JPH10199168A

JPH10199168A - ディスク記憶装置

Info

Publication number: JPH10199168A
Application number: JP263897A
Authority: JP
Inventors: Masato Kobayashi; 正人小林; Takashi Yamaguchi; 高司山口; Takashi Yoshida; 吉田　　隆; Hirotake Hirai; 洋武平井
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-01-10
Filing date: 1997-01-10
Publication date: 1998-07-31

Abstract

(57)【要約】【課題】ディスク記憶装置において、ヘッド支持機構
系の機構共振を抑制することで位置決め制御性能を向上
させる。【解決手段】加速度センサを個々のキャリッジアーム
に装着し、加速度アンプとヘッドアンプ等をキャリッジ
側面に取り付ける。選択されたヘッドを支持しているキ
ャリッジアームに対して加速度フィードバックを構成す
る。さらに、シーク動作中あるいはフォロイング動作中
に機構共振モードの推定を行い、その推定値に基づき加
速度フィードバックを実施する。以上により、機構共振
モードの経時変化や環境変化に対応可能となり、高速な
シーク動作や高精度なフォロイング動作が可能なディス
ク記憶装置を実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気ディスク装置
などのディスク記憶装置に係り、特に、加速度センサを
用いヘッドの高速で高精度な位置決めを可能とするヘッ
ド位置決め制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、磁気ディスク装置等では、ヘッド
部分の振動によって記録再生精度が低下することを防止
するために、ヘッドの振動を直接計測し、抑圧する技術
が開示されている。例えば、特開昭６０−１３６９７２
号公報では、ヘッドスライダに加速度センサを取り付
け、これをシーク動作時には、速度信号の作成に用い、
フォロイング動作には、位置フィードバック信号の作成
に用い、フィードバック制御することで、ヘッドの振動
を抑制する方法が示されている。

【０００３】また、特開昭６３−４２０７３号公報に
は、キャリッジのピボット部付近に加速度センサを取り
付け、これを位置フィードバック信号として用いる方法
が示されている。

【０００４】また、特開平３−７６０６４号公報には、
ヘッドスライダのヘッド素子に近接して加速度センサを
取り付け、シーク動作には、加速度信号を積分して速度
信号とし、フィードバックに用いる方法が示されてい
る。

【０００５】更に、特開平３−１９２５８５号公報に
は、キャリッジに加速度を取り付け、それをセクタサー
ボのサンプリング周波数よりも高い周波数でサンプリン
グし、２回の積分を行い、位置フィードバック信号に用
いる方法が示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記各従来技術におい
ては、加速度の装着位置に関する明確な開示はない。

【０００７】ところで、特開昭６０−１３６９７２号公
報に記載されているように、ヘッドスライダに加速度を
取り付けるとアクチュエータへ印加する制御入力からヘ
ッドスライダまでの全ての機構共振モードを検出でき
る。しかしながら、多くの機構共振モードを加速度信号
の成分に含め、ネガティブフィードバックするとかえっ
て制御性能を悪化させることになり、さらに、フィード
バックのゲインをあげると制御系が不安定になるという
問題がある。

【０００８】また、特開平３−７６０６４号公報のよう
にヘッドスライダのヘッド素子に近接して加速度センサ
を取り付けた場合も上記と同じ問題点がある。

【０００９】さらに、シーク動作に、加速度信号より速
度信号を作成することが記載されているが、速度信号の
作成は、機構共振モードを含まない電流信号と位置信号
より作成した方がよく、加速度信号を用いて速度信号を
作成するとかえって速度信号の性質を悪化させるなどの
問題があった。

【００１０】一方、特開昭６３−４２０７３号公報に記
載されているようにキャリッジのピボット付近に加速度
を取り付けると制御入力から加速度までのキャリッジの
機構共振モードを検出できるが、キャリッジの機構共振
モードの主要因はキャリッジアームの曲げであり、その
キャリッジアームの振動成分を検出できないといった問
題があった。

【００１１】そして、特開昭６０−１３６９７２号公
報、特開昭６３−４２０７３号公報、及び特開平３−１
９２５８５号公報に記載の方法では、フォロイング動作
時に、加速度信号より位置フィードバック信号を作成す
ることが記載されているが、位置信号を作成するため
に、２回の積分を行うなど、機構共振の抑制という本来
の目的を達成することが困難な手法であった。

【００１２】本発明の目的は、上記課題を解決し、高記
録密度、高精度位置決め、高速位置決めを図ったディス
ク装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、１つ以上のヘッドと、該ヘッドを支持す
る１つ以上のキャリッジアームと、該キャリッジアーム
を駆動する駆動機構と、該ヘッドによりディスクに情報
を読み書きするディスク記憶装置において、前記各キャ
リッジアームに加速度を検出する加速度検出手段を設
け、検出した加速度を増幅する加速度増幅器とを備えた
構成とした。

【００１４】また、前記加速度増幅器と、前記加速度検
出手段を選択する選択回路と、前記ヘッドの記録再生信
号を増幅するヘッド増幅器と、前記ヘッドを選択する選
択回路とを前記駆動機構の側面に設置した。

