位置決め制御系をソフトウェアで実現する場合には、演算処理による演算時間遅れを短縮することが可能である。
【０１７５】
図２のブロック３０と同じように構成された外乱推定手段１２においてはディスク装置のセクタサーボのサンプリング周波数の影響を受けない。したがって、外乱推定手段１２の制御帯域は、位置決め制御系の制御帯域よりも高く設定することができる。
【０１７６】
さらに、第２の実施の形態のディスク装置においては、外乱推定手段１７を構成する加算器の数を削減できるので、制御系をアナログ回路などのハードウェアで実現する場合には、回路の調整を簡単化できる。また、制御系をソフトウェアで実現する場合には、演算処理による演算時間遅れを短縮することが可能となり、より制御帯域を高めることが可能となる。
【０１７７】
さらに、第２の実施の形態のディスク装置においては、フィルタ手段１６を外乱推定手段１２の出力と補正手段１５の入力との間に挿入することにより、アクチュエータ７の駆動コイル５のコイル抵抗Ｒaが、抵抗ばらつきや温度上昇による抵抗値変化により公称値Ｒanとは異なった場合でも位置決め制御系を安定化することができる。
【０１７８】
（第３の実施の形態）
図１４は本発明の第３の実施の形態におけるディスク装置の１例である磁気ディスク装置の構成を示すブロック図である。図１５は第３の実施の形態の磁気ディスク装置の位置決め制御系の全体構成を示すブロック線図である。第３の実施の形態においては、第１の実施の形態におけるフィルタ手段１６、伝達関数Ｆ（ｓ）のブロック５４はない。外乱推定手段１２Ａおよび補正手段１５Ａは、第１の実施の形態の外乱推定手段１２、補正手段１５とは一部相違している。その他の構成については実施の形態１の場合の図１、図２と同様である。なお、前述の第１の実施の形態に示した要素、部材と同一の機能を有するものについては同一の符号を付し、重複した説明は省略する。
【０１７９】
次に、第３の実施の形態におけるディスク装置の位置決め制御系の動作について説明する。
【０１８０】
図１６（ａ），（ｂ）において、破線で示した波形は、図１５の位置決め制御系のブロック線図において、アクチュエータ７の駆動コイル５のコイル抵抗Ｒaが公称値Ｒanに一致しないときの位置誤差信号ｅからヘッド位置ｘまでの伝達を示すオープンループ周波数特性図である。シミュレーションでは、電圧検出手段１１に含まれるブロック３９でコイルインダクタンスＬanの成分を省略し、アクチュエータ７の駆動コイル５のコイル抵抗Ｒaが公称値Ｒanより５％だけ大きい場合について周波数特性を求めた。すなわち、図１６（ａ）の破線で示したゲイン特性図より、オープンループゲインが零になるゲイン交点周波数ｆcは３００Ｈｚであり、そのときの位相は、ほぼ−２１０度である。位相余裕がないので位置決め制御系は不安定である。
【０１８１】
次に、アクチュエータ７の駆動コイル５のコイル抵抗Ｒaが公称値Ｒanより５％だけ大きい場合、オープンループゲインが零になるゲイン交点周波数が、図７（Ｒa＝Ｒanのとき）に比べて大幅に低下することについて説明する。
【０１８２】
アクチュエータ７の駆動コイル５のコイル抵抗Ｒaが公称値Ｒanと等しくないとき、電圧信号Ｅdは、式（２８）のようになる。
【０１８３】
【数２８】
【０１８４】
すなわち、アクチュエータ７の駆動コイル５のコイル抵抗Ｒaが、抵抗ばらつきや温度上昇による抵抗値変化により公称値Ｒanとは異なった場合には、電圧検出手段１１の電圧信号Ｅdは、アクチュエータ７が回動することにより駆動コイル５の両端に誘起される誘起電圧Ｅaと、駆動コイル５に駆動電流Ｉaが通電されることにより発生する電圧降下分（Ｒa−Ｒan）・Ｉaとの加算結果を出力する。
【０１８５】
図１７は、抵抗ばらつきや温度上昇による抵抗値変化のためにアクチュエータ７の駆動コイル５のコイル抵抗Ｒaが公称値Ｒanとは異なった場合に、ゲインが変化することを説明するためのブロック線図である。
【０１８６】
図１７（ａ）は、図３（ｂ）のブロック線図において、式（２８）の第２項に着目して書き直したブロック線図である。図１７（ｂ）は、図１７（ａ）のブロック線図を等価変換したブロック線図である。図１７（ｃ）は、図１７（ｂ）のブロック線図をもとに図１５のブロック線図の一部分を書き直したものである。すなわち、ＲaとＲanが等しくないときは、図１５のブロック線図において、ブロック２２（伝達関数はｇm）にブロック５４，５２，４５の負帰還ループが追加されたことと等価になる。
【０１８７】
図１７（ｃ）のブロック線図より位置制御信号ｃから駆動電流Ｉaまでの合成伝達関数Ｇm（ｓ）を求めると、式（２９）で表される。
【０１８８】
【数２９】
【０１８９】
式（２９)において、推定周波数ｆo（＝ωo／２π）を位置制御帯域ｆcより十分高く設定しているので、式（３０）が成立し、その結果、式（２９）は式（３１）のように簡略化できる。
【０１９０】
【数３０】
【０１９１】
【数３１】
【０１９２】
式（３１）において、Ｒa＝Ｒanのとき、Ｇm（ｓ）＝ｇmとなるが、Ｒa≠ＲanのときにはＧm（ｓ）のゲインは低下する。
【０１９３】
ここで、以下、式（３２）に示すようにｇmnを置換すると、式（３１）は式（３３）のようになる。
【０１９４】
【数３２】
【０１９５】
【数３３】
【０１９６】
そして、ここで、実数の係数ｋを１より十分大きく選べば（ｋ>>１）、式（３３）の分母における（Ｒa―Ｒan）をふくむ項は０とみなすことができ、Ｒa＝Ｒanでない場合でも、式（３３）は、式（３４）で近似することができる。
【０１９７】
【数３４】
【０１９８】
以上のように、第３の実施の形態においては、電圧検出手段１１は、アクチュエータ７の駆動コイル５のコイル抵抗Ｒaが、抵抗ばらつきや温度上昇による抵抗値変化により公称値Ｒanとは異なった場合でも、式（３２）において、実数の係数ｋの値を十分大きく設定すれば、位置制御信号ｃから駆動電流Ｉaまでの合成伝達関数Ｇm（ｓ）は変化せず、式（３４）が常に成立する。この式において重要なことは、Ｒa，Ｒanが含まれていないということである。したがって、コイル抵抗Ｒaが、抵抗ばらつきや温度上昇により抵抗値が変化しても、位置決め制御系のオープンループゲインは大きく変化せず、位置決め制御系を安定化することができる。
【０１９９】
図１６（ａ），（ｂ）において、実線で示した波形は、図１５の位置決め制御系のブロック線図において、式（３２）の係数ｋが５０の場合について、位置誤差信号ｅからヘッド位置ｘまでの伝達を示すオープンループ周波数特性図を示したものである。シミュレーションでは、図１６の破線の場合（ｋ＝１）と同様に、アクチュエータ７の駆動コイル５のコイル抵抗Ｒaが公称値Ｒanより５％だけ大きい場合について周波数特性を求めた。図１６（ａ）の実線のゲイン特性図よりオープンループゲインが零になるゲイン交点周波数ｆcは８００Ｈｚである。また、図１６（ｂ）の実線の位相特性図よりゲイン交点周波数ｆcにおいて、そのときの位相余裕θmは５０度存在し、安定な位置決め制御系が構成されている。
【０２００】
すなわち、図１５に示す外乱推定手段１２Ａのブロック３０Ａにおけるブロック３２の係数ｇmnおよび補正手段１５Ａのブロック４５の分母の係数ｇmnを、ブロック２２の伝達関数ｇmのｋ倍（ｋ>>１）にすることにより、アクチュエータ７の駆動コイル５のコイル抵抗Ｒaが、抵抗ばらつきや温度上昇による抵抗値変化により公称値Ｒanとは異なった場合でも位置決め制御系を安定化することができる。
【０２０１】
図１５の外乱推定手段１２Ａのブロック３０Ａにおいて、駆動信号ｕが入力される第１の乗算器４１のブロック３２は、その係数がｇmnであり、駆動信号ｕをｇmn倍するものである。このｇmnが式（３２）で近似される（ｇmn＝ｋ・ｇm）。
【０２０２】
ここで、ブロック３２を係数ｇmのブロックと係数ｋ1（＝ｋ）のブロックに分けて考えることができる。この場合、第１の実施の形態の場合の式（６）と同様に、式（３５）を設定することができる。
【０２０３】
【数３５】
【０２０４】
３２を係数ｇmと等しい係数ｇmnをもつブロック、７１を係数ｋ1のブロックとして、図１５を書き換えると、図１９のようになる。第１の積分器４３からの外乱推定信号τdestが入力されるブロック４５の係数が（１／ｇmn・Ｋtn）であり、ｇmnを含むことから、図１９では、第１の積分器４３とブロック４５との間に、係数（１／ｋ2）のブロック７２を介挿する。ここで、ブロック７１のｋ1とブロック７２のｋ2との関係は、原理的には、式（３６）のとおりである。
【０２０５】
【数３６】
【０２０６】
ただし、実務的には、必ずしも、式（３６）の条件は必須ではなく、ｋ1とｋ2とはある程度の許容幅をもって近似していればよい。すなわち、許容係数ηを１に近い数値として、式（３７）のように表すことができる。
【０２０７】
【数３７】
【０２０８】
許容係数ηの具体的数値は、実機の仕様に応じて適切に設定すればよい。許容係数ηは経験的には、０．７〜１．３の範囲であればよく、好ましくは、０．８〜１．２の範囲であり、さらに好ましくは、０．９〜１．１の範囲である。それぞれ、式（３８），（３９），（４０）のように表すことができる。
【０２０９】
【数３８】
【０２１０】
【数３９】
【０２１１】
【数４０】
【０２１２】
なお、理想的には、η＝１．０である。
【０２１３】
図１９に対応させて図１４を書き換えると、図１８のようになる。すなわち、第１の実施の形態の場合の外乱推定手段１２と本実施の形態の第１の補正用乗算手段１８を合わせて本実施の形態の外乱推定手段１２Ａとする。また、第１の実施の形態の場合の補正手段１５と本実施の形態の第２の補正用乗算手段１９を合わせて本実施の形態の補正手段１５Ａとする。補正手段１５からの駆動信号ｕを外乱推定手段１２へ伝達する経路中に伝達関数がｋ1の第１の補正用乗算手段１８が介挿されているとともに、外乱推定手段１２からの外乱推定信号τdestを補正手段１５へ伝達する経路中に伝達関数がｋ2の第２の補正用乗算手段１９が介挿されている。図１９において、ブロック７１は第１の補正用乗算手段１８に対応し、ブロック７２は第２の補正用乗算手段１９に対応する。
【０２１４】
図１８、図１９に基づいて第３の実施の形態を記述すると、外乱推定手段１２Ａは、駆動信号ｕをｋ1倍した信号と電圧信号Ｅdとから外乱推定信号τdestを生成するものとして構成され、補正手段１５Ａは、位置制御信号ｃと外乱推定信号τdestを１／ｋ2倍した信号とを合成するものとして構成されている。
【０２１５】
なお、上述した第３の実施の形態におけるディスク装置では、外乱推定手段１２Ａに対する一方の入力信号としてブロック４７Ａから出力される駆動信号ｕを入力するように構成したが、駆動信号ｕの代わりにブロック２２から出力される駆動手段１０の出力する駆動電流Ｉaを用いても同様の効果を得ることができることは言うまでもない。
【０２１６】
（第４の実施の形態）
図２０は本発明の第４の実施の形態におけるディスク装置の１例である磁気ディスク装置の構成を示すブロック図である。図２１は第４の実施の形態の磁気ディスク装置の位置決め制御系の全体構成を示すブロック線図である。第４の実施の形態においては、第２の実施の形態におけるフィルタ手段１６、伝達関数Ｆ（ｓ）のブロック５４はない。第４の実施の形態においては、その外乱推定手段１７Ａに対する入力が第３の実施の形態の外乱推定手段１２Ａに対する入力とは異なっている。すなわち、電圧検出手段１１からの電圧信号Ｅdと、位置制御手段１４からの位置制御信号ｃとである。その他の構成については実施の形態３の場合の図１４、図１５と同様である。なお、前述の第３の実施の形態に示した要素、部材と同一の機能を有するものについては同一の符号を付し、重複した説明は省略する。
【０２１７】
図２０に示す第４の実施の形態におけるディスク装置と図１４に示す第３の実施の形態との関係は、図１２に示す第２の実施の形態と図１に示す第１の実施の形態との関係に対応している。ただし、フィルタ手段１６はない。図１４に示す第３の実施の形態では、電圧検出手段１１の生成する電圧信号Ｅdと駆動信号ｕとが外乱推定手段１２Ａへ入力される構成であったが、図２０に示した第４の実施の形態では、電圧検出手段１１の生成する電圧信号Ｅdと位置制御手段１４の生成する位置制御信号ｃとが外乱推定手段１７Ａに入力されるように構成されている。
【０２１８】
したがって、第４の実施の形態においても、式（２５）〜（２７）が成立する。そこで、図１５に示す第３の実施の形態の外乱推定手段１２Ａのブロック３０Ａを書き換えると、図２１に示す外乱推定手段１７Ａのブロック６０Ａのようになる。これは、第２の実施の形態の場合の図１３と同じである。ただし、フィルタ手段１６に対応するブロック５４はない。
【０２１９】
また、第４の実施の形態においても第３の実施の形態と同様に構成することにより、式（２８）〜（４０）が成立する。そして、式（３２）において、実数の係数ｋを十分大きく設定することにより、第３の実施の形態におけるディスク装置と同様、アクチュエータ７の駆動コイル５のコイル抵抗Ｒaが、抵抗ばらつきや温度上昇による抵抗値変化により公称値Ｒanとは異なった場合でも位置決め制御系を安定化することができる。
【０２２０】
その結果、第４の実施の形態におけるディスク装置は、外乱推定手段１７Ａにより、外部から加わる衝撃や振動によりアクチュエータ７の受ける慣性力などによる外乱を正確に検出することができる。アクチュエータ７に加わる軸受摩擦やＦＰＣの弾性力や外部から加わる衝撃や振動によりアクチュエータ７の受ける慣性力などによる外乱τdが作用しても、この外乱τdを外乱推定手段１７Ａにより推定し、推定された外乱推定信号τdestをもって外部から加わった外乱τdを打ち消すように制御するように構成されている。したがって、第３の実施の形態と同様、外部から加わった外乱τdが、あたかも式（１９）および図５の遮断周波数特性を有するフィルタを通して位置決め制御系に加わったように作用する。したがって、第４の実施の形態におけるディスク装置では角周波数ωo以下の周波数においては、１次の低域遮断特性で外乱を抑制することができる。外乱によるトラックずれを抑制することができ、ヘッド２は目標トラックに高精度に位置決め制御される。したがって、衝撃や振動に対して安定なトラッキング制御が可能で、ディスク装置の信頼性を向上させることができる。
【０２２１】
このように、第４の実施の形態におけるディスク装置によれば、外乱推定手段１７Ａの構成に必要な加算器の数を第３の実施の形態のディスク装置に比べて削減することができる。したがって、第４の実施の形態のディスク装置は、第３の実施の形態と比べて、より簡単な構成でヘッド位置決め制御系に外乱として作用する軸受摩擦や、弾性力や、慣性力などのアーム３に作用する外乱τdを推定することが可能となり、ヘッドの位置決め制御を安定に行うことができ、ヘッド２を狭いトラックピッチで形成された目標トラックに高い精度で位置決めさせることができる。さらに、第４の実施の形態のディスク装置においては、加算器の数を削減したことにより、位置決め制御系をアナログ回路などのハードウェアで実現する場合には、回路の調整を簡単化できる。また、位置決め制御系をソフトウェアで実現する場合には、演算処理による演算時間遅れを短縮することが可能である。
【０２２２】
第３の実施の形態と同様に、外乱推定手段１７Ａにおいてはディスク装置のセクタサーボのサンプリング周波数の影響を受けない。したがって、外乱推定手段１７Ａの制御帯域は、位置決め制御系の制御帯域よりも高く設定することができる。
【０２２３】
さらに、第４の実施の形態のディスク装置においては、外乱推定手段１７Ａを構成する加算器の数を削減できるので、位置決め制御系をアナログ回路などのハードウェアで実現する場合には、回路の調整を簡単化できる。また、位置決め制御系をソフトウェアで実現する場合には、演算処理による演算時間遅れを短縮することが可能となり、より制御帯域を高めることが可能となる。
