JP4783248B2 - 外乱抑圧機能を持つ位置制御方法、位置制御装置および媒体記憶装置 - Google Patents

Description

本発明は、外乱を抑圧して、対象物を位置制御する位置制御方法、位置制御装置及び媒体記憶装置に関し、特に、対象物の外乱による位置ずれを抑制するための位置制御方法、位置制御装置及び媒体記憶装置に関する。

位置制御装置は、対象物を指定した位置に位置制御するものであり、種々の分野で広く利用されている。例えば、磁気ディスク装置や光ディスク装置などの媒体記憶装置において、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、特定周波数を抑圧するフィルタを設ける方法（例えば、特許文献１、非特許文献１参照）や、オブザーバ制御により、偏心等の外乱を抑圧する方法（例えば、特許文献２、特許文献３参照）が、提案されている。

一方、位置決め制御系が、正確に動作するためには、開ループ特性のゲイン（開ループゲイン）の校正が不可欠である。開ループゲインは、フィードバックループを構成する要素の特性変化（温度、経時変化等）により、変動する。この開ループゲインを常時、適切に維持することが、フィードバックループの性能に貢献する。この校正は、装置のパワーオン時や、温度変化時、一定時間経過毎等、適宜行い、開ループゲインを適切に校正する。

このゲインを校正する方法として、制御系の、位置又は電流に、正弦波外乱を印加して、正弦波外乱の印加前後の波形を取得し、比較することで、開ループ特性のゲインを測定する方法が知られている（例えば、特許文献４、特許文献５、特許文献６参照）。
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 特開平１１−３２８８９１号公報 特開平８−１６７１６０号公報 特開平１１−９６７０４号公報

このような従来のゲイン校正方法では、ゲインを調整するためのループ特性の目標ゲインや、ゲインを調整するための正弦波外乱周波数は、固定値であった。即ち、従来のゲイン校正方法は、ゲイン調整時の位置決め制御系の特性は、１種類との前提の元に、ゲイン校正していた。

しかしながら、外乱抑圧機能を付与した位置制御系では、抑圧する外乱周波数に応じて、位置制御系の特性が変化する。例えば、適応制御を使用した制御系では、外乱振動が印加された状態で、位置制御系が適応制御で外乱に追従している時には、制御系のループ特性が、外乱印加前と異なる。

この適応制御が外乱に追従している最中に、ゲイン調整を実施する場合には、適応制御を中止し、ゲイン調整用の制御系に切り替えることが必要となる。この場合に、適応制御が中止されるため、外部振動を抑圧しきれずに、位置決め精度が悪化する。この結果、ゲイン調整の精度が低下するという問題生じる。

即ち、適応制御系等の位置制御系では、外乱に応じて、ループ特性を変化し、外乱を抑圧するため、従来技術では、制御系の開ループゲインの校正を正確に実行するのが困難であった。特に、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るため、一層、ゲイン校正を正確に実行することが、困難である。

従って、本発明の目的は、外乱適応制御を適用した位置制御系において、開ループゲインの校正を正確に行うための位置制御方法、位置制御装置及び媒体記憶装置を提供することにある。

又、本発明の他の目的は、外乱が印加されている最中も、開ループゲインの校正を正確に行うための位置制御方法、位置制御装置及び媒体記憶装置を提供することにある。

更に、本発明の他の目的は、外乱抑圧周波数が外部から設定されても、開ループゲインの校正を正確に行うための位置制御方法、位置制御装置及び媒体記憶装置を提供することにある。

更に、本発明の他の目的は、広い範囲の外乱周波数に適応する位置制御系でも、開ループゲインの校正を正確に行うための位置制御方法、位置制御装置及び媒体記憶装置を提供することにある。

本発明の位置制御方法は、対象物をアクチュエータにより所定の位置に位置制御する位置制御方法において、前記対象物の目標位置と前記対象物の現在位置とから位置誤差を演算するステップと、フィードバックループ系において、前記位置誤差から１サンプルごとに適応的に更新される外乱周波数成分を抑圧する制御値の演算、ループゲインの乗算、及び、前記アクチュエータの駆動値の演算を含む制御を行う制御ステップと、前記外乱周波数に応じた目標ループゲインを、外部から設定された前記外乱周波数又は推定した前記外乱周波数に応じてテーブルから引き出すステップと、前記フィードバックループに測定用正弦波外乱を加え、前記フィードバックループのループゲインを測定するステップと、前記測定したループゲインで前記目標ループゲインを割って補正ゲインを計算し、前記補正ゲインを用いて前記制御ステップのループゲインが前記外乱周波数に対応する前記目標ループゲインとなるように校正するステップとを有し、前記測定用正弦波外乱を加えている間は、前記外乱周波数を更新せずに直前の値を維持したままゲイン校正を行う。

又、本発明の対象物をアクチュエータにより所定の位置に位置制御する位置制御装置において、前記対象物の目標位置と前記対象物の現在位置とから位置誤差を演算し、フィードバックループ系において、前記位置誤差から１サンプルごとに適応的に更新される外乱周波数成分を抑圧する制御値の演算、ループゲインの乗算、及び、前記アクチュエータの駆動値の演算を含む制御処理を行う制御部と、前記外乱周波数に応じた目標ループゲインを格納するテーブルとを有し、前記制御部は、前記外乱周波数に応じた前記目標ループゲインを、外部から設定された前記外乱周波数又は推定した前記外乱周波数に応じて前記テーブルから引き出し、前記フィードバックループに測定用正弦波外乱を加え、前記フィードバックループのループゲインを測定し、前記測定したループゲインで前記目標ループゲインを割って補正ゲインを計算し、前記補正ゲインを用いて前記制御処理のループゲインが前記外乱周波数に対応する前記目標ループゲインとなるように校正するとともに、前記測定用正弦波外乱を加えている間は、前記外乱周波数を更新せずに直前の値を維持したままゲイン校正を行う。

又、本発明の媒体記憶装置は、記憶媒体のデータを少なくとも読み取るヘッドと、前記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、フィードバックループ系において、前記位置誤差から１サンプルごとに適応的に更新される外乱周波数成分を抑圧する制御値の演算、ループゲインの乗算、及び、前記アクチュエータの駆動値の演算を含む制御処理を行う制御部と、前記外乱周波数に応じた目標ループゲインを格納するテーブルとを有し、前記制御部は、前記外乱周波数に応じた前記目標ループゲインを、外部から設定された前記外乱周波数又は推定した前記外乱周波数に応じて前記テーブルから引き出し、前記フィードバックループに測定用正弦波外乱を加え、前記フィードバックループのループゲインを測定し、前記測定したループゲインで前記目標ループゲインを割って補正ゲインを計算し、前記補正ゲインを用いて前記制御処理のループゲインが前記外乱周波数に対応する前記目標ループゲインとなるように校正するとともに、前記測定用正弦波外乱を加えている間は、前記外乱周波数を更新せずに直前の値を維持したままゲイン校正を行う。

