KR100824176B1

KR100824176B1 - 헤드 위치 제어 방법, 헤드 위치 제어 장치 및 디스크 장치

Info

Publication number: KR100824176B1
Application number: KR1020060094637A
Authority: KR
Inventors: 가즈히코 다카이시
Original assignee: 후지쯔 가부시끼가이샤
Priority date: 2006-04-28
Filing date: 2006-09-28
Publication date: 2008-04-21
Anticipated expiration: 2026-09-28
Also published as: US20070252550A1; EP1850330A2; JP2007299451A; KR20070106371A; US7466101B2; JP4594898B2; CN101064167A; EP1850330A3

Abstract

본 발명은 외란 억압 기능을 갖는 옵저버 제어에 의한 위치 결정 제어 장치에 있어서, 옵저버의 제어 특성을 손상하지 않고, 외란 억압 기능을 부가하는 것을 목적으로 한다.

액츄에이터의 모델(34∼44)과 외란의 모델(50)을 분리하고, 외란 모델(50)은 감도 함수를 정형하는 분모와 분자의 차수가 동일한 필터의 상기 분자를 분모로 한 전달 함수에 의해 정의된 외란 모델로부터 구한 추정 이득을 이용하여 상태 정보를 생성하며, 상기 상태 정보로부터 상기 액츄에이터(1)의 외란 억압값을 연산한다. 옵저버의 제어 특성을 손상하지 않고, 넓은 범위의 외란 주파수에 적응하여 헤드의 진동을 방지할 수 있다.

Description

헤드 위치 제어 방법, 헤드 위치 제어 장치 및 디스크 장치{HEAD POSITION CONTROL METHOD, HEAD POSITION CONTROL DEVICE, AND DISK DEVICE}

도 1은 본 발명의 일실시 형태를 도시한 디스크 장치의 구성도.

도 2는 도 1의 디스크의 위치 신호의 설명도.

도 3은 도 2의 위치 신호의 상세한 설명도.

도 4는 본 발명의 일실시 형태의 외란 옵저버 제어계의 블록도.

도 5는 도 4의 외란 옵저버의 아날로그 설계 순서의 설명도.

도 6은 도 4의 외란 옵저버의 디지털 설계 순서의 설명도.

도 7은 도 4의 실시 형태의 제1 실시예의 정형 필터의 특성도.

도 8은 도 4의 실시 형태의 제1 실시예의 개방 루프 특성도.

도 9는 도 4의 실시 형태의 제1 실시예의 감도 함수의 특성도.

도 10은 도 4의 실시 형태의 제1 실시예의 가속도 외란 특성도.

도 11은 도 4의 실시 형태의 제2 실시예의 정형 필터의 특성도.

도 12는 도 4의 실시 형태의 제2 실시예의 개방 루프 특성도.

도 13은 도 4의 실시 형태의 제2 실시예의 감도 함수의 특성도.

도 14는 도 4의 실시 형태의 제2 실시예의 가속도 외란 특성도. 도 4의 실시 형태의 제1 실시예의 도 5의 감도 함수의 특성도.

도 15는 본 발명의 다른 실시 형태의 외란 옵저버 제어계의 블록도.

도 16은 도 15의 실시 형태의 제1 실시예의 정형 필터의 특성도.

도 17은 도 15의 실시 형태의 제1 실시예의 개방 루프 특성도.

도 18은 도 15의 실시 형태의 제1 실시예의 감도 함수의 특성도.

도 19는 도 15의 실시 형태의 제1 실시예의 가속도 외란 특성도.

도 20은 도 15의 실시 형태의 제2 실시예의 정형 필터의 특성도.

도 21은 도 15의 실시 형태의 제2 실시예의 개방 루프 특성도.

도 22는 도 15의 실시 형태의 제2 실시예의 감도 함수의 특성도.

도 23은 도 15의 실시 형태의 제2 실시예의 가속도 외란 특성도.

도 24는 제1 종래 기술의 설명도.

도 25는 제2 종래 기술의 설명도.

도 26은 제3 종래 기술의 설명도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 액츄에이터

2: 스핀들 모터의 회전축

3: 헤드

4: 디스크

5: 스핀들 모터

6: 액츄에이터의 VCM 구동 회로

7: 위치 검출(복조) 회로

8: 스핀들 모터의 구동 회로

9: 버스

10: 데이터의 기록 재생 회로

11: 하드디스크 컨트롤러

12: MCU의 RAM

13: MCU의 ROM

14: 마이크로 컨트롤러 유닛

15: 하드디스크 컨트롤러의 RAM

16: 위치 신호

50: 외란 옵저버

본 발명은 디스크 장치의 헤드 위치 제어 방법, 헤드 위치 제어 장치 및 디스크 장치에 관한 것이며, 특히, 옵저버 제어를 이용하여, 외란에 의한 위치 어긋남을 억제하기 위한 헤드 위치 제어 방법, 헤드 위치 제어 장치 및 디스크 장치에 관한 것이다.