【０２２４】
第３の実施の形態の場合と同様に、係数ｋ1，ｋ2を用いて図２０、図２１を書き換えると、それぞれ図２２、図２３のようになる。すなわち、第２の実施の形態の場合の外乱推定手段１７と本実施の形態の第１の補正用乗算手段１８を合わせて本実施の形態の外乱推定手段１７Ａとする。また、第２の実施の形態の場合の補正手段１５と本実施の形態の第２の補正用乗算手段１９を合わせて本実施の形態の補正手段１５Ａとする。補正手段１５からの駆動信号ｕを外乱推定手段１７へ伝達する経路中に伝達関数がｋ1の第１の補正用乗算手段１８が介挿されているとともに、外乱推定手段１７からの外乱推定信号τdestを補正手段１５へ伝達する経路中に伝達関数がｋ2の第２の補正用乗算手段１９が介挿されている。図２３において、ブロック７１は第１の補正用乗算手段１８に対応し、ブロック７２は第２の補正用乗算手段１９に対応する。
【０２２５】
図２２、図２３に基づいて第４の実施の形態を記述すると、外乱推定手段１７Ａは、位置制御信号ｃをｋ1倍した信号と電圧信号Ｅdとから外乱推定信号τdestを生成するものとして構成され、補正手段１５Ａは、位置制御信号ｃと外乱推定信号τdestを１／ｋ2倍した信号とを合成するものとして構成されている。
【０２２６】
以上の実施の形態に加えて、次のような実施の形態もある。それは、図２４に示すように、第１の実施の形態と第３の実施の形態とを合成したものや、図２５に示すように、第２の実施の形態と第４の実施の形態とを合成したものである。すなわち、いずれも外乱推定信号τdestにおける高域周波数成分は遮断するためのフィルタ手段１６を補正手段１５Ａに追加したものである。
【０２２７】
なお、上述してきた第１ないし第４の実施の形態におけるディスク装置では、乗算器や積分器はアナログフィルタで構成するもので説明したが、ディジタルフィルタで構成することも可能である。さらに、各実施の形態の位置決め制御系を構成する各部についてはマイクロコンピュータによるソフトウェアにより実現するようにしてもよい。
【０２２８】
また、以上説明してきた第１ないし第４の実施の形態におけるディスク装置では磁気ディスク装置を例に挙げて説明してきたが、本発明は、これらの例にのみ限定されるものではなく、光ディスク装置、光磁気ディスク装置など他の態様の情報記録装置に適用できることは、言うまでもないことである。
【０２２９】
【発明の効果】
以上のように本発明のディスク装置によれば、アクチュエータ手段に加わる軸受摩擦や弾性力や慣性力などの外乱を推定するのに、駆動信号と位置制御信号のいずれかとアクチュエータ手段の駆動コイルで誘起される電圧信号とを組み合わせて外乱推定信号を生成しており、電圧信号が連続信号であることにより、離散的なサーボ情報を用いる従来技術に比べて、外乱をより正確に検出することができる。したがって、目標トラックに向かうフォローイング動作時に前記外乱の変動が大きくても、この外乱の変動を良好に補償し、目標トラックに対するヘッドの位置決め精度を向上させることできる。併せて、外部からの衝撃や振動によりアクチュエータ手段が受ける慣性力を打ち消すことで、ディスク装置の耐衝撃特性を向上させ、ヘッドの位置決め制御を安定的に行うことができる。
【０２３０】
そして、本発明のディスク装置によれば、単に上記の作用効果だけにとどまらず、駆動信号をヘッド位置の位置制御信号と外乱推定信号とに基づいて生成するにおいて、フィルタ手段によって外乱推定信号の高域周波数成分を遮断してフィルタ信号となし、その上でヘッド位置の位置制御信号とフィルタ信号とを合成することにより駆動信号を生成しているので、アクチュエータ手段の駆動コイルの抵抗値が抵抗ばらつきを伴っていたり温度上昇による抵抗値変化により公称値とは異なっている場合でも、位置決め制御系を安定化することができる。
【０２３１】
また、外乱推定手段を、駆動信号または位置制御信号をｋ1倍して得られた信号と電圧信号とに基づいて外乱推定信号を生成するものに構成するとともに、補正手段を、外乱推定信号を１／ｋ2倍した信号と位置制御信号を合成して駆動信号を生成するものに構成することにより（ｋ1>>１、ｋ2>>１）、アクチュエータ手段の駆動コイルの抵抗値が抵抗ばらつきを伴っていたり温度上昇による抵抗値変化により公称値とは異なっている場合でも、位置決め制御系を安定化することができる。
【０２３２】
したがって、アクチュエータ手段の小型軽量化によりアクチュエータ手段に作用する外乱が位置決め制御系に与える影響が大きくなったときに、特に駆動コイルの抵抗値ばらつき、抵抗値変化があるときに、本発明のディスク装置によれば、より多様な条件変化に対して、ヘッドの位置決め精度を向上させて対応することが可能であり、トラック密度を従来のものより高めることができるので大容量のディスク装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態におけるディスク装置の構成を示すブロック図
【図２】 本発明の第１の実施の形態におけるディスク装置の位置決め制御系の全体構成を示すブロック線図
【図３】 （ａ）は本発明の第１の実施の形態におけるディスク装置の外乱推定手段の外乱推定動作を説明するためのブロック線図、（ｂ）は（ａ）のブロック線図を等価変換したブロック線図、（ｃ）は（ａ）のブロック線図をまとめて表現したブロック線図
【図４】 （ａ）は本発明の第１の実施の形態におけるディスク装置に加わる外乱を抑制する動作を説明するためのブロック線図、（ｂ）は（ａ）のブロック線図を等価変換したブロック線図
【図５】 本発明の第１の実施の形態におけるディスク装置に加わる外乱に対する遮断周波数特性図
【図６】 （ａ）は本発明の第１の実施の形態におけるディスク装置に加わる外乱の変動と外乱推定手段が出力する外乱推定信号の時間応答波形図、（ｂ）は外乱推定手段の出力する外乱推定信号を補正手段に入力する場合と補正手段に入力しない場合の駆動電流時間応答波形図、（ｃ）は外乱推定手段の出力する外乱推定信号を補正手段に入力して外乱の変動を打ち消した場合のトラック誤差の時間応答波形図
【図７】 （ａ）は本発明の第１の実施の形態の外乱推定手段で駆動コイルのインダクタンスを考慮したときの位置決め制御系のオープンループの周波数ゲイン特性図、（ｂ）は（ａ）に対応した周波数位相特性図
【図８】 （ａ）は本発明の第１の実施の形態におけるディスク装置の外乱推定手段で駆動コイルのインダクタンスを考慮しなかったときの位置決め制御系のオープンループの周波数ゲイン特性図、（ｂ）は（ａ）に対応した周波数位相特性図
【図９】 本発明の第１の実施の形態におけるディスク装置の駆動コイルに並列接続するコンデンサと抵抗の回路構成図
【図１０】 本発明の第１の実施の形態におけるディスク装置の外乱推定手段の変更箇所のブロック線図
【図１１】 （ａ）は本発明の第１の実施の形態におけるディスク装置の位置決め制御系で、外乱推定手段の出力と補正手段の入力の間にフィルタを挿入したとき（実線）と外乱推定手段で駆動コイルのインダクタンスを考慮しなかったとき（破線）の位置決め制御系のオープンループの周波数ゲイン特性図、（ｂ）は（ａ）に対応した周波数位相特性図
【図１２】 本発明の第２の実施の形態におけるディスク装置の構成を示すブロック図
【図１３】 本発明の第２の実施の形態におけるディスク装置の位置決め制御系の全体構成を示すブロック線図
【図１４】 本発明の第３の実施の形態におけるディスク装置の構成を示すブロック図
【図１５】 本発明の第３の実施の形態におけるディスク装置の位置決め制御系の全体構成を示すブロック線図
【図１６】 （ａ）は本発明の第３の実施の形態におけるディスク装置の外乱推定手段で駆動コイルの抵抗値が公称値に等しくないときの位置決め制御系のオープンループの周波数ゲイン特性図、（ｂ）は（ａ）に対応した周波数位相特性図
【図１７】 （ａ）は本発明の第３の実施の形態におけるディスク装置の外乱推定手段の駆動コイルの抵抗値が公称値と異なるときの外乱推定動作を説明するためのブロック線図、（ｂ）は（ａ）のブロック線図を等価変換したブロック線図、（ｃ）は駆動コイルの抵抗値が公称値と異なるときの位置決め制御系の変更箇所のブロック線図
【図１８】 本発明の第３の実施の形態におけるディスク装置の構成（図１４）を書き改めたブロック図
【図１９】 本発明の第３の実施の形態におけるディスク装置の位置決め制御系の全体構成（図１５）を書き改めたブロック線図
【図２０】 本発明の第４の実施の形態におけるディスク装置の構成を示すブロック図
【図２１】 本発明の第４の実施の形態におけるディスク装置の位置決め制御系の全体構成を示すブロック線図
【図２２】 本発明の第３の実施の形態におけるディスク装置の構成（図１４）を書き改めたブロック図
【図２３】 本発明の第３の実施の形態におけるディスク装置の位置決め制御系の全体構成（図１５）を書き改めたブロック線図
【図２４】 本発明の第１および第３の実施の形態を組み合わせた実施の形態におけるディスク装置の構成を示すブロック図
【図２５】 本発明の第２および第４の実施の形態を組み合わせた実施の形態におけるディスク装置の構成を示すブロック図
【符号の説明】
１ 磁気ディスク
２ 磁気ヘッド
３ アーム
４ 軸受
５ 駆動コイル
６ 固定子
７ アクチュエータ（アクチュエータ手段）
１０ 駆動手段
１１ 電圧検出手段
１２，１２Ａ 外乱推定手段
１３ 位置検出手段
１４ 位置制御手段
１５ 補正手段
１６ フィルタ手段
１７，１７Ａ 外乱推定手段
３２，３３ 第１の乗算器（第１の乗算手段）
４３ 第１の積分器（第１の積分手段）
４４ 第２の乗算器（第２の乗算手段）
３４，３５ 第２の積分器（第２の積分手段）
３７ 比較器（比較手段）
ｕ 駆動信号
ｅ 位置誤差信号
ｃ 位置制御信号
ｖ ヘッド移動速度
ｖest 速度推定信号
τ 駆動トルク
τd 外乱（外乱トルク）
τdest 外乱推定信号
Ｉa 駆動電流
Ｉaest 推定電流
Ｅa 誘起電圧
Ｅaest 誘起電圧推定信号
Ｅd 電圧信号
Ｅdest 電圧推定信号
ｆ フィルタ信号
β 補正信号
【発明の属する技術分野】
本発明は、記録媒体であるディスクの目標トラックにヘッドを位置決めするディスク装置において、装置に加わる外乱に起因してヘッドがトラックずれを起こすことを抑制するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、情報記録用のディスク装置は、小型化、大容量化が急速に進んでいる。例えば磁気ディスク装置の大容量化については、磁気ディスクのトラック密度の高密度化が進み、トラックピッチはさらに狭くなる傾向にある。そのため、ディスクにデータを記録、再生する上で、狭いトラックピッチで形成された目標トラックに磁気ヘッドを高精度で位置決めすることが必要になってきている。
【０００３】
従来、例えば磁気ディスク装置においては、磁気ヘッドを位置決めするために磁気ディスクにサーボ情報を予め記録、形成しておき、このサーボ情報に従ってヘッドの位置決め制御が行われていた。すなわち、サーボ情報をヘッドで読み取ることにより、目標トラックに対するヘッドの位置誤差を示す位置誤差信号を生成し、この位置誤差信号の大きさを最小にするようにヘッドを位置決め制御していた。
【０００４】
この場合に、ヘッドの位置決め精度を高くするための一手法として、ヘッドの位置決め制御系の制御周波数を高く設定し、ヘッドを目標トラックに位置決めするトラックフォローイングの動作を迅速化して必要な位置決め精度を確保していた。
【０００５】
ところで、位置決め手段のアクチュエータ自体には高次の固有機械共振が存在する場合がある。位置決め精度を高くするために制御周波数を高くすると、その固有機械共振により位置決め制御系が不安定になってしまう。実際にはアクチュエータ自体の固有機械共振により、制御周波数の帯域が制限され、位置決め制御系の制御周波数を高くすることには限界があった。近年のトラック密度の高密度化およびアクチュエータの小型軽量化により、アクチュエータに作用する外乱が位置決め制御系に及ぼす影響は大きくなってきている。しかも、ディスク装置の小型化と高記録密度化に伴って、ヘッドの高精度位置決めに対する要求は厳しくなる一方である。そこで、ヘッドの位置決め精度を高くする別の手法として、位置決め精度悪化の要因となるアクチュエータに作用する外乱（軸受摩擦や弾性力、衝撃や振動により受ける慣性力など）を低減することが行われている。すなわち、サーボ情報から得たヘッド位置信号とアクチュエータに対する駆動信号とに基づいて外乱を推定し、フィードフォワード制御により外乱を補償する。これにより、ヘッドの位置決め精度を高くする方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−２３１７０１号公報（第４−５頁、図１−２）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来の技術で述べたディスク装置においては、アクチュエータの軸受摩擦やアクチュエータと電子回路基板とを接続するフレキシブルプリント回路（ＦＰＣ）の弾性力やディスク装置に外部から加わる衝撃や振動によりアクチュエータが受ける慣性力などの外乱を推定するための外乱推定手段を設けている。この外乱推定手段は、ヘッド位置信号とアクチュエータの駆動信号とを入力して作用させている。しかしながら、ディスクに記録されたサーボ情報は一定のサンプリング周期をもつ離散的な状態でディスクに記録されているため、ヘッド位置信号は連続信号ではない。外乱推定手段が外乱を推定できる制御帯域は、セクタサーボのサンプリング周波数の影響を受け、上限が存在することになる。この上限の存在が、アクチュエータに加わる外乱を常に正確に推定して、アクチュエータに加わる外乱の影響を、実使用において何ら支障を生じさせないまで軽減することをきわめて難しくしていた。その結果、ヘッドを目標トラックに対して常に正確に追従させることができないという課題が生じていた。
【０００８】
さらに、アクチュエータの駆動コイルの抵抗値にばらつきがあったり、あるいは駆動コイルに駆動電流を通電したときに発熱し温度上昇のため抵抗値が変化したりすると、外乱推定手段を含めた位置決め制御系が不安定になるという課題も残されていた。
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、アクチュエータに作用する外乱を正確に検出し、目標トラックに対するヘッドの位置決め精度を向上させ、かつ安定に動作させるとともに、アクチュエータの駆動コイルの抵抗値がばらついたり、抵抗値変化があるときでも、ヘッドの位置決め精度を低下させることのないディスク装置を実現することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
