JP4594898B2 - ヘッド位置制御装置およびディスク装置 - Google Patents

Description

本発明は、ディスク装置のヘッド位置制御方法、ヘッド位置制御装置及びディスク装置に関し、特に、オブザーバ制御を用いて、外乱による位置ずれを抑制するためのヘッド位置制御方法、ヘッド位置制御装置及びディスク装置に関する。

ディスク装置、例えば、磁気ディスク装置や光ディスク装置において、ヘッドを目標トラックに正確に位置決めすることが記録密度向上のために極めて重要である。

この位置決め制御において、外乱が、位置決め精度へ影響することが、知られている。このような外乱を制御系で抑圧するため、従来、図２４乃至図２６の制御系が提案されている。図２４の第１の従来技術は、目標位置ｒと、プラント１０８の現在位置ｙとの位置誤差ｅを演算ブロック１００で演算し、コントローラ１０２に入力し、コントローラ１０２が、位置誤差ｅを低減するような制御量を演算し、プラント１０８を駆動するフィードバック制御系に、並列に、ノッチフィルタの逆特性形態のフィルタ１０４を付与して、位置誤差の特定の周波数近傍の成分を抑圧する（特許文献１参照）。

第２の従来技術は、図２５に示すように、図２４のフィードバックループのコントローラ１０２に直列に、フィルタ１０４を設け、コントローラ１０２の制御量の特定の周波数近傍の成分を抑圧する（非特許文献１参照）。

更に、第３の従来技術は、図２６に示すように、図２４のフィードバックループに、外乱オブザーバと称して、現在位置ｙをブロック１１０で、プラント１０８の伝達関数Ｐで割った値、即ち、位置誤差の２階微分値と，演算ブロック１０６からの指令電流値との差分を、演算ブロック１１２でとり、バンドパスフィルタ（Qフィルタとも呼ぶ）１１４を通して、演算ブロック１０６にフィードバックする（非特許文献1参照）。

又、この周期性外乱であるディスクの偏心に対応するために、偏心推定オブザーバを用いて、偏心を補正する方法が提案されている（例えば、特許文献２または特許文献３）。

このような偏心推定オブザーバは、状態推定ゲインＡ，Ｂ，Ｃ，Ｆ，Ｌを使用して、実際の位置誤差と、推定した位置誤差との誤差から、アクチュエータの制御値を計算し、次サンプルの状態量（位置、速度、バイアス値、偏心量を計算する。

ここで、推定ゲインＬは、位置推定ゲインＬ１，速度推定ゲインＬ２，バイアス推定ゲインＬ３，偏心推定ゲインＬ４，Ｌ５からなる。そして、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３は、コントローラ自体の特性であり、Ｌ４，Ｌ５は、周期性外乱である偏心に対する応答特性を示す。
ＵＳＰ ６，４８７，０２８Ｂ１公報 R. J. Bickel and M. Tomizuka, 論文"Disturbance observer based hybrid impedance control"（Proceedings of the American Control Conference 1995, pp.729-733） 特開平７−５００７５号公報 特開２０００−２１１０４号公報

このようなオブザーバを利用して、偏心成分以外の外部振動に追従するような位置決め制御が望まれている。即ち、ディスク装置の記録密度の高密度化に伴い、外部振動によるヘッドの位置決め精度への影響が無視できなくなっている。例えば、媒体の振動や、媒体の回転でヘッドが受ける風が、ヘッドの位置決め精度に影響する。又、ディスク装置の利用拡大に伴い、モバイル機器、例えば、携帯端末、携帯電話、携帯型ＡＶ機器に搭載されおり、広い範囲の外乱周波数に適応することも要求されている。

前述の従来技術の外乱抑圧では、偏心補正など、特定の周波数域を選択的に抑圧する補償器を付加する場合には、抑圧域の幅を極めて狭くすれば、元の制御系の特性に影響を与えず、実装できる。しかしながら、近年の広い範囲の外乱周波数に適応するという要求に対し、抑圧幅を広くとる場合や高い周波数域の外乱を抑圧する場合には、元のコントローラの特性に影響を与え、所望の外乱抑圧機能を付加するのが、困難である。

又、従来技術では、１つのオブザーバを設計した後、後から外乱抑圧機能を付与する場合には、制御系全体の特性、例えば、極配置が大きくずれてしまい、オブザーバ全体の再設計が必要となる。即ち、従来は、外乱モデルを決めてから、コントローラと外乱抑圧機能を含めたオブザーバを設計するため、後で、特定の外乱抑圧機能を付与する場合には、全体に影響し、再設計が必要である。

従って、本発明の目的は、種々の外乱周波数に、オブザーバの制御特性を損なうことなく、適応するためのヘッド位置制御方法、ヘッド位置制御装置及びディスク装置を提供することにある。

又、本発明の他の目的は、オブザーバの制御特性を損なうことなく、広い範囲の外乱周波数に適応して、ヘッドの振動を防止するためのヘッド位置制御方法、ヘッド位置制御装置及びディスク装置を提供することにある。

更に、本発明の他の目的は、オブザーバの制御特性を損なうことなく、広い範囲の外乱周波数に適応して、ヘッドの追従性能を向上するためのヘッド位置制御方法、ヘッド位置制御装置及びディスク装置を提供することにある。

更に、本発明の他の目的は、オブザーバの制御特性を損なうことなく、広い範囲の外乱周波数に適応して、ヘッドのリード／ライト特性を改善するためのヘッド位置制御方法、ヘッド位置制御装置及びディスク装置を提供することにある。

本発明のディスク装置は、ディスク記憶媒体のデータを少なくとも読み取るヘッドと、前記ディスク記憶媒体の所定位置に、前記ヘッドを位置決めするアクチュエータと、前記ヘッドの目標位置と前記ヘッドから得た現在位置とから位置誤差を演算し、オブザーバ制御により推定位置を演算し、前記位置誤差と前記推定位置とから推定位置誤差を演算し、演算された前記推定位置誤差に従い、前記アクチュエータの推定ゲインを用いて生成した状態情報から前記アクチュエータの制御値を演算するコントローラモデルを有し、前記アクチュエータを駆動する制御ユニットと、を備え、前記制御ユニットの前記コントローラモデルには、感度関数を整形する分母と分子の次数が同一である整形フィルタの前記分子を分母とした伝達関数で定義された外乱推定ゲインを有し、前記コントローラモデルで演算された前記推定位置誤差に従い、前記外乱推定ゲインを用いて生成した状態情報から前記アクチュエータの外乱抑圧値を演算する外乱モデルが付加されていて、前記制御ユニットは、前記コントローラモデルで演算された前記制御値と前記外乱モデルで演算された前記外乱抑圧値を加算して、前記アクチュエータを駆動する。

又、本発明のヘッド位置制御装置は、ディスク記憶媒体のデータを少なくとも読み取るヘッドを、オブザーバ制御により、アクチュエータを制御して、前記ディスク記憶媒体の所定位置に位置決めするヘッド位置制御装置において、前記ヘッドの目標位置と前記ヘッドから得た現在位置とから位置誤差を演算し、オブザーバ制御により推定位置を演算し、前記位置誤差と前記推定位置とから推定位置誤差を演算し、演算された前記推定位置誤差に従い、前記アクチュエータの推定ゲインを用いて生成した状態情報から前記アクチュエータの制御値を演算するコントローラモデルと、前記コントローラモデルに付加されていて、感度関数を整形する分母と分子の次数が同一である整形フィルタの前記分子を分母とした伝達関数で定義された外乱推定ゲインを有し、前記コントローラモデルで演算された前記推定位置誤差に従い、前記外乱推定ゲインを用いて生成した状態情報から前記アクチュエータの外乱抑圧値を演算する外乱モデルと、前記コントローラモデルで演算された前記制御値と前記外乱モデルで演算された前記外乱抑圧値を加算して、前記アクチュエータを駆動する加算ブロックとを有する。