디스크 장치, 예컨대, 자기 디스크 장치나 광 디스크 장치에 있어서, 헤드를 목표 트랙에 정확히 위치 결정하는 것이 기록 밀도 향상을 위해 매우 중요하다.

이 위치 결정 제어에 있어서, 외란이 위치 결정 정밀도에 영향을 미치는 것 이 알려져 있다. 이러한 외란을 제어계에서 억압하기 위해, 종래, 도 24 내지 도 26의 제어계가 제안되어 있다. 도 24의 제1 종래 기술은 목표 위치(r)와, 플랜트(108)의 현재 위치(y)와의 위치 오차(e)를 연산 블록(100)에서 연산하고, 컨트롤러(102)에 입력하며, 컨트롤러(102)가 위치 오차(e)를 저감하는 제어량을 연산하고, 플랜트(108)를 구동하는 피드백 제어계에 병렬로 노치 필터의 역특성 형태의 필터(104)를 부여하여, 위치 오차의 특정한 주파수 근방의 성분을 억압한다(특허 문헌 1 참조).

제2 종래 기술은 도 25에 도시하는 바와 같이, 도 24의 피드백 루프의 컨트롤러(102)에 직렬로 필터(104)를 설치하고, 컨트롤러(102) 제어량의 특정한 주파수 근방의 성분을 억압한다(비특허 문헌 1 참조).

또한, 제3 종래 기술은 도 26에 도시하는 바와 같이, 도 24의 피드백 루프에 외란 옵저버로 칭하여, 현재 위치(y)를 블록(110)으로 취하고, 플랜트(108)의 전달 함수(P)로 나눈 값, 즉 위치 오차의 2층 미분값과, 연산 블록(106)으로부터의 지령 전류값과의 차분을 연산 블록(112)으로 취하고, 밴드 패스 필터(Q 필터라고도 부름)(114)를 통해 연산 블록(106)으로 피드백한다(비특허 문헌 1 참조).

또한, 이 주기성 외란인 디스크의 편심에 대응하기 위해, 편심 추정 옵저버를 이용하여, 편심을 보정하는 방법이 제안되어 있다(예컨대, 일본 특허 문헌 2 또는 일본 특허 문헌 3).

이러한 편심 추정 옵저버는 상태 추정 이득 A, B, C, F, L을 사용하여 실제의 위치 오차와, 추정한 위치 오차와의 오차로부터, 액츄에이터의 제어값을 계산하 고, 다음 샘플의 상태량(위치, 속도, 바이어스값, 편심량)을 계산한다.

여기서, 추정 이득 L은 위치 추정 이득 L1, 속도 추정 이득 L2, 바이어스 추정 이득 L3, 편심 추정 이득 L4, L5로 이루어진다. 그리고, L1, L2, L3은 컨트롤러 자체의 특성이며, L4, L5는 주기성 외란인 편심에 대한 응답 특성을 나타낸다.

[특허 문헌 1] USP 6, 487, 028B1 공보

[비특허 문헌 1] R. J. Bickel and M. Tomizuka, 논문 "Disturbance observer based hybrid impedance control" (Proceedings of the American Control Conference 1995, pp. 729-733)

[특허 문헌 2] 일본 특허 공개 평성 제7-50075호 공보

[특허 문헌 3] 일본 특허 공개 제2000-21104호 공보

이러한 옵저버를 이용하여, 편심 성분 이외의 외부 진동에 추종하는 위치 결정 제어가 요구되고 있다. 즉, 디스크 장치의 기록 밀도의 고밀도화에 따라 외부 진동에 의한 헤드의 위치 결정 정밀도에의 영향을 무시할 수 없게 되었다. 예컨대, 매체의 진동이나, 매체의 회전에 의해 헤드가 받는 바람이 헤드의 위치 결정 정밀도에 영향을 준다. 또한, 디스크 장치의 이용 확대에 따라 모빌 기기, 예컨대, 휴대 단말, 휴대 전화, 휴대형 AV 기기에 탑재되어 있으며, 넓은 범위의 외란 주파수에 적응하는 것도 요구되어 있다.

전술한 종래 기술의 외란 억압에서는 편심 보정 등, 특정한 주파수역을 선택적으로 억압하는 보상기를 부가하는 경우에는 억압역의 폭을 매우 좁게 하면, 원래 의 제어계의 특성에 영향을 부여하지 않고, 실장할 수 있다. 그러나, 최근 넓은 범위의 외란 주파수에 적응하는 요구에 대하여, 억압 폭을 넓게 취하는 경우나 높은 주파수역의 외란을 억압하는 경우에는 원래의 컨트롤러의 특성에 영향을 부여하여, 원하는 외란 억압 기능을 부가하는 것이 곤란하다.