【００１５】そして、前記加速度検出手段を、前記ヘッ
ド支持部材の第一次機構振動モードの振動振幅が大き
く、第二次機構振動モードの振動振幅が小さな前記ヘッ
ド支持部材の特定箇所に取り付ける構成とした。

【００１６】また、前記加速度検出手段と、該検出され
た加速度を増幅する加速度増幅器と、前記ヘッドの記録
再生信号を増幅するヘッド増幅器と、前記ヘッドを選択
する選択回路とを該キャリッジの側面に設置する構成と
した。

【００１７】また、前記加速度検出手段に加えて加加速
度を検出手段を設け、前記加速度および加加速度に基づ
いて前記ヘッド支持部材の振動を抑圧する制御入力を発
生する制御補償手段を備えた構成とした。

【００１８】そして、前記ヘッド支持部材の少なくとも
共振周波数と減衰比に基づき加速度制御入力を演算する
加速度制御補償手段とを備えた構成とした。

【００１９】また、ヘッドまたはヘッド支持部材の加速
度を検出する加速度検出手段と、加速度が前記位置制御
入力と等しくなるように加速度制御入力を発生する加速
度制御補償手段とを備えた構成とした。

【００２０】そして、ヘッドまたは前記ヘッド支持部材
の加速度を検出する加速度検出手段と、加速度をフィー
ドバック補償するアナログ制御入力を発生する加速度制
御補償手段とを備た構成とした。

【００２１】さらに、ヘッドまたはヘッド支持部材の加
速度を検出する加速度検出手段と、前記加速度より前記
ヘッド支持部材の少なくとも共振周波数と減衰比を算出
するモデル推定手段と、前記演算した少なくとも共振周
波数と減衰比を記憶する記憶手段と付加した構成とし
た。

【００２２】なお、モデル推定手段は、前記ヘッドのト
ラック移動時中の加速時の加速度をフィルタ処理して得
られる加速度信号を用いて、隣り合う波形ピークの間隔
より共振周波数を算出する手段や、隣り合う波形ピーク
の振幅より減衰比を算出する手段からなるものである
か、又は、ヘッド支持部材の機構モデルを設け、機構モ
デルにヘッド支持部材を駆動する同一のアンプの電流指
令を入力し、ヘッド支持部材の加速度と、機構モデルの
出力との偏差が減少するように、機構モデルの調整可能
な共振周波数を表すパラメータと、減衰比を表すパラメ
ータとを調整する調整手段とからなるものである。

【００２３】さらに、モデル推定手段は、周波数応答法
によって得られたヘッド支持部材を駆動する制御入力か
ら目標加速度までのゲイン特性よりカーブフィットによ
り共振周波数および減衰比を算出する手段とから構成さ
れている。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面によ
り詳細に説明する。

【００２５】図１は、本発明に係わるディスク記憶装置
の第１の一実施例を示す構成図である。

【００２６】図においては、上位ＣＰＵから記録もしく
は再生の命令がディスクコントローラ９に送られると、
ディスクコントローラ９は、マイクロコンピュータシス
テム２１に目的のトラックへヘッドの移動を指令する。
スピンドルモータで駆動される軸には磁気ディスクが取
り付けられており（図示せず）、ディスク面上をヘッド
１、２が僅かにすき間をおいて浮上している。ヘッド１
及びヘッド２は、それぞれ別の板バネ３により支持さ
れ、板バネ３はキャリッジアーム６に支持され、キャリ
ッジアーム６は一体となってボイスコイルモータ（ＶＣ
Ｍ）２９に固定されている。なお、キャリッジアーム６
は板バネ３との接合部からピボット軸７までの間を指し
ており、このキャリッジアーム６を構成する全体部材、
即ちボイスコイルモータ取付け部までをキャリッジと称
している。ボイスコイルモータ２９の移動にともない、
ヘッド１は、ピボット軸７を中心にして、ディスクの外
周から内周方向あるいはその逆方向へ移動し、ディスク
のトラック上に記録されたデータをヘッドアンプ１３と
Ｒ／Ｗ回路１２を介して、読み取りまたは書き込みをす
る。

【００２７】この磁気ディスク装置は、高密度記録達成
のため、全てのディスクのトラックのセクタの先頭に記
録されたサーボ情報をヘッドで読み取り位置決めを行う
セクタサーボ方式を採用している。従って、ヘッド１及
びヘッド２はデータヘッドである。ヘッド選択信号１１
は、ディスクコントローラ９の指示でヘッド選択回路１
４を動作させヘッドを切り換える。データヘッドから得
られたサーボ情報は、ヘッドアンプ１３で増幅して、位
置信号復調回路１７で、位置信号に変換される。この信
号は、Ａ／Ｄ（アナログ・ディジタル）変換器１８でデ
ジタル信号に変換される。また、サーボ情報のなかには
トラック番号を記録した箇所があり、これは、グレーコ
ード復調器（図示せず）により復調される。位置信号お
よびトラック番号は、バスライン２５を介して、マイク
ロプロセッサ２２に取り込まれる。