アクチュエータ手段に加わる軸受摩擦や弾性力、衝撃や振動により受ける慣性力などによる外乱を打ち消すために、その外乱の大きさを推定する。この外乱の大きさの推定に際して、２つの要素を用いる。１つは、アクチュエータ手段の駆動において誘起される電圧を検出し、その検出結果としての電圧信号を用いる。もう１つは、アクチュエータ手段の駆動手段における駆動信号である。ここで、駆動手段における駆動信号としては、駆動手段に入力するものであってもよいし、あるいは、駆動手段から出力するものであってもよい。また、駆動手段における駆動信号に代えて、その駆動信号を生成するもとになる位置制御信号を用いてもよい。すなわち、外乱の大きさを推定するための外乱推定手段を設け、この外乱推定手段をもって、アクチュエータ手段の駆動において誘起される電圧を電圧検出手段が検出した電圧信号と駆動手段における駆動信号または位置制御信号とを入力として、外乱推定信号を生成させる。２つの要素に基づいて生成した外乱推定信号は、ヘッドに実際に加わる外乱の大きさを正確に推定したものとなる。この結果、アクチュエータ手段が受ける外乱の大きさを正確に推定することができる。その推定にかかわる外乱が外乱推定信号となる。外乱推定手段は、駆動信号、位置制御信号のいずれかと、アクチュエータ手段の駆動で誘起される電圧信号とに基づいて外乱推定信号を生成するものであり、誘起される電圧信号は連続した信号である。そのため、ディスクに離散的な状態で記録されているサーボ情報を読み取った結果の不連続なヘッド位置信号を用いて外乱を推定する従来技術に比べて、外乱の推定をより正確に行うことができる。
【００１１】
一方、駆動コイルの抵抗値ばらつき、抵抗値変化がある場合、オープンループゲインが零になるゲイン交点周波数での位相に位相余裕がなくなり、制御系が不安定になる。そこで、本発明では、駆動信号をヘッド位置の位置制御信号と外乱推定信号とに基づいて生成するにおいて、フィルタ手段によって外乱推定信号の高域周波数成分を遮断してフィルタ信号となす。その上でヘッド位置の位置制御信号とフィルタ信号とを合成することにより駆動信号を生成している。
【００１２】
このように構成することにより、フィルタ低域遮断周波数より周波数の高い高域周波数成分はフィルタ手段により遮断される。外乱推定手段の出力する外乱推定信号の高域周波数成分は、等価的に駆動信号には含まれないことになる。その結果、アクチュエータ手段の駆動コイルの抵抗値が抵抗ばらつきや温度上昇のために変化しても、ゲイン交点周波数での位相余裕を確保でき、安定なヘッド位置決め制御系を構成することができる。
【００１３】
以上のようにして正確に推定した外乱推定信号をもってアクチュエータ手段に加わる外乱を打ち消すように、補正手段において、上記のフィルタリング後の外乱推定信号（フィルタ信号）を位置制御手段からの位置制御信号に合成して駆動信号を生成する。その駆動信号を用いてヘッドのアクチュエータ手段を駆動することにより、アクチュエータ手段に加わる軸受摩擦や弾性力や慣性力などの外乱を良好に打ち消すことができる。すなわち、アクチュエータ手段に作用する外乱に対する補償を行うことができるので、目標トラックに向かうフォローイング動作時にアクチュエータ手段に作用する外乱の変動が大きくても、ヘッドの目標トラックへの位置決め制御を安定に行うことができる。さらには、アクチュエータ手段の駆動コイルの抵抗値が抵抗ばらつきや温度上昇のために変化しても、ヘッドの目標トラックへの位置決め制御を安定に行うことができる。すなわち、より多様な条件変化に対して、位置決め精度を向上させることができる。また、その副次的効果として、実質的に、トラック密度の向上を可能となし、大容量のディスク装置の実現化を促すことができる。
【００１４】
別の解決手段として、本発明は、次のような手段を講じる。外乱推定手段において、ｋ1を１よりも大きい実数の係数として、駆動信号をｋ1倍して得られた信号と電圧信号とに基づいて外乱推定信号を生成する。そして、ｋ2を１よりも大きい実数の係数として、補正手段において、外乱推定信号を１／ｋ2倍した信号と位置制御信号を合成して駆動信号を生成する。これによって、位置誤差信号からヘッド位置までのオープンループゲインの変化が小さなものに抑えられる。その結果、アクチュエータ手段の駆動コイルの抵抗値が、抵抗ばらつきや温度上昇により変化しても位置決め制御系を安定化することができる。なお、この場合に、上記のフィルタ手段を併用すれば、さらに好ましい結果が得られる。
【００１５】
以下、上記で説明した本発明をより具体的レベルで記述する。
【００２４】
第１の解決手段として、本発明によるディスク装置は、ディスクに対してヘッドの位置決めを行うアクチュエータ手段と、入力される駆動信号に応じて前記アクチュエータ手段を駆動する駆動手段と、前記アクチュエータ手段の駆動において誘起される電圧を検出し、電圧信号を出力する電圧検出手段と、１よりも大きい実数の係数をｋ1として、前記駆動信号をｋ1倍した信号と前記電圧信号から前記ヘッドに加わる外乱の大きさを推定し、外乱推定信号を生成する外乱推定手段と、前記ディスクに予め記録され、前記ヘッドにより検出されるサーボ情報から前記ヘッドの現在位置に対応した位置誤差信号を生成し、出力する位置検出手段と、前記位置誤差信号に対応した位置制御信号を生成し、出力する位置制御手段と、前記位置制御信号と前記外乱推定信号が入力され、１よりも大きい実数の係数をｋ2として、前記外乱推定信号を１／ｋ2倍した信号と前記位置制御信号とを合成して前記駆動信号を生成し、出力する補正手段とを具備している。なお、この構成において、駆動手段における駆動信号としては、駆動手段に入力するものであってもよいし、あるいは、駆動手段から出力するものであってもよく、この点は以下でも同様である。
【００２５】
この第１の解決手段による作用は次のとおりである。外乱推定手段は、アクチュエータ手段を駆動するための駆動手段に与える駆動信号とアクチュエータ手段から検出した電圧信号とに基づいて、アクチュエータ手段が受ける外乱の大きさを正確に推定することができる。その推定にかかわる外乱が外乱推定信号である。ここで、特に、目標トラックにヘッドを追従させるフォローイング動作時において駆動信号と電圧信号とからアクチュエータ手段に加わる外乱の大きさを正確に推定できることが重要である。それは、アクチュエータ手段から検出した電圧信号は、アクチュエータ手段の駆動において誘起された電圧であって、ディスクに記録されているサーボ情報が離散的なものであるのとは違って、連続的な信号となっているからである。
以上のようにして正確に推定した外乱推定信号をもってアクチュエータ手段に加わる外乱を打ち消すように、その外乱推定信号をフィルタ手段を介して高域周波数成分を遮断した後、位置制御手段が出力する位置制御信号に合成して駆動信号を生成する。その駆動信号をもってヘッドのアクチュエータ手段を駆動すれば、アクチュエータ手段に加わる外乱を良好に打ち消すことができる。すなわち、アクチュエータ手段に作用する外乱に対する補償を行うことができるので、目標トラックに向かうフォローイング動作時に外乱の変動が大きくても、ヘッドの目標トラックへの位置決め制御を安定に行うことができる。特に、アクチュエータ手段の駆動コイルの抵抗値が抵抗ばらつきや温度上昇のために変化しても、ヘッドの目標トラックへの位置決め制御を安定に行うことができる。すなわち、より多様な条件変化に対して、位置決め精度を向上させることができる。
さらに、駆動信号は、ｋ1倍（ｋ1>>１）した上で外乱推定手段に与えるとともに、外乱推定信号は、１／ｋ2倍（ｋ2>>１）した上で補正手段に与えているので、位置誤差信号からヘッド位置までのオープンループゲインの変化を小さく抑えることができる。これにより、アクチュエータ手段の駆動コイルの抵抗値が、抵抗ばらつきや温度上昇により変化しても位置決め制御系を安定化することができる。すなわち、より多様な条件変化に対しても、位置決め精度を向上させることができる。なお、この場合に、第１の解決手段におけるフィルタ手段を併用すれば、さらに好ましい結果が得られる。
【００２６】
上記第１の解決手段をディスク装置の制御方法として記述すると、次のようになる。すなわち、ディスクに予め記録され、ヘッドにより検出されるサーボ情報から前記ヘッドの現在位置に対応した位置誤差信号を生成し、前記位置誤差信号に対応した位置制御信号を生成し、１よりも大きい実数の係数をｋ1として、前記ヘッドの位置決めを行うアクチュエータ手段の駆動信号をｋ1倍した信号と前記アクチュエータ手段の駆動において誘起される電圧信号から前記ヘッドに加わる外乱の大きさを推定して外乱推定信号を生成し、１よりも大きい実数の係数をｋ2として、前記外乱推定信号を１／ｋ2倍した信号と前記位置制御信号とを合成して前記駆動信号を生成し、前記駆動信号により前記ディスクに対して前記ヘッドの位置決めを行う。このディスク装置の制御方法によれば、上記同様の作用を発揮する。
【００２７】
第２の解決手段として、本発明によるディスク装置は、ディスクに対してヘッドの位置決めを行うアクチュエータ手段と、入力される駆動信号に応じてアクチュエータ手段を駆動する駆動手段と、アクチュエータ手段の駆動において誘起される電圧を検出し、電圧信号を出力する電圧検出手段と、ディスクに予め記録され、ヘッドにより検出されるサーボ情報からヘッドの現在位置に対応した位置誤差信号を生成し、出力する位置検出手段と、位置誤差信号に対応した位置制御信号を生成し、出力する位置制御手段と、１よりも大きい実数の係数をｋ1として、位置制御信号をｋ1倍した信号と電圧信号からヘッドに加わる外乱の大きさを推定し、外乱推定信号を生成する外乱推定手段と、位置制御信号と外乱推定信号とが入力され、１よりも大きい実数の係数をｋ2として、外乱推定信号を１／ｋ2倍した信号と位置制御信号を合成して駆動信号を出力する補正手段とを具備した構成を有している。
【００２８】
この構成により、外乱推定手段は、アクチュエータ手段を駆動するため駆動手段に与えるように位置制御手段から出力された位置制御信号とアクチュエータ手段から検出した電圧信号とに基づいて、アクチュエータ手段が受ける外乱の大きさを正確に推定することができる。特に、目標トラックにヘッドを追従させるフォローイング動作時において位置制御信号と電圧信号とからアクチュエータ手段に加わる外乱の大きさを正確に推定できることとなり、正確に推定した外乱推定信号をもってアクチュエータ手段に加わる外乱を打ち消すように、その外乱推定信号を位置制御手段が出力する位置制御信号に合成して駆動信号を生成する。その駆動信号をもってヘッドのアクチュエータ手段を駆動すれば、アクチュエータ手段に加わる軸受摩擦や弾性力や慣性力などの外乱を良好に打ち消すことができる。すなわち、アクチュエータ手段に作用する外乱に対する補償を行うことができるので、目標トラックに向かうフォローイング動作時に外乱の変動が大きくても、さらには、アクチュエータ手段の駆動コイルの抵抗値が抵抗ばらつきや温度上昇のために変化しても、ヘッドの目標トラックへの位置決め制御を安定に行うことができる。すなわち、より多様な条件変化に対して、位置決め精度を向上させることができる。
【００２９】
上記第２の解決手段をディスク装置の制御方法として記述すると、次のようになる。すなわち、ディスクに予め記録され、ヘッドにより検出されるサーボ情報から前記ヘッドの現在位置に対応した位置誤差信号を生成し、前記位置誤差信号に対応した位置制御信号を生成し、１よりも大きい実数の係数をｋ1として、前記位置制御信号をｋ1倍した信号と前記アクチュエータ手段の駆動において誘起される電圧信号から前記ヘッドに加わる外乱の大きさを推定して外乱推定信号を生成し、１よりも大きい実数の係数をｋ2として、前記外乱推定信号を１／ｋ2倍した信号と前記位置制御信号を合成して前記駆動信号を生成し、前記駆動信号により前記ディスクに対して前記ヘッドの位置決めを行う。このディスク装置の制御方法によれば、上記同様の作用を発揮する。
【００３１】
第３の解決手段として、本発明によるディスク装置は、ディスクに対してヘッドの位置決めを行うアクチュエータ手段と、入力される駆動信号に応じて前記アクチュエータ手段を駆動する駆動手段と、前記アクチュエータ手段の駆動において誘起される電圧を検出し、電圧信号を出力する電圧検出手段と、１よりも大きい実数の係数をｋ1として、前記駆動信号をｋ1倍した信号と前記電圧信号から前記ヘッドに加わる外乱の大きさを推定し、外乱推定信号を生成する外乱推定手段と、前記ディスクに予め記録され、前記ヘッドにより検出されるサーボ情報から前記ヘッドの現在位置に対応した位置誤差信号を生成し、出力する位置検出手段と、前記位置誤差信号に対応した位置制御信号を生成し、出力する位置制御手段と、前記位置制御信号と前記外乱推定信号が入力され、１よりも大きい実数の係数をｋ2として、前記外乱推定信号を１／ｋ2倍した信号の高域周波数成分を遮断してフィルタ信号を生成し、前記位置制御信号と前記フィルタ信号とを合成して前記駆動信号を生成し、出力する補正手段とを具備した構成を有している。
【００３２】
上記第３の解決手段をディスク装置の制御方法として記述すると、次のようになる。すなわち、ディスクに予め記録され、ヘッドにより検出されるサーボ情報から前記ヘッドの現在位置に対応した位置誤差信号を生成し、前記位置誤差信号に対応した位置制御信号を生成し、１よりも大きい実数の係数をｋ1として、前記ヘッドの位置決めを行うアクチュエータ手段の駆動信号をｋ1倍した信号と前記アクチュエータ手段の駆動において誘起される電圧信号から前記ヘッドに加わる外乱の大きさを推定して外乱推定信号を生成し、１よりも大きい実数の係数をｋ2として、前記外乱推定信号を１／ｋ2倍した信号の高域周波数成分を遮断してフィルタ信号を生成し、前記位置制御信号と前記フィルタ信号とを合成して前記駆動信号を生成し、前記駆動信号により前記ディスクに対して前記ヘッドの位置決めを行う。
【００３３】
また、第４の解決手段として、本発明によるディスク装置は、ディスクに対してヘッドの位置決めを行うアクチュエータ手段と、入力される駆動信号に応じて前記アクチュエータ手段を駆動する駆動手段と、前記アクチュエータ手段の駆動において誘起される電圧を検出し、電圧信号を出力する電圧検出手段と、前記ディスクに予め記録され、前記ヘッドにより検出されるサーボ情報から前記ヘッドの現在位置に対応した位置誤差信号を生成し、出力する位置検出手段と、前記位置誤差信号に対応した位置制御信号を生成し、出力する位置制御手段と、１よりも大きい実数の係数をｋ1として、前記位置制御信号をｋ1倍した信号と前記電圧信号から前記ヘッドに加わる外乱の大きさを推定し、外乱推定信号を生成する外乱推定手段と、前記位置制御信号と前記外乱推定信号が入力され、１よりも大きい実数の係数をｋ2として、前記外乱推定信号を１／ｋ2倍した信号の高域周波数成分を遮断してフィルタ信号を生成し、前記位置制御信号と前記フィルタ信号とを合成して前記駆動信号を生成し、出力する補正手段とを具備した構成を有している。
【００３４】
上記第４の解決手段をディスク装置の制御方法として記述すると、次のようになる。すなわち、ディスクに予め記録され、ヘッドにより検出されるサーボ情報から前記ヘッドの現在位置に対応した位置誤差信号を生成し、前記位置誤差信号に対応した位置制御信号を生成し、１よりも大きい実数の係数をｋ1として、前記位置制御信号をｋ1倍した信号と前記アクチュエータ手段の駆動において誘起される電圧信号から前記ヘッドに加わる外乱の大きさを推定して外乱推定信号を生成し、１よりも大きい実数の係数をｋ2として、前記外乱推定信号を１／ｋ2倍した信号の高域周波数成分を遮断してフィルタ信号を生成し、前記位置制御信号と前記フィルタ信号とを合成して前記駆動信号を生成し、前記駆動信号により前記ディスクに対して前記ヘッドの位置決めを行う。
【００３５】
上記第３および第４の解決手段によれば相乗効果があり、駆動コイルの抵抗値の変化幅がかなり大きくても、より高い制御周波数帯域にわたって、安定なヘッドの位置決め制御を行うことができる。
【００３６】
上記の第１ないし第４の解決手段において、好ましい態様は、前記係数ｋ1，ｋ2をほぼ等しく設定することである。
【００３７】
これによれば、位置制御信号からアクチュエータ手段への駆動電流までの実質的な伝達関数において、アクチュエータ手段の駆動コイルの抵抗値にかかわる成分は、これをネグレクトしてもよい状態とすることができる。したがって、アクチュエータ手段の駆動コイルの抵抗値が抵抗ばらつきや温度上昇のために変化しても、ヘッドの目標トラックへの位置決め制御を充分に安定に行うことができる。