또한, 종래 기술에서는 하나의 옵저버를 설계한 후, 뒤에서 외란 억압 기능을 부여하는 경우에는 제어계 전체의 특성, 예컨대, 극배치가 크게 어긋나게 되며, 옵저버 전체의 재설계가 필요해진다. 즉, 종래는 외란 모델을 결정하고 나서, 컨트롤러와 외란 억압 기능을 포함한 옵저버를 설계하기 위해, 뒤에 특정한 외란 억압 기능을 부여하는 경우에는 전체에 영향을 주어 재설계가 필요하다.

따라서, 본 발명의 목적은 여러 가지의 외란 주파수에 옵저버의 제어 특성을 손상하지 않고, 적응하기 위한 헤드 위치 제어 방법, 헤드 위치 제어 장치 및 디스크 장치를 제공하는 것에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 옵저버의 제어 특성을 손상하지 않고, 넓은 범위의 외란 주파수에 적응하여, 헤드의 진동을 방지하기 위한 헤드 위치 제어 방법, 헤드 위치 제어 장치 및 디스크 장치를 제공하는 것에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 옵저버의 제어 특성을 손상하는 않고, 넓은 범위의 외란 주파수에 적응하여, 헤드의 추종 성능을 향상하기 위한 헤드 위치 제어 방법, 헤드 위치 제어 장치 및 디스크 장치를 제공하는 것에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 옵저버의 제어 특성을 손상하지 않고, 넓은 범위의 외란 주파수에 적응하여, 헤드의 리드/라이트 특성을 개선하기 위한 헤드 위 치 제어 방법, 헤드 위치 제어 장치 및 디스크 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 헤드 위치 제어 방법은 디스크 기억 매체의 소정 위치에, 액츄에이터에 의해 헤드를 위치 결정 제어하는 헤드 위치 제어 방법에 있어서, 상기 헤드의 목표 위치와 상기 헤드로부터 얻은 현재 위치로부터 위치 오차를 연산하는 단계와, 상기 위치 오차와 상기 옵저버의 추정 위치와의 추정 위치 오차에 따라 상기 액츄에이터의 추정 이득을 이용하여 상태 정보를 생성하고, 상기 상태 정보로부터 상기 액츄에이터의 제어값을 연산하는 단계와, 상기 추정 위치 오차에 따라 감도 함수를 정형하는 분모와 분자의 차수가 동일한 필터의 상기 분자를 분모로 한 전달 함수에 의해 정의된 외란 모델로부터 구한 추정 이득을 이용하여 상태 정보를 생성하고, 상기 상태 정보로부터 상기 액츄에이터의 외란 억압값을 연산하는 단계와, 상기 제어값과 상기 외란 억압값을 가산하여, 상기 액츄에이터를 구동하는 단계를 갖는다.

또한, 본 발명의 디스크 장치는 디스크 기억 매체의 데이터를 적어도 판독하는 헤드와, 상기 디스크 기억 매체의 소정 위치에, 상기 헤드를 위치 결정하는 액츄에이터와, 상기 헤드의 목표 위치와 상기 헤드로부터 얻은 현재 위치로부터 위치 오차를 연산하여 상기 위치 오차와 상기 옵저버의 추정 위치와의 추정 위치 오차에 따라 상기 액츄에이터의 추정 이득을 이용하여 상태 정보를 생성하고, 상기 상태 정보로부터 상기 액츄에이터의 제어값을 연산하는 제어 유닛을 가지며, 상기 제어 유닛은 상기 추정 위치 오차에 따라 감도 함수를 정형하는 분모와 분자의 차수가 동일한 필터의 상기 분자를 분모로 한 전달 함수에 의해 정의된 외란 모델로부터 구한 추정 이득을 이용하여 상태 정보를 생성하고, 상기 상태 정보로부터 상기 액츄에이터의 외란 억압값을 연산하며, 상기 제어값과 상기 외란 억압값을 가산하여 상기 액츄에이터를 구동한다.