【００２８】マイクロプロセッサシステム２１は、マイ
クロプロセッサ２２がバスライン２５を介して、ＲＡＭ
（ランダムアクセスメモリ）２３、ＲＯＭ（読み出し専
用メモリ）２４に接続されている。ＲＯＭ２４には、速
度制御系、位置制御系、加速度制御系などのプログラム
を格納する。ＲＡＭ２３は、可変ゲイン等を一時的に格
納する。マイクロプロセッサ２２は、制御入力ｕを演算
する。制御入力信号は、Ｄ／Ａ（ディジタル・アナロ
グ）変換器２６によりアナログ信号に変換された後、ボ
イスコイルモータを駆動するパワーアンプ２７に送出さ
れ、ヘッドの位置決めが行われる。ここでは、パワーア
ンプの電流信号を検出して、Ａ／Ｄ変換し、マイクロプ
ロセッサ２２内に取り込む回路２８構成としている。

【００２９】更に、本実施例では、各々のキャリッジア
ームの先端付近に加速度検出手段である加速度センサ
４、５が取り付けられている。ディスクコントローラ９
は加速度センサ選択信号１０を加速度選択回路１６に発
信し、加速度選択回路１６はその信号で加速度信号を切
り換える。基本的には、選択されたヘッド１、２に対応
して、選択されたヘッドが取付られているキャリッジア
ームの加速度を読みとるように動作する。各々の加速度
センサ４、５は、キャリッジのピボット軸７とヘッド
１、２とを結ぶ線上に対し垂直方向の並進加速度を検出
する。加速度センサ４から得られる加速度信号は、高域
ノイズを除去するための１０kHzのローパスフィルタと
低域のオフセット成分を除去するための２Hzのハイパス
フィルタで構成されるバンドパスフィルタ１９を通過さ
せる。このローパスフィルタはアンチアリヤシングフィ
ルタとしても活用できる。そしてこの信号をＡ／Ｄ変換
器２０によりディジタル信号に変換して、マイクロプロ
セッサ２２内に取り込む。

【００３０】更に、本実施例においては、ヘッドアンプ
１３、ヘッド選択回路１４、加速度増幅器（アンプ）１
５、加速度選択回路１６を同一基盤８に、もしくは、同
一ＩＣチップに形成し、それをキャリッジアーム６のの
ピボット軸７付近の側面に付設した構成とした。このよ
うに構成することで、加速度アンプ１５を出来る限り加
速度センサ４の近く設置可能となるため、信号の劣化が
ない。また、多くの加速度の信号線をＦＰＣ（フレキシ
ブル・プリンテッド・回路）を介して、送出する必要も
なくなる。

【００３１】なお、加速度センサ４内に加速度アンプ１
５を付設してもよく、その場合は、ヘッドアンプ１３、
ヘッド選択回路１４、加速度選択回路１６を同一基盤
８、もしくは、同一ＩＣチップに形成すればよい。

【００３２】次に、図２を用いて加速度センサ４、５の
取付位置について説明する。近年、キャリッジ部の質量
を軽減するために、図１に示すようにキャリッジアーム
部を中抜きしており、ヘッド支持部材の剛性が下がって
いる。このため、ヘッド支持部材の振動振幅が大きくな
る傾向にあり、加速度センサの取付位置は重要である。
図２は、キャリッジのピボット軸を支点とするキャリッ
ジアーム、ヘッド支持バネ、そしてヘッドまでのヘッド
支持部材を模式的に書いたものである。

【００３３】通常、点Ｃの位置はヘッドの取付位置であ
る。図２（ａ）は、ヘッド支持部材の１次の曲げモード
を示しており、図２（ｂ）は、２次の曲げモードを示し
ている。本第１の実施例におていは、加速度センサを点
Ｂの位置（通常キャリッジアーム先端付近である）に取
り付けることにより、２次のモードに影響を受けない１
次モードの測定が可能となり、これを後に述べる実施例
によってフィードバック制御することにより、安定な制
御系を構成することができる。この取付位置の探索は、
実測によって求めてもよく、また、ヘッド支持部材を有
限要素法によって振動解析して求めても良い。

【００３４】前述のように加速度センサを２次曲げモー
ドの影響の小さい部分に設けることによって、ヘッドの
振動に影響を及ぼす１次振動を正確に測定でき、この検
出結果を用いて１次振動の発生を抑制することによりヘ
ッドの高精度の位置決めが可能になる。

【００３５】図３は、本発明に係わる第２の一実施例を
示す構成図である。第１の実施例においては、各々のキ
ャリッジアーム６に加速度センサ４、５を取り付け、そ
の検出値を用いて制御することにより、各々のキャリッ
ジアームの振動を抑制することを示したが、第２の実施
例では、ピボット軸７付近のキャリッジ側面に、加速度
センサ３２を取り付けたものである。この場合は、第１
の実施例ほどのヘッドの振動抑制能力はないが、振動抑
制の仕様により、どちらかを選択することになる。

【００３６】本実施例においては、特に、加速度センサ
３２と加速度アンプ３１、ヘッド選択回路１４、そして
ヘッドアンプ１３を同一の基盤３０上に形成するか、同
一のＩＣに形成する。これにより、プロセスコストが安
くなり、また、組立が容易になる。