【００３８】
駆動信号と位置制御信号のうち駆動信号を外乱推定手段に与える上記の第１または第３の解決手段において、次のように構成することは好ましいものである。すなわち、前記外乱推定手段の構成につき、前記電圧検出手段の検出した電圧信号が入力される比較手段と、前記駆動信号をｋ1倍した信号に第１の伝達関数からなる係数を乗算する第１の乗算手段と、前記比較手段の出力に第２の伝達関数からなる係数を乗算する第２の乗算手段と、前記比較手段の出力を積分する第１の積分手段と、前記第１の乗算手段の出力から前記第２の乗算手段の出力と前記第１の積分手段の出力との加算値を減算した値を積分する第２の積分手段とを具備し、前記比較手段が前記電圧信号と前記第２の積分手段の出力とを比較し、その結果を前記第２の乗算手段と前記第１の積分手段へ出力するように構成されている。
【００３９】
この構成による作用は次のとおりである。駆動信号をｋ1倍した信号を入力する第１の乗算手段の出力は、アクチュエータ手段に作用する駆動トルクに対応した駆動トルク推定信号となる。第２の積分手段の出力は、電圧検出手段から入力される電圧信号に対するフィードバック要素となる。電圧信号と第２の積分手段からのフィードバック要素との差分をとる比較手段の出力は、第１の積分手段と第２の乗算手段に与えられる。前記の差分を積分する第１の積分手段の出力は、アクチュエータ手段が受ける外乱に対応した外乱推定信号となる。その外乱推定信号に対して前記の差分に所定の係数を乗算した第２の乗算手段の出力を加算する。そして、前記駆動トルク推定信号から前記の加算値との差分をとって第２の積分手段に与える。
【００４０】
以上の結果として、第１の積分手段が出力する外乱推定信号は、アクチュエータ手段が受ける外乱を正確に推定したものに相当している。そして、このように正確に割り出した外乱推定信号をもってアクチュエータ手段に加わる外乱を打ち消すようフィードフォワード制御を行うので、フォローイング動作においてアクチュエータ手段に作用する外乱に対する補償を行うことができ、フォローイング動作時にアクチュエータ手段での外乱の変動が大きくても、さらには、アクチュエータ手段の駆動コイルの抵抗値が抵抗ばらつきや温度上昇のために変化しても、目標トラックに対するヘッドの位置決め制御を安定に行い、より多様な条件変化に対して、位置決め精度を向上させることができる。
【００４１】
駆動信号と位置制御信号のうち位置制御信号を外乱推定手段に与える上記の第２または第４の解決手段において、次のように構成することは好ましいものである。すなわち、前記外乱推定手段の構成につき、前記電圧検出手段の検出した電圧信号が入力される比較手段と、前記位置制御信号をｋ1倍した信号に第１の伝達関数からなる係数を乗算する第１の乗算手段と、前記比較手段の出力に第２の伝達関数からなる係数を乗算する第２の乗算手段と、前記比較手段の出力を積分する第１の積分手段と、前記第１の乗算手段の出力から前記第２の乗算手段の出力を減算した値を積分する第２の積分手段とを具備し、前記比較手段が前記電圧信号と前記第２の積分手段の出力とを比較し、その結果を前記第２の乗算手段と前記第１の積分手段へ出力するように構成されている。
【００４２】
この構成による作用は次のとおりである。位置制御手段からの位置制御信号をｋ1倍した信号を入力する第１の乗算手段の出力は、アクチュエータ手段に作用する駆動トルクに対応した駆動トルク推定信号となる。第２の積分手段の出力は、電圧検出手段から入力される電圧信号に対するフィードバック要素となる。電圧信号と第２の積分手段からのフィードバック要素との差分をとる比較手段の出力は、第１の積分手段と第２の乗算手段に与えられる。前記の差分を積分する第１の積分手段の出力は、アクチュエータ手段が受ける外乱に対応した外乱推定信号となる。前記駆動トルク推定信号から前記の差分に所定の係数を乗算した第２の乗算手段の出力との差分をとって第２の積分手段に与える。
【００４３】
以上の結果として、第１の積分手段が出力する外乱推定信号は、アクチュエータ手段が受ける外乱を正確に推定したものに相当している。そして、このように正確に推定した外乱推定信号をもってアクチュエータ手段に加わる外乱を打ち消すようにフィードフォワード制御を行うので、フォローイング動作においてアクチュエータ手段に作用する外乱に対する補償を行うことができ、フォローイング動作時にアクチュエータ手段での外乱の変動が大きくても、さらには、アクチュエータ手段の駆動コイルの抵抗値が抵抗ばらつきや温度上昇のために変化しても、目標トラックに対するヘッドの位置決め制御を安定に行い、位置決め精度を向上させることができる。さらに、上記の第１の解決手段で必要とした第１の積分手段と第２の乗算手段との加算を行う必要がなく、その加算のための手段を省略することが可能で、構成の簡素化をもたらすことができる。
【００４６】
また、上記において好ましい態様は、前記補正手段におけるフィルタ信号の遮断周波数が、前記位置制御手段の制御帯域よりも小さく設定されていることである。
【００４７】
これによる作用は次のとおりである。一般にアクチュエータ手段の駆動コイルの抵抗値にはばらつきが存在し、また、駆動コイルに駆動電流が通電されることにより駆動コイルは発熱し温度上昇のため抵抗値は変化する。したがって、アクチュエータ手段の駆動コイルの抵抗値の変化により外乱推定手段を含めた位置決め制御系は不安定となり、位置制御手段の制御帯域近傍の周波数で発振する。そこで、駆動信号をヘッド位置の位置制御信号と外乱推定信号とに基づいて生成するにおいて、フィルタ手段によって外乱推定信号の高域周波数成分を遮断してフィルタ信号となし、その上でヘッド位置の位置制御信号とフィルタ信号とを合成することにより駆動信号を生成している。そこで、補正手段におけるフィルタ信号の遮断周波数を位置制御手段の制御帯域よりも小さく設定しておけば、前記遮断周波数よりも高い周波数成分の外乱推定信号はフィルタ手段により遮断され、位置決め制御系に帰還されない。したがって、アクチュエータ手段の駆動コイルの抵抗値が、抵抗ばらつきや温度上昇により抵抗値が変化しても位置決め制御系を安定化することができる。
【００５２】
なお、上記の説明から明かなように、構成要素の位置制御手段、外乱推定手段、補正手段、フィルタ手段については、これらをハードウエアで構成してもよいし、あるいはソフトウエアで構成してもよい。
【００５３】
また、構成要素の比較手段、各乗算手段および各積分手段については、上記の説明から明かなように、これらをハードウエアで構成してもよいし、あるいはソフトウエアで構成してもよい。
【００５４】
なお、本発明は、磁気ディスク装置に適用する場合に最も有利に作用するが、必ずしも磁気ディスク装置のみに限定されるものではなく、光ディスク装置、光磁気ディスク装置など他の態様の情報記録装置にも適用してもかまわない。
【００５５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかわるディスク装置およびその制御方法の具体的な実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、同様の機能を有するものには同一の符号を付けて説明する。
【００５６】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態におけるディスク装置の１例である磁気ディスク装置の構成を示すブロック図である。
【００５７】
図１において、符号の１は磁気ディスクで、スピンドルモータ（図示せず）により回転される。２はディスク１に対してデータを記録再生する磁気ヘッド、３はアームで、一端に搭載されたヘッド２を軸受４の周りに回動させることにより、ヘッド２をディスク１における目標トラックへ移動させる。５はアーム３の後端に設けられた駆動コイル、６は固定子（ヨーク）で、駆動コイル５に対向する面にはマグネット（永久磁石；図示せず）が配置されている。固定子６は空隙を介して対向する一対のヨークからなり、その空隙部分に対応させて、その少なくとも一方のヨーク側に前記マグネットが固着されている。固定子６に配置されたマグネットが発生する磁束と駆動コイル５に通電される電流が作る磁界との相互作用によりアーム３は回転力を受ける。アーム３、軸受４、駆動コイル５、固定子６によりアクチュエータ７を構成している。
【００５８】
１０は駆動手段、１１は駆動手段１０に含まれる電圧検出手段で、駆動コイル５の両端に誘起される電圧を検出し、電圧信号Ｅdを出力する。１２は外乱推定手段で、電圧検出手段１１の出力する電圧信号Ｅdと駆動手段１０に対する入力である駆動信号ｕとからアーム３に作用する外乱トルクτdを推定し、外乱推定信号τdestを出力する。
【００５９】
ディスク１の各セクタには予めサーボ情報としてトラックの位置信号が記録されており、この位置信号はヘッド２により読み込まれる。位置検出手段１３は、ヘッド２により読み込まれた位置信号によりヘッド２の現在位置を検出し、目標トラックの目標位置ｒとの差を示す位置誤差信号ｅを生成する。位置制御手段１４は、位置検出手段１３で生成された位置誤差信号ｅが入力されて、増幅および位相補償が行われ、位置制御信号ｃを生成する。
【００６０】
１６は位置決め制御系を安定化するために、外乱推定手段１２から補正手段１５に与えられる外乱推定信号τdestにおける高域周波数成分は遮断して補正手段１５には出力しないようにするフィルタ手段であり、外乱推定信号τdestから高域周波数成分がカットされたフィルタ信号ｆを補正手段１５に出力するものである。
【００６１】
１５は補正手段で、位置制御手段１４の位置制御信号ｃとフィルタ手段１６のフィルタ信号ｆとが入力され、補正手段１５で補正演算を施した後、駆動信号ｕを駆動手段１０へ入力する。
【００６２】
駆動手段１０は、入力された駆動信号ｕに応じて駆動コイル５に駆動電流Ｉaを通電し、アーム３を軸受４を中心に回動させ、アーム３の先端に取り付けられたヘッド２を回転移動させ、ディスク１にデータを記録再生するために、ヘッド２を狭いトラックピッチで形成された目標トラックに高い精度で位置決めさせるように構成されている。
【００６３】
次に、第１の実施の形態のディスク装置の位置決め制御系の動作について図２を用いて説明する。図２は、第１の実施の形態のディスク装置における位置制御系の全体構成を示すブロック線図である。
【００６４】
図中の一点鎖線で囲んだ部分３０が外乱推定手段１２のブロックである。同じく一点鎖線で囲んだ部分４７が補正手段１５のブロックであり、一点鎖線で囲んだ部分５５が電圧検出手段１１のブロックである。なお、図２において、ｓはラプラス演算子を表すものである。また、図２において、セクタサーボのサンプリングによるホールド要素については、説明を簡単にするため、これを省略してある。
【００６５】
図２において、ヘッド２の検出した現在トラック位置をｘとすれば、目標トラック位置ｒに対する位置誤差信号ｅは、式（１）で表され、この位置誤差信号ｅは比較器（比較手段とも呼ぶ）２０で得られる。
【００６６】
【数１】
図２のブロック２１で表される位置制御手段１４は、比較器２０から出力される位置誤差信号ｅに伝達関数Ｇx（ｚ）のディジタルフィルタ処理を施し、位置制御信号ｃを生成して、ブロック４７で表される補正手段１５へ出力する。位置決め制御系は、通常のＰＩＤ制御が施され、位置制御手段１４の伝達関数は、式（２）で表現される。
【００６８】
【数２】
ここで、ｚ-1は１サンプル遅延を示し、Ｋxは位置決め制御系の比例ゲインを示す。係数ａd、ａiは周波数特性を表す定数を示し、係数ａdは微分係数、係数ａiは積分係数である。位置制御信号ｃは加算器４６を経由して駆動信号ｕとなる。駆動信号ｕは、ブロック２２（伝達関数はｇm）の駆動手段１０において、電圧信号からｇm倍の電流信号に変換され、駆動電流Ｉaを出力する。ブロック２３で表されるアクチュエータ７において、駆動コイル５に通電される駆動電流Ｉaは、それが作る磁界と前述した固定子６のマグネットの磁束との相互作用により伝達関数Ｋtで駆動トルクτに変換される。ここで、伝達関数Ｋtはアクチュエータ７のトルク定数である。ブロック２４の伝達関数（Ｌb／Ｊ・ｓ）は、アーム３に作用する駆動トルクτからヘッド２の移動速度ｖへの伝達特性を表わす。ここで、Ｊはアーム３の慣性モーメントを示し、Ｌbはアーム３の軸受４からヘッド２までの距離を示している。ブロック２５は積分器（積分手段とも呼ぶ）で、伝達関数は１／ｓで表され、ヘッド２の移動速度ｖが現在トラック位置ｘに変換される。
【００７０】
アクチュエータ７において、ブロック２６はアクチュエータ７が回動することにより駆動コイル５の両端に誘起される誘起電圧Ｅaを出力し、ブロック２７は駆動コイル５に駆動電流Ｉaが通電されることにより発生する電圧降下分（Ｒa＋Ｌa・ｓ）・Ｉaを出力し、加算器２８でそれぞれを加算することによりアクチュエータ７の端子電圧Ｖａとして出力する。すなわち、以下の式（３）の関係がある。ここで、Ｒaは、駆動コイル５のコイル抵抗、Ｌaは駆動コイル５のインダクタンスを示す。
【００７１】
【数３】
アクチュエータ７の軸受摩擦やアクチュエータ７と電子回路基板とを接続するＦＰＣの弾性力やディスク装置に外部から加わる衝撃や振動によりアクチュエータ７の受ける慣性力などのアーム３に作用する外乱τdは、比較器２９でブロック２４の前段に入力される形に表現できる。
【００７３】
図２の一点鎖線で囲んだ部分のブロック５５は、電圧検出手段１１の詳細を示すもので、このブロック５５は、アクチュエータ７に含まれるブロック２７の伝達関数と同じ伝達関数をもつブロック３９と、減算器３６を含んでいる。ブロック３９は、駆動コイル５に駆動電流Ｉaが通電されることにより発生する電圧降下分（Ｒaｎ＋Ｌaｎ・ｓ）・Ｉaを出力し、減算器３６でアクチュエータ７の端子電圧Ｖａから減算することにより電圧信号Ｅdを出力する。
【００７４】
図２の一点鎖線で囲んだ部分のブロック３０は、外乱推定手段１２の詳細を示すもので、このブロック３０は、駆動手段１０であるブロック２２の伝達関数と同じ伝達関数をもつブロック３２と、アクチュエータ７であるブロック２３の伝達関数と同じ伝達関数をもつブロック３３と、ブロック２４の伝達関数と同じ伝達関数をもつブロック３４と、ブロック２６の伝達関数と同じ伝達関数をもつブロック３５を含んでいる。ブロック３２とブロック３３を合わせて第１の乗算器（乗算手段とも呼ぶ）４１を構成している。４３は第１の積分器、４４は第２の乗算器である。ブロック３４とブロック３５を合わせて第２の積分器４２を構成している。ここで、ブロック３０の各定数のサフィックス“ｎ”は公称値を示し、サフィックス“est”を付した変数は推定値を示す。
【００７５】
ブロック２２に入力される駆動信号ｕは、外乱推定手段１２において第１の乗算器４１を構成するブロック３２にも入力され、ブロック３２とブロック３３とで（ｇmn・Ｋtn）倍することによりアーム３に作用する駆動トルクτと同一の駆動トルク推定信号τestが得られる。
【００７６】
図２において、ブロック３４からは速度推定信号ｖestが出力される。ブロック３５で、速度推定信号ｖestをＫvn倍することにより得られた誘起電圧推定信号Ｅaestは、比較器３７に入力され、実際に検出された電圧信号Ｅdと比較され、その結果の偏差信号α（＝Ｅaest−Ｅd）が第１の積分器４３と第２の乗算器４４とに入力される。第１の積分器４３は、偏差信号αを積分しｇ2倍して外乱についての外乱推定信号τdestを出力する。第２の乗算器４４には偏差信号αが入力され、ｇ1倍されて加算器３８に加えられる。加算器３８の出力は減算器３１に入力され、ブロック３３の出力する駆動トルク推定信号τestから加算器３８の出力を減算した結果γをブロック３４に出力する。
【００７７】