更に、本発明は、好ましくは、前記目標ループゲインを引き出すステップは、前記外乱周波数に応じた測定周波数を引き出すステップを含み、前記測定ステップは、前記フィードバックループに引き出した測定周波数の外乱を測定用正弦波外乱として加え、前記フィードバックループのループゲインを測定するステップからなる。

更に、本発明は、好ましくは、前記測定周波数を引き出すステップは、前記外乱周波数と重ならない測定周波数を引き出すステップからなる。

更に、本発明は、好ましくは、前記駆動値の演算ステップは、適応制御により、前記位置誤差に従い、前記外乱周波数を推定し、前記推定した外乱周波数に応じて、前記外乱周波数成分を抑圧した制御値を演算し、且つループゲインを乗じて、前記アクチュエータの駆動値を演算する演算ステップからなる。

更に、本発明は、好ましくは、前記ループゲインの校正中に、前記位置誤差に従う前記外乱周波数の推定を中断するステップを更に有する。

更に、本発明は、好ましくは、前記駆動値の演算ステップは、適応制御により、前記位置誤差に従い、前記外乱周波数を推定し、前記推定した外乱周波数に応じて、コントローラの定数を変更するステップと、前記位置誤差に従い、変更された前記コントローラにより、前記外乱周波数成分を抑圧した制御値を演算し、且つループゲインを乗じて、前記アクチュエータの駆動値を演算する演算ステップからなる。

更に、本発明は、好ましくは、前記駆動値の演算ステップは、適応制御により、前記位置誤差に従い、前記外乱周波数を推定し、前記推定した外乱周波数に応じて、オブザーバで構成されたコントローラの定数を変更するステップと、前記位置誤差に従い、変更された前記オブザーバにより、前記外乱周波数成分を抑圧した制御値を演算し、且つループゲインを乗じて、前記アクチュエータの駆動値を演算する演算ステップからなる。

外乱抑圧制御することにより、フィードバックコントローラのループ特性が変化しても、外乱周波数に応じた目標ゲインを用いて、開ループゲインの校正を行うので、外乱抑圧制御を中断しないで、開ループゲインを校正できる。このため、開ループゲインを外乱に影響されず、正確に校正でき、正確な位置制御が可能となる。

以下、本発明の実施の形態を、位置制御装置、位置制御装置の第１の実施の形態、ループゲイン校正処理、第２の実施の形態、第３の実施の形態、外乱オブザーバの設計、第４の実施の形態、第５の実施の形態、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。

（位置制御装置）
図１は、本発明の一実施の形態の位置決め装置の構成図、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、位置制御装置として、ディスク装置に一種である磁気ディスク装置を例に示す。図１に示すように、磁気ディスク装置では、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分離型磁気ヘッドで構成される。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。

（位置制御系の第１の実施の形態）
図４は、本発明の位置制御系の第１の実施の形態のブロック図であり、図１のＭＣＵ１４が実行する外乱を抑圧する位置決め制御系のブロック図である。図５は、図４の目標ゲインテーブルの説明図、図６、図７は、図４の外乱適応制御の特性図である。

図４にこの位置制御系は、外部から設定された、又は、検出した外乱周波数Ｆｄｉｓｔに応じて、コントローラの外乱抑圧補償機能を制御するものである。この位置制御系にゲイン調整機能を付与する。誤差演算ブロック２４は、目標位置ｒから観測位置（現在位置）ｙを差し引き、位置誤差ｅを演算する。

コントローラ２０は、位置誤差ｅに従い、位置誤差ｅをゼロとするためのプラント２２（１，３）の駆動指示値ｕを演算する。コントローラ２０は、例えば、周知のＰＩＤ制御、ＰＩ制御＋ＬｅａｄＬａｇ、オブザーバ制御により、駆動指示値ｕを演算する。

ゲイン乗算ブロック２６は、設定されたゲイン（開ループゲイン）で、コントローラ２０からの駆動指示値ｕに設定したゲインを乗じて、出力する。図示しないパワーアンプは、この出力を、プラント２２（１，３）の駆動電流Ｉに変換して、プラント２２（１，３）を駆動する。

外乱抑圧補償ブロック３０は、外部から設定された外乱抑圧周波数又は推定した外乱周波数Ｆｄｉｓｔに応じて、コントローラ２０の特性（例えば、定数）を変更し、コントローラ２０により、外乱周波数の抑圧特性を付与する。この抑圧特性を、感度関数（１／（１＋ＣＰ））と開ループ特性（ＣＰ）で説明する。尚、Ｃは、コントローラの特性、Ｐは、プラントの特性である。

図６は、位置制御系の感度関数の周波数特性例を示し、図６の上段に、周波数（Ｈｚ）対ゲイン特性（ｄＢ）を、下段に、周波数（Ｈｚ）対位相特性（ｄｅｇ）を示す。図６に示すように、太線の元のコントローラの特性に対し、抑圧する周波数に応じて、感度関数を、細線のように変更する。ここでは、５００Ｈｚの外乱周波数を抑圧する場合の感度関数を示す。

図７は、図６に対応した位置制御系の開ループ特性の周波数特性例を示し、図７の上段に、周波数（Ｈｚ）対ゲイン特性（ｄＢ）を、下段に、周波数（Ｈｚ）対位相特性（ｄｅｇ）を示す。図７に示すように、太線の元のコントローラの特性に対し、抑圧する周波数に応じて、開ループ特性を、細線のように変更する。ここでは、５００Ｈｚの外乱周波数を抑圧する場合の開ループ特性を示す。

このような特定の外乱周波数を抑圧する感度関数又は開ループ特性を実現するコントローラ２０については、図１２以下で、具体的に説明する。

図４に戻り、ゲイン校正ブロック３４は、ゲイン校正指示に応じて、所定の周波数の正弦波外乱ＳＤを与えて、印加前後のループ内の信号を検出して、ゲイン乗算ブロック２６のゲインを校正するものである。図４では、コントローラ２０の入力である位置（位置誤差）に対し、測定用正弦波外乱ＳＤを、フィードバックループに、加算ブロック２８から与え、印加前後の位置誤差を観測する。目標ゲインテーブル３２は、外乱周波数Ｆｄｉｓｔに対応する目標ゲインＧを格納し、外乱周波数Ｆｄｉｓｔに応じた目標ゲインＧを、ゲイン校正ブロック３４に与え、ゲイン校正ブロック３４のゲイン校正の基準に供する。

この目標ゲインテーブル３４は、図５に示すように、外乱周波数Ｆｄｉｓｔ毎に、目標ゲインＴＧ１，ＴＧ２，…、ＴＧｎｗｏ格納する。この目標ゲインは、前述の図６、図７で説明したように、外乱抑圧制御により、ループ特性が変化するため、これに対応して、決定される。