更に、本発明では、好ましくは、前記外乱抑圧値演算ステップは、前記感度関数を、所望の外乱周波数に応じて整形するフィルタの前記分子の零点を極に持つ外乱モデルの推定ゲインを用いて、状態情報を生成し、前記状態情報から前記アクチュエータの外乱抑圧値を演算するステップからなる。

更に、本発明では、好ましくは、前記外乱抑圧値演算ステップは、感度関数を、所望の外乱周波数に応じて整形する１次又は２次のフィルタの前記分子を分母とした外乱モデルから求めた推定ゲインを用いて、状態情報を生成し、前記状態情報から前記アクチュエータの外乱抑圧値を演算するステップからなる。

更に、本発明では、好ましくは、前記外乱抑圧値演算ステップは、前記推定位置誤差に従い、前記抑圧すべき複数の外乱周波数に応じた複数の前記フィルタの前記分子を分母とした伝達関数で定義された複数の外乱モデルから求めた推定ゲインを用いて、状態情報を生成し、前記状態情報から前記アクチュエータの複数の外乱抑圧値を演算するステップと、前記複数の外乱抑圧値を加算するステップとからなる。

更に、本発明では、好ましくは、前記制御ユニットは、前記感度関数を、所望の外乱周波数に応じて整形するフィルタの前記分子の零点を極に持つ外乱モデルから求めた推定ゲインを用いて、状態情報を生成し、前記状態情報から前記アクチュエータの外乱抑圧値を演算する。

更に、本発明では、好ましくは、前記制御ユニットは、感度関数を、所望の外乱周波数に応じて整形する１次又は２次のフィルタの前記分子を分母とした外乱モデルから求めた推定ゲインを用いて、状態情報を生成し、前記状態情報から前記アクチュエータの外乱抑圧値を演算する。

更に、本発明では、好ましくは、前記制御ユニットは、前記推定位置誤差に従い、前記抑圧すべき複数の外乱周波数に応じた複数の前記フィルタの前記分子を分母とした伝達関数で定義された複数の外乱モデルから求めた推定ゲインを用いて、状態情報を生成し、前記状態情報から前記アクチュエータの複数の外乱抑圧値を演算し、前記複数の外乱抑圧値を加算する。

更に、本発明では、好ましくは、前記制御ユニットは、定常バイアス補償を行う１次フィルタと特定の周波数近傍をノッチフィルタ状に抑圧する２次フィルタの前記分子を分母とした伝達関数で定義された外乱モデルから求めた推定ゲインを用いて、状態情報を生成し、前記状態情報から前記アクチュエータの外乱抑圧値を演算する。

更に、本発明では、好ましくは、前記制御ユニットは、定常バイアス補償を行う１次フィルタと特定の周波数以下を一様に抑圧する２次フィルタの前記分子を分母とした伝達関数で定義された外乱モデルから求めた推定ゲインを用いて、状態情報を生成し、前記状態情報から前記アクチュエータの外乱抑圧値を演算する。

更に、本発明では、好ましくは、前記制御ユニットは、比較的高域の前記特定の周波数近傍をノッチフィルタ状に抑圧する２次フィルタの前記分子を分母とした伝達関数で定義された外乱モデルから求めた推定ゲインを用いて、状態情報を生成し、前記状態情報から前記アクチュエータの外乱抑圧値を演算する。

更に、本発明では、好ましくは、前記制御ユニットは、複数の前記特定の周波数近傍をノッチフィルタ状に抑圧する複数の２次フィルタの前記分子を分母とした伝達関数で定義された複数の外乱モデルから求めた推定ゲインを用いて、状態情報を生成し、前記状態情報から前記アクチュエータの外乱抑圧値を演算する。

更に、本発明では、好ましくは、前記制御ユニットは、比較的低域の前記特定の周波数以下を一様に抑圧する２次フィルタの前記分子を分母とした伝達関数で定義された外乱モデルから求めた推定ゲインを用いて、状態情報を生成し、前記状態情報から前記アクチュエータの外乱抑圧値を演算する。

外乱抑圧のため、導入したい周波数特性を、整形フィルタで定義し、整形フィルタの分子の式を分母に持つ外乱モデルを構成し、元のオブザーバのモデル（コントローラモデル）に付加し、この外乱モデルから求めた推定ゲインを用いて、状態情報を生成し、状態情報から、アクチュエータの外乱抑圧値を演算するので、外乱抑圧機能を、抑圧幅を広くとる場合や高い周波数域の外乱を抑圧する場合でも、元のオブザーバ（コントローラ）の制御特性に影響を与えず、実装できる。また、最初に整形したいフィルタ形状を考えた上で、外乱モデルを元のオブザーバ（コントローラ）に付加し、設計することが可能になるので、元々の外乱モデルの物理的応答特性に拘束されることなく、自由な形状の整形が可能になる。

以下、本発明の実施の形態を、ディスク装置、オブザーバの第１の実施の形態、設計方法、第１の実施の形態の実施例、第２の実施の形態、第２の実施の形態の実施例、他の実施の形態の順で説明するが、本発明は、この実施の形態に限られない。

（ディスク装置）
図１は、本発明の一実施の形態のディスク装置の構成図、図２は、図１の磁気ディスクの位置信号の配置図、図３は、図１及び図２の磁気ディスクの位置信号の構成図である。

図１は、ディスク装置として、磁気ディスク装置を示す。図１に示すように、磁気記憶媒体である磁気ディスク４が、スピンドルモータ５の回転軸２に設けられている。スピンドルモータ５は、磁気ディスク４を回転する。アクチュエータ（ＶＣＭ）１は、先端に磁気ヘッド３を備え、磁気ヘッド３を磁気ディスク４の半径方向に移動する。

アクチュエータ１は、回転軸を中心に回転するボイスコイルモータ（ＶＣＭ）で構成される。図では、磁気ディスク装置に、２枚の磁気ディスク４が搭載され、４つの磁気ヘッド３が、同一のアクチュエータ１で同時に駆動される。

磁気ヘッド３は、リード素子と、ライト素子とからなる。磁気ヘッド３は、スライダに、磁気抵抗（ＭＲ）素子を含むリード素子を積層し、その上にライトコイルを含むライト素子を積層して、構成される。

位置検出回路７は、磁気ヘッド３が読み取った位置信号（アナログ信号）をデジタル信号に変換する。リード／ライト（Ｒ／Ｗ）回路１０は、磁気ヘッド３の読み取り及び書込みを制御する。スピンドルモータ（ＳＰＭ）駆動回路８は、スピンドルモータ５を駆動する。ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）駆動回路６は、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）１に駆動電流を供給し、ＶＣＭ１を駆動する。

マイクロコントローラ（ＭＣＵ）１４は、位置検出回路７からのデジタル位置信号から現在位置を検出（復調）し、検出した現在位置と目標位置との誤差に従い、ＶＣＭ駆動指令値を演算する。即ち、位置復調と図４以下で説明する外乱抑圧を含むサーボ制御を行う。リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）１３は、ＭＣＵ１４の制御プログラム等を格納する。ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１２は、ＭＣＵ１４の処理のためのデータ等を格納する。