【００３７】また、図３においては、加速度アンプ３１
の出力を加速度信号３５だけでなく、加速度信号の微分
信号である加加速度信号３６も取り出せる加速度アンプ
を用いている。加加速度信号３６も加速度信号３５と同
様に、バンドパスフィルタ３３を通過し、Ａ／Ｄ変換３
４され、マイクロプロセッサ２２に取り込まれて、後に
述べる実施例によりフィードバック制御に使用される。
なお、この加加速度信号３６を演算する加速度アンプ３
１を図１に示した加速度のみを出力する加速度アンプ１
５としてもよく、また逆に、図１に示す加速度アンプ１
５を図３に示した加加速度まで出力できる加速度アンプ
３１としても良い。

【００３８】図４は、本発明のディスク記憶装置のヘッ
ド位置決め制御系の構成図である。

【００３９】この図では、目標のトラックへヘッドを移
動させる際に、速度制御系で目標のトラック近傍へ移動
させ、目標のトラック近傍で位置制御系にスイッチ６２
で制御系を切り換えるモード切り換え型の制御系であ
る。一般に磁気ディスク装置においては、２相の位置信
号が採用されている。復調回路は、セクタの先頭に記録
されたサーボ情報を復調して、互いに９０°位相がずれ
た三角波状の不連続な２相の位置信号を生成する。各ト
ラックの中心は、この位置信号が零をクロスする位置で
ある。位置信号演算器５４は、２相の位置信号から線形
な部分を切り出して連続な位置信号を生成する。これを
ヘッド位置信号と呼びｙで表す。

【００４０】ヘッド速度信号ｖは、速度信号演算器５６
により、ヘッド位置信号ｙおよびパワーアンプ５０の電
流値からオブザーバ等により算出される。目標速度発生
器５７は、ヘッドの現在位置ｙと目標位置ｔy：５５と
の残距離（ｙ−ｔy）に基づいて、予めＲＯＭ（読み出
し専用メモリ）２４に書き込まれてる対応表から目標速
度信号ｔvを生成する。同様に、目標加速度発生器５８
は、ヘッドの現在位置ｙと目標位置ｔyとの残距離（ｙ
−ｔy）に基づいて、予めＲＯＭ２４に書き込まれてい
る対応表から目標加速度信号ｔaを、速度制御の減速時
に生成する。

【００４１】目標速度信号ｔvとヘッド速度信号ｖの偏
差は、速度誤差信号である。速度ループの速度フィード
バックゲイン５９は、開ループの零クロス周波数が設計
値になるように制御対象のループゲインに基づいて決定
される。フィードバック制御信号は、速度誤差信号に速
度フィードバックゲイン５９を乗算したフィードバック
制御入力信号を用いる。

【００４２】ヘッドが目標のトラックの近傍に到達する
とスイッチ６２が切り替わり位置制御器６１によるフィ
ードバック制御に移行する。これによって、目標位置ｔ
yに高精度に追従することができる。位置制御器６１
は、例えば、リード・ラグ（位相進み・位相遅れ）補償
器で構成することができる。トラックアクセス時とトラ
ック追従時の各々の制御信号は、Ｄ／Ａ変換器によりア
ナログ信号に変換された後、ボイスコイルモータを駆動
するパワーアンプ５０に送出され、ヘッドの位置決めが
行われる。

【００４３】以下では、図４に示す加速度フィードバッ
ク６３について説明する。まず、キャリッジを含むヘッ
ド支持機構の概略モデルを図５に示す。ヘッドスライダ
とヘッドバネ部の質量をｍ2、キャリッジの質量をｍ1と
する。キャリッジを含みヘッド支持機構の主要な振動モ
ードは、キャリッジの曲げモードであり、これをバネ係
数ｋ、粘性減衰係数ｃで表す。キャリッジを駆動する力
を駆動入力ｕとする。スライダの変位をヘッド位置ｙと
する。すると駆動入力ｕからヘッド出力ｙまでの伝達関
数は、ｓをラプラス変換係数とすると、

【００４４】

【数１】

【００４５】となる。ここで、ｋAはパワーアンプ５０
のゲイン、ｋFはボイスコイルモータ５１の力ゲインで
ある。ζnは減衰比、ωnは固有振動数であり、それぞれ
以下となる。

【００４６】

【数２】

【００４７】

【数３】

【００４８】また、次式を定義する。

【００４９】

【数４】

【００５０】ヘッド位置を２回微分した信号は、ヘッド
加速度ｙaである。従って、駆動入力ｕからヘッド加速
度ｙaまでのモデルは、

【００５１】

【数５】

【００５２】となる。ここで、(数５)を状態空間表現で
記述し、公知の状態推定オブザーバ理論に基づき(数５)
の２つの状態量を推定し、その状態量にゲインをかけて
フィードバックすることにより(数５)の共振系を抑圧す
ることが可能である。しかし、状態フィードバックで
は、(数５)の分母の特性のみしか特性を指定することが
できないため、十分な抑圧特性を得ることができなかっ
た。ここでは、加速度の出力フィードバックで同様に振
動の抑圧が可能なのでその手法を説明する。