（ゲイン校正処理）
次に、ゲイン校正ブロック３４の校正処理を説明する。図８は、ゲイン校正ブロック３４が実行するゲイン校正処理フロー図、図９は、その正弦波外乱の説明図である。

（Ｓ１０）ゲイン校正ブロック３４は、目標ゲインテーブル３４から外乱周波数に対応する目標ゲインＴＧを得る。

（Ｓ１２）ゲイン校正ブロック３４は、正弦波外乱ＳＤを加算ブロック２８に印加する。図９は、印加する正弦波外乱ＳＤの波形例を示し、例えば、８００Ｈｚの正弦波を用いる。

（Ｓ１４）ゲイン校正ブロック３４は、外乱印加前後の信号Ｓ１，Ｓ２を観測する。図４では、加算ブロック２８の入力段を、外乱印加前の信号（位置誤差）Ｓ１、加算ブロック２８の出力段を、外乱印加後の信号（位置誤差）Ｓ２として、観測する（取り込む）。

（Ｓ１６）ゲイン校正ブロック３４は、観測した信号Ｓ１，Ｓ２の各々を、ＤＦＴ（Digital Fourier Transfer）演算して、各信号Ｓ１、Ｓ２の大きさ（振幅）を求める。これを、ディスクの回転のＮ周（例えば、１０周）行い、その和ΣＳ１，ΣＳ２を計算する。

（Ｓ１８）ゲイン校正ブロック３４は、外乱印加前の信号Ｓ１の振幅の和ΣＳ１を、外乱印加後の信号Ｓ２の振幅の和ΣＳ２で割り、開ループゲインＴｍを計算する。

（Ｓ２０）次に、ゲイン校正ブロック３４は、補正ゲインＴｃを、ステップＳ１０で得た外乱周波数に対応する目標ゲインＴＧを、計測した開ループゲインＴｍで割り、計算する。

（Ｓ２２）ゲイン校正ブロック３４は、この補正ゲインＴｃを、ゲイン乗算ブロック２６に設定し、校正を終了する。

この目標ゲインＴＧは、外乱周波数個々に設けることが望ましいが、このようにすると、目標ゲインテーブル３２のメモリ容量が大きくなる。このため、図５で示したように、テーブル３２は、Ｆｒ（例えば、回転周波数）の倍数の目標ゲインＴＧを格納し、その倍数間の周波数の外乱周波数に対しては、補間により、外乱周波数Ｆｒに対応する目標ゲインを計算して、使用することもできる。

このようにして、外乱抑圧制御して、コントローラ２０のループ特性が変化しても、外乱周波数に応じた目標ゲインを用いて、開ループゲインの校正を行うので、外乱抑圧制御を中断しないで、開ループゲインを校正できる。このため、開ループゲインを外乱に影響されず、正確に校正できる。

（位置制御系の第２の実施の形態）
図１０は、本発明の位置制御系の第２の実施の形態のブロック図である。図中、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。

図４と同様に、誤差演算ブロック２４は、目標位置ｒから観測位置（現在位置）ｙを差し引き、位置誤差ｅを演算する。コントローラ２０は、位置誤差ｅに従い、位置誤差ｅをゼロとするためのプラント２２（１，３）の駆動指示値ｕを演算する。コントローラ２０は、例えば、周知のＰＩＤ制御、ＰＩ制御＋ＬｅａｄＬａｇ、オブザーバ制御により、駆動指示値ｕを演算する。

ゲイン乗算ブロック２６は、設定されたゲイン（開ループゲイン）で、コントローラ２０からの駆動指示値ｕに設定したゲインを乗じて、出力する。図示しないパワーアンプは、この出力を、プラント２２（１，３）の駆動電流Ｉに変換して、プラント２２（１，３）を駆動する。

外乱抑圧補償ブロック３０は、外部から設定された外乱抑圧周波数又は推定した外乱周波数Ｆｄｉｓｔに応じて、コントローラ２０の特性（例えば、定数）を変更し、コントローラ２０により、外乱周波数の抑圧特性を付与する。

ゲイン校正ブロック３４は、ゲイン校正指示に応じて、所定の周波数の正弦波外乱ＳＤを与えて、印加前後のループ内の信号を検出して、ゲイン乗算ブロック２６のゲインを校正するものである。図１１では、コントローラの出力段である電流レベル（駆動指示値）に対し、測定用正弦波外乱ＳＤを、加算ブロック２８−１で、フィードバックループ与え、印加前後の電流を観測する。目標ゲインテーブル３２は、外乱周波数Ｆｄｉｓｔに対応する目標ゲインＧを格納し、外乱周波数Ｆｄｉｓｔに応じた目標ゲインＧを、ゲイン校正ブロック３４に与え、ゲイン校正ブロック３４のゲイン校正の基準に供する。

この目標ゲインテーブル３４は、図５又は図１１に示したように、外乱周波数Ｆｄｉｓｔ毎に、目標ゲインＴＧ１，ＴＧ２，…、ＴＧｎを格納する。この目標ゲインは、前述の図６、図７で説明したように、外乱抑圧制御により、ループ特性が変化するため、これに対応して、決定される。

このゲイン校正処理は、観測対象が、出力段の電流レベルである点以外は、図８と同様である。このように、電流レベルの観測でも、ゲイン校正できる。

又、図１１は、他の目標ゲインテーブルの説明図である。このテーブル３２−１は、図５のテーブル３２に比し、各外乱周波数Ｆｄｉｓｔに対し、目標ゲインの他に、測定周波数の欄を設けている。即ち、外乱周波数Ｆｄｉｓｔに応じて、測定周波数も変更することができる。

ここでは、外乱周波数Ｆｄｉｓｔが、所定の測定周波数ｆｓｄである時は、測定周波数を、ｆｓｄ＋α（α≠０）に変更する。即ち、位置制御系が外乱抑圧制御中に、更に、外乱周波数と同じ測定周波数を、外乱として、制御系に印加することは、その外乱周波数を抑圧しているのに、その外乱周波数をループに注入することになる。

このため、測定周波数の正弦波外乱も、外乱抑圧機能で抑圧され、正確な開ループゲインを測定できない。従って、測定周波数を、外乱周波数と重ならないように、ずらすことにより、開ループゲインを正確に測定できる。

この図１１のテーブル３２−１は、図４の第１の実施の形態にも、適用できる。

（第３の実施の形態）
図１２は、本発明の第３の実施の形態の位置制御系のブロック図、図１３は、図１２の制御系を現在オブザーバで構成した場合のブロック図、図１４は、図１３のパラメータテーブルの説明図である。

図１２は、外乱周波数を検出し、外乱を適応制御により、抑圧する位置制御系を示し、図１２において、図４と同一のものは、同一の記号で示してある。

即ち、誤差演算ブロック２４は、目標位置ｒから観測位置（現在位置）ｙを差し引き、位置誤差ｅを演算する。コントローラ２０は、位置誤差ｅに従い、位置誤差ｅをゼロとするためのプラント２２（１，３）の駆動指示値ｕを演算する。コントローラ２０は、例えば、図１３で後述べするオブザーバ制御により、駆動指示値ｕを演算する。