ハードディスクコントローラ（ＨＤＣ）１１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。バッファ用ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１５は、リードデータやライトデータを一時格納する。ＨＤＣ１１は、ＵＳＢ，ＡＴＡやＳＣＳＩ等のインターフェイスＩＦで、ホストと通信する。バス９は、これらを接続する。

図２に示すように、磁気ディスク４には、外周から内周に渡り、各トラックにサーボ信号（位置信号）１６が、円周方向に等間隔に配置される。尚、各トラックは、複数のセクタで構成され、図２の実線は、サーボ信号１６の記録位置を示す。図３に示すように、位置信号は，サーボマークＳｅｒｖｏ Ｍａｒｋと、トラック番号Ｇｒａｙ Ｃｏｄｅと、インデックスＩｎｄｅｘと、オフセット情報（サーボバースト）ＰｏｓＡ，ＰｏｓＢ，ＰｏｓＣ，ＰｏｓＤとからなる。尚、図３の点線は、トラックセンターを示す。

図３の位置信号をヘッド３で読み取り、トラック番号Ｇｒａｙ Ｃｏｄｅとオフセット情報ＰｏｓＡ，ＰｏｓＢ，ＰｏｓＣ，ＰｏｓＤを使い，磁気ヘッドの半径方向の位置を検出する。さらに、インデックス信号Ｉｎｄｅｘを元にして，磁気ヘッドの円周方向の位置を把握する。

例えば，インデックス信号を検出したときのセクタ番号を０番に設定し、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のセクタ番号を得る。このサーボ信号のセクタ番号は，データの記録再生を行うときの基準となる。尚、インデックス信号は、１周に１つである、又、インデックス信号の代わりに、セクタ番号を設けることもできる。

図１のＭＣＵ１４は、位置検出回路７を通じて、アクチュエータ１の位置を確認して，サーボ演算し、適切な電流をＶＣＭ１に供給する。即ち、シーク制御は、コアース制御、整定制御及びフォローイング制御と遷移することで，目標位置まで移動させることができる。いずれも、ヘッドの現在位置を検出する必要がある。

このような，位置を確認するためには，前述の図２のように、磁気ディスク上にサーボ信号を事前に記録しておく。即ち、図３に示したように、サーボ信号の開始位置を示すサーボマーク，トラック番号を表すグレイコード，インデックス信号，オフセットを示すＰｏｓＡ〜ＰｏｓＤといった信号が記録されている。この信号を磁気ヘッドで読み出し、このサーボ信号を、位置検出回路７が、デジタル値に変換する。

（外乱オブザーバの第１の実施の形態）
図４は、図１のＭＣＵ１４が実行する外乱を抑圧する位置決め制御系の第１の実施の形態のブロック図である。この位置決め制御系は、外乱周波数を検出し、外乱を適応制御により、抑圧するためのオブザーバ制御系である。

図４に示すオブザーバは、下記式（１）、（２）、（３）、（４）、（５）で示されるバイアス補償を含む現在オブザーバである。

即ち、この実施の形態は、コントローラのモデルから外乱モデル５０を分離した適応制御系の例である。図４において、第１の演算ブロック３０は、ヘッド３が読み取った前述のサーボ情報を復調して得た観測位置ｙ［ｋ］から目標位置ｒを差し引き、実位置誤差ｅｒ［ｋ］を演算する。第２の演算ブロック３２は、実位置誤差ｅｒ［ｋ］からオブザーバの推定位置ｘ［ｋ］を差し引き、推定位置誤差ｅ［ｋ］を演算する。

コントローラモデルでは、この推定位置誤差ｅ［ｋ］は、状態推定ブロック３４に入力され、コントローラの推定ゲインＬａ（Ｌ１，Ｌ２）を用いて、推定修正値（式（１）の右辺）が、演算される。そして、遅延ブロック４６から状態量（式（１）の左辺）ｘ［ｋ］，ｖ［ｋ］と加算ブロック３６で加算され、式（１）のように、推定位置ｘ［ｋ］，推定速度ｖ［ｋ］を得る。尚、式（１）では、推定位置誤差ｅ［ｋ］を、（ｙ［ｋ］−ｘ［ｋ］）で表示する。

この推定値のｘ［ｋ］，ｖ［ｋ］は、第４の演算ブロック３８で、状態フィードバックゲイン（一Ｆａ＝Ｆ１，Ｆ２）を乗算され、式（２）のように、アクチュエータ１の第１の駆動値ｕ［ｋ］を得る。一方、加算ブロック３６からの式（１）の推定値ｘ［ｋ］，ｖ［ｋ］は、第５の演算ブロック４２で、推定ゲインＡａ（式（４）の２×２の（１，０）の行列）を乗じられ、第４の演算ブロック３８の駆動値ｕ［ｋ］は、第６の演算ブロック４０で、推定ゲインＢａ（式（４）のｕ［ｋ］に乗じる値）を乗じられる。両乗算結果は、加算ブロック４４で、加算され、式（４）の次のサンプルの推定状態量ｘ［ｋ＋１］，ｖ［ｋ＋１］を得る。

この次のサンプルの推定状態量は、前述のように、遅延ブロック４６に入力し、状態推定ブロック３４で、推定修正値で、修正される。そして、加算ブロック３６からの式（１）の推定値は、第７の演算ブロック４８で、推定位置ｘ［ｋ］が取り出され、前述の第２の演算ブロック３２に入力する。

一方、外乱モデル５０では、推定位置誤差ｅ［ｋ］が、外乱の状態推定ブロック５１に入力され、推定ゲインＬｄ１（Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５）を用いて、推定修正値（式（１）の右辺）が、演算される。そして、遅延ブロック５２から状態量（式（１）の左辺）と、加算ブロック５６で加算され、式（１）のように、推定バイアス値ｂ［ｋ］，推定外乱抑圧値ｚ１［ｋ］，ｚ２［ｋ］を得る。

この推定値ｂ［ｋ］，ｚ１［ｋ］，ｚ２［ｋ］は、第８の演算ブロック５８で、状態フィードバックゲイン（Ｆｄ１＝Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５）を乗算され、式（３）のように、アクチュエータ１の外乱抑圧駆動値を得る。一方、加算ブロック５６からの式（１）の推定値のｂ［ｋ］，ｚ１［ｋ］，ｚ２［ｋ］は、第９の演算ブロック５４で、推定ゲインＡｄ１（式（５）のｂ［ｋ］のゲイン及び２×２のＡ行列のゲイン）を乗じられ、遅延ブロック５２に入力し、次のサンプルの推定値ｂ［ｋ＋１］，ｚ１［ｋ＋１］，ｚ２［ｋ＋１］を得る。

そして、加算ブロック６０で、駆動値ｕ［ｋ］に、外乱抑圧駆動値を差し引き、式（３）の出力駆動値ｕｏｕｔ［ｋ］を得る。

即ち、推定ゲインＬを、コントローラモデルと外乱モデルで分離し、且つフィードバックゲインＦを、コントローラモデルと外乱モデルで分離し、コントローラモデルと外乱モデルを分離して、設計する。

（オブザーバの設計方法）
次に、この外乱モデルを分離したオブザーバの設計方法を、図５及び図６を用いて、説明する。

先ず、図５により、第1の設計方法を説明する。

（Ｓ１０）元となるコントローラを、オブザーバ制御にて，設計する。即ち、制御対象のモデルを設定する。

（Ｓ１２）その上で，整形したいフィルタ形状を決める。即ち、整形フィルタの個数と、個々のフィルタの極、零点を設定する。ただし、整形したいフィルタ形状は、１次または２次フィルタで、分子と分母の次数が同一であることが必要である。