【００５３】本第３の実施例では、制御入力ｕを以下と
する。始めに、加速度制御器６４が定数の場合を示す。

【００５４】

【数６】

【００５５】ここで、ｆはフィードバックゲインで加速
度制御器６４を示し、ｖは新たな制御入力である。これ
を(数５)に代入すると、

【００５６】

【数７】

【００５７】となる。よって、フィードバック後のシス
テムの固有周波数は、ωnSQR(１＋ｆ)となり、減衰比
は、ζSQR(１＋ｆ)となる。ここでフィードバックゲイ
ンｆを正値に設定すれば、減衰比が大きくなり振動が少
なくなる。

【００５８】次に、加速度制御器６４を(比例＋微分)型
フィードバックとした場合について示す。制御入力は、

【００５９】

【数８】

【００６０】となる。

【００６１】図６は、(数６)をアナログ回路で構成した
例である。フィードバックゲインｆは、ｆ＝Ｒ2／Ｒ1で
決定できる。この場合は、アナログ的に加速度フィード
バックを行うことができるため、ディジタルフィードバ
ックを実施する際のサンプリング周波数と演算遅れ等の
問題を回避することができる。構成は、図１において、
Ａ／Ｄ変換器２０を削除し、たとえば、(数６)をアナロ
グ制御で実現する場合には、図６で示す増幅器をＤ／Ａ
変換器２６とパワーアンプ２７の間に挿入し、バンドパ
スフィルタ１９を通過した加速度信号をフィードバック
する。これにより、マイナーループにてヘッド支持部材
の機構共振を抑制することができる。アナログ補償であ
るため、演算遅れ等がなく高精度に補償可能となる。

【００６２】また、以下の制御入力により共振モードが
ないシステムを構成することができる。ここで、加速度
信号の微分信号（加加速度信号）は、図３に示した加加
速度信号３６を生成する加速度アンプ３１を用いて入手
してもよく、あるいは、公知技術の状態推定オブザーバ
理論を用いることにより入手してもよい。

【００６３】

【数９】

【００６４】このフィードバックを(数１)に印加する
と、

【００６５】

【数１０】

【００６６】となり、振動モードは完全になくなってい
る。

【００６７】さて、状態オブザーバ７３で加速度信号と
加加速度信号に相当する状態量を推定し、状態フィード
バック７２することにより、(数１)の制御対象は、以下
となる。

【００６８】

【数１１】

【００６９】ただし、ζmおよびωmは、それぞれフィー
ドバック７２によって設定した減衰比と固有周波数であ
る。本実施例では、これにさらに、以下の前置補償器７
１を構成してフィードバックしたことにより位相の遅れ
を回復する。

【００７０】

【数１２】

【００７１】この補償を行うことにより、(数１１)の分
子を(数１２)の分子に設定することができるため、機構
共振モードをζmとωmを任意に選択することで、希望す
るモデルに設定することが可能となる。

【００７２】図７にフィードバックを行う前の制御入力
ｕからヘッド出力ｙまでのボード線図を示す。減衰比ζ
nは0.08、固有周波数ωnは４kHzである。図８に、フォ
ロイング動作状態において、状態フィードバックと(数
１２)によって加速度フィードバック制御した後の制御
入力ｕからヘッド出力ｙまでのボード線図を示す。補償
後の減衰比ωmを0.5、固有周波数ωmはそのまま４kHzと
した。このとき、ゼロクロス周波数は１kHz、位相余裕
は５０度、ゲイン余裕は５dBとなった。一方、図９は、
加速度フィードバックを用いずに、ノッチフィルタによ
り、４kHzの機構共振を抑圧したときのボード線図であ
る。開ループ制御系のゼロクロス周波数は６００Hz、位
相余裕は３５度、ゲイン余裕５dBとなった。本発明の加
速度フィードバックを行うことにより、共振モードをノ
ッチフィルタ等を用いずに抑圧でき、ゼロクロス周波
数、すなわちサーボ帯域を高めることが可能となること
が分かる。従来は、零クロス周波数の6.6倍以上の周波
数に機構共振が存在していれば、安定な制御系を構成す
ることができたが、本発明によって、零クロス周波数の
４倍以上の周波数に機構共振が存在しても安定にヘッド
の位置決めができるようになり、ヘッドのトラック追従
の高精度化が達成される。