なお、第２の乗算器４４の係数ｇ1と第１の積分器４３の係数ｇ2は、外乱推定手段１２の動作を安定化するための定数であり、その詳細については後述する。
【００７８】
図２において、ブロック５４は、フィルタ手段１６のブロック図である。ブロック５４で表されるフィルタ手段１６は、外乱推定手段１２から出力される外乱推定信号τdestに伝達関数Ｆ（ｓ）のフィルタ処理を施し、フィルタ信号ｆを生成して、ブロック４７で表される補正手段１５へ出力される。フィルタ手段１６の伝達関数は、式（４）で表現できる。
【００７９】
【数４】
ここで、Ｔxはフィルタの時定数で、フィルタ低域遮断周波数ｆxとは、
【００８１】
【数５】
の関係がある。図１においても、フィルタ手段１６から補正手段１５に対してフィルタ信号ｆが出力されている状態が図示されている。
【００８３】
なお、ブロック５４のフィルタは、第１の実施の形態のディスク装置における位置決め制御系の動作を安定化するためのものであり、その詳細については後述する。
【００８４】
図２において、一点鎖線で囲んで示したブロック４７は、補正手段１５の詳細を示すものである。この補正手段１５に含まれるブロック４５は、フィルタ信号ｆを１／（ｇmn・Ｋtn）倍することにより、アーム３に外乱推定信号τdestに相当する大きさの駆動力を発生させるのに必要な駆動手段１０への補正信号βを生成する。補正信号βは加算器４６において位置制御信号ｃに加算される。
【００８５】
次に、ブロック３０の外乱推定手段１２の動作について図３を参照して詳細に説明する。
【００８６】
図３（ａ）は、図２のブロック３０を書き直したブロック線図で、駆動信号ｕの入力から外乱推定信号τdestの出力までの伝達を示す。図３（ｂ）は、図３（ａ）のブロック線図において、電圧信号Ｅdの入力位置（比較器３７）を等価的に変換移動することにより、図３（ａ）のブロック線図を変形したブロック線図である。ここで、説明を簡単にするため、図２のブロック２２のｇmとブロック３２のｇmnの値とが等しく、以下の式（６）に示したように仮定し、駆動電流Ｉa（＝ｇm・ｕ）と推定電流Ｉaest（＝ｇmn・ｕ）とが等しいものとした。
【００８７】
【数６】
電圧信号Ｅdは、大きさを（Ｊn・ｓ）／（Ｌbn・Ｋvn）倍すれば、図３（ａ）の比較器３７の入力位置を図３（ｂ）に示す減算器４８の入力位置に等価的に移動することができる。
【００８９】
図３（ｂ）の減算器４８に着目すると、減算器４８の出力であるδは式（７）のように表される。
【００９０】
【数７】
ここで、簡単のために、ここで、理想的な条件として、式（８），（９）に示した関係が成立するものとする。
【００９２】
【数８】
【数９】
減算器３６に着目し、式（３）を代入すれば電圧信号Ｅdは、式（１０）のように表される。
【００９５】
【数１０】
次に、図２の比較器２９、ブロック２４，２６に着目すると、式（１１）の関係がある。
【００９７】
【数１１】
ここで、理想的な条件として、式（１２），（１３）に示す関係を仮定し、式（１０），（６），（７）を代入すると、式（７）は、式（１４）のように変形される。
【００９９】
【数１２】
【数１３】
【数１４】
すなわち、減算器４８の出力であるδは、アーム３に加わる外乱τdに等しい。
【０１０３】
したがって、図３（ｂ）のブロック線図より、アーム３に加わる外乱τdから外乱推定信号τdestまでの伝達関数を求めると、式（１５）に示すようになる。
【０１０４】
【数１５】
式（１５）から、外乱推定手段１２は、図２の一点鎖線で囲んだブロック３０内のループによって、駆動信号ｕと電圧信号Ｅdとから実際の外乱τdを２次遅れ系で推定できることが分かる。
【０１０６】
ここで、２次遅れ系の自然角周波数（推定角周波数）をωo、ダンピングファクタをζoとすれば、外乱推定手段１２の動作を安定化する定数ｇ1およびｇ2はそれぞれ下記の式（１６）および式（１７）で表される。
【０１０７】
【数１６】
【数１７】
ここで、推定角周波数ωoを位置制御帯域ｆcより十分高く設定し、ダンピングファクタζoを０．７〜１に選べば、外乱推定手段１２により軸受摩擦や弾性力や慣性力などの外乱τdを正確に推定することができる。
【０１１０】
式（１５）を式（１６），（１７）を用いて変形すると、式（１８）に示すようになる。
【０１１１】
【数１８】
すなわち、図３（ａ）の外乱推定手段１２のブロック線図は、図３（ｃ）のブロック５２に示すように簡略化することができる。
【０１１３】
次に、ブロック４７で示す補正手段１５の動作について、まず簡単のためにフィルタ手段１６の伝達関数Ｆ（ｓ）＝１として、図４を参照して詳細に説明する。これは、外乱推定手段１２と補正手段１５との間にフィルタ手段１６を介在させない基本構成の位置決め制御系としての動作に相当する。
【０１１４】
図２の一点鎖線で囲んだ部分のブロック４７は、補正手段１５の詳細を示す。ブロック４５は、外乱推定信号τdestを１／（ｇmn・Ｋtn）倍した補正信号βを加算器４６へ出力する。すなわち、外乱推定信号τdestを１／（ｇmn・Ｋtn）倍することにより、アクチュエータ７に外乱推定信号τdestに相当する大きさの駆動力を発生させるに必要な補正信号βを加算器４６へ出力させる。さらに補正信号βは、ブロック２２とブロック２３とによりｇmn・Ｋtn倍されることから、大きさを合わせるために前もって、外乱推定信号τdestを１／（ｇmn・Ｋtn）倍している。
【０１１５】
以上をまとめると、アクチュエータ７の軸受摩擦やアクチュエータ７と電子回路基板とを接続するＦＰＣの弾性力やディスク装置に外部から加わる衝撃や振動によりアクチュエータ７の受ける慣性力などによる外乱τdを打ち消すように、外乱推定信号τdestをアクチュエータ７に作用させるように構成されているということができる。
【０１１６】
図４（ａ）は、図２のブロック線図において、補正手段１５の動作に関連する加算器４６から比較器２９、ブロック２４までの部分を抜き出したブロック線図である。図４（ｂ）は、比較器２９に加わる外乱τdとブロック５２に加わる外乱τdとを、１つのτdにまとめたブロック線図である。なお、図２のブロック線図と同一の機能を有するものについては同一の符号を付して重複した説明は省略する。
【０１１７】
図４（ａ）のブロック線図において、ブロック５２は図３（ｃ）のブロック５２に相当し、式（１５）で表わされる伝達関数を有する。
【０１１８】
したがって、図４（ｂ）よりアーム３に外部から加わる外乱τdは、式（１９）の伝達関数で表されるフィルタを通してヘッド位置制御系に加わるものと考えることができる。
【０１１９】
【数１９】
図５は、式（１９）で表される伝達関数Ｇd(s)の周波数特性を折れ線近似で示したものである。図５に示す伝達関数Ｇd(s)の周波数特性から角周波数ωoより低い角周波数では、ゲインは０ｄＢ以下であり、角周波数ωの下降に伴って、−２０ｄＢ／ｄｅｃ（ディケード）の減衰比で減衰している。ｄｅｃは１０倍を意味する。すなわち、伝達関数Ｇd(s)は、図５より、角周波数ωoより低い周波数を抑制することができる低域遮断フィルタ特性を有している。
【０１２１】
すなわち、第１の実施の形態の基本構成のディスク装置は、アーム３に軸受摩擦や弾性力や慣性力などによる外乱τdが作用しても、この外乱τdを外乱推定手段１２により推定し、外乱推定信号τdestでもって外部から加わった外乱τdを打ち消すように制御するように構成されている。したがって、外部から加わった外乱τdが、あたかも式（１９）および図５の遮断周波数特性を有するフィルタを通してヘッド位置決め制御系に加わったように作用する。
【０１２２】
したがって、第１の実施の形態のディスク装置では角周波数ωo以下の周波数においては、１次の低域遮断特性でアクチュエータ７の軸受摩擦やアクチュエータ７と電子回路基板とを接続するＦＰＣの弾性力やディスク装置に外部から加わる衝撃や振動によりアクチュエータ７の受ける慣性力などによる外乱を抑制することができる。
【０１２３】
すなわち、第１の実施の形態のディスク装置は、外部から振動や衝撃が加わりアクチュエータ７に外乱τdが作用しても、この外乱τdを外乱推定手段１２により推定し、外部から加わった外乱τdを打ち消すように制御するように構成されているので、あたかもディスク装置に機械的な防振機構を施したような効果がある。
【０１２４】
図６は、第１の実施の形態のディスク装置の外乱推定手段１２の外乱抑制効果について、さらに詳しく説明するための時間応答波形図である。
【０１２５】
図６（ａ）は、外部から最大角加速度（ｄωo／ｄｔ）が５０００ｒａｄ／ｓ2（ラジアン／秒2）の半正弦波状の回転衝撃がディスク装置に加わったときに、アクチュエータ７が受ける慣性力の外乱τdの波形６１（破線で示す）と、外乱推定手段１２が出力する外乱推定信号τdestの波形６２を示す。アクチュエータ７の軸受４の回りの慣性モーメントＪを０．１ｇ・ｃｍ2とすれば、外乱τdの最大値は、以下の式（２０）に示すようになる。
【０１２６】
【数２０】
ここで、式（１６）および式（１７）の制御パラメータを決定する推定周波数ｆo（ωo＝２πｆo）とダンピングファクタζoの値をそれぞれ、３ｋＨｚおよび１に選び、位置決め制御系の制御帯域を８００Ｈｚに設定してシミュレーションを行った。
【０１２８】
外乱推定手段１２は、駆動手段１０に対する入力である駆動信号ｕと電圧検出手段１１が出力する電圧信号Ｅdからアクチュエータ７に作用する外乱トルクτdを推定し、わずかの時間遅れは存在するが、実際の外乱τdとほぼ相似の外乱推定信号τdestを出力する。
【０１２９】
図６（ｂ）は、外乱推定手段１２の出力する外乱推定信号τdestを補正手段１５に入力して外乱τdによる変動を打ち消すように外乱推定信号τdestをアクチュエータ７に作用させた場合の駆動電流Ｉaの波形６４と、外乱推定信号τdestを補正手段１５に入力しない場合の駆動電流Ｉaの波形６３のシミュレーション結果を示す。なお、アクチュエータ７のトルク定数Ｋtは、２３ｄｙｎ・ｃｍ／ｍＡである。
【０１３０】
ディスク１に記録されたサーボ情報は、一定のサンプリング周期をもつ離散的な状態で記録されているため、ヘッド位置信号は連続信号ではない。したがって、ディジタル処理の行われる位置制御手段１４の位置制御信号ｃは、階段状に変化する。その結果、外乱推定信号τdestを補正手段１５に入力しない場合のアクチュエータ７の駆動電流Ｉaの波形は、位置制御信号ｃの波形と同じになり、図６（ｂ）の波形６３に示すように階段状に変化する（Ｉa＝ｇm・ｃ＝ｇm・ｕ）。外乱推定信号τdestを補正手段１５に入力した場合のアクチュエータ７の駆動電流Ｉaの波形６４は、位置制御手段１４の制御信号ｃに外乱推定手段１２の外乱推定信号τdestを補正手段１５により加算されて生成されるため、ディスク装置に回転衝撃が加わった時点（ｔ＝０）からの時間遅れが、図６（ｂ）の波形６３に比べて少ない。また、波形６４の変化は滑らかなものとなっている。
【０１３１】
図６（ｃ）は、外乱推定手段１２の出力する外乱推定信号τdestを補正手段１５に入力して外乱の変動を打ち消すように外乱推定信号τdestをアクチュエータ７に作用させた場合のトラック位置誤差信号ｅの波形６６と、外乱推定手段１２を適用しない場合の位置誤差信号ｅの波形６５のシミュレーション結果を示す。外部から半正弦波状の回転衝撃がディスク装置に加わっても、外乱推定手段１２を適用すれば、波形６６のように位置誤差信号ｅは大きく変動せず、外乱推定手段１２を適用しない場合の波形６５と比較して外乱抑制効果が改善されている。
【０１３２】
その結果、第１の実施の形態のディスク装置は、外乱推定手段１２により、外部から加わる衝撃や振動によりアクチュエータ７の受ける慣性力などによる外乱を正確に検出して、外乱によるトラックずれを抑制することができ、ヘッド２は目標トラックに高精度に位置決め制御される。したがって、第１の実施の形態のディスク装置は、衝撃や振動に対して安定なトラッキング制御が可能で、ディスク装置の信頼性を向上させることができる。
【０１３３】
図７は、図２の第１の実施の形態のディスク装置における位置決め制御系のブロック線図において、位置誤差信号ｅからヘッド位置ｘまでの伝達を示すオープンループ周波数特性図である。図７（ａ）のゲイン特性図よりオープンループゲインが零になるゲイン交点周波数ｆcは８００Ｈｚである。また、図７（ｂ）の位相特性図よりゲイン交点周波数ｆcにおいて、そのときの位相余裕θmは５０度存在し、安定なヘッド位置決め制御系が構成されている。これは、図２の一点鎖線で囲んだ電圧検出手段１１のブロック５５において、駆動電流Ｉaが駆動コイル５に流れることにより発生するコイル抵抗ＲanとコイルインダクタンスＬanの電圧降下分を求めるために（Ｒan＋Ｌan・ｓ）のブロック３９を忠実に表現したからである。式（１０）より電圧検出手段１１の電圧信号Ｅdは、アクチュエータ７が回動することにより駆動コイル５の両端に誘起される誘起電圧Ｅaだけを純粋に出力する。
【０１３４】
しかしながら、実際には、コイルインダクタンスＬanは、コイル抵抗Ｒanに比べて小さいため、精度良く回路で構成するのが難しい。また、Ｌan・ｓは微分要素であるため、特にノイズの影響を受けやすく、回路を構成するときには特に注意が必要である。
【０１３５】
図８は、図２の位置決め制御系のブロック線図において、電圧検出手段１１に含まれるブロック３９で、駆動電流Ｉaが駆動コイル５に流れることにより発生する電圧降下分のうち、コイル抵抗Ｒanの電圧降下分だけを考慮し、コイルインダクタンスＬanの電圧降下分を無視したときの位置誤差信号ｅからヘッド位置ｘまでの伝達を示すオープンループ周波数特性図である。
【０１３６】
図８（ａ）のゲイン特性図および図８（ｂ）の位相特性図より明らかなように、電圧検出手段１１に含まれるブロック３９で駆動コイル５のコイルインダクタンスＬanを簡単化のために省略すると、外乱推定手段１２を含めたヘッドの位置決め制御系は不安定となる。すなわち、図８（ａ）のゲイン特性図よりオープンループゲインが零になるゲイン交点周波数ｆｃは９００Ｈｚで、そのときの位相は−１８０度より、さらに遅れ位相となっているので制御系は不安定である。駆動コイル５に含まれるコイルインダクタンスＬanによる電圧降下分は、コイル抵抗Ｒanによる電圧降下分に比べると小さいが、電圧検出手段１１に含まれるブロック３９に含まれる（Ｌan・ｓ）の項は、図２に示す位置決め制御系の安定化のためには重要な要素である。
【０１３７】
ブロック３９に含まれる（Ｌan・ｓ）の項を省略すると、図２に示す位置決め制御系が不安定になるのは、実際の駆動コイル５がコイル抵抗ＲaとコイルインダクタンスＬaの成分を有するにもかかわらず、電圧検出手段１１にコイルインダクタンスＬanの成分を含めなかったためである。したがって、位置決め制御系を安定化するために、駆動コイル５の有するコイルインダクタンス分を等価的に零にすることを考える。
【０１３８】
図９は、位置決め制御系を安定化するための回路構成図で、コンデンサＣと抵抗ｒを直列接続した回路を駆動コイル５に並列接続してある。図９において、駆動コイル５に、コンデンサＣおよび抵抗ｒを直列接続した回路を並列接続したときの合成インピーダンスＺaは、式（２１）で表される。Ｒaは駆動コイル５のコイル抵抗、Ｌaは駆動コイル５のインダクタンスである。
【０１３９】
【数２１】
式（２１）において、抵抗ｒとコンデンサＣの値をそれぞれ、
【０１４１】
【数２２】
【数２３】
に選ぶと、式（２１）のＺaは、式（２４）のように表現できる。
【０１４４】
【数２４】