（Ｓ１４）次に，整形フィルタの零点を用い、フィルタの分子の式を，分母に持つ外乱モデルを構成する。

（Ｓ１６）この外乱モデルを、Ｓ１０のオブザーバのモデルに付加する。この外乱モデルを付加することは，感度関数の零点を指定することになる。

（Ｓ１８）次に，オブザーバ制御系全体の極を指定する。この極は，元々の設計で用いていた極と，整形するためのフィルタの極とを含めたものである。即ち、整形フィルタの極を含めて、拡大モデル（全体モデル）の極配置を行い、オブザーバの推定ゲインＬ１〜Ｌ５，Ａ行列を設計する。

（Ｓ２０）制御対象モデルのみの極配置を行い、状態フィードバックゲインＦを設計する。

（Ｓ２２）状態フィードバックゲインに外乱モデルの出力ゲインを付加し、統合モデルのフィードバックゲインを設計する。このようにして外乱モデルを含むオブザーバを設計する。

即ち、本発明では、位置外乱や外部の振動、打撃を抑圧する性能を、感度関数や加速度外乱特性により、判断する。このため、感度関数や加速度外乱特性の形状を設計することにより、所望の外乱抑圧機能を付与する。

以下、例を挙げて設計手順を説明する。先ず、アクチュエータ１を２重積分モデルとしたときの、オブザーバ制御系は、次式（６）のアナログ式で示される。

式（６）において、ｓは、ラプラス演算子、ｘは、推定位置、ｖは、推定速度、ｙは、現在位置、ｒは、目標位置、Ｌ１，Ｌ２は、各々位置、速度の推定ゲイン、ｕは、駆動電流、Ｂｌ／ｍは、アクチュエータ１の力定数である。

次に、この制御系は、１／（１＋ＣＰ）の感度関数を持つが、この感度関数に対して、外乱抑圧を、次式（７）の1次フィルタで定義し、この1次フィルタで感度関数を、整形する。

即ち、このフィルタを与えた時の感度関数は、１／（１＋ＣＰ）に、式（７）を乗じた形状となる。

このとき、外乱モデルとして、上記（７）式のフィルタの分子を、分母として持つとなる下記式（８）の伝達関数のモデルをオブザーバに実装する。

一方、式（７）のフィルタの分母（ω２）は、極配置に用いる。

この外乱モデルを式（６）のオブザーバに実装することにより、式（６）から、次式（９）が得られる。

上記の式（９）のｂは、外乱推定値であり、ここでは、定常バイアス推定値のパラメータで示している。式（９）において、オブザーバの推定ゲインＬ１，Ｌ２，Ｌ３を設計するには、式（６）の元のオブザーバの設計に用いた極とともに，式（７）の整形フィルタの極（分母）：−ω2を指定する。

また，式（９）において、フィードバックゲインは、（Ｆｘ，Ｆｖ）のみ設計する。外乱モデルは、可観測ではあるが、可制御ではないため，外乱モデルのフィードバックゲインは変更できない。外乱モデルとしてオブザーバの推定ゲイン設計に用いたものと同じものを指定することになる。式（９）では、外乱モデルのフィードバックゲイン（出力ゲイン）は、Ｋ＝ｍ／Ｂｌである。

このように、元となるコントローラをオブザーバ制御で設計し、抑圧する外乱周波数に応じた整形したいフィルタ形状を決める。ここで、整形フィルタは、1次又は2次のフィルタであり、分子と分母の次数が同一であることが必要である。フィルタの分子と分母の次数が異なる場合には、例えば、分母の次数が、分子の次数より大きい場合（ω１／（ｓ＋ω２））には、このフィルタの周波数特性は、高域程、ゲインが低下し、元の感度関数に乗じた場合には、元の感度関数（即ち、コントローラの特性）が、大幅に変わってしまうからである。

そして、フィルタの分子の式を、分母に持つ外乱モデルを構成し、オブザーバのモデルに付加する（式（９））。この外乱モデルを付加することは、感度関数の零点を指定することになる。

次に、前述のように、オブザーバ制御系全体の極を指定する。この極は、元のコントローラのモデルで用いた極と、整形するためのフィルタの極（−ω２）を含めたものとなる。

換言すれば、外乱抑圧のため、導入したい周波数特性を、整形フィルタで定義し、整形フィルタの分子の式を分母に持つ外乱モデルを構成し、元のオブザーバのモデルに付加する。これにより、外乱抑圧機能を、抑圧幅を広くとる場合や高い周波数域の外乱を抑圧する場合でも、元のコントローラの特性に影響を与えず、実装できる。

又、１つのオブザーバを設計した後、後から外乱抑圧機能を付与する場合でも、制御系全体の特性のずれが小さく、オブザーバ全体の再設計も必要ない。

次に，整形フィルタを、2次フィルタとした場合を、説明する。2次フィルタとして，下記（１０）式で定義する。

前述のように、外乱モデルは、整形フィルタの分子の式を分母に持つため、次式（１１）で表される。

次に、この外乱モデルを、元のコントローラのオブザーバ（式（６））に実装する方法として３通りの方法が考えられる。

第1の方法は、式（９）と同様に、式（１１）の外乱モデルをそのまま実装する。即ち、2次フィルタのため、外乱の状態推定量をｚ１，ｚ２とし、外乱の推定ゲインをＬ３，Ｌ４とすると、式（１２）で表される。

次に、第2の方法は、ω１の二乗の項を、分散させ、式（１２）を変形して、式（１３）を得る。

第３の方法は、式（１３）のω１の符号を反転したものであり、式（１４）で表される。

いずれの方法を採用しても、設計が可能になる。第2の方法及び第3の方法は、特にデジタル制御系へ上記モデルを変換したときに有効である。即ち、２つの状態変数ｚ１，ｚ２のバランスがとれ，２つの状態変数用のオブザーバの推定ゲインＬ3、Ｌ4の大きさが離れすぎずに、実装できる。

このときに，極は、式（１０）の整形フィルタの極（式（１０）の分母＝０から導かれる）と，もとのオブザーバ制御系の設計に用いた極とをあわせて，指定して、推定ゲインＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４の値を設計する。

更に、この２次フィルタ整形と、従来の定常バイアス推定とをあわせたオブザーバ制御系は、次式（１５）で表される。

このように，最初に整形したいフィルタ形状を考えた上で，外乱モデルをオブザーバに付加し，設計することが可能になる。したがって，元々の外乱モデルの物理的応答特性に拘束されることなく，自由な形状の整形が可能になった。

図５は、アナログ設計における説明であった。一方，デジタル制御系を設計するには、図６の設計フローに従う。

図６において、図５で示したステップと同一のステップは、同一の記号で示してある。図６に示すように、ステップＳ１６で、外乱モデルをアナログ空間にてモデル化して拡大モデルを構成する。一方，ステップＳ３０で、拡大モデルをデジタル空間に変換した（離散化した）後、ステップＳ１８の極配置を、デジタル空間で指定する。

更に、２次フィルタの特性を外乱モデルとして持つ場合に、拡大モデルを離散系に変換すると，オブザーバの推定ゲインを設計するためのＡ行列の中に、外乱モデルの２変数ｚ１，ｚ２ともに、アクチュエータ１に影響を与える形となってしまう。

そこで，外乱モデルの一方の変数のみが、アクチュエータ１に影響を及ぼすように、具体的には、アナログ設計と同じ変数のみが、アクチュエータ１に影響を及ぼすように修正する。即ち、離散化した後、ステップＳ３２で、拡大モデルを修正する。