【００７３】次に、図１０に、シーク動作状態におい
て、状態フィードバックと(数１２)によって加速度フィ
ードバックした時のヘッド支持部材の加速度とＶＣＭ電
流の応答を示す。ヘッドは、移動可能な全てのトラック
の１／３の距離をシークさせた。加速時には、ＶＣＭ電
流によってＶＣＭにトルクが発生し、キャリッジには、
ほぼステップ的に力が加わる。よって、キャリッジは、
主共振周波数の４kHzで振動をはじめ、減衰する。この
とき、ＶＣＭアンプへ印加する制御入力電圧は、飽和し
ている。さて、減速時には、制御入力電圧は、飽和しな
くなり、加速度フィードバックが有効となるため、加速
度は急激に減衰しはじめ、指数関数的に減速する区間で
はまったく振動していないことが分かる。すなわち、加
速時の加速度信号の平均の振幅が、減速時になるとほ三
分の一以下となる。一方、図１１は、加速度フィードバ
ックを用いずに、ノッチフィルタにより４kHzの機構共
振を抑圧した時のシークの応答波形である。この場合
は、加速時、減速時、そして指数関数的に減速する時、
全ての区間においてヘッドは振動しているのが分かる。
これは、ノッチフィルタにより制御信号内には振動モー
ドが抑圧されているが、実際のヘッドは急激なヘッドの
移動により主共振が励振され、それが加速度として測定
されるためである。このことは、目的のトラックへヘッ
ドが移動した後もヘッドは振動していることになり、ヘ
ッドのアクセス時間が長くなるだけでなく、高精度なト
ラック追従を妨げる一つの要因であった。

【００７４】次に、本発明に係わるディスク記憶装置の
機構共振の固有周波数と減衰比を推定する第４のいくつ
かの実施例を示す。上記本発明による加速度フィードバ
ック６３を用いても、また、公知技術のオブザーバで状
態を推定し、状態フィードバック７０を行うにしても、
キャリッジの機構共振モードの固有周波数ωnと減衰比
ζnの正確な情報が必要になる。この値が正確でない
と、逆に機構共振を励振してしまい、不安定になった
り、振動的になったりする。

【００７５】以下では、加速時の加速度信号より、キャ
リッジ機構共振の減衰比ζnと固有振動数ωnを求める共
振モード推定器について説明する。図１０の加速時のキ
ャリッジの加速度信号をバンドパスフィルタを通し、得
られた信号を図１２に示す。1.3msから12.5msまでをプ
ロットしている。明らかに、波形の隣り合うピークａ1
とピークａ2との時間の逆数は、周波数ｆnである。従っ
て、固有振動数は、

【００７６】

【数１３】

【００７７】また、ピークａ1とピークａ2より減衰比ζ
は、自然対数を用いて、

【００７８】

【数１４】

【００７９】で演算することができる。さらに、演算精
度をあげるために、繰り返し、実施することで、シーク
動作の加速中に、正確な減衰比と固有振動数を求めるこ
とができる。

【００８０】図１３は、機構共振モードを推定する第４
の他の一実施例を示すブロック線図である。同定モデル
７６のブロックは、ヘッド支持機構系のダイナミクスが
モデル化されてある。そして、その同定モデル７６に
は、実際にＶＣＭを駆動する同一の電流測定値が印加さ
れる。その同定モデル７６の出力と実際のキャリッジの
加速度信号の出力との偏差信号をモデル調整器で偏差が
減少するように機構共振モデルのパラメータを調整す
る。この実施例は、シーク動作の加速時に実施してもよ
く。また、フォロイング動作時にも実施してもよく、さ
らには、オフライン的に、フォロイング動作中にヘッド
を主共振周波数付近で振動させて、その状態で動作させ
てもよい。

【００８１】より具体的に、式を用いて説明する。ま
ず、(数１)は、次式として展開できる。ただし、簡単化
のため、ＶＣＭ５１の力ゲインは１とし、ｕはパワーア
ンプの電流値とする。

【００８２】

【数１５】

【００８３】ここで、ｐを微分演算子、λを正の実数値
とすると、上式は、以下で記述できる。

【００８４】

【数１６】

【００８５】但し、

【００８６】

【数１７】

【００８７】

【数１８】

【００８８】

【数１９】

【００８９】である。時刻ｔにおけるφの推定値をφh
(t)とする。すると、(数16)に対する同定モデル７６を
次式とする。

【００９０】

【数２０】

【００９１】同定誤差は次式とする。

【００９２】

【数２１】

【００９３】推定値φh(t)の調整モデル調整器７７で行
う。ここでは、勾配アルゴリズムを用いて、次式の評価
関数

【００９４】

【数２２】

【００９５】を時間の経過とともに、減少させる。学習
ゲイン行列をΓとすると、次式で更新する。

【００９６】

【数２３】

【００９７】このとき、ξが十分な周波数特性を含んで
いれば、推定値φh(t)は真値φへ収束する。この調整則
は、最小二乗法などのより高精度なアルゴリズムを用い
てもよい。

【００９８】得られた推定値は、一旦メモリ７４に保持
され、図１３の実施例では、オブザーバ７３、状態フィ
ードバック７２、そして(数12)で示される前置補償器７
１のゲインを変更する。例えば、シーク動作の加速時に
上記推定動作を行う場合には、加速時で推定した(数17)
の機構共振のゲインを、加速終了時に加速度フィードバ
ックの制御系のゲインに設定することで、選択されたヘ
ッドを保持しているキャリッジアームの振動を高精度に
抑制することができる。また、機構共振モードの経時変
化があまりない場合には、ある頻度で実施してもよい。

【００９９】図１４は、(数23)を用い(数17)のゲインの
推定値の収束応答波形である。シーク動作の加速中に収
束していることがわかる。なお、推定値は、(数17)で与
えるωn**2とζnωnだが、この推定結果よりωnとζnを
算出して、フィードバックに使用してもよい。