すなわち、図９に示す回路を構成する抵抗ｒとコンデンサＣの値をそれぞれ式（２２），（２３）のように設定すると、駆動コイル５の両端の合成インピーダンスＺaは、式（２４）より抵抗Ｒaと等しくなり、駆動コイル５は等価的にコイルインダクタンスＬaを含まなくなる。したがって、図９に示すように、抵抗ｒとコンデンサＣを直列接続してなる回路を駆動コイル５に並列接続すれば、図２の位置決め制御系のブロック線図において、電圧検出手段１１に含まれるブロック３９で、駆動電流Ｉaが駆動コイル５に流れることにより発生するコイル抵抗Ｒanの電圧降下分だけを考慮すればよく、図２の電圧検出手段１１に含まれるブロック３９の代わりに図１０のブロック４９を使用すればよい。その結果、電圧検出手段１１をより簡単に構成することができる。
【０１４６】
図８（ａ），（ｂ）において、点線で示した波形は、図２の第１の実施の形態のディスク装置における位置決め制御系のブロック線図において、ブロック３９を図１０のブロック４９に置き換え、アクチュエータ７の駆動コイル５の両端に式（２２）と式（２３）で表される抵抗ｒとコンデンサＣを直列接続してなる回路を並列接続したときの位置誤差信号ｅからヘッド位置ｘまでの伝達を示すオープンループ周波数特性である。図７のオープンループ周波数特性とほぼ同じの特性が得られることが分かる。
【０１４７】
以上の説明は、電圧検出手段１１に含まれるブロック４９のコイル抵抗Ｒanが、アクチュエータ７の駆動コイル５のコイル抵抗Ｒaに等しい、すなわち、式（８）の（Ｒa＝Ｒan）が成立し、フィルタ手段１６の伝達関数Ｆ（ｓ）＝１とした場合の位置決め制御系の安定性を示した。
【０１４８】
しかし、アクチュエータ７の駆動コイル５のコイル抵抗Ｒa自体には、抵抗値のばらつきが存在し、また、駆動コイル５に駆動電流Ｉaが通電されることにより駆動コイル５は発熱し温度上昇のため抵抗値は変化する。したがって、アクチュエータ７の駆動コイル５のコイル抵抗Ｒaは、最初、公称値Ｒanに一致していても動作中に駆動コイル５は温度上昇のため抵抗値は変化し、式（８）の（Ｒa＝Ｒan）は成立しなくなる。
【０１４９】
図１１（ａ），（ｂ）において、実線で示した波形は、図２の位置決め制御系のブロック線図において、アクチュエータ７の駆動コイル５のコイル抵抗Ｒaが公称値Ｒanに一致しないときの位置誤差信号ｅからヘッド位置ｘまでの伝達を示すオープンループ周波数特性図である。シミュレーションでは、電圧検出手段１１に含まれるブロック３９でコイルインダクタンスＬanの成分を省略し、式（２２），（２３）で決定される抵抗ｒとコンデンサＣを直列接続してなる回路を駆動コイル５に並列接続（図９）した状態で、アクチュエータ７の駆動コイル５のコイル抵抗Ｒaが公称値Ｒanより５％だけ大きい場合について周波数特性を求めた。すなわち、図１１（ａ）のゲイン特性図よりオープンループゲインが零になるゲイン交点周波数ｆｃは５００Ｈｚで、図１１（ｂ）に示すように、そのときの位相は、ほぼ−１８０度である。位相余裕がないので制御系は不安定である。
【０１５０】
次に、外乱推定手段１２と補正手段１５との間にフィルタ手段１６を介在させた構成とすることの意義について説明する。
【０１５１】
図２の第１の実施の形態のディスク装置において、アクチュエータ７の駆動コイル５のコイル抵抗Ｒaが公称値Ｒanとは異なった状態で外乱推定手段１２の出力する外乱推定信号τdestを補正手段１５を介してそのまま位置決め制御系に加えると位置決め制御系が不安定になる。したがって、位置決め制御系を安定化するために、図２においてブロック３０で表される外乱推定手段１２の出力する外乱推定信号τdestをブロック５４のフィルタ手段１６を介してブロック４７の補正手段１５に出力させる。
【０１５２】
フィルタ手段１６は、式（４），（５）の伝達関数Ｆ（ｓ）で表されるフィルタ処理を施し、フィルタ信号ｆを生成して、フィルタ信号ｆは補正手段１５へ入力される。すなわち、フィルタ低域遮断周波数ｆxより周波数の高い高域周波数成分はフィルタ手段１６により遮断されるので、外乱推定手段１２の出力する外乱推定信号τdestの高域周波数成分は、等価的に補正手段１５に出力されないことになる。これがフィルタ手段１６を介在させる意義である。以下、具体的に説明する。
【０１５３】
図１１（ａ），（ｂ）において、点線で示した波形は、図２の第１の実施の形態のディスク装置における位置決め制御系のブロック線図において、外乱推定手段１２の出力する外乱推定信号τdestをブロック５４のフィルタ手段１６を介してブロック４７の補正手段１５に出力させたときの位置誤差信号ｅからヘッド位置ｘまでの伝達を示すオープンループ周波数特性である。シミュレーションでは、フィルタ手段１６を表わすブロック５４でフィルタ低域遮断周波数ｆxを４００Ｈｚに設定し、同様にアクチュエータ７の駆動コイル５のコイル抵抗Ｒaが公称値Ｒanより５％だけ大きい場合について周波数特性を求めた。図１１（ａ）のゲイン特性図よりオープンループゲインが零になるゲイン交点周波数ｆｃは５００Ｈｚである。また、図１１（ｂ）の位相特性図よりゲイン交点周波数ｆｃにおいて、そのときの位相余裕θmは４０度存在し、安定なヘッド位置決め制御系が構成されている。
【０１５４】
すなわち、フィルタ手段１６を外乱推定手段１２の出力と補正手段１５の入力との間に挿入することにより、アクチュエータ７の駆動コイル５のコイル抵抗Ｒaが、抵抗ばらつきや温度上昇による抵抗値変化により公称値Ｒanとは異なった場合でも位置決め制御系を安定化することができる。
【０１５５】
なお、上述した第１の実施の形態のディスク装置では、外乱推定手段１２に対する一方の入力信号としてブロック４７から出力される駆動信号ｕを入力するように構成したが、駆動信号ｕの代わりにブロック２２から出力される駆動手段１０の出力する駆動電流Ｉaを用いても同様の効果を得ることができることは言うまでもない。
【０１５６】
（第２の実施の形態）
図１２は本発明の第２の実施の形態におけるディスク装置の１例である磁気ディスク装置の構成を示すブロック図である。図１３は、第２の実施の形態の磁気ディスク装置におけるヘッド位置決め制御系の全体構成を示すブロック線図である。なお、前述の第１の実施の形態と同一の機能を有するものについては同一の参照符号を付して重複した説明は省略する。
【０１５７】
図１２に示す第２の実施の形態のディスク装置において、図１の第１の実施の形態と異なるところは、外乱推定手段に入力される信号である。すなわち、図１の第１の実施の形態では、電圧検出手段１１の生成する電圧信号Ｅdと駆動信号ｕとが外乱推定手段１２へ入力される構成であったが、図１２の第２の実施の形態では、電圧検出手段１１の生成する電圧信号Ｅdと位置制御手段１４の生成する位置制御信号ｃとが外乱推定手段１７に入力されるように構成されている。
【０１５８】
図１２の外乱推定手段１７で生成された外乱推定信号τdestは、フィルタ手段１６を介して補正手段１５に入力されている。補正手段１５は、位置制御手段１４の出力する位置制御信号ｃと、外乱推定手段１７の外乱推定信号τdestがフィルタ手段１６を通ったフィルタ信号ｆとが入力され、補正手段１５で補正演算を施した後、駆動信号ｕを駆動手段１０へ出力する。
【０１５９】
図１３の一点鎖線で囲んだ部分のブロック６０が外乱推定手段１７のブロック線図である。外乱推定手段１７には、加算器３６の出力である電圧検出手段１１の生成する電圧信号Ｅdとブロック２１で表される位置制御手段１４の生成する位置制御信号ｃとが入力される。
【０１６０】
前述の第１の実施の形態の外乱推定手段１２では、次のようにしていた。比較器３７からの偏差信号αに第１の積分器４３の係数（ｇ2／ｓ）を乗算して得られた信号と偏差信号αに第２の乗算器４４の係数（ｇ1）を乗算して得られた信号とを加算器３８で加算する。その加算結果で得られた信号と、駆動信号ｕに第１の乗算器４１の係数（ｇmn・Ｋtn）を乗算して得られた駆動トルク推定信号τestとが減算器３１に入力される。そして、減算器３１で減算して得られた信号γを第２の積分器４２に入力していた。すなわち、制御信号ｃに補正信号βが加算された駆動信号ｕを外乱推定手段１２に入力しているために、図２の加算器３８を必要としていた。
【０１６１】
しかし、第２の実施の形態の外乱推定手段１７では、補正信号βが加算される前の位置制御信号ｃを入力する構成であるため、図２に示すような加算器３８は不要である。
【０１６２】
このように構成された第２の実施の形態のディスク装置における外乱推定手段１７の動作について、前述の第１の実施の形態の外乱推定手段１２の動作と比較して図２および図１３を参照しつつ説明する。
【０１６３】
まず、図２において、第１の実施の形態の外乱推定手段１２を構成する第２の積分器４２の入力をγとすれば、信号γは、減算器３１に着目して、
【０１６４】
【数２５】
ところが、駆動信号ｕは、図２の加算器４６に着目して式（２６）で表わされる。
【０１６６】
【数２６】
したがって、式（２５）および式（２６）より、信号γは、式（２７）で表わすことができる。
【０１６８】
【数２７】
式（２７）をもとにして、図２に示す第１の実施の形態の外乱推定手段１２のブロック線図３０を書き換えると、図１３に示す外乱推定手段１７のブロック線図６０のようになる。図１３に示すように、位置制御手段１４（ブロック２１）の生成する位置制御信号ｃが乗算器３２に入力され、乗算器３２の出力は乗算器３３に入力されている。このため、位置制御信号ｃに係数（ｇmn・Ｋtn）を乗算することにより駆動トルク推定信号τestを求めることができる。
【０１７０】
一方、外乱推定信号τdestは、ブロック５４で表されるフィルタ手段１６を介してブロック４７で表される補正手段１５に入力される。したがって、前述の第１の実施の形態と同様に第２の実施の形態のディスク装置は、外乱推定手段１７の働きにより、電圧検出手段１１の生成する電圧信号Ｅdと位置制御手段１４の生成する位置制御信号ｃとからアーム３に作用する外乱トルクを推定し、外乱推定信号τdestを出力する。外乱推定信号τdestは、軸受摩擦や弾性力や慣性力などのアーム３に作用する外乱τdを打ち消すように補正手段１５に入力される。
【０１７１】
また、フィルタ手段１６を外乱推定手段１７の出力と補正手段１５入力の間に挿入しているので、第１の実施の形態のディスク装置と同様、アクチュエータ７の駆動コイル５のコイル抵抗Ｒaが、抵抗ばらつきや温度上昇による抵抗値変化により公称値Ｒanとは異なった場合でも位置決め制御系を安定化することができる。
【０１７２】
その結果、第２の実施の形態のディスク装置は、外乱推定手段１７により、外部から加わる衝撃や振動によりアクチュエータ７の受ける慣性力などによる外乱を正確に検出することができる。アクチュエータ７に加わる軸受摩擦やＦＰＣの弾性力や外部から加わる衝撃や振動によりアクチュエータ７の受ける慣性力などによる外乱τdが作用しても、この外乱τdを外乱推定手段１７により推定し、推定された外乱推定信号τdestをもって外部から加わった外乱τdを打ち消すように制御するように構成されている。したがって、第１の実施の形態と同様、外部から加わった外乱τdが、あたかも式（１９）および図５の遮断周波数特性を有するフィルタを通して位置決め制御系に加わったように作用する。したがって、第２の実施の形態のディスク装置では角周波数ωo以下の周波数においては、１次の低域遮断特性で外乱を抑制することができる。外乱によるトラックずれを抑制することができ、ヘッド２は目標トラックに高精度に位置決め制御される。したがって、衝撃や振動に対して安定なトラッキング制御が可能で、ディスク装置の信頼性を向上させることができる。
【０１７３】
このように、第２の実施の形態のディスク装置によれば、外乱推定手段１７の構成に必要な加算器の数を第１の実施の形態のディスク装置に比べて削減することができる。したがって、第２の実施の形態のディスク装置は、第１の実施の形態と比べて、より簡単な構成でヘッド位置決め制御系に外乱として作用する軸受摩擦や弾性力や慣性力などのアーム３に作用する外乱τdを推定することが可能となり、ヘッドの位置決め制御を安定に行うことができ、ヘッド２を狭いトラックピッチで形成された目標トラックに高い精度で位置決めさせることができる。
【０１７４】
さらに、第２の実施の形態のディスク装置においては、加算器の数を削減したことにより、位置決め制御系をアナログ回路などのハードウェアで実現する場合には、回路の調整を簡単化できる。また、位置決め制御系をソフトウェアで実現する場合には、演算処理による演算時間遅れを短縮することが可能である。
【０１７５】
図２のブロック３０と同じように構成された外乱推定手段１２においてはディスク装置のセクタサーボのサンプリング周波数の影響を受けない。したがって、外乱推定手段１２の制御帯域は、位置決め制御系の制御帯域よりも高く設定することができる。
【０１７６】
さらに、第２の実施の形態のディスク装置においては、外乱推定手段１７を構成する加算器の数を削減できるので、制御系をアナログ回路などのハードウェアで実現する場合には、回路の調整を簡単化できる。また、制御系をソフトウェアで実現する場合には、演算処理による演算時間遅れを短縮することが可能となり、より制御帯域を高めることが可能となる。
【０１７７】
さらに、第２の実施の形態のディスク装置においては、フィルタ手段１６を外乱推定手段１２の出力と補正手段１５の入力との間に挿入することにより、アクチュエータ７の駆動コイル５のコイル抵抗Ｒaが、抵抗ばらつきや温度上昇による抵抗値変化により公称値Ｒanとは異なった場合でも位置決め制御系を安定化することができる。
【０１７８】
（第３の実施の形態）
図１４は本発明の第３の実施の形態におけるディスク装置の１例である磁気ディスク装置の構成を示すブロック図である。図１５は第３の実施の形態の磁気ディスク装置の位置決め制御系の全体構成を示すブロック線図である。第３の実施の形態においては、第１の実施の形態におけるフィルタ手段１６、伝達関数Ｆ（ｓ）のブロック５４はない。外乱推定手段１２Ａおよび補正手段１５Ａは、第１の実施の形態の外乱推定手段１２、補正手段１５とは一部相違している。その他の構成については実施の形態１の場合の図１、図２と同様である。なお、前述の第１の実施の形態に示した要素、部材と同一の機能を有するものについては同一の符号を付し、重複した説明は省略する。
【０１７９】
次に、第３の実施の形態におけるディスク装置の位置決め制御系の動作について説明する。
【０１８０】
図１６（ａ），（ｂ）において、破線で示した波形は、図１５の位置決め制御系のブロック線図において、アクチュエータ７の駆動コイル５のコイル抵抗Ｒaが公称値Ｒanに一致しないときの位置誤差信号ｅからヘッド位置ｘまでの伝達を示すオープンループ周波数特性図である。シミュレーションでは、電圧検出手段１１に含まれるブロック３９でコイルインダクタンスＬanの成分を省略し、アクチュエータ７の駆動コイル５のコイル抵抗Ｒaが公称値Ｒanより５％だけ大きい場合について周波数特性を求めた。すなわち、図１６（ａ）の破線で示したゲイン特性図より、オープンループゲインが零になるゲイン交点周波数ｆcは３００Ｈｚであり、そのときの位相は、ほぼ−２１０度である。位相余裕がないので位置決め制御系は不安定である。
【０１８１】
次に、アクチュエータ７の駆動コイル５のコイル抵抗Ｒaが公称値Ｒanより５％だけ大きい場合、オープンループゲインが零になるゲイン交点周波数が、図７（Ｒa＝Ｒanのとき）に比べて大幅に低下することについて説明する。
【０１８２】
アクチュエータ７の駆動コイル５のコイル抵抗Ｒaが公称値Ｒanと等しくないとき、電圧信号Ｅdは、式（２８）のようになる。
【０１８３】
【数２８】