또한, 본 발명의 헤드 위치 제어 장치는 디스크 기억 매체의 데이터를 적어도 판독하는 헤드를 액츄에이터를 제어하여, 상기 디스크 기억 매체의 소정 위치에 위치 결정하는 헤드 위치 제어 장치에 있어서, 상기 헤드의 목표 위치와 상기 헤드로부터 얻은 현재 위치로부터 추정 위치 오차를 연산하고, 상기 위치 오차와 상기 옵저버의 추정 위치와의 추정 위치 오차에 따라 상기 액츄에이터의 추정 이득을 이용하여 상태 정보를 생성하고, 상기 상태 정보로부터 상기 액츄에이터의 제어값을 연산하는 옵저버와, 상기 추정 위치 오차에 따라 감도 함수를 정형하는 분모와 분자의 차수가 동일한 필터의 상기 분자를 분모로 한 전달 함수에 의해 정의된 외란 모델로부터 구한 추정 이득을 이용하여 상태 정보를 생성하고, 상기 상태 정보로부터 상기 액츄에이터의 외란 억압값을 연산하는 외란 옵저버와, 상기 제어값과 상기 외란 억압값을 가산하여, 상기 액츄에이터를 구동하는 가산 블록을 갖는다.

또한, 본 발명에서는 바람직하게는 상기 외란 억압값 연산 단계는 상기 감도 함수를 원하는 외란 주파수에 따라 정형하는 필터의 상기 분자의 영점을 극에 갖는 외란 모델의 추정 이득을 이용하여 상태 정보를 생성하고, 상기 상태 정보로부터 상기 액츄에이터의 외란 억압값을 연산하는 단계로 이루어진다.

또한, 본 발명에서는 바람직하게는 상기 외란 억압값 연산 단계는 감도 함수 를 원하는 외란 주파수에 따라 정형하는 1차 또는 2차 필터의 상기 분자를 분모로 한 외란 모델로부터 구한 추정 이득을 이용하여 상태 정보를 생성하고, 상기 상태 정보로부터 상기 액츄에이터의 외란 억압값을 연산하는 단계로 이루어진다.

또한, 본 발명에서는 바람직하게는 상기 외란 억압값 연산 단계는, 상기 추정 위치 오차에 따라 상기 억압해야 하는 복수의 외란 주파수에 따른 복수의 상기필터의 상기 분자를 분모로 한 전달 함수에 의해 정의된 복수의 외란 모델로부터 구한 추정 이득을 이용하여 상태 정보를 생성하고, 상기 상태 정보로부터 상기 액츄에이터의 복수의 외란 억압값을 연산하는 단계와, 상기 복수의 외란 억압값을 가산하는 단계로 이루어진다.

또한, 본 발명에서는 바람직하게는 상기 제어 유닛은 상기 감도 함수를, 원하는 외란 주파수에 따라 정형하는 필터의 상기 분자의 영점을 극에 갖는 외란 모델로부터 구한 추정 이득을 이용하여 상태 정보를 생성하고, 상기 상태 정보로부터 상기 액츄에이터의 외란 억압값을 연산한다.

또한, 본 발명에서는 바람직하게는 상기 제어 유닛은 감도 함수를, 원하는 외란 주파수에 따라 정형하는 1차 또는 2차 필터의 상기 분자를 분모로 한 외란 모델로부터 구한 추정 이득을 이용하여 상태 정보를 생성하고, 상기 상태 정보로부터 상기 액츄에이터의 외란 억압값을 연산한다.

또한, 본 발명에서는 바람직하게는 상기 제어 유닛은 상기 추정 위치 오차에 따라 상기 억압해야 하는 복수의 외란 주파수에 따른 복수의 상기 필터의 상기 분자를 분모로 한 전달 함수에 의해 정의된 복수의 외란 모델로부터 구한 추정 이득 을 이용하여 상태 정보를 생성하고, 상기 상태 정보로부터 상기 액츄에이터의 복수의 외란 억압값을 연산하여 상기 복수의 외란 억압값을 가산한다.

또한, 본 발명에서는 바람직하게는 상기 제어 유닛은 정상 바이어스 보상을 행하는 1차 필터와 특정한 주파수 근방을 노치 필터형으로 억압하는 2차 필터의 상기 분자를 분모로 한 전달 함수에 의해 정의된 외란 모델로부터 구한 추정 이득을 이용하여 상태 정보를 생성하고, 상기 상태 정보로부터 상기 액츄에이터의 외란 억압값을 연산한다.

또한, 본 발명에서는 바람직하게는 상기 제어 유닛은 정상 바이어스 보상을 행하는 1차 필터와 특정한 주파수 이하를 한결같이 억압하는 2차 필터의 상기 분자를 분모로 한 전달 함수에 의해 정의된 외란 모델로부터 구한 추정 이득을 이용하여 상태 정보를 생성하고, 상기 상태 정보로부터 상기 액츄에이터의 외란 억압값을 연산한다.