【０１００】機構共振モードを推定する第４の他の一実
施例について説明する。フォロイング動作状態におい
て、ＶＣＭ駆動制御入力信号に加算点を追加し、そこ
に、正弦波を印加する。そして、周波数を主共振周波数
付近で変化させ、ＶＣＭ駆動制御入力信号から、キャリ
ッジの加速度信号までのゲインを周波数応答法により求
める。得られた実測結果を図１５の実線に示す。この実
測値より、カーブフィットを行い、減衰比ζnと固有振
動数ωnを決定する。カーブフィットの手法は、共振ピ
ークの半値幅により決定することも可能である。また、
(数１)のモデルの減衰比と固有振動数を変化させ、実測
値のゲイン特性と計算値のゲイン特性の二乗和が最小と
なるように減衰比と固有振動数を決定することもでき
る。図１５で示した計算値は、後者の手法を用いて計算
した結果である。演算した減衰比と固有振動数に基づき
加速度フィードバック補償器のゲインを決定する。する
と、図１５において４kHz付近で振動のピークが４０ｄ
Ｂ程度存在するが、これを１０ｄＢ以下とすることがで
きる。

【０１０１】以上、アナログ制御系で本発明の実施例を
説明したが、同様な議論は、ディジタル制御系において
も同一である。この場合は、加速度信号をディジタル化
するＡ／Ｄ変換器（アナログ・ディジタル変換器）２
０、３４のサンプリングをヘッド位置信号のサンプリン
グ周波数の２倍から４倍もの周波数で取り込むことがよ
い。

【０１０２】また、本実施例は、２つの質量を持つ２自
由度モデルとして制御対象をモデル化したが、同様に３
自由度モデル、あるいはそれ以上の多自由度モデルに対
しても議論できる。

【０１０３】そして、本発明は、ヘッドの素子には依存
しない。記録素子を磁気誘導型のインダクティブヘッド
を用い、再生素子をＭＲヘッドを用いてもよい。この場
合は、図１におけるヘッドアンプ１３には、ＭＲヘッド
用の読みとりアンプと、インダクティブヘッド用の書き
込みアンプとなる。本発明により、この場合において
も、ＦＰＣを経由して送出する信号線の数を減らすこと
が可能である。

【０１０４】なお、本発明の実施例は、磁気ディスク装
置を取り上げたが、本発明は、他のディスク記憶装置、
たとえば、ＣＤ−ＲＯＭ装置、光ディスク装置、ＤＶＤ
−ＲＡＭ装置、ＤＶＤ−ＲＯＭ装置などの位置決め制御
系にも容易に実現が可能である。

【０１０５】さらに、本発明は、シーク制御系を速度制
御系で、フォロイング制御系を位置制御系で実施する位
置決め制御系について述べたが、位置制御系のみで位置
決めを行う位置決め制御系に対しても同様な実現が可能
である。

【０１０６】

【発明の効果】本発明によれば、加速度を装着する位置
を個々のキャリッジアームに装着し、加速度フィードバ
ックをする構成となっているため、各キャリッジアーム
に対して機構共振モードを個別に補償することができ、
高速なシーク動作や高精度なフォロイング動作が可能な
ディスク記憶装置を実現できる。

【０１０７】また、本発明によれば、シーク動作中ある
いはフォロイング動作中に機構共振モードの推定を行
い、その推定値に基づき加速度フィードバックを実施す
る構成となっているため、機構共振モードの経時変化や
環境変化に対応可能なディスク記憶装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す構成図。