すなわち、アクチュエータ７の駆動コイル５のコイル抵抗Ｒaが、抵抗ばらつきや温度上昇による抵抗値変化により公称値Ｒanとは異なった場合には、電圧検出手段１１の電圧信号Ｅdは、アクチュエータ７が回動することにより駆動コイル５の両端に誘起される誘起電圧Ｅaと、駆動コイル５に駆動電流Ｉaが通電されることにより発生する電圧降下分（Ｒa−Ｒan）・Ｉaとの加算結果を出力する。
【０１８５】
図１７は、抵抗ばらつきや温度上昇による抵抗値変化のためにアクチュエータ７の駆動コイル５のコイル抵抗Ｒaが公称値Ｒanとは異なった場合に、ゲインが変化することを説明するためのブロック線図である。
【０１８６】
図１７（ａ）は、図３（ｂ）のブロック線図において、式（２８）の第２項に着目して書き直したブロック線図である。図１７（ｂ）は、図１７（ａ）のブロック線図を等価変換したブロック線図である。図１７（ｃ）は、図１７（ｂ）のブロック線図をもとに図１５のブロック線図の一部分を書き直したものである。すなわち、ＲaとＲanが等しくないときは、図１５のブロック線図において、ブロック２２（伝達関数はｇm）にブロック５４，５２，４５の負帰還ループが追加されたことと等価になる。
【０１８７】
図１７（ｃ）のブロック線図より位置制御信号ｃから駆動電流Ｉaまでの合成伝達関数Ｇm（ｓ）を求めると、式（２９）で表される。
【０１８８】
【数２９】
式（２９)において、推定周波数ｆo（＝ωo／２π）を位置制御帯域ｆcより十分高く設定しているので、式（３０）が成立し、その結果、式（２９）は式（３１）のように簡略化できる。
【０１９０】
【数３０】
【数３１】
式（３１）において、Ｒa＝Ｒanのとき、Ｇm（ｓ）＝ｇmとなるが、Ｒa≠ＲanのときにはＧm（ｓ）のゲインは低下する。
【０１９３】
ここで、以下、式（３２）に示すようにｇmnを置換すると、式（３１）は式（３３）のようになる。
【０１９４】
【数３２】
【数３３】
そして、ここで、実数の係数ｋを１より十分大きく選べば（ｋ>>１）、式（３３）の分母における（Ｒa―Ｒan）をふくむ項は０とみなすことができ、Ｒa＝Ｒanでない場合でも、式（３３）は、式（３４）で近似することができる。
【０１９７】
【数３４】
以上のように、第３の実施の形態においては、電圧検出手段１１は、アクチュエータ７の駆動コイル５のコイル抵抗Ｒaが、抵抗ばらつきや温度上昇による抵抗値変化により公称値Ｒanとは異なった場合でも、式（３２）において、実数の係数ｋの値を十分大きく設定すれば、位置制御信号ｃから駆動電流Ｉaまでの合成伝達関数Ｇm（ｓ）は変化せず、式（３４）が常に成立する。この式において重要なことは、Ｒa，Ｒanが含まれていないということである。したがって、コイル抵抗Ｒaが、抵抗ばらつきや温度上昇により抵抗値が変化しても、位置決め制御系のオープンループゲインは大きく変化せず、位置決め制御系を安定化することができる。
【０１９９】
図１６（ａ），（ｂ）において、実線で示した波形は、図１５の位置決め制御系のブロック線図において、式（３２）の係数ｋが５０の場合について、位置誤差信号ｅからヘッド位置ｘまでの伝達を示すオープンループ周波数特性図を示したものである。シミュレーションでは、図１６の破線の場合（ｋ＝１）と同様に、アクチュエータ７の駆動コイル５のコイル抵抗Ｒaが公称値Ｒanより５％だけ大きい場合について周波数特性を求めた。図１６（ａ）の実線のゲイン特性図よりオープンループゲインが零になるゲイン交点周波数ｆcは８００Ｈｚである。また、図１６（ｂ）の実線の位相特性図よりゲイン交点周波数ｆcにおいて、そのときの位相余裕θmは５０度存在し、安定な位置決め制御系が構成されている。
【０２００】
すなわち、図１５に示す外乱推定手段１２Ａのブロック３０Ａにおけるブロック３２の係数ｇmnおよび補正手段１５Ａのブロック４５の分母の係数ｇmnを、ブロック２２の伝達関数ｇmのｋ倍（ｋ>>１）にすることにより、アクチュエータ７の駆動コイル５のコイル抵抗Ｒaが、抵抗ばらつきや温度上昇による抵抗値変化により公称値Ｒanとは異なった場合でも位置決め制御系を安定化することができる。
【０２０１】
図１５の外乱推定手段１２Ａのブロック３０Ａにおいて、駆動信号ｕが入力される第１の乗算器４１のブロック３２は、その係数がｇmnであり、駆動信号ｕをｇmn倍するものである。このｇmnが式（３２）で近似される（ｇmn＝ｋ・ｇm）。
【０２０２】
ここで、ブロック３２を係数ｇmのブロックと係数ｋ1（＝ｋ）のブロックに分けて考えることができる。この場合、第１の実施の形態の場合の式（６）と同様に、式（３５）を設定することができる。
【０２０３】
【数３５】
３２を係数ｇmと等しい係数ｇmnをもつブロック、７１を係数ｋ1のブロックとして、図１５を書き換えると、図１９のようになる。第１の積分器４３からの外乱推定信号τdestが入力されるブロック４５の係数が（１／ｇmn・Ｋtn）であり、ｇmnを含むことから、図１９では、第１の積分器４３とブロック４５との間に、係数（１／ｋ2）のブロック７２を介挿する。ここで、ブロック７１のｋ1とブロック７２のｋ2との関係は、原理的には、式（３６）のとおりである。
【０２０５】
【数３６】
ただし、実務的には、必ずしも、式（３６）の条件は必須ではなく、ｋ1とｋ2とはある程度の許容幅をもって近似していればよい。すなわち、許容係数ηを１に近い数値として、式（３７）のように表すことができる。
【０２０７】
【数３７】
許容係数ηの具体的数値は、実機の仕様に応じて適切に設定すればよい。許容係数ηは経験的には、０．７〜１．３の範囲であればよく、好ましくは、０．８〜１．２の範囲であり、さらに好ましくは、０．９〜１．１の範囲である。それぞれ、式（３８），（３９），（４０）のように表すことができる。
【０２０９】
【数３８】
【数３９】
【数４０】
なお、理想的には、η＝１．０である。
【０２１３】
図１９に対応させて図１４を書き換えると、図１８のようになる。すなわち、第１の実施の形態の場合の外乱推定手段１２と本実施の形態の第１の補正用乗算手段１８を合わせて本実施の形態の外乱推定手段１２Ａとする。また、第１の実施の形態の場合の補正手段１５と本実施の形態の第２の補正用乗算手段１９を合わせて本実施の形態の補正手段１５Ａとする。補正手段１５からの駆動信号ｕを外乱推定手段１２へ伝達する経路中に伝達関数がｋ1の第１の補正用乗算手段１８が介挿されているとともに、外乱推定手段１２からの外乱推定信号τdestを補正手段１５へ伝達する経路中に伝達関数がｋ2の第２の補正用乗算手段１９が介挿されている。図１９において、ブロック７１は第１の補正用乗算手段１８に対応し、ブロック７２は第２の補正用乗算手段１９に対応する。
【０２１４】
図１８、図１９に基づいて第３の実施の形態を記述すると、外乱推定手段１２Ａは、駆動信号ｕをｋ1倍した信号と電圧信号Ｅdとから外乱推定信号τdestを生成するものとして構成され、補正手段１５Ａは、位置制御信号ｃと外乱推定信号τdestを１／ｋ2倍した信号とを合成するものとして構成されている。
【０２１５】
なお、上述した第３の実施の形態におけるディスク装置では、外乱推定手段１２Ａに対する一方の入力信号としてブロック４７Ａから出力される駆動信号ｕを入力するように構成したが、駆動信号ｕの代わりにブロック２２から出力される駆動手段１０の出力する駆動電流Ｉaを用いても同様の効果を得ることができることは言うまでもない。
【０２１６】
（第４の実施の形態）
図２０は本発明の第４の実施の形態におけるディスク装置の１例である磁気ディスク装置の構成を示すブロック図である。図２１は第４の実施の形態の磁気ディスク装置の位置決め制御系の全体構成を示すブロック線図である。第４の実施の形態においては、第２の実施の形態におけるフィルタ手段１６、伝達関数Ｆ（ｓ）のブロック５４はない。第４の実施の形態においては、その外乱推定手段１７Ａに対する入力が第３の実施の形態の外乱推定手段１２Ａに対する入力とは異なっている。すなわち、電圧検出手段１１からの電圧信号Ｅdと、位置制御手段１４からの位置制御信号ｃとである。その他の構成については実施の形態３の場合の図１４、図１５と同様である。なお、前述の第３の実施の形態に示した要素、部材と同一の機能を有するものについては同一の符号を付し、重複した説明は省略する。
【０２１７】
図２０に示す第４の実施の形態におけるディスク装置と図１４に示す第３の実施の形態との関係は、図１２に示す第２の実施の形態と図１に示す第１の実施の形態との関係に対応している。ただし、フィルタ手段１６はない。図１４に示す第３の実施の形態では、電圧検出手段１１の生成する電圧信号Ｅdと駆動信号ｕとが外乱推定手段１２Ａへ入力される構成であったが、図２０に示した第４の実施の形態では、電圧検出手段１１の生成する電圧信号Ｅdと位置制御手段１４の生成する位置制御信号ｃとが外乱推定手段１７Ａに入力されるように構成されている。
【０２１８】
したがって、第４の実施の形態においても、式（２５）〜（２７）が成立する。そこで、図１５に示す第３の実施の形態の外乱推定手段１２Ａのブロック３０Ａを書き換えると、図２１に示す外乱推定手段１７Ａのブロック６０Ａのようになる。これは、第２の実施の形態の場合の図１３と同じである。ただし、フィルタ手段１６に対応するブロック５４はない。
【０２１９】
また、第４の実施の形態においても第３の実施の形態と同様に構成することにより、式（２８）〜（４０）が成立する。そして、式（３２）において、実数の係数ｋを十分大きく設定することにより、第３の実施の形態におけるディスク装置と同様、アクチュエータ７の駆動コイル５のコイル抵抗Ｒaが、抵抗ばらつきや温度上昇による抵抗値変化により公称値Ｒanとは異なった場合でも位置決め制御系を安定化することができる。
【０２２０】
その結果、第４の実施の形態におけるディスク装置は、外乱推定手段１７Ａにより、外部から加わる衝撃や振動によりアクチュエータ７の受ける慣性力などによる外乱を正確に検出することができる。アクチュエータ７に加わる軸受摩擦やＦＰＣの弾性力や外部から加わる衝撃や振動によりアクチュエータ７の受ける慣性力などによる外乱τdが作用しても、この外乱τdを外乱推定手段１７Ａにより推定し、推定された外乱推定信号τdestをもって外部から加わった外乱τdを打ち消すように制御するように構成されている。したがって、第３の実施の形態と同様、外部から加わった外乱τdが、あたかも式（１９）および図５の遮断周波数特性を有するフィルタを通して位置決め制御系に加わったように作用する。したがって、第４の実施の形態におけるディスク装置では角周波数ωo以下の周波数においては、１次の低域遮断特性で外乱を抑制することができる。外乱によるトラックずれを抑制することができ、ヘッド２は目標トラックに高精度に位置決め制御される。したがって、衝撃や振動に対して安定なトラッキング制御が可能で、ディスク装置の信頼性を向上させることができる。
【０２２１】
このように、第４の実施の形態におけるディスク装置によれば、外乱推定手段１７Ａの構成に必要な加算器の数を第３の実施の形態のディスク装置に比べて削減することができる。したがって、第４の実施の形態のディスク装置は、第３の実施の形態と比べて、より簡単な構成でヘッド位置決め制御系に外乱として作用する軸受摩擦や、弾性力や、慣性力などのアーム３に作用する外乱τdを推定することが可能となり、ヘッドの位置決め制御を安定に行うことができ、ヘッド２を狭いトラックピッチで形成された目標トラックに高い精度で位置決めさせることができる。さらに、第４の実施の形態のディスク装置においては、加算器の数を削減したことにより、位置決め制御系をアナログ回路などのハードウェアで実現する場合には、回路の調整を簡単化できる。また、位置決め制御系をソフトウェアで実現する場合には、演算処理による演算時間遅れを短縮することが可能である。
【０２２２】
第３の実施の形態と同様に、外乱推定手段１７Ａにおいてはディスク装置のセクタサーボのサンプリング周波数の影響を受けない。したがって、外乱推定手段１７Ａの制御帯域は、位置決め制御系の制御帯域よりも高く設定することができる。
【０２２３】
さらに、第４の実施の形態のディスク装置においては、外乱推定手段１７Ａを構成する加算器の数を削減できるので、位置決め制御系をアナログ回路などのハードウェアで実現する場合には、回路の調整を簡単化できる。また、位置決め制御系をソフトウェアで実現する場合には、演算処理による演算時間遅れを短縮することが可能となり、より制御帯域を高めることが可能となる。
【０２２４】
第３の実施の形態の場合と同様に、係数ｋ1，ｋ2を用いて図２０、図２１を書き換えると、それぞれ図２２、図２３のようになる。すなわち、第２の実施の形態の場合の外乱推定手段１７と本実施の形態の第１の補正用乗算手段１８を合わせて本実施の形態の外乱推定手段１７Ａとする。また、第２の実施の形態の場合の補正手段１５と本実施の形態の第２の補正用乗算手段１９を合わせて本実施の形態の補正手段１５Ａとする。補正手段１５からの駆動信号ｕを外乱推定手段１７へ伝達する経路中に伝達関数がｋ1の第１の補正用乗算手段１８が介挿されているとともに、外乱推定手段１７からの外乱推定信号τdestを補正手段１５へ伝達する経路中に伝達関数がｋ2の第２の補正用乗算手段１９が介挿されている。図２３において、ブロック７１は第１の補正用乗算手段１８に対応し、ブロック７２は第２の補正用乗算手段１９に対応する。
【０２２５】
図２２、図２３に基づいて第４の実施の形態を記述すると、外乱推定手段１７Ａは、位置制御信号ｃをｋ1倍した信号と電圧信号Ｅdとから外乱推定信号τdestを生成するものとして構成され、補正手段１５Ａは、位置制御信号ｃと外乱推定信号τdestを１／ｋ2倍した信号とを合成するものとして構成されている。
【０２２６】
以上の実施の形態に加えて、次のような実施の形態もある。それは、図２４に示すように、第１の実施の形態と第３の実施の形態とを合成したものや、図２５に示すように、第２の実施の形態と第４の実施の形態とを合成したものである。すなわち、いずれも外乱推定信号τdestにおける高域周波数成分は遮断するためのフィルタ手段１６を補正手段１５Ａに追加したものである。
【０２２７】
なお、上述してきた第１ないし第４の実施の形態におけるディスク装置では、乗算器や積分器はアナログフィルタで構成するもので説明したが、ディジタルフィルタで構成することも可能である。さらに、各実施の形態の位置決め制御系を構成する各部についてはマイクロコンピュータによるソフトウェアにより実現するようにしてもよい。
【０２２８】
また、以上説明してきた第１ないし第４の実施の形態におけるディスク装置では磁気ディスク装置を例に挙げて説明してきたが、本発明は、これらの例にのみ限定されるものではなく、光ディスク装置、光磁気ディスク装置など他の態様の情報記録装置に適用できることは、言うまでもないことである。
【０２２９】
【発明の効果】
以上のように本発明のディスク装置によれば、アクチュエータ手段に加わる軸受摩擦や弾性力や慣性力などの外乱を推定するのに、駆動信号と位置制御信号のいずれかとアクチュエータ手段の駆動コイルで誘起される電圧信号とを組み合わせて外乱推定信号を生成しており、電圧信号が連続信号であることにより、離散的なサーボ情報を用いる従来技術に比べて、外乱をより正確に検出することができる。したがって、目標トラックに向かうフォローイング動作時に前記外乱の変動が大きくても、この外乱の変動を良好に補償し、目標トラックに対するヘッドの位置決め精度を向上させることできる。併せて、外部からの衝撃や振動によりアクチュエータ手段が受ける慣性力を打ち消すことで、ディスク装置の耐衝撃特性を向上させ、ヘッドの位置決め制御を安定的に行うことができる。
【０２３０】