ゲイン乗算ブロック２６は、設定されたゲイン（開ループゲイン）で、コントローラ２０からの駆動指示値ｕに設定したゲインを乗じて、出力する。図示しないパワーアンプは、この出力を、プラント２２（１，３）の駆動電流Ｉに変換して、プラント２２（１，３）を駆動する。

外乱抑圧補償ブロック３０は、外部抑圧適応制御系で構成される。この適応制御系は、コントローラ２０の位置誤差から適応則に従い外乱周波数Ｆｄｉｓｔ（ω）を推定するω推定部３０−１と、推定周波数（ここでは、角周波数ω）に応じたコントローラ２０の推定ゲインＬ，Ａを格納するテーブル３０−２とを有する。

ゲイン校正ブロック３４は、ゲイン校正指示に応じて、所定の周波数の正弦波外乱ＳＤを与えて、印加前後のループ内の信号を検出して、ゲイン乗算ブロック２６のゲインを校正する。図１２では、コントローラの入力段である位置に対し、測定用正弦波外乱ＳＤを、加算ブロック２８で、フィードバックループ与え、印加前後の位置を観測する。

目標ゲインテーブル３２は、外乱周波数Ｆｄｉｓｔに対応する目標ゲインＧを格納し、ω推定部３０−１からの外乱周波数Ｆｄｉｓｔに応じた目標ゲインＧを、ゲイン校正ブロック３４に与え、ゲイン校正ブロック３４のゲイン校正の基準に供する。

更に、ω推定部３０−１へ、コントローラ２０の位置誤差の入力を、前記ゲイン校正中は、カットするためのスイッチＳＷを設ける。これにより、ゲイン校正中は、ω推定部３０−１は、ゲイン構成開始前の推定外乱周波数を維持する。このため、ゲイン校正中は、外乱抑圧制御を実行するが、ゲイン測定の正弦波外乱で、不要な適応制御が行われないように、適応制御を中断する。

この実施の形態は、推定した外乱周波数Ｆｄｉｓｔに応じて、コントローラ２０の特性（例えば、定数）を変更し、コントローラ２０により、外乱周波数の抑圧特性を付与する。

図１３の現在オブザーバによるコントローラ２０により、より詳細に説明する。図１３において、図１２で示したものと同一のものは、同一の記号で示してある。図１３に示す現在オブザーバは、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２０を、コントローラのモデルと外乱モデルに分離した適応制御系の例である。

図１３において、第１の演算ブロック２４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４０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４２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４４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４８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４４からの式（１）の推定値ｘ［ｋ］，ｖ［ｋ］は、第５の演算ブロック５２で、推定ゲインＡａ（式（４）の２×２の（１，０）の行列）を乗じられる。

又、第４の演算ブロック４８の駆動値ｕ［ｋ］は、第６の演算ブロック５０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５４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４２の推定修正値で、修正される。そして、加算ブロック４４からの式（１）の推定値は、第７の演算ブロック５６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４０に入力する。

一方、外乱モデルでは、推定位置誤差ｅ［ｋ］が、外乱の状態推定ブロック６０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６２から状態量（式（１）の左辺）と、加算ブロック６６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６８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６６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６４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６２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７０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。この外乱オブザーバの設計の詳細は、後述する。

次に、適応制御系３０−１の入力に、前述のオブザーバの推定位置誤差ｅ［ｋ］を与える。オブザーバの推定位置誤差ｅ［ｋ］とは、演算ブロック４０の実位置誤差（ｒ−ｙ［ｋ］）とオブザーバの推定位置ｘ［ｋ］との差分値のことである。

外乱抑圧適応制御系は、適応則に従い外乱周波数を推定するω推定部３０−１と、推定周波数（ここでは、角周波数ω）に応じた推定ゲインＬ，Ａ及び目標ゲインを格納するテーブル３０−２（３２）とを有する。ω推定部２４は、下記適応式（６）により、推定位置誤差ｅ［ｋ］から推定角周波数ω１［ｋ］を計算する。

この適応式は、１サンプル前の推定角周波数ω１［ｋ−１］を、外乱推定ゲインＬ４，Ｌ５と、外乱推定値ｚ１［ｋ］，ｚ２［ｋ］と、推定位置誤差ｅ［ｋ］で、適応的に修正する積分形式のものである。尚、Ｋａは、所定のゲインである。

加算ブロック６６の推定値から、外乱推定値ｚ１［ｋ］，ｚ２［ｋ］を取り出し、ω推定部３０−１に出力する。ω推定部３０−１は、式（６）のω適応式の第２項（Ｋａ・・・ｅ［ｋ］）を演算する演算部と、推定されたω［ｋ］を、１サンプル遅延する遅延部と、遅延されたω（ω［ｋ−１］）と演算部の第２項の演算結果を加算する加算部とを有する。即ち、式（６）の適応式を演算する。

一方、テーブル３０−２は、図１４に示すように、推定外乱周波数Ｆｄｉｓｔ（推定角周波数ω）の値に応じたＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５と、ａ１１，ａ１２，ａ２１，ａ２２と、目標ゲインの値を格納する。このテーブル３０−２のＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５により、状態推定ブロック４２、６０のＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５を、推定角周波数に応じて、変更する。又、このテーブル３０−２のａ１１，ａ１２，ａ２１，ａ２２によって、第９の演算ブロック６４のａ１１，ａ１２，ａ２１，ａ２２（式（５）参照）を、推定角周波数に応じて、変更する。

即ち、外乱（角）周波数ωに応じて，状態フィードバックゲインＦは変化せずに、外乱モデルおよび推定ゲインを変化させる。ここで、オブザーバの推定ゲインは，ノッチフィルタ状に整形するための外乱モデルのみなく、その他の全ての推定ゲインも影響を受けることである。すなわち、外乱周波数ωや外乱モデルが変化したら、前記の（１）式の外乱推定ゲインＬ４，Ｌ５のみでなく、位置、速度、バイアスのゲインＬ１，Ｌ２，Ｌ３のすべてが影響を受ける．
特に，外乱モデルを整形フィルタの形で設計する場合の極配置においてζ2の値が大きい場合、すなわち、周波数特性において、ノッチフィルタ状の抑圧域の幅が広い場合に、影響が大きい。従って、推定ゲインＬ１からＬ５まで，すべての推定ゲインを外乱周波数に応じて変化させる必要がある。この推定ゲインの値は、事前に、極配置法により計算して、テーブル３０−２に格納しておく。