【図２】加速度センサの取付位置を説明する図。

【図３】本発明の第２の実施例を示す構成図。

【図４】本発明の第３の実施例を示す構成図。

【図５】ヘッド支持部材の振動モデル。

【図６】本発明の第３の実施例の加速度フィードバッ
クを実現する回路図。

【図７】ヘッド支持部材のボード線図。

【図８】本発明による開ループ制御系のボード線図。

【図９】従来のノッチフィルタを用いた開ループ制御
系のボード線図。

【図１０】本発明によるシーク動作の応答波形。

【図１１】従来のノッチフィルタを用いたシーク動作
の応答波形。

【図１２】本発明の第４の一実施例を示す加速度応答
波形。

【図１３】本発明の第４の一実施例を示す構成図。

【図１４】本発明によるゲイン推定の応答波形。

【図１５】本発明の第４の一実施例を示す機構共振の
ボード線図。

【符号の説明】

１…ヘッド、２…ヘッド、３…バネ、４…加速度セン
サ、５…加速度センサ、６…キャリッジアーム、７…ピ
ボット、８…回路基盤、１０…加速度センサ選択信号、
１１…ヘッド選択信号、１３…ヘッドアンプ、１４…ヘ
ッド選択回路、１５…加速度アンプ、１９…バンドパス
フィルタ、２１…マイクロプロセッサシステム、２５…
バスライン、２７…パワーアンプ、２９…ＶＣＭ、３０
…回路基盤、３１…加速度アンプ、３２…加速度セン
サ、３３…バンドパスフィルタ、３５…加速度信号、３
６…・・・・加加速度信号、５０…パワーアンプ、５１…Ｖ
ＣＭ，５２…・・・・ヘッド支持機構系のダイナミクス、５
３・・・・ヘッド機構慣性体、５５…目標位置、６３…加速
度フィードバック、６４…加速度制御器、７０…加速度
フィードバック、７１…前置補償器、７２…状態フィー
ドバック、７３…状態オブザーバ、７４…メモリ、７５
…モデル推定器、７６…同定モデル、７７…モデル調整
器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者平井洋武茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１つ以上のヘッドと、前記ヘッドを支持す
る１つ以上のキャリッジアームからなるヘッド支持部材
と、前記ヘッド支持部材を駆動する駆動機構と、前記ヘ
ッドによりディスクに情報を読み書きするディスク記憶
装置において、前記各キャリッジアームに加速度を検出する加速度検出
手段と、該検出した加速度を増幅する加速度増幅器とを
備えたことを特徴とするディスク記憶装置。
【請求項２】請求項１において、前記加速度増幅器と、
前記加速度検出手段を選択する選択回路と、前記ヘッド
の記録再生信号を増幅するヘッド増幅器と、前記ヘッド
を選択する選択回路とを前記キャリッジの側面に設ける
ことを特徴とするディスク記憶装置。
【請求項３】ヘッドと、前記ヘッドを支持するキャリッ
ジと、前記キャリッジを駆動する駆動機構と、前記ヘッ
ドによりディスクに情報を読み書きするディスク記憶装
置において、前記キャリッジの側面に、加速度検出手段と、該検出さ
れた加速度を増幅する加速度増幅器と、前記ヘッドの記
録再生信号を増幅するヘッド増幅器と、前記ヘッドを選
択する選択回路とを設けたことを特徴とするディスク記
憶装置。
【請求項４】ヘッドによりディスクに情報を読み書きす
るディスク記憶装置において、前記ヘッドまたは前記ヘ
ッドを支持するキャリッジやバネ部材からなるヘッド支
持部材の加速度を検出する加速度検出手段と、前記ヘッ
ド支持部材の加加速度を検出する加加速度検出手段とを
具備することを特徴とするディスク記憶装置。
【請求項５】位置情報が予め記憶されているディスク
と、該位置情報を読み取るヘッドと、該ヘッドを支持す
るヘッド支持部材と、該位置情報に基づき該ヘッド支持
部材を駆動する位置制御入力を発生する位置制御補償手
段とを有するディスク記憶装置において、前記ヘッドま
たは前記ヘッド支持部材の加速度を検出する加速度検出
手段と、該加速度が前記位置制御入力と等しくなるよう
に加速度制御入力を発生する加速度制御補償手段とを具
備することを特徴とするディスク記憶装置。
【請求項６】位置情報が間欠的に予め記録されているデ
ィスクと、該位置情報を読みとるヘッドと、該ヘッドを
支持するヘッド支持部材と、該位置情報に基づき該ヘッ
ド支持部材を駆動するディジタル制御入力を発生する位
置制御補償手段とを有するディスク記憶装置において、
前記ヘッドまたは前記ヘッド支持部材の加速度を検出す
る加速度検出手段と、該加速度をフィードバック補償す
るアナログ制御入力を発生する加速度制御補償手段とを
具備することを特徴とするディスク記憶装。
【請求項７】ヘッドによりディスクに情報を読み書きす
るディスク記憶装置において、前記ヘッドまたはヘッド
を支持するヘッド支持部材の加速度を検出する加速度検
出手段と、前記加速度より前記ヘッド支持部材の少なく
とも共振周波数と減衰比を算出するモデル推定手段と、
前記演算した少なくとも前記共振周波数と前記減衰比を
記憶する記憶手段とを具備することを特徴とするディス
ク記憶装置。
【請求項８】前記モデル推定手段は、前記ヘッドのトラ
ック移動時中の加速時の前記加速度をフィルタ処理して
得られる加速度信号を用いて、隣り合う波形ピークの間
隔より前記共振周波数を算出する手段や、隣り合う波形
ピークの振幅より前記減衰比を算出する手段とを具備し
たことを特徴とする請求項７に記載したディスク記憶装
置。
【請求項９】前記モデル推定手段は、前記ヘッド支持部
材の機構モデルと、該機構モデルに前記ヘッド支持部材
を駆動する同一のアンプの電流指令を入力し、前記ヘッ
ド支持部材の加速度と、該機構モデルの出力との偏差が
減少するように、該機構モデルの調整可能な前記共振周
波数を表すパラメータと、前記減衰比を表すパラメータ
とを調整する調整手段とを具備したことを特徴とする請
求項９に記載したディスク記憶装置。
【請求項１０】ヘッドによりディスクに情報を読み書き
するディスク記憶装置において、ヘッド移動時の加速時
の前記ヘッドまたは前記ヘッドを支持するヘッド支持部
材の加速度の平均振幅と減速時の該加速度の平均振幅の
比が、三分の一以下であることを特徴とするディスク記
憶装置。