具体的に説明すると、２次フィルタを使用した式（１３）の形のアナログモデルを離散化（所謂、ｚ変換して、ＳＩ単位に変換）すると、次式（１６）の形になる。

式（１６）において、ｚは、Ｚ変換子、Ｔは、サンプリング周期である。ここで，着目すべきは、Ａ行列であるＡ１３，Ａ１４，Ａ２３，Ａ２４である。離散化しただけでは、Ａ１４，Ａ２４は，いずれも「０」にはならない。即ち、オブザーバの推定ゲインを設計するためのＡ行列の中に、外乱モデルの２変数ｚ１，ｚ２ともに、アクチュエータ１に影響を与える形となってしまう。

そこで，アナログモデルを離散化した上で，さらに、Ａ行列中の外乱モデルの状態変数ｚ１，ｚ２が、アクチュエータ１に影響を与える係数を置換する。

式（１６）の例では、Ａ行列を、下記式（１７）のように、修正する。

また，デジタル制御系においては，距離の単位がトラック，電流値は最大電流を１と正規化，さらに、速度や加速度も秒ではなく、サンプル周波数で正規化することも必要になる．
同様にして、式（１５）のアナログ形式のオブザーバを、現在オブザーバの形式に変換すると、式（１８）となる。

このように、外乱モデルを分離可能な構成に設計した場合には、式（１８）を前述の図４で示したように、外乱モデルを分離して、実装できる。

即ち、式（１８）と式（１）乃至（５）を比較すると、式（１８）において、コントローラのモデルを独立させたものが、式（２）、（４）であり、外乱モデル５０を分離した式が、式（３）、（５）となる。

（第1の実施の形態の実施例）
図７及び図１０は、本発明の第1の実施の形態の第1の実施例の説明図であり、図７は、整形フィルタの特性図、図８は、開ループ特性図、図９は、感度関数の特性図、図１０は、加速度外乱特性図である。

図７乃至図１０は、１６００Ｈｚをノッチ状に抑圧する例である。このような高域を抑圧する必要性は、ディスク媒体の振動や、ヘッドサスペンションの風による加振により、高域の周波数が外乱として、印加される場合である。特に、ディスク媒体の回転数が高速化すると、トラック密度が高い装置では、このような高域の周波数外乱による影響が顕著である。

このような高域では、コントローラにノッチフィルタの逆特性を直列に挿入しても、実現が難しい。又、位相特性で明らかなように、下げた後上げるという特性を実現するには、フィルタ係数の調整に試行錯誤が必要となる。

本実施の形態では、図７に示すように、特定周波数のみを抑圧する整形フィルタを設計する。この整形フィルタは、式（１０）で示した２次フィルタで設計する。式（１０）において、ω１＝２π＊１６００，ω２＝ω１、ζ１＝０．０２５、ζ２＝０．０５としたものである。

この整形フィルタの周波数特性については、図７の上段に、周波数対ゲイン特性、下段に周波数対位相特性に示すように、ゲインは、１６００Ｈｚ付近で抑圧され、位相は、１６００Ｈｚ付近で、一旦下がり、その後上がる特性である。

このように設計された整形フィルタを用いて、前述のオブザーバを構成する。この時のオブザーバで構成される制御系の開ループ特性については、図８の上段に、周波数対ゲイン特性、下段に周波数対位相特性に示すように、ゲインを、１６００Ｈｚで下げ、位相を１６００Ｈｚ付近で上げる操作を行う。

このため、制御系の感度関数については、図９の周波数対ゲイン特性に示すように、ゲインは、１６００Ｈｚ付近で抑圧される。又、制御系の加速度外乱特性についても、図１０の周波数対ゲイン特性に示すように、ゲインは、１６００Ｈｚ付近で抑圧される。

図１１及び図１４は、本発明の第1の実施の形態の第２の実施例の説明図であり、図１１は、整形フィルタの特性図、図１２は、開ループ特性図、図１３は、感度関数の特性図、図１４は、加速度外乱特性図である。

図１１乃至図１４は、低域を一律に抑圧する例である。このような低域を一律に抑圧する必要性は、ディスク媒体の偏心に加え、外部振動の抑圧幅を広くしたい場合である。特に、低域の外部振動成分は多く存在し、その影響が顕著である。このような低域の抑圧幅を広くすることは、従来のオブザーバでは、実現が難しい。

本実施の形態では、図１１に示すように、低域を広範囲で抑圧する整形フィルタを設計する。この整形フィルタは、式（１０）で示した２次フィルタで設計する。式（１０）において、ω１＝２π＊２００，ω２＝2π＊４００、ζ１＝０．５、ζ２＝０．５としたものである。

この整形フィルタの周波数特性については、図１１の上段に、周波数対ゲイン特性、下段に周波数対位相特性に示すように、ゲインは、低域の下限（１００Ｈｚ）を越えると徐々に増加し、低域の上限（ここでは、５００Ｈｚ近傍）でほぼ一定となり、位相は、低域の下限（１００Ｈｚ）から低域の上限（ここでは、５００Ｈｚ近傍）の間で山を形成する特性である。

このように設計された整形フィルタを用いて、前述のオブザーバを構成する。この時のオブザーバで構成される制御系の開ループ特性については、図１２の上段に、周波数対ゲイン特性、下段に周波数対位相特性の太線に示すように、ゲインを、低域で上げ、位相を低域付近で上げる操作を行う。

このため、制御系の感度関数については、図１３の周波数対ゲイン特性の太線に示すように、ゲインは、低域付近で抑圧される。又、制御系の加速度外乱特性についても、図１４の周波数対ゲイン特性の太線に示すように、ゲインは、低域で抑圧される。

この実施例のように、従来困難であった高域の抑圧や、低域の広い幅の外乱抑圧オブザーバを容易に実現できる。

（オブザーバの第２の実施の形態）
図１５は、図１のＭＣＵ１４が実行する外乱を抑圧する位置決め制御系の第２の実施の形態のブロック図である。

この位置決め制御系は、外乱周波数を検出し、外乱を適応制御により、抑圧するためのオブザーバ制御系であり、図４の外乱モデルを分離して、複数実装した適応制御系である。

図１５において、図４で示したものと同一のものは、同一の記号で示してあり、外乱モデル５０−１・・・、５０−Ｎの各々は、図４で示した外乱適応制御モデルのブロック５１，５２，５４，５６，５８で構成される。

各外乱モデル５０−１、・・・、５０−Ｎは、追従が必要な外乱周波数毎に、設けられる。各外乱モデル５０−１、・・・、５０−Ｎの出力は、加算ブロック６２で加算された後、演算ブロック６０に出力される。このモデルの動作は、図４と同一であり、説明を省略する。

外乱モデル５０−１，５０−２を２つとした場合のオブザーバは、式（１）〜（５）を、２モデル分拡張して、下記式（１９）〜（２３）で得られる。

ここでは、外乱モデル５０−１の位置、速度の推定量（変数）を、ｚ１，ｚ２，推定ゲインをＬ３，Ｌ４，Ｌ５，出力ゲインをＦ３，Ｆ４，Ｆ５とし、外乱モデル５０−２の位置、速度の推定量（変数）を、ｚ３，ｚ４，推定ゲインをＬ６，Ｌ７，出力ゲインをＦ６，Ｆ７としている。

この例でも、図６で示したように、各外乱モデルを整形フィルタで設計して、同様に、拡大モデルを設計する。このような構成では、以下の実施例で説明するように、複数の特定の周波数を抑圧できる。