一方、図１２と同様に、ゲイン校正ブロック３４は、ゲイン校正指示に応じて、所定の周波数の正弦波外乱ＳＤを与えて、印加前後のループ内の信号を検出して、ゲイン乗算ブロック２６のゲインを校正する。外乱オブザーバで構成されたコントローラ２０の入力段である位置に対し、測定用正弦波外乱ＳＤを、加算ブロック２８で、フィードバックループ与え、印加前後の位置を観測する。

ここで、目標ゲインテーブルは、図１４に示したように、パラメータテーブル３０−２と一体に構成される。即ち、パラメータテーブル３０−２は、外乱周波数Ｆｄｉｓｔに対応する目標ゲインＧを格納し、ω推定部３０−１からの外乱周波数Ｆｄｉｓｔに応じた目標ゲインＧを、ゲイン校正ブロック３４に与え、ゲイン校正ブロック３４のゲイン校正の基準に供する。

更に、ω推定部３０−１へ、コントローラ２０の位置誤差の入力を、前記ゲイン校正中は、カットするためのスイッチＳＷを設ける。これにより、ゲイン校正中は、ω推定部３０−１は、ゲイン校正開始前の推定外乱周波数を維持する。このため、ゲイン校正中は、外乱抑圧制御を実行するが、ゲイン測定の正弦波外乱で、不要な適応制御が行われないように、適応制御を中断する。

このように、コントローラを外乱オブザーバで構成することにより、容易に、所望の外乱抑圧機能を容易に、コントローラに付与できる。又、外乱抑圧適応制御を、推定ゲインの変更で容易に実現できる。

又、図１５は、他のパラメータテーブルの説明図、図１６は、その動作説明図である。このテーブル３０−２は、図１４のテーブル３０−２に比し、各外乱周波数Ｆｄｉｓｔに対し、推定ゲイン、目標ゲインの他に、測定周波数Ｆｃａｌの欄を設けている。即ち、外乱周波数Ｆｄｉｓｔに応じて、測定周波数も変更することができる。

ここでは、図１６に示すように、外乱周波数Ｆｄｉｓｔに対し、測定周波数が、αだけ、離れた周波数を設定している。このため、測定周波数を、外乱周波数と重ならないように、ずらすことができ、開ループゲインを正確に測定できる。

図１７は、更に別のパラメータテーブルの説明図、図１８は、その動作説明図である。このテーブル３０−２は、図１４のテーブル３０−２に比し、各外乱周波数Ｆｄｉｓｔに対し、推定ゲイン、目標ゲインの他に、測定周波数Ｆｃａｌの欄を設けている。

図１７では、図１１と同様に、外乱周波数Ｆｄｉｓｔが、測定周波数ｆｓｄである時は、測定周波数を、ｆｓｄ＋α（α≠０）又はｆｓｄ−αに変更する。更に、図１８に示すように、ここを境に、外乱周波数が低域では、測定周波数を，外乱周波数Ｆｄｉｓｔより高く（例えば、ｆｓｄ＋α）、外乱周波数が高域では、測定周波数を，外乱周波数Ｆｄｉｓｔより低く（例えば、ｆｓｄ−α）設定する。

即ち、測定周波数を外乱周波数とずらすが、ずらす範囲が、適切でないと、ゲイン校正が困難となる。例えば、測定周波数を低く設定すると、サーボ帯域の下限から外れ、又、測定周波数を高く設定すると、サーボ帯域の上限から外れ、測定自体が困難となる。

このため、外乱周波数が低域では、測定周波数を，外乱周波数Ｆｄｉｓｔより高く（例えば、ｆｓｄ＋α）、外乱周波数が高域では、測定周波数を，外乱周波数Ｆｄｉｓｔより低く（例えば、ｆｓｄ−α）設定する。

そして、この外乱周波数Ｆｒ＊Ｋ（＝ｆｓｄ）の欄には、２つの測定周波数（ｆｓｄ＋α）、（ｆｓｄ−α）を設定し、それに対応する目標ゲインＧＫ１，ＧＫ２を設定する。これにより、前述の境界において、ゲインの補間の切り替えが可能となる。

（外乱オブザーバの設計）
前述の外乱オブザーバの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（７）のアナログ式で示される。

式（７）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（８）の２次フィルタで定義する。

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（９）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（７））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）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（１０）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（１０）を変形して、式（１１）を得る。

第３の方法は、式（１１）のω１の符号を反転したものであり、式（１２）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（８）の整形フィルタの極（式（８）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（１３）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。

いままでは、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、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し、その拡大モデルをデジタル空間に変換した（離散化した）後、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、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（１１）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（１４）の形になる。

式（１４）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（１４）の例では、Ａ行列を、下記式（１５）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（１３）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（１６）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（１６）を前述の図１２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（１６）と式（１）乃至（５）を比較すると、式（１６）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４の実施の形態）
図１９は、図１のＭＣＵ１４が実行する外乱を抑圧する位置制御系の第４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、所定の周波数の正弦波状の外乱を抑圧するための制御系である。図１９において、図４で説明したものと同一のものは、同一の記号で示してある。

インターフェース回路１１−１（ＨＤＣ１１内）から与えられた目標位置ｒと観測位置ｙとの位置誤差ｅを、演算器２４で演算する。この位置誤差ｅを、フィードバック制御を行うコントローラ２０（Ｃｎ）に入力する。コントローラ２０は、周知のＰＩＤ制御、ＰＩ制御＋ＬｅａｄＬａｇ、オブザーバ制御により、制御電流値Ｕｎを出力する。

このコントローラ２０に対して、外乱の周波数を推定する周波数推定器（ω推定）３０と、適応制御により、特定の周波数の外乱を抑圧するための補償器（Ｃｄ）２０−１を付加する。

プラント２２（１，３）へは、コントローラ２０（Ｃｎ）の出力Ｕｎと補償器２０−１（Ｃｄ）の出力Ｕｄの和Ｕを加算ブロック２０−２でとり、ゲイン乗算ブロック２６を介し供給する。これにより、制御対象２２であるアクチュエータ１に駆動されるヘッド３は、外乱に追従するように、位置制御される。即ち、装置が外乱で、振動するため、磁気ディスク４に対し、ヘッド３も外乱に追従するよう位置制御され、ヘッド３と磁気ディスク４の位置関係は、変化しない。

この周波数推定器３０は、図１２のように、位置誤差ｅを基に、外乱の角周波数ω（＝２πｆ）を推定し、補償器２０−１の外乱周波数抑圧の伝達関数に、導入する。補償器２０−１は、位置誤差ｅと、この推定角周波数ωとから正弦波の漸化式（適応制御式）を計算し、補償電流出力Ｕｄを計算する。

このように、ある範囲の未知周波数の外乱にも対応させるべく、外乱の周波数を検出し、未知周波数の抑圧を行う。この未知の周波数を推定し、未知周波数の外乱を抑圧する方法としては、正弦波の漸化式を仮定したものや、前述の誤差信号ｅを基に、適応則を導入して、制御対象の駆動量を補正するものが、適用できる。更に、誤差信号ｅから未知の周波数を推定し、位置レベルでの外乱抑圧信号を生成し、その誤差信号を補正し、コントローラに入力するものも適用できる。