또한, 본 발명에서는 바람직하게는 상기 제어 유닛은 비교적 고역의 상기특정한 주파수 근방을 노치 필터형으로 억압하는 2차 필터의 상기 분자를 분모로 한 전달 함수에 의해 정의된 외란 모델로부터 구한 추정 이득을 이용하여 상태 정보를 생성하고, 상기 상태 정보로부터 상기 액츄에이터의 외란 억압값을 연산한다.

또한, 본 발명에서는 바람직하게는 상기 제어 유닛은 복수의 상기 특정한 주파수 근방을 노치 필터형으로 억압하는 복수의 2차 필터의 상기 분자를 분모로 한 전달 함수에 의해 정의된 복수의 외란 모델로부터 구한 추정 이득을 이용하여 상태 정보를 생성하고, 상기 상태 정보로부터 상기 액츄에이터의 외란 억압값을 연산한 다.

또한, 본 발명에서는 바람직하게는 상기 제어 유닛은 비교적 저역의 상기 특정한 주파수 이하를 한결같이 억압하는 2차 필터의 상기 분자를 분모로 한 전달 함수에 의해 정의된 외란 모델로부터 구한 추정 이득을 이용하여 상태 정보를 생성하고, 상기 상태 정보로부터 상기 액츄에이터의 외란 억압값을 연산한다.

이하, 본 발명의 실시 형태를 디스크 장치, 옵저버의 제1 실시 형태, 설계방법, 제1 실시 형태의 실시예, 제2 실시 형태, 제2 실시 형태의 실시예, 다른 실시 형태의 순으로 설명하지만, 본 발명은 이 실시 형태에 한정되지 않는다.

(디스크 장치)

도 1은 본 발명의 일실시 형태의 디스크 장치의 구성도, 도 2는 도 1의 자기 디스크의 위치 신호의 배치도, 도 3은 도 1 및 도 2의 자기 디스크의 위치 신호의 구성도이다.

도 1은 디스크 장치로서, 자기 디스크 장치를 도시한다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 자기 기억 매체인 자기 디스크(4)가 스핀들 모터(5)의 회전축(2)에 설치되어 있다. 스핀들 모터(5)는 자기 디스크(4)를 회전한다. 액츄에이터(VCM)(1)는 선단에 자기 헤드(3)를 구비하고, 자기 헤드(3)를 자기 디스크(4)의 반경 방향으로 이동한다.

액츄에이터(1)는 회전축을 중심으로 회전하는 보이스 코일 모터(VCM)로 구성된다. 도면에서는 자기 디스크 장치에 2장의 자기 디스크(4)가 탑재되고, 4개의 자기 헤드(3)가 동일한 액츄에이터(1)에 의해 동시에 구동된다.

자기 헤드(3)는 리드 소자와, 라이트 소자로 이루어진다. 자기 헤드(3)는 슬라이더에 자기 저항(MR) 소자를 포함하는 리드 소자를 적층하고, 그 위에 라이트 코일을 포함하는 라이트 소자를 적층하여 구성된다.

위치 검출 회로(7)는 자기 헤드(3)가 판독한 위치 신호(아날로그 신호)를 디지털 신호로 변환한다. 리드/라이트(R/W) 회로(10)는 자기 헤드(3)의 판독 및 기록을 제어한다. 스핀들 모터(SPM) 구동 회로(8)는 스핀들 모터(5)를 구동한다. 보이스 코일 모터(VCM) 구동 회로(6)는 보이스 코일 모터(VCM)(1)에 구동 전류를 공급하여 VCM(1)을 구동한다.

마이크로 컨트롤러(MCU)(14)는 위치 검출 회로(7)로부터의 디지털 위치 신호로부터 현재 위치를 검출(복조)하고, 검출한 현재 위치와 목표 위치와의 오차에 따라 VCM 구동 지령값을 연산한다. 즉, 위치 복조와 도 4 이하에 설명하는 외란 억압을 포함하는 서보 제어를 행한다. 리드 온리 메모리(ROM)(13)는 MCU(14)의 제어 프로그램 등을 저장한다. 랜덤 액세스 메모리(RAM)(12)는 MCU(14)의 처리를 위한 데이터 등을 저장한다.

하드디스크 컨트롤러(HDC)(11)는 서보 신호의 섹터 번호를 기준으로 하여, 1주 내의 위치를 판단하고, 데이터를 기록·재생한다. 버퍼용 랜덤 액세스 메모리(RAM)(15)는 리드 데이터나 라이트 데이터를 일시 저장한다. HDC(11)는 USB, ATA나 SCSI 등의 인터페이스(IF)에 의해 호스트와 통신한다. 버스(9)는 이들을 접속한다.