（第２の実施の形態の実施例）
図１６及び図１９は、本発明の第２の実施の形態の第1の実施例の説明図であり、図１６は、整形フィルタの特性図、図１７は、開ループ特性図、図１８は、感度関数の特性図、図１９は、加速度外乱特性図である。

図１６乃至図１９は、３つの周波数をノッチ状に抑圧するＮＲＲＯ（Non Repeatable Rotation）フィルタの例である。このような複数の周波数を抑圧する必要性は、種々の外乱に対応して、抑圧幅を広げる意味で、有効である。

このような複数の周波数を抑圧するには、コントローラにノッチフィルタの逆特性を多段に挿入する必要があり、その調整が難しい。

本実施の形態では、図１６に示すように、３つの特定周波数（１０００Ｈｚ，１１００Ｈｚ，１６００Ｈｚ）を抑圧する整形フィルタを設計する。この整形フィルタは、式（１０）で示した２次フィルタを３つ設計する。式（１０）において、第１のフィルタは、ω１＝２π＊１０２０，ω２＝２π＊１０００、ζ１＝０．０２５、ζ２＝０．０５とし、第２のフィルタは、ω１＝２π＊１０９０，ω２＝２π＊１２１０、ζ１＝０．０２５、ζ２＝０．０５とし、第３のフィルタは、ω１＝２π＊１６００，ω２＝２π＊１６００、ζ１＝０．０２５、ζ２＝０．０５とし、直列接続したものである。即ち、図１５の外乱モデルを３つ設計する。

この整形フィルタの周波数特性については、図１６の上段に、周波数対ゲイン特性、下段に周波数対位相特性に示すように、ゲインは、１０００Ｈｚ付近、１１００Ｈｚ付近、１６００Ｈｚ付近の３箇所で抑圧され、位相は、１０００Ｈｚ付近で、一旦下がり、その後上がり、１１００Ｈｚ付近で下がり、１６００Ｈｚ付近で上がり、その後下がる複雑な特性である。

このように設計された整形フィルタを用いて、前述のオブザーバを構成する。この時のオブザーバで構成される制御系の開ループ特性については、図１７の上段に、周波数対ゲイン特性、下段に周波数対位相特性の太線に示すように、ゲインを、１０００Ｈｚ，１１００Ｈｚ，１６００Ｈｚで下げ、位相を１０００Ｈｚで下げ、１１００Ｈｚ，１６００Ｈｚ付近でピークとなる操作を行う。

このため、制御系の感度関数については、図１８の周波数対ゲイン特性の太線に示すように、ゲインは、１０００Ｈｚ，１１００Ｈｚ付近で、１６００Ｈｚ付近で抑圧される。又、制御系の加速度外乱特性についても、図１９の周波数対ゲイン特性の太線に示すように、ゲインは、１０００Ｈｚ，１１００Ｈｚ付近で、１６００Ｈｚ付近で抑圧される。

図２０及び図２３は、本発明の第２の実施の形態の第２の実施例の説明図であり、図２０は、整形フィルタの特性図、図２１は、開ループ特性図、図２２は、感度関数の特性図、図２３は、加速度外乱特性図である。

図２０乃至図２３は、低域の特定の帯域幅を一律に抑圧するバンドストップの例であり、且つ加速度外乱特性のピークを抑える。このような低域の特定の帯域幅を一律に抑圧する必要性は、外部振動に対する抑圧幅を広くし、加速度外乱の追従性能を大きくしたい場合である。特に、低域の外部振動成分は多く存在し、その影響が顕著である。このような低域の抑圧幅を広くすることは、従来のオブザーバでは、実現が難しい。

本実施の形態では、図２０に示すように、低域の特定周波数帯域を広範囲で抑圧する整形フィルタを設計する。この整形フィルタは、式（１０）で示した２次フィルタを２つ設計する。式（１０）において、第１のフィルタは、ω１＝２π＊２００，ω２＝2π＊１５０、ζ１＝０．１５、ζ２＝０．３とし、第２のフィルタは、ω１＝２π＊３００，ω２＝2π＊３５０、ζ１＝０．１５、ζ２＝０．３とし、直列に接続したものである。

この整形フィルタの周波数特性については、図２０の上段に、周波数対ゲイン特性、下段に周波数対位相特性に示すように、ゲインは、低域の下限（１５０Ｈｚ）を越えると減少し、２００〜３００Ｈｚで、一定となり、低域の上限（ここでは、５００Ｈｚ近傍）に向かい上昇し、その後、ほぼ一定となり、位相は、低域の下限（１５０Ｈｚ）で下限のピークを、低域の上限（ここでは、３５０Ｈｚ近傍）で上限のピークを形成する特性である。

このように設計された整形フィルタを用いて、図１５の２つの外乱モデルを含む前述のオブザーバを構成する。この時のオブザーバで構成される制御系の開ループ特性については、図２１の上段に、周波数対ゲイン特性、下段に周波数対位相特性の太線に示すように、ゲインを、１５０Ｈｚ〜５００Ｈｚ付近で上げ、位相を、低域の下限（１５０Ｈｚ）付近で上げ、低域の上限（ここでは、３５０Ｈｚ近傍）下げる操作を行う。

このため、制御系の感度関数については、図２２の周波数対ゲイン特性の太線に示すように、ゲインは、低域（１５０Ｈｚ〜５００Ｈｚ）付近で幅を持って抑圧される。又、制御系の加速度外乱特性についても、図２３の周波数対ゲイン特性の太線に示すように、ゲインは、低域（１５０Ｈｚ〜５００Ｈｚ）付近で幅を持って、向上する。即ち、加速度外乱特性のゲインが特定の周波数幅で、上がり、加速度外乱特性のピークを抑圧できる。

この実施例のように、従来困難であった複数の異なる外乱周波数の抑圧や、低域の特定帯域の広い幅の外乱抑圧オブザーバを容易に実現できる。

（他の実施の形態）
前述の実施の形態では、外乱オブザーバ制御を、磁気ディスク装置のヘッド位置決め装置の適用の例で説明したが、光ディスク装置等の他のディスク装置にも適用できる。又、外乱周波数の数は、必要に応じて、適宜採用でき、それに応じて、外乱モデルの数も適宜採用できる。更に、２次フィルタで実施例を説明したが、１次フィルタや、１次フィルタと２次フィルタの組み合わせを、必要な抑圧周波数に応じて、使用することもできる。

以上、本発明を、実施の形態で説明したが、本発明は、その趣旨の範囲内で種々の変形が可能であり、これを本発明の範囲から排除するものではない。

（付記１）ディスク記憶媒体の所定位置に、アクチュエータによりヘッドを位置決め制御するヘッド位置決め制御方法において、前記ヘッドの目標位置と前記ヘッドから得た現在位置とから位置誤差を演算するステップと、前記位置誤差と前記オブザーバの推定位置との推定位置誤差に従い、前記アクチュエータの推定ゲインを用いて、状態情報を生成し、前記状態情報から前記アクチュエータの制御値を演算するステップと、前記推定位置誤差に従い、感度関数を整形する分母と分子の次数が同一のフィルタの前記分子を分母とした伝達関数で定義された外乱モデルから求めた推定ゲインを用いて、状態情報を生成し、前記状態情報から前記アクチュエータの外乱抑圧値を演算するステップと、前記制御値と前記外乱抑圧値を加算して、前記アクチュエータを駆動するステップとを有することを特徴とするヘッド位置決め制御方法。