ここで、外部から外乱抑圧周波数をインターフェース回路１１−１が受け、周波数推定器３０の初期値（外乱の角周波数の初期値）として、周波数推定器３０にセットする。従って、補償器２０−１は、この初期値から適応制御する。

即ち、通常、周波数推定器３０の初期値は、外乱周波数が未知であることを前提にしているため、追従範囲の真ん中に設定され、位置誤差ｅから徐々に外乱周波数に到達するが、この実施の形態では、既知の外乱周波数を初期値にセットするため、直ちに、既知の外乱周波数からスタートし、以降、周波数が変化しても、推定周波数は、それに追従する。

このような外部から外乱周波数を設定する位置制御系に、ゲイン校正ブロック３４と、目標ゲインテーブル３２を設ける。ゲイン校正ブロック３４は、ゲイン校正指示に応じて、所定の周波数の正弦波外乱ＳＤを与えて、印加前後のループ内の信号を検出して、ゲイン乗算ブロック２６のゲインを校正する。図１９では、コントローラの入力段である位置に対し、測定用正弦波外乱ＳＤを、加算ブロック２８で、フィードバックループ与え、印加前後の位置を観測する。

目標ゲインテーブル３２は、外乱周波数Ｆｄｉｓｔに対応する目標ゲインＧを格納し、ω推定部３０からの外乱周波数Ｆｄｉｓｔに応じた目標ゲインＧを、ゲイン校正ブロック３４に与え、ゲイン校正ブロック３４のゲイン校正の基準に供する。

更に、ω推定部３０への位置誤差の入力を、前記ゲイン校正中は、カットするためのスイッチＳＷを設ける。これにより、ゲイン校正中は、ω推定部３０は、ゲイン校正開始前の推定外乱周波数を維持する。このため、ゲイン校正中は、外乱抑圧制御を実行するが、ゲイン測定の正弦波外乱で、不要な適応制御が行われないように、適応制御を中断する。

このように、外部から外乱周波数を設定する位置制御系にも、適用できる。

（第５の実施の形態）
図２０は、図１のＭＣＵ１４が実行する外乱を抑圧する位置制御系の第５の実施の形態のブロック図である。この位置制御系は、外乱周波数を検出し、所定の周波数の正弦波状の外乱を抑圧するための制御系である。図２０において、図４、図１２、図１９と同一のものは、同一の記号で示してある。

図２０において、インターフェース回路１１−１（ＨＤＣ１１内）から与えられた目標位置ｒと観測位置ｙとの位置誤差ｅを、演算器２４で演算する。この位置誤差ｅを、フィードバック制御を行うコントローラ２０（Ｃｎ）に入力する。コントローラ２０は、周知のＰＩＤ制御、ＰＩ制御＋ＬｅａｄＬａｇ、オブザーバ制御により、制御電流値Ｕｎを出力する。

このコントローラ２０に対して、外乱の周波数を対応する角周波数に変換する周波数変換器３０と、適応制御により、特定の周波数の外乱を抑圧するための補償器（Ｃｄ）２０−１を付加する。

プラント２２（１，３）へは、コントローラ２０（Ｃｎ）の出力Ｕｎと補償器２０−１（Ｃｄ）の出力Ｕｄの和であるＵを、加算ブロック２０−２、ゲイン乗算ブロック２６を介し、供給する。これにより、制御対象２２であるアクチュエータ１に駆動されるヘッド３は、外乱に追従するように、位置制御される。即ち、装置が外乱で、振動するため、磁気ディスク４に対し、ヘッド３も外乱に追従するよう位置制御され、ヘッド３と磁気ディスク４の位置関係は、変化しない。

この周波数変換器３０は、角周波数ω（＝２πｆ）を、補償器２０−１の外乱周波数抑圧の伝達関数に、導入する。補償器２０−１は、位置誤差ｅと、この推定角周波数ωとから正弦波の漸化式（適応制御式）を計算し、補償電流出力Ｕｄを計算する。

このように、ある範囲の周波数の外乱にも対応させるべく、外乱の周波数に応じて、変化する外乱周波数の抑圧を行う。この方法としては、正弦波の漸化式を仮定したものや、前述の誤差信号ｅを基に、適応則を導入して、制御対象の駆動量を補正するものが、適用できる。更に、誤差信号ｅから未知の周波数を推定し、位置レベルでの外乱抑圧信号を生成し、その誤差信号を補正し、コントローラに入力するものも適用できる。

この実施の形態は、外部から外乱抑圧周波数をインターフェース回路１１−１が受け、周波数変換器３０にセットする。従って、補償器２０−１は、この初期値（角周波数）から適応制御する。

従って、既知の外乱周波数を初期値にセットするため、直ちに、既知の外乱周波数からスタートし、以降、周波数が変化しても、補償器２０−１の補償電流Ｕｄは、それに追従する。

このように、位置決め制御系が、選択的に抑圧する外乱周波数の設定値に応じて、内部定数（図５、図６の例では、角周波数）または構成を違える手段を備えており、また、外乱周波数は、インターフェース１１−１を通じて、外部から参照または設定を可能とする。

（他の実施の形態）
前述の実施の形態では、位置制御装置を、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媒体記憶装置や他の対象物を位置制御する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）対象物をアクチュエータにより所定の位置に位置制御する位置制御方法において、前記対象物の目標位置と前記対象物の現在位置とから位置誤差を演算するステップと、前記位置誤差から所定のフィードバックループにより、外乱周波数成分を抑圧した制御値を演算し、且つループゲインを乗じて、前記アクチュエータの駆動値を演算する演算ステップと、前記外乱周波数に応じた目標ループゲインをテーブルから引き出すステップと、前記フィードバックループに測定周波数の外乱を加え、前記フィードバックループのループゲインを測定するステップと、前記測定したループゲインと前記目標ループゲインとから、前記制御値演算ステップのループゲインを校正するステップとを有することを特徴とする外乱抑圧機能を持つ位置制御方法。

（付記２）前記目標ループゲインを引き出すステップは、前記外乱周波数に応じた測定周波数を引き出すステップを含み、前記測定ステップは、前記フィードバックループに引き出した測定周波数の外乱を加え、前記フィードバックループのループゲインを測定するステップからなることを特徴とする付記１の位置制御方法。

（付記３）前記測定周波数を引き出すステップは、前記外乱周波数と重ならない測定周波数を引き出すステップからなることを特徴とする付記１の位置制御方法。

（付記４）前記駆動値の演算ステップは、適応制御により、前記位置誤差に従い、前記外乱周波数を推定し、前記推定した外乱周波数に応じて、前記外乱周波数成分を抑圧した制御値を演算し、且つループゲインを乗じて、前記アクチュエータの駆動値を演算する演算ステップからなることを特徴とする付記１の位置制御方法。