そして、本発明のディスク装置によれば、単に上記の作用効果だけにとどまらず、駆動信号をヘッド位置の位置制御信号と外乱推定信号とに基づいて生成するにおいて、フィルタ手段によって外乱推定信号の高域周波数成分を遮断してフィルタ信号となし、その上でヘッド位置の位置制御信号とフィルタ信号とを合成することにより駆動信号を生成しているので、アクチュエータ手段の駆動コイルの抵抗値が抵抗ばらつきを伴っていたり温度上昇による抵抗値変化により公称値とは異なっている場合でも、位置決め制御系を安定化することができる。
【０２３１】
また、外乱推定手段を、駆動信号または位置制御信号をｋ1倍して得られた信号と電圧信号とに基づいて外乱推定信号を生成するものに構成するとともに、補正手段を、外乱推定信号を１／ｋ2倍した信号と位置制御信号を合成して駆動信号を生成するものに構成することにより（ｋ1>>１、ｋ2>>１）、アクチュエータ手段の駆動コイルの抵抗値が抵抗ばらつきを伴っていたり温度上昇による抵抗値変化により公称値とは異なっている場合でも、位置決め制御系を安定化することができる。
【０２３２】
したがって、アクチュエータ手段の小型軽量化によりアクチュエータ手段に作用する外乱が位置決め制御系に与える影響が大きくなったときに、特に駆動コイルの抵抗値ばらつき、抵抗値変化があるときに、本発明のディスク装置によれば、より多様な条件変化に対して、ヘッドの位置決め精度を向上させて対応することが可能であり、トラック密度を従来のものより高めることができるので大容量のディスク装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態におけるディスク装置の構成を示すブロック図
【図２】 本発明の第１の実施の形態におけるディスク装置の位置決め制御系の全体構成を示すブロック線図
【図３】 （ａ）は本発明の第１の実施の形態におけるディスク装置の外乱推定手段の外乱推定動作を説明するためのブロック線図、（ｂ）は（ａ）のブロック線図を等価変換したブロック線図、（ｃ）は（ａ）のブロック線図をまとめて表現したブロック線図
【図４】 （ａ）は本発明の第１の実施の形態におけるディスク装置に加わる外乱を抑制する動作を説明するためのブロック線図、（ｂ）は（ａ）のブロック線図を等価変換したブロック線図
【図５】 本発明の第１の実施の形態におけるディスク装置に加わる外乱に対する遮断周波数特性図
【図６】 （ａ）は本発明の第１の実施の形態におけるディスク装置に加わる外乱の変動と外乱推定手段が出力する外乱推定信号の時間応答波形図、（ｂ）は外乱推定手段の出力する外乱推定信号を補正手段に入力する場合と補正手段に入力しない場合の駆動電流時間応答波形図、（ｃ）は外乱推定手段の出力する外乱推定信号を補正手段に入力して外乱の変動を打ち消した場合のトラック誤差の時間応答波形図
【図７】 （ａ）は本発明の第１の実施の形態の外乱推定手段で駆動コイルのインダクタンスを考慮したときの位置決め制御系のオープンループの周波数ゲイン特性図、（ｂ）は（ａ）に対応した周波数位相特性図
【図８】 （ａ）は本発明の第１の実施の形態におけるディスク装置の外乱推定手段で駆動コイルのインダクタンスを考慮しなかったときの位置決め制御系のオープンループの周波数ゲイン特性図、（ｂ）は（ａ）に対応した周波数位相特性図
【図９】 本発明の第１の実施の形態におけるディスク装置の駆動コイルに並列接続するコンデンサと抵抗の回路構成図
【図１０】 本発明の第１の実施の形態におけるディスク装置の外乱推定手段の変更箇所のブロック線図
【図１１】 （ａ）は本発明の第１の実施の形態におけるディスク装置の位置決め制御系で、外乱推定手段の出力と補正手段の入力の間にフィルタを挿入したとき（実線）と外乱推定手段で駆動コイルのインダクタンスを考慮しなかったとき（破線）の位置決め制御系のオープンループの周波数ゲイン特性図、（ｂ）は（ａ）に対応した周波数位相特性図
【図１２】 本発明の第２の実施の形態におけるディスク装置の構成を示すブロック図
【図１３】 本発明の第２の実施の形態におけるディスク装置の位置決め制御系の全体構成を示すブロック線図
【図１４】 本発明の第３の実施の形態におけるディスク装置の構成を示すブロック図
【図１５】 本発明の第３の実施の形態におけるディスク装置の位置決め制御系の全体構成を示すブロック線図
【図１６】 （ａ）は本発明の第３の実施の形態におけるディスク装置の外乱推定手段で駆動コイルの抵抗値が公称値に等しくないときの位置決め制御系のオープンループの周波数ゲイン特性図、（ｂ）は（ａ）に対応した周波数位相特性図
【図１７】 （ａ）は本発明の第３の実施の形態におけるディスク装置の外乱推定手段の駆動コイルの抵抗値が公称値と異なるときの外乱推定動作を説明するためのブロック線図、（ｂ）は（ａ）のブロック線図を等価変換したブロック線図、（ｃ）は駆動コイルの抵抗値が公称値と異なるときの位置決め制御系の変更箇所のブロック線図
【図１８】 本発明の第３の実施の形態におけるディスク装置の構成（図１４）を書き改めたブロック図
【図１９】 本発明の第３の実施の形態におけるディスク装置の位置決め制御系の全体構成（図１５）を書き改めたブロック線図
【図２０】 本発明の第４の実施の形態におけるディスク装置の構成を示すブロック図
【図２１】 本発明の第４の実施の形態におけるディスク装置の位置決め制御系の全体構成を示すブロック線図
【図２２】 本発明の第３の実施の形態におけるディスク装置の構成（図１４）を書き改めたブロック図
【図２３】 本発明の第３の実施の形態におけるディスク装置の位置決め制御系の全体構成（図１５）を書き改めたブロック線図
【図２４】 本発明の第１および第３の実施の形態を組み合わせた実施の形態におけるディスク装置の構成を示すブロック図
【図２５】 本発明の第２および第４の実施の形態を組み合わせた実施の形態におけるディスク装置の構成を示すブロック図
【符号の説明】
１ 磁気ディスク
２ 磁気ヘッド
３ アーム
４ 軸受
５ 駆動コイル
６ 固定子
７ アクチュエータ（アクチュエータ手段）
１０ 駆動手段
１１ 電圧検出手段
１２，１２Ａ 外乱推定手段
１３ 位置検出手段
１４ 位置制御手段
１５ 補正手段
１６ フィルタ手段
１７，１７Ａ 外乱推定手段
３２，３３ 第１の乗算器（第１の乗算手段）
４３ 第１の積分器（第１の積分手段）
４４ 第２の乗算器（第２の乗算手段）
３４，３５ 第２の積分器（第２の積分手段）
３７ 比較器（比較手段）
ｕ 駆動信号
ｅ 位置誤差信号
ｃ 位置制御信号
ｖ ヘッド移動速度
ｖest 速度推定信号
τ 駆動トルク
τd 外乱（外乱トルク）
τdest 外乱推定信号
Ｉa 駆動電流
Ｉaest 推定電流
Ｅa 誘起電圧
Ｅaest 誘起電圧推定信号
Ｅd 電圧信号
Ｅdest 電圧推定信号
ｆ フィルタ信号
β 補正信号
Claims (13)
- ディスクに対してヘッドの位置決めを行うアクチュエータ手段と、
入力される駆動信号に応じて前記アクチュエータ手段を駆動する駆動手段と、
前記アクチュエータ手段の駆動において誘起される電圧を検出し、電圧信号を出力する電圧検出手段と、
１よりも大きい実数の係数をｋ1として、前記駆動信号をｋ1倍した信号と前記電圧信号から前記ヘッドに加わる外乱の大きさを推定し、外乱推定信号を生成する外乱推定手段と、
前記ディスクに予め記録され、前記ヘッドにより検出されるサーボ情報から前記ヘッドの現在位置に対応した位置誤差信号を生成し、出力する位置検出手段と、
前記位置誤差信号に対応した位置制御信号を生成し、出力する位置制御手段と、
前記位置制御信号と前記外乱推定信号が入力され、１よりも大きい実数の係数をｋ2として、前記外乱推定信号を１／ｋ2倍した信号と前記位置制御信号とを合成して前記駆動信号を生成し、出力する補正手段とを具備することを特徴とするディスク装置。 - ディスクに対してヘッドの位置決めを行うアクチュエータ手段と、
入力される駆動信号に応じて前記アクチュエータ手段を駆動する駆動手段と、
前記アクチュエータ手段の駆動において誘起される電圧を検出し、電圧信号を出力する電圧検出手段と、
前記ディスクに予め記録され、前記ヘッドにより検出されるサーボ情報から前記ヘッドの現在位置に対応した位置誤差信号を生成し、出力する位置検出手段と、
前記位置誤差信号に対応した位置制御信号を生成し、出力する位置制御手段と、
１よりも大きい実数の係数をｋ1として、前記位置制御信号をｋ1倍した信号と前記電圧信号から前記ヘッドに加わる外乱の大きさを推定し、外乱推定信号を生成する外乱推定手段と、
前記位置制御信号と前記外乱推定信号が入力され、１よりも大きい実数の係数をｋ2として、前記外乱推定信号を１／ｋ2倍した信号と前記位置制御信号とを合成して前記駆動信号を生成し、出力する補正手段とを具備することを特徴とするディスク装置。 - ディスクに対してヘッドの位置決めを行うアクチュエータ手段と、
入力される駆動信号に応じて前記アクチュエータ手段を駆動する駆動手段と、
前記アクチュエータ手段の駆動において誘起される電圧を検出し、電圧信号を出力する電圧検出手段と、
１よりも大きい実数の係数をｋ1として、前記駆動信号をｋ1倍した信号と前記電圧信号から前記ヘッドに加わる外乱の大きさを推定し、外乱推定信号を生成する外乱推定手段と、
前記ディスクに予め記録され、前記ヘッドにより検出されるサーボ情報から前記ヘッドの現在位置に対応した位置誤差信号を生成し、出力する位置検出手段と、
前記位置誤差信号に対応した位置制御信号を生成し、出力する位置制御手段と、
前記位置制御信号と前記外乱推定信号が入力され、１よりも大きい実数の係数をｋ2として、前記外乱推定信号を１／ｋ2倍した信号の高域周波数成分を遮断してフィルタ信号を生成し、前記位置制御信号と前記フィルタ信号とを合成して前記駆動信号を生成し、出力する補正手段とを具備することを特徴とするディスク装置。 - ディスクに対してヘッドの位置決めを行うアクチュエータ手段と、
入力される駆動信号に応じて前記アクチュエータ手段を駆動する駆動手段と、
前記アクチュエータ手段の駆動において誘起される電圧を検出し、電圧信号を出力する電圧検出手段と、
前記ディスクに予め記録され、前記ヘッドにより検出されるサーボ情報から前記ヘッドの現在位置に対応した位置誤差信号を生成し、出力する位置検出手段と、
前記位置誤差信号に対応した位置制御信号を生成し、出力する位置制御手段と、
１よりも大きい実数の係数をｋ1として、前記位置制御信号をｋ1倍した信号と前記電圧信号から前記ヘッドに加わる外乱の大きさを推定し、外乱推定信号を生成する外乱推定手段と、
前記位置制御信号と前記外乱推定信号が入力され、１よりも大きい実数の係数をｋ2として、前記外乱推定信号を１／ｋ2倍した信号の高域周波数成分を遮断してフィルタ信号を生成し、前記位置制御信号と前記フィルタ信号とを合成して前記駆動信号を生成し、出力する補正手段とを具備することを特徴とするディスク装置。 - 前記係数ｋ1，ｋ2をほぼ等しく設定していることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかに記載のディスク装置。
- 前記外乱推定手段は、
前記電圧検出手段の検出した電圧信号が入力される比較手段と、
前記駆動信号をｋ1倍した信号に第１の伝達関数からなる係数を乗算する第１の乗算手段と、
前記比較手段の出力に第２の伝達関数からなる係数を乗算する第２の乗算手段と、
前記比較手段の出力を積分する第１の積分手段と、
前記第１の乗算手段の出力から前記第２の乗算手段の出力と前記第１の積分手段の出力との加算値を減算した値を積分する第２の積分手段とを具備し、
前記比較手段が前記電圧信号と前記第２の積分手段の出力とを比較し、その結果を前記第２の乗算手段と前記第１の積分手段へ出力するように構成されていることを特徴とする請求項１または請求項３に記載のディスク装置。 - 前記外乱推定手段は、
前記電圧検出手段の検出した電圧信号が入力される比較手段と、
前記位置制御信号をｋ1倍した信号に第１の伝達関数からなる係数を乗算する第１の乗算手段と、
前記比較手段の出力に第２の伝達関数からなる係数を乗算する第２の乗算手段と、
前記比較手段の出力を積分する第１の積分手段と、
前記第１の乗算手段の出力から前記第２の乗算手段の出力を減算した値を積分する第２の積分手段とを具備し、
前記比較手段が前記電圧信号と前記第２の積分手段の出力とを比較し、その結果を前記第２の乗算手段と前記第１の積分手段へ出力するように構成されていることを特徴とする請求項２または請求項４に記載のディスク装置。 - 前記補正手段におけるフィルタ信号の遮断周波数が、前記位置制御手段の制御帯域よりも小さく設定されていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載のディスク装置。
- ディスクに予め記録され、ヘッドにより検出されるサーボ情報から前記ヘッドの現在位置に対応した位置誤差信号を生成し、
前記位置誤差信号に対応した位置制御信号を生成し、
１よりも大きい実数の係数をｋ1として、前記ヘッドの位置決めを行うアクチュエータ手段の駆動信号をｋ1倍した信号と前記アクチュエータ手段の駆動において誘起される電圧信号から前記ヘッドに加わる外乱の大きさを推定して外乱推定信号を生成し、
１よりも大きい実数の係数をｋ2として、前記外乱推定信号を１／ｋ2倍した信号と前記位置制御信号とを合成して前記駆動信号を生成し、
前記駆動信号により前記ディスクに対して前記ヘッドの位置決めを行うことを特徴とするディスク装置の制御方法。 - ディスクに予め記録され、ヘッドにより検出されるサーボ情報から前記ヘッドの現在位置に対応した位置誤差信号を生成し、
前記位置誤差信号に対応した位置制御信号を生成し、
１よりも大きい実数の係数をｋ1として、前記位置制御信号をｋ1倍した信号と前記アクチュエータ手段の駆動において誘起される電圧信号から前記ヘッドに加わる外乱の大きさを推定して外乱推定信号を生成し、
１よりも大きい実数の係数をｋ2として、前記外乱推定信号を１／ｋ2倍した信号と前記位置制御信号を合成して前記駆動信号を生成し、
前記駆動信号により前記ディスクに対して前記ヘッドの位置決めを行うことを特徴とするディスク装置の制御方法。 - ディスクに予め記録され、ヘッドにより検出されるサーボ情報から前記ヘッドの現在位置に対応した位置誤差信号を生成し、
前記位置誤差信号に対応した位置制御信号を生成し、
１よりも大きい実数の係数をｋ1として、前記ヘッドの位置決めを行うアクチュエータ手段の駆動信号をｋ1倍した信号と前記アクチュエータ手段の駆動において誘起される電圧信号から前記ヘッドに加わる外乱の大きさを推定して外乱推定信号を生成し、
１よりも大きい実数の係数をｋ2として、前記外乱推定信号を１／ｋ2倍した信号の高域周波数成分を遮断してフィルタ信号を生成し、
前記位置制御信号と前記フィルタ信号とを合成して前記駆動信号を生成し、
前記駆動信号により前記ディスクに対して前記ヘッドの位置決めを行うことを特徴とするディスク装置の制御方法。 - ディスクに予め記録され、ヘッドにより検出されるサーボ情報から前記ヘッドの現在位置に対応した位置誤差信号を生成し、
前記位置誤差信号に対応した位置制御信号を生成し、
１よりも大きい実数の係数をｋ1として、前記位置制御信号をｋ1倍した信号と前記アクチュエータ手段の駆動において誘起される電圧信号から前記ヘッドに加わる外乱の大きさを推定して外乱推定信号を生成し、
１よりも大きい実数の係数をｋ2として、前記外乱推定信号を１／ｋ2倍した信号の高域周波数成分を遮断してフィルタ信号を生成し、
前記位置制御信号と前記フィルタ信号とを合成して前記駆動信号を生成し、
前記駆動信号により前記ディスクに対して前記ヘッドの位置決めを行うことを特徴とするディスク装置の制御方法。 - 前記係数ｋ1，ｋ2をほぼ等しく設定していることを特徴とする請求項９から請求項１２までのいずれかに記載のディスク装置の制御方法。
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