도 2에 도시하는 바와 같이, 자기 디스크(4)에는 외주에서 내주로 이동하며, 각 트랙에 서보 신호(위치 신호)(16)가 원주 방향으로 등간격으로 배치된다. 또한, 각 트랙은 복수의 섹터로 구성되고, 도 2의 실선은 서보 신호(16)의 기록 위치를 나타낸다. 도 3에 도시하는 바와 같이, 위치 신호는 서보 마크(Servo Mark)와, 트랙 번호(Gray Code)와, 인덱스(Index)와, 오프셋 정보(서보 버스트)(PosA, PosB, PosC, PosD)로 이루어진다. 또한, 도 3의 점선은 트랙 센터를 도시한다.

도 3의 위치 신호를 헤드(3)로 판독하고, 트랙 번호(Gray Code)와 오프셋 정보(PosA, PosB, PosC, PosD)를 사용하여, 자기 헤드의 반경 방향의 위치를 검출한다. 또한, 인덱 스신호(Index)를 바탕으로 하여, 자기 헤드의 원주 방향의 위치를 파악한다.

예컨대, 인덱스 신호를 검출하였을 때의 섹터 번호를 0번으로 설정하고, 서보 신호를 검출할 때마다 카운트업하여, 트랙의 각 섹터의 섹터 번호를 얻는다. 이 서보 신호의 섹터 번호는 데이터의 기록 재생을 행할 때의 기준이 된다. 또한, 인덱스 신호는 1주에 하나이며, 또한, 인덱스 신호 대신에, 섹터 번호를 설치할 수도 있다.

도 1의 MCU(14)는 위치 검출 회로(7)를 통하여, 액츄에이터(1)의 위치를 확인하여, 서보 연산하고, 적절한 전류를 VCM(1)에 공급한다. 즉, 시크 제어는 코어스 제어, 정정 제어 및 팔로잉 제어로 천이함으로써, 목표 위치까지 이동시킬 수 있다. 모두 헤드의 현재 위치를 검출해야 한다.

이러한, 위치를 확인하기 위해서는 전술한 도 2와 같이, 자기 디스크 상에 서보 신호를 사전에 기록해 둔다. 즉, 도 3에 도시한 바와 같이, 서보 신호의 개시 위치를 나타내는 서보 마크, 트랙 번호를 나타내는 그레이 코드, 인덱스 신호, 오프셋을 나타내는 PosA∼PosD라는 신호가 기록되어 있다. 이 신호를 자기 헤드로 독출하고, 이 서보 신호를 위치 검출 회로(7)가 디지털값으로 변환한다.

(외란 옵저버의 제1 실시 형태)

도 4는 도 1의 MCU(14)가 실행하는 외란을 억압하는 위치 결정 제어계의 제1 실시 형태의 블록도이다. 이 위치 결정 제어계는 외란 주파수를 검출하고, 외란을 적응 제어에 의해 억압하기 위한 옵저버 제어계이다.

도 4에 도시하는 옵저버는 하기 수학식(1), (2), (3), (4), (5)로 표시되는 바이어스 보상을 포함하는 현재 옵저버이다.

[수학식 1]

[수학식 2]

[수학식 3]

[수학식 4]

[수학식 5]

즉, 이 실시 형태는 컨트롤러의 모델로부터 외란 모델(50)을 분리한 적응 제어계의 예이다. 도 4에 있어서, 제1 연산 블록(30)은 헤드(3)가 판독한 전술한 서보 정보를 복조하여 얻은 관측 위치 y[k]로부터 목표 위치 r을 빼고, 실위치 오차 er[k]로 연산한다. 제2 연산 블록(32)은 실위치 오차 er[k]로부터 옵저버의 추정 위치 x[k]를 빼고, 추정 위치 오차 e[k]를 연산한다.

컨트롤러 모델에서는 이 추정 위치 오차 e[k]는 상태 추정 블록(34)에 입력되고, 컨트롤러의 추정 이득 La(L1, L2)을 이용하여 추정 수정값[수학식(1)의 우변]이 연산된다. 그리고, 지연 블록(46)으로부터 상태량[수학식(1)의 좌변] x[k], v[k]와 가산 블록(36)으로 가산되며, 수학식(1)과 같이, 추정 위치 x[k], 추정 속도 v[k]를 얻는다. 또한, 수학식(1)에서는 추정 위치 오차 e[k]를 (y[k]-x[k])로 표시한다.

이 추정값의 x[k], v[k]는 제4 연산 블록(38)에서 상태 피드백 이득(-Fa＝F1, F2)을 승산하고, 수학식(2)과 같이, 액츄에이터(1)의 제1 구동값 u[k]를 얻는다. 한편, 가산 블록(36)으로부터 수학식(1)의 추정값 x[k], v[k]는 제5 연산 블록(42)에서 추정 이득 Aa[수학식(4)의 2×2의 (1,0)의 행렬]을 곱하고, 제4 연산 블록(38)의 구동값 u[k]는 제6 연산 블록(40)에서 추정 이득 Ba[식(4)의 u[k]에 곱하는 값]을 곱한다. 양쪽 승산 결과는 가산 블록(44)에서 가산되고, 수학식(4)의 다음 샘플의 추정 상태량 x[k＋1], v[k＋1]을 얻는다.