（付記５）前記ループゲインの校正中に、前記位置誤差に従う前記外乱周波数の推定を中断するステップを更に有することを特徴とする付記４の位置制御方法。

（付記６）前記駆動値の演算ステップは、適応制御により、前記位置誤差に従い、前記外乱周波数を推定し、前記推定した外乱周波数に応じて、コントローラの定数を変更するステップと、前記位置誤差に従い、変更された前記コントローラにより、前記外乱周波数成分を抑圧した制御値を演算し、且つループゲインを乗じて、前記アクチュエータの駆動値を演算する演算ステップからなることを特徴とする付記４の位置制御方法。

（付記７）前記駆動値の演算ステップは、適応制御により、前記位置誤差に従い、前記外乱周波数を推定し、前記推定した外乱周波数に応じて、オブザーバで構成されたコントローラの定数を変更するステップと、前記位置誤差に従い、変更された前記オブザーバにより、前記外乱周波数成分を抑圧した制御値を演算し、且つループゲインを乗じて、前記アクチュエータの駆動値を演算する演算ステップからなることを特徴とする付記４の位置制御方法。

（付記８）対象物をアクチュエータにより所定の位置に位置制御する位置制御装置において、前記対象物の目標位置と前記対象物の現在位置とから位置誤差を演算し、前記位置誤差から所定のフィードバックループにより、外乱周波数成分を抑圧した制御値を演算し、且つループゲインを乗じて、前記アクチュエータの駆動値を演算する制御部と、前記外乱周波数に応じた目標ループゲインを格納するテーブルとを有し、前記制御部は、前記外乱周波数に応じた前記目標ループゲインを、前記テーブルから引き出し、前記フィードバックループに測定周波数の外乱を加え、前記フィードバックループのループゲインを測定し、前記測定したループゲインと前記目標ループゲインとから、前記制御値演算ステップのループゲインを校正することを特徴とする位置制御装置。

（付記９）前記制御部は、前記テーブルから、前記外乱周波数に応じた測定周波数を引き出し、前記フィードバックループに引き出した測定周波数の外乱を加え、前記フィードバックループのループゲインを測定することを特徴とする付記８の位置制御装置。

（付記１０）前記制御部は、前記テーブルから、前記外乱周波数と重ならない測定周波数を引き出すことを特徴とする付記８の位置制御装置。

（付記１１）前記制御部は、適応制御により、前記位置誤差に従い、前記外乱周波数を推定し、前記推定した外乱周波数に応じて、前記外乱周波数成分を抑圧した制御値を演算し、且つループゲインを乗じて、前記アクチュエータの駆動値を演算することを特徴とする付記８の位置制御装置。

（付記１２）前記制御部は、前記ループゲインの校正中に、前記位置誤差に従う前記外乱周波数の推定を中断することを特徴とする付記１１の位置制御装置。

（付記１３）前記制御部は、適応制御により、前記位置誤差に従い、前記外乱周波数を推定し、前記推定した外乱周波数に応じて、コントローラの定数を変更し、前記位置誤差に従い、変更された前記コントローラにより、前記外乱周波数成分を抑圧した制御値を演算し、且つループゲインを乗じて、前記アクチュエータの駆動値を演算することを特徴とする付記１１の位置制御装置。

（付記１４）前記制御部は、適応制御により、前記位置誤差に従い、前記外乱周波数を推定し、前記推定した外乱周波数に応じて、オブザーバで構成されたコントローラの定数を変更し、前記位置誤差に従い、変更された前記オブザーバにより、前記外乱周波数成分を抑圧した制御値を演算し、且つループゲインを乗じて、前記アクチュエータの駆動値を演算することを特徴とする付記１１の位置制御装置。

（付記１５）記憶媒体のデータを少なくとも読み取るヘッドと、前記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、前記位置誤差から所定のフィードバックループにより、外乱周波数成分を抑圧した制御値を演算し、且つループゲインを乗じて、前記アクチュエータの駆動値を演算する制御部と、前記外乱周波数に応じた目標ループゲインを格納するテーブルとを有し、前記制御部は、前記外乱周波数に応じた前記目標ループゲインを、前記テーブルから引き出し、前記フィードバックループに測定周波数の外乱を加え、前記フィードバックループのループゲインを測定し、前記測定したループゲインと前記目標ループゲインとから、前記制御値演算ステップのループゲインを校正することを特徴とする媒体記憶装置。

（付記１６）前記制御部は、前記テーブルから、前記外乱周波数に応じた測定周波数を引き出し、前記フィードバックループに引き出した測定周波数の外乱を加え、前記フィードバックループのループゲインを測定することを特徴とする付記１５の媒体記憶装置。

（付記１７）前記制御部は、前記テーブルから、前記外乱周波数と重ならない測定周波数を引き出すことを特徴とする付記１５の媒体記憶装置。

（付記１８）前記制御部は、適応制御により、前記位置誤差に従い、前記外乱周波数を推定し、前記推定した外乱周波数に応じて、前記外乱周波数成分を抑圧した制御値を演算し、且つループゲインを乗じて、前記アクチュエータの駆動値を演算することを特徴とする付記１５の媒体記憶装置。

（付記１９）前記制御部は、前記ループゲインの校正中に、前記位置誤差に従う前記外乱周波数の推定を中断することを特徴とする付記１８の媒体記憶装置。

（付記２０）前記制御部は、適応制御により、前記位置誤差に従い、前記外乱周波数を推定し、前記推定した外乱周波数に応じて、コントローラの定数を変更し、前記位置誤差に従い、変更された前記コントローラにより、前記外乱周波数成分を抑圧した制御値を演算し、且つループゲインを乗じて、前記アクチュエータの駆動値を演算することを特徴とする付記１８の媒体記憶装置。

（付記２１）前記制御部は、適応制御により、前記位置誤差に従い、前記外乱周波数を推定し、前記推定した外乱周波数に応じて、オブザーバで構成されたコントローラの定数を変更し、前記位置誤差に従い、変更された前記オブザーバにより、前記外乱周波数成分を抑圧した制御値を演算し、且つループゲインを乗じて、前記アクチュエータの駆動値を演算することを特徴とする付記１８の媒体記憶装置。

外乱抑圧制御することにより、フィードバックコントローラのループ特性が変化しても、外乱周波数に応じた目標ゲインを用いて、開ループゲインの校正を行うので、外乱抑圧制御を中断しないで、開ループゲインを校正できる。このため、開ループゲインを外乱に影響されず、正確に校正でき、正確な位置制御が可能となる。