（付記２）前記外乱抑圧値演算ステップは、前記感度関数を、所望の外乱周波数に応じて整形するフィルタの前記分子の零点を極に持つ外乱モデルから求めた推定ゲインを用いて、状態情報を生成し、前記状態情報から前記アクチュエータの外乱抑圧値を演算するステップからなることを特徴とする付記１のヘッド位置決め制御方法。

（付記３）前記外乱抑圧値演算ステップは、感度関数を、所望の外乱周波数に応じて整形する１次又は２次のフィルタの前記分子を分母とした外乱モデルから求めた推定ゲインを用いて、状態情報を生成し、前記状態情報から前記アクチュエータの外乱抑圧値を演算するステップからなることを特徴とする付記１のヘッド位置決め制御方法。

（付記４）前記外乱抑圧値演算ステップは、前記推定位置誤差に従い、前記抑圧すべき複数の外乱周波数に応じた複数の前記フィルタの前記分子を分母とした伝達関数で定義された複数の外乱モデルから求めた推定ゲインを用いて、状態情報を生成し、前記状態情報から前記アクチュエータの複数の外乱抑圧値を演算するステップと、前記複数の外乱抑圧値を加算するステップとからなることを特徴とする付記１のヘッド位置決め制御方法。

（付記５）ディスク記憶媒体のデータを少なくとも読み取るヘッドと、前記ディスク記憶媒体の所定位置に、前記ヘッドを位置決めするアクチュエータと、前記ヘッドの目標位置と前記ヘッドから得た現在位置とから位置誤差を演算し、前記位置誤差と前記オブザーバの推定位置との推定位置誤差に従い、前記アクチュエータの推定ゲインを用いて、状態情報を生成し、前記状態情報から前記アクチュエータの制御値を演算する制御ユニットとを有し、前記制御ユニットは、前記推定位置誤差に従い、感度関数を整形する分母と分子の次数が同一のフィルタの前記分子を分母とした伝達関数で定義された外乱モデルから求めた推定ゲインを用いて、状態情報を生成し、前記状態情報から前記アクチュエータの外乱抑圧値を演算し、前記制御値と前記外乱抑圧値を加算して、前記アクチュエータを駆動することを特徴とするディスク装置。

（付記６）前記制御ユニットは、前記感度関数を、所望の外乱周波数に応じて整形するフィルタの前記分子の零点を極に持つ外乱モデルから求めた推定ゲインを用いて、状態情報を生成し、前記状態情報から前記アクチュエータの外乱抑圧値を演算することを特徴とする付記５のディスク装置。

（付記７）前記制御ユニットは、感度関数を、所望の外乱周波数に応じて整形する１次又は２次のフィルタの前記分子を分母とした外乱モデルから求めた推定ゲインを用いて、状態情報を生成し、前記状態情報から前記アクチュエータの外乱抑圧値を演算することを特徴とする付記５のディスク装置。

（付記８）前記制御ユニットは、前記推定位置誤差に従い、前記抑圧すべき複数の外乱周波数に応じた複数の前記フィルタの前記分子を分母とした伝達関数で定義された複数の外乱モデルから求めた推定ゲインを用いて、状態情報を生成し、前記状態情報から前記アクチュエータの複数の外乱抑圧値を演算し、前記複数の外乱抑圧値を加算することを特徴とする付記５のディスク装置。

（付記９）前記制御ユニットは、定常バイアス補償を行う１次フィルタと特定の周波数近傍をノッチフィルタ状に抑圧する２次フィルタの前記分子を分母とした伝達関数で定義された外乱モデルから求めた推定ゲインを用いて、状態情報を生成し、前記状態情報から前記アクチュエータの外乱抑圧値を演算することを特徴とする付記５のディスク装置。

（付記１０）前記制御ユニットは、定常バイアス補償を行う１次フィルタと特定の周波数以下を一様に抑圧する２次フィルタの前記分子を分母とした伝達関数で定義された外乱モデルから求めた推定ゲインを用いて、状態情報を生成し、前記状態情報から前記アクチュエータの外乱抑圧値を演算することを特徴とする付記５のディスク装置。

（付記１１）前記制御ユニットは、比較的高域の前記特定の周波数近傍をノッチフィルタ状に抑圧する２次フィルタの前記分子を分母とした伝達関数で定義された外乱モデルから求めた推定ゲインを用いて、状態情報を生成し、前記状態情報から前記アクチュエータの外乱抑圧値を演算することを特徴とする付記９のディスク装置。

（付記１２）前記制御ユニットは、複数の前記特定の周波数近傍をノッチフィルタ状に抑圧する複数の２次フィルタの前記分子を分母とした伝達関数で定義された複数の外乱モデルから求めた推定ゲインを用いて、状態情報を生成し、前記状態情報から前記アクチュエータの外乱抑圧値を演算することを特徴とする付記９のディスク装置。

（付記１３）前記制御ユニットは、比較的低域の前記特定の周波数以下を一様に抑圧する２次フィルタの前記分子を分母とした伝達関数で定義された外乱モデルから求めた推定ゲインを用いて、状態情報を生成し、前記状態情報から前記アクチュエータの外乱抑圧値を演算することを特徴とする付記１０のディスク装置。

（付記１４）ディスク記憶媒体のデータを少なくとも読み取るヘッドを、アクチュエータを制御して、前記ディスク記憶媒体の所定位置に位置決めするヘッド位置制御装置において、前記ヘッドの目標位置と前記ヘッドから得た現在位置とから推定位置誤差を演算し、前記位置誤差と前記オブザーバの推定位置との推定位置誤差に従い、前記アクチュエータの推定ゲインを用いて、状態情報を生成し、前記状態情報から前記アクチュエータの制御値を演算するオブザーバと、前記推定位置誤差に従い、感度関数を整形する分母と分子の次数が同一のフィルタの前記分子を分母とした伝達関数で定義された外乱モデルから求めた推定ゲインを用いて、状態情報を生成し、前記状態情報から前記アクチュエータの外乱抑圧値を演算する外乱オブザーバと、前記制御値と前記外乱抑圧値を加算して、前記アクチュエータを駆動する加算ブロックとを有することを特徴とするヘッド位置制御装置。

（付記１５）前記外乱オブザーバは、前記感度関数を、所望の外乱周波数に応じて整形するフィルタの前記分子の零点を極に持つ外乱モデルから求めた推定ゲインを用いて、状態情報を生成し、前記状態情報から前記アクチュエータの外乱抑圧値を演算することを特徴とする付記１４のヘッド位置制御装置。

（付記１６）前記外乱オブザーバは、感度関数を、所望の外乱周波数に応じて整形する１次又は２次のフィルタの前記分子を分母とした外乱モデルから求めた推定ゲインを用いて、状態情報を生成し、前記状態情報から前記アクチュエータの外乱抑圧値を演算することを特徴とする付記１４のヘッド位置制御装置。

（付記１７）前記外乱オブザーバは、前記推定位置誤差に従い、前記抑圧すべき複数の外乱周波数に応じた複数の前記フィルタの前記分子を分母とした伝達関数で定義された複数の外乱モデルから求めた推定ゲインを用いて、状態情報を生成し、前記状態情報から前記アクチュエータの複数の外乱抑圧値を演算し、前記複数の外乱抑圧値を加算することを特徴とする付記１４のヘッド位置制御装置。

（付記１８）前記外乱オブザーバは、定常バイアス補償を行う１次フィルタと特定の周波数近傍をノッチフィルタ状に抑圧する２次フィルタの前記分子を分母とした伝達関数で定義された外乱モデルから求めた推定ゲインを用いて、状態情報を生成し、前記状態情報から前記アクチュエータの外乱抑圧値を演算することを特徴とする付記１４のヘッド位置制御装置。