이 다음의 샘플의 추정 상태량은 전술한 바와 같이, 지연 블록(46)에 입력하고, 상태 추정 블록(34)에서 추정 수정값에 의해 수정된다. 그리고, 가산 블록(36)으로부터의 수학식(1)의 추정값은 제7 연산 블록(48)에서 추정 위치 x[k]가 취출되며, 전술한 제2 연산 블록(32)에 입력한다.

한편, 외란 모델(50)에서는 추정 위치 오차 e[k]가 외란의 상태 추정 블록(51)에 입력되고, 추정 이득 Ld1(L3, L4, L5)을 이용하여, 추정 수정값[수학식(1)의 우변]이 연산된다. 그리고, 지연 블록(52)으로부터 상태량[수학식(1)의 좌 변]과, 가산 블록(56)으로 가산되며, 수학식(1)과 같이, 추정 바이어스값 b[k], 추정 외란 억압값 z1[k], z2[k]를 얻는다.

이 추정값 b[k], z1[k], z2[k]는 제8 연산 블록(58)에 의해 상태 피드백 이득(Fd1＝F3, F4, F5)을 승산하고, 수학식(3)과 같이, 액츄에이터(1)의 외란 억압 구동값을 얻는다. 한편, 가산 블록(56)으로부터 수학식(1)의 추정값의 b[k], z1[k], z2[k]는 제9 연산 블록(54)에 의해 추정 이득 Ad1[식(5)의 b[k]의 이득 및 2×2의 A 행렬의 이득]을 곱하여, 지연 블록(52)에 입력하고, 다음 샘플의 추정값 b[k＋1], z1[k＋], z2[k＋1]을 얻는다.

그리고, 가산 블록(60)에 의해 구동값 u[k]에 외란 억압 구동값을 빼고, 수학식(3)의 출력 구동값 uout[k]를 얻는다.

즉, 추정 이득 L을 컨트롤러 모델과 외란 모델로 분리하고, 또한, 피드백 이득 F를 컨트롤러 모델과 외란 모델로 분리하며, 컨트롤러 모델과 외란 모델을 분리하여 설계한다.

(옵저버의 설계 방법)

다음에, 이 외란 모델을 분리한 옵저버의 설계 방법을 도 5 및 도 6을 용하여, 설명한다.

우선, 도 5에 의해 제1 설계 방법을 설명한다.

(S10) 원래가 되는 컨트롤러를 옵저버 제어에 의해 설계한다. 즉, 제어 대상의 모델을 설정한다.

(S12) 그런 다음에, 정형하고자 하는 필터 형상을 결정한다. 즉, 정형 필터 의 개수와, 개개의 필터의 극, 영점을 설정한다. 단, 정형하고자 하는 필터 형상은 1차 또는 2차 필터이며, 분자와 분모의 차수가 동일한 것이 필요하다.

(S14) 다음에, 정형 필터의 영점을 이용하여, 필터의 분자의 식을 분모에 갖는 외란 모델을 구성한다.

(S16) 이 외란 모델을 S10의 옵저버의 모델에 부가한다. 이 외란 모델을 부가하는 것은, 감도 함수의 영점을 지정하는 것이 된다.

(S18) 다음에, 옵저버 제어계 전체의 극을 지정한다. 이 극은 원래의 설계에서 이용하고 있었던 극과, 정형하기 위한 필터의 극을 포함시킨 것이다. 즉, 정형필터의 극을 포함하여, 확대 모델(전체 모델)의 극배치를 행하고, 옵저버의 추정 이득 L1∼L5, A 행렬을 설계한다.

(S20) 제어 대상 모델만의 극배치를 행하여, 상태 피드백 이득 F를 설계한다.

(S22) 상태 피드백 이득에 외란 모델의 출력 이득을 부가하고, 통합 모델의 피드백 이득을 설계한다. 이와 같이 하여 외란 모델을 포함하는 옵저버를 설계한다.

즉, 본 발명에서는 위치 외란이나 외부의 진동, 타격을 억압하는 성능을, 감도 함수나 가속도 외란 특성에 의해 판단한다. 이 때문에, 감도 함수나 가속도 외란 특성의 형상을 설계함으로써, 원하는 외란 억압 기능을 부여한다.