本発明の一実施の形態を示す媒体記憶装置の構成図である。 図１の媒体記憶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。 本発明の第１の実施の形態の位置制御系のブロック図である。 図４の目標ゲインテーブルの説明図である。 図４のフィードバックループの感度関数の特性図である。 図４のフィードバックループの開ループ特性図である。 図４のゲイン校正ブロックのゲイン校正処理フロー図である。 図８のゲイン校正処理の正弦波外乱の説明図である。 本発明の第２の実施の形態の位置制御系のブロック図である。 図１０の実施の形態の目標ゲインテーブルの説明図である。 本発明の第３の実施の形態の位置制御系のブロック図である。 図１２のコントローラを現在オブザーバで構成した実施の形態のブロック図である。 図１３の実施の形態のパラメータテーブルの構成図である。 図１３の実施の形態の他のパラメータテーブルの構成図である。 図１５のパラメータテーブルの測定周波数の説明図である。 図１３の実施の形態の更に他のパラメータテーブルの構成図である。 図１７のパラメータテーブルの測定周波数の説明図である。 本発明の第４の実施の形態の位置制御系のブロック図である。 本発明の第５の実施の形態の位置制御系のブロック図である。

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 ハード媒体記憶コントローラ
１２ ＭＣＵのＲＡＭ
１３ ＭＣＵのＲＯＭ
１４ マイクロコントローラユニット
１５ ハード媒体記憶コントローラのＲＡＭ
１６ 位置信号
２０ 外乱抑圧コントローラ
２２ プラント
２４ 位置誤差演算ブロック
２６ ゲイン乗算ブロック
２８ 測定周波数信号加算ブロック
３０ 外乱抑圧補償ブロック
３２ 目標ゲインテーブル
３４ ゲイン校正ブロック

Claims (10)

1. 対象物をアクチュエータにより所定の位置に位置制御する位置制御方法において、
   前記対象物の目標位置と前記対象物の現在位置とから位置誤差を演算するステップと、
   フィードバックループ系において、前記位置誤差から１サンプルごとに適応的に更新される外乱周波数成分を抑圧する制御値の演算、ループゲインの乗算、及び、前記アクチュエータの駆動値の演算を含む制御を行う制御ステップと、
   前記外乱周波数に応じた目標ループゲインを、外部から設定された前記外乱周波数又は推定した前記外乱周波数に応じてテーブルから引き出すステップと、
   前記フィードバックループに測定用正弦波外乱を加え、前記フィードバックループのループゲインを測定するステップと、
   前記測定したループゲインで前記目標ループゲインを割って補正ゲインを計算し、前記補正ゲインを用いて前記制御ステップのループゲインが前記外乱周波数に対応する前記目標ループゲインとなるように校正するステップとを有し、
   前記測定用正弦波外乱を加えている間は、前記外乱周波数を更新せずに直前の値を維持したままゲイン校正を行う、
   ことを特徴とする外乱抑圧機能を持つ位置制御方法。
2. 前記目標ループゲインを引き出すステップは、前記外乱周波数に応じた測定周波数を引き出すステップを含み、
   前記測定ステップは、前記フィードバックループに引き出した測定周波数の外乱を測定用正弦波外乱として加え、前記フィードバックループのループゲインを測定するステップからなる
   ことを特徴とする請求項１の位置制御方法。
3. 前記測定周波数を引き出すステップは、前記外乱周波数と重ならない測定周波数を引き出すステップからなる
   ことを特徴とする請求項２の位置制御方法。
4. 対象物をアクチュエータにより所定の位置に位置制御する位置制御装置において、
   前記対象物の目標位置と前記対象物の現在位置とから位置誤差を演算し、フィードバックループ系において、前記位置誤差から１サンプルごとに適応的に更新される外乱周波数成分を抑圧する制御値の演算、ループゲインの乗算、及び、前記アクチュエータの駆動値の演算を含む制御処理を行う制御部と、
   前記外乱周波数に応じた目標ループゲインを格納するテーブルとを有し、
   前記制御部は、前記外乱周波数に応じた前記目標ループゲインを、外部から設定された前記外乱周波数又は推定した前記外乱周波数に応じて前記テーブルから引き出し、前記フィードバックループに測定用正弦波外乱を加え、前記フィードバックループのループゲインを測定し、前記測定したループゲインで前記目標ループゲインを割って補正ゲインを計算し、前記補正ゲインを用いて前記制御処理のループゲインが前記外乱周波数に対応する前記目標ループゲインとなるように校正するとともに、前記測定用正弦波外乱を加えている間は、前記外乱周波数を更新せずに直前の値を維持したままゲイン校正を行う、
   ことを特徴とする位置制御装置。
5. 前記制御部は、前記テーブルから、前記外乱周波数に応じた測定周波数を引き出し、前記フィードバックループに引き出した測定周波数の外乱を測定用正弦波外乱として加え、前記フィードバックループのループゲインを測定する
   ことを特徴とする請求項４の位置制御装置。
6. 前記制御部は、前記テーブルから、前記外乱周波数と重ならない測定周波数を引き出す
   ことを特徴とする請求項４の位置制御装置。
7. 前記制御部は、前記位置誤差に従い、前記外乱周波数を推定し、前記推定した外乱周波数に応じて、前記外乱周波数成分を抑圧する制御値を演算する適応制御を実行し、且つループゲインを乗じて、前記アクチュエータの駆動値を演算する
   ことを特徴とする請求項４の位置制御装置。
8. 記憶媒体のデータを少なくとも読み取るヘッドと、
   前記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、フィードバックループ系において、前記位置誤差から１サンプルごとに適応的に更新される外乱周波数成分を抑圧する制御値の演算、ループゲインの乗算、及び、前記アクチュエータの駆動値の演算を含む制御処理を行う制御部と、
   前記外乱周波数に応じた目標ループゲインを格納するテーブルとを有し、
   前記制御部は、前記外乱周波数に応じた前記目標ループゲインを、外部から設定された前記外乱周波数又は推定した前記外乱周波数に応じて前記テーブルから引き出し、前記フィードバックループに測定用正弦波外乱を加え、前記フィードバックループのループゲインを測定し、前記測定したループゲインで前記目標ループゲインを割って補正ゲインを計算し、前記補正ゲインを用いて前記制御処理のループゲインが前記外乱周波数に対応する前記目標ループゲインとなるように校正するとともに、前記測定用正弦波外乱を加えている間は、前記外乱周波数を更新せずに直前の値を維持したままゲイン校正を行う、
   ことを特徴とする媒体記憶装置。
9. 前記制御部は、前記テーブルから、前記外乱周波数に応じた測定周波数を引き出し、前記フィードバックループに引き出した測定周波数の外乱を測定用正弦波外乱として加え、前記フィードバックループのループゲインを測定する
   ことを特徴とする請求項８の媒体記憶装置。
10. 前記制御部は、前記位置誤差に従い、前記外乱周波数を推定し、前記推定した外乱周波数に応じて、前記外乱周波数成分を抑圧する制御値を演算する適応制御を実行し、且つループゲインを乗じて、前記アクチュエータの駆動値を演算する
    ことを特徴とする請求項８の媒体記憶装置。

Images