（付記１９）前記外乱オブザーバは、定常バイアス補償を行う１次フィルタと特定の周波数以下を一様に抑圧する２次フィルタの前記分子を分母とした伝達関数で定義された外乱モデルから求めた推定ゲインを用いて、状態情報を生成し、前記状態情報から前記アクチュエータの外乱抑圧値を演算することを特徴とする付記１４のヘッド位置制御装置。

（付記２０）前記外乱オブザーバは、比較的高域の前記特定の周波数近傍をノッチフィルタ状に抑圧する２次フィルタの前記分子を分母とした伝達関数で定義された外乱モデルから求めた推定ゲインを用いて、状態情報を生成し、前記状態情報から前記アクチュエータの外乱抑圧値を演算することを特徴とする付記１８のヘッド位置制御装置。

外乱抑圧のため、導入したい周波数特性を、整形フィルタで定義し、整形フィルタの分子の式を分母に持つ外乱モデルを構成し、元のオブザーバのモデル（コントローラモデル）に付加し、この外乱モデルから求めた推定ゲインを用いて、状態情報を生成し、状態情報から、アクチュエータの外乱抑圧値を演算するので、外乱抑圧機能を、抑圧幅を広くとる場合や高い周波数域の外乱を抑圧する場合でも、元のオブザーバ（コントローラ）の制御特性に影響を与えず、実装できる。また、最初に整形したいフィルタ形状を考えた上で、外乱モデルを元のオブザーバ（コントローラ）に付加し、設計することが可能になるので、元々の外乱モデルの物理的応答特性に拘束されることなく、自由な形状の整形が可能になる。

本発明の一実施形態を示すディスク装置の構成図である。 図１のディスクの位置信号の説明図である。 図２の位置信号の詳細説明図である。 本発明の一実施の形態の外乱オブザーバ制御系のブロック図である。 図４の外乱オブザーバのアナログ設計手順の説明図である。 図４の外乱オブザーバのデジタル設計手順の説明図である。 図４の実施の形態の第１の実施例の整形フィルタの特性図である。 図４の実施の形態の第１の実施例の開ループ特性図である。 図４の実施の形態の第１の実施例の感度関数の特性図である。 図４の実施の形態の第１の実施例の加速度外乱特性図である。 図４の実施の形態の第２の実施例の整形フィルタの特性図である。 図４の実施の形態の第２の実施例の開ループ特性図である。 図４の実施の形態の第２の実施例の感度関数の特性図である。 図４の実施の形態の第２の実施例の加速度外乱特性図である。図４の実施の形態の第１の実施例の図５の感度関数の特性図である。 本発明の他の実施の形態の外乱オブザーバ制御系のブロック図である。 図１５の実施の形態の第１の実施例の整形フィルタの特性図である。 図１５の実施の形態の第１の実施例の開ループ特性図である。 図１５の実施の形態の第１の実施例の感度関数の特性図である。 図１５の実施の形態の第１の実施例の加速度外乱特性図である。 図１５の実施の形態の第２の実施例の整形フィルタの特性図である。 図１５の実施の形態の第２の実施例の開ループ特性図である。 図１５の実施の形態の第２の実施例の感度関数の特性図である。 図１５の実施の形態の第２の実施例の加速度外乱特性図である。 第１の従来技術の説明図である。 第２の従来技術の説明図である。 第３の従来技術の説明図である。

符号の説明

１ アクチュエータ
２ スピンドルモータの回転軸
３ ヘッド
４ ディスク
５ スピンドルモータ
６ アクチュエータのＶＣＭ駆動回路
７ 位置復調回路
８ スピンドルモータの駆動回路
９ バス
１０ データの記録再生回路
１１ ハードディスクコントローラ
１２ ＭＣＵのＲＡＭ
１３ ＭＣＵのＲＯＭ
１４ マイクロコントローラユニット
１５ ハードディスクコントローラのＲＡＭ
１６ 位置信号
５０ 外乱モデル

Claims (5)

1. ディスク記憶媒体のデータを少なくとも読み取るヘッドと、
   前記ディスク記憶媒体の所定位置に、前記ヘッドを位置決めするアクチュエータと、
   前記ヘッドの目標位置と前記ヘッドから得た現在位置とから位置誤差を演算し、オブザーバ制御により推定位置を演算し、前記位置誤差と前記推定位置とから推定位置誤差を演算し、演算された前記推定位置誤差に従い、前記アクチュエータの推定ゲインを用いて生成した状態情報から前記アクチュエータの制御値を演算するコントローラモデルを有し、前記アクチュエータを駆動する制御ユニットと、
   を備え、
   前記制御ユニットの前記コントローラモデルには、感度関数を整形する分母と分子の次数が同一である整形フィルタの前記分子を分母とした伝達関数で定義されたモデルであって、前記コントローラモデルで演算された前記推定位置誤差に従い、外乱の推定ゲインを用いて生成した状態情報から前記アクチュエータの外乱抑圧値を演算する外乱モデルが付加されていて、
   前記制御ユニットは、前記コントローラモデルで演算された前記制御値と前記外乱モデルで演算された前記外乱抑圧値を加算して、前記アクチュエータを駆動する、
   ことを特徴とするディスク装置。
2. 前記制御ユニットは、感度関数を、所望の外乱周波数に応じて整形する１次又は２次のフィルタの前記分子を分母とした前記外乱モデルの推定ゲインを用いて、状態情報を生成し、前記状態情報から前記アクチュエータの外乱抑圧値を演算する
   ことを特徴とする請求項１のディスク装置。
3. 前記制御ユニットは、前記感度関数を、所望の外乱周波数に応じて整形するフィルタの前記分子の零点を極に持つ前記外乱モデルの推定ゲインを用いて、状態情報を生成し、前記状態情報から前記アクチュエータの外乱抑圧値を演算する
   ことを特徴とする請求項１のディスク装置。
4. ディスク記憶媒体のデータを少なくとも読み取るヘッドを、オブザーバ制御により、アクチュエータを制御して、前記ディスク記憶媒体の所定位置に位置決めするヘッド位置制御装置において、
   前記ヘッドの目標位置と前記ヘッドから得た現在位置とから位置誤差を演算し、オブザーバ制御により推定位置を演算し、前記位置誤差と前記推定位置とから推定位置誤差を演算し、演算された前記推定位置誤差に従い、前記アクチュエータの推定ゲインを用いて生成した状態情報から前記アクチュエータの制御値を演算するコントローラモデルと、
   前記コントローラモデルに付加されていて、感度関数を整形する分母と分子の次数が同一である整形フィルタの前記分子を分母とした伝達関数で定義されたモデルであって、前記コントローラモデルで演算された前記推定位置誤差に従い、外乱の推定ゲインを用いて生成した状態情報から前記アクチュエータの外乱抑圧値を演算する外乱モデルと、
   前記コントローラモデルで演算された前記制御値と前記外乱モデルで演算された前記外乱抑圧値を加算して、前記アクチュエータを駆動する加算ブロックとを有する
   ことを特徴とするヘッド位置制御装置。
5. 前記外乱モデルは、感度関数を、所望の外乱周波数に応じて整形する１次又は２次のフィルタの前記分子を分母とした前記外乱モデルの推定ゲインを用いて、状態情報を生成し、前記状態情報から前記アクチュエータの外乱抑圧値を演算する
   ことを特徴とする請求項４のヘッド位置制御装置。