이하, 예를 들어 설계 순서를 설명한다. 우선, 액츄에이터(1)를 2중 적분 모델로 하였을 때의 옵저버 제어계는 다음 수학식(6)의 아날로그식으로 표시된다.

[수학식 6]

수학식(6)에 있어서, s는 라플라스 연산자, x는 추정 위치, v는 추정 속도, y는 현재 위치, r은 목표 위치, L1, L2는 각각 위치, 속도의 추정 이득, u는 구동 전류, B1/m은 액츄에이터(1)의 역정수이다.

다음에, 이 제어계는 1/(1＋CP)의 감도 함수를 갖지만, 이 감도 함수에 대하여, 외란 억압을 다음 수학식(7)의 1차 필터로 정의하고, 이 1차 필터로 감도 함수를 정형한다.

[수학식 7]

즉, 이 필터를 부여하였을 때의 감도 함수는 1/(1＋CP)에 수학식(7)을 곱한 형상이 된다.

이 때, 외란 모델로서, 상기 (7)식의 필터의 분자를 분모로서 갖게 되는 하기 수학식(8)의 전달 함수의 모델을 옵저버에 실장한다.

[수학식 8]

한편, 수학식(7)의 필터의 분모(ω2)는 극배치에 이용한다.

이 외란 모델을 수학식(6)의 옵저버에 실장함으로써, 수학식(6)으로부터 다음 수학식(9)을 얻을 수 있다.

[수학식 9]

상기한 수학식(9)의 b는 외란 추정값이며, 여기서는 정상 바이어스 추정값의 파라미터로 나타내고 있다. 수학식(9)에 있어서, 옵저버의 추정 이득 L1, L2, L3을 설계하기 위해서는, 수학식(6)의 원래의 옵저버의 설계에 이용한 극과 함께, 수학식(7)의 정형 필터의 극(분모): -ω2를 지정한다.

또한, 수학식(9)에 있어서, 피드백 이득은 (Fx, Fv)만 설계한다. 외란 모델은 가관측이기는 하지만, 가제어가 아니기 때문에, 외란 모델의 피드백 이득은 변경할 수 없다. 외란 모델로서 옵저버의 추정 이득 설계에 이용한 것과 동일한 것을 지정하게 된다. 수학식(9)에서는 외란 모델의 피드백 이득(출력 이득)은 K＝m/B1이다.

이와 같이, 원래가 되는 컨트롤러를 옵저버 제어로 설계하고, 억압하는 외란 주파수에 따른 정형하고자 하는 필터 형상을 결정한다. 여기서, 정형 필터는 1차 또는 2차 필터이며, 분자와 분모의 차수가 동일한 것이 필요하다. 필터의 분자와 분모의 차수가 다른 경우에는, 예컨대 분모의 차수가 분자의 차수보다 큰 경우 (ω 1/(s＋ω2))에는 이 필터의 주파수 특성은 고역 정도, 이득이 저하하고, 원래의 감도 함수에 곱한 경우에는 원래의 감도 함수(즉, 컨트롤러의 특성)가 대폭 변해버리기 때문이다.

그리고, 필터의 분자의 식을, 분모에 갖는 외란 모델을 구성하고, 옵저버의 모델에 부가한다[수학식(9)]. 이 외란 모델을 부가하는 것은 감도 함수의 영점을 지정하는 것이 된다.

다음에, 전술한 바와 같이, 옵저버 제어계 전체의 극을 지정한다. 이 극은 원래의 컨트롤러의 모델로 이용한 극과, 정형하기 위한 필터의 극(-ω2)을 포함시킨 것이 된다.

바꾸어 말하면, 외란 억압을 위해, 도입하고자 하는 주파수 특성을 정형 필터로 정의하고, 정형 필터의 분자의 식을 분모에 갖는 외란 모델을 구성하며, 원래의 옵저버의 모델에 부가한다. 이것에 의해, 외란 억압 기능을 억압 폭을 넓게 취하는 경우나 높은 주파수역의 외란을 억압하는 경우에도 원래의 컨트롤러의 특성에 영향을 부여하지 않고, 실장할 수 있다.

또한, 하나의 옵저버를 설계한 후, 뒤에서 외란 억압 기능을 부여하는 경우에도 제어계 전체의 특성의 어긋남이 작고, 옵저버 전체의 재설계도 필요 없다.

다음에, 정형 필터를, 2차 필터로 한 경우를, 설명한다. 2차 필터로서, 하기(10) 식으로 정의한다.

[수학식 10]

전술한 바와 같이, 외란 모델은 정형 필터의 분자의 식을 분모에 갖기 위해, 다음 수학식(11)으로 나타낸다.

[수학식 11]

다음에, 이 외란 모델을 원래의 컨트롤러의 옵저버[수학식(6)]에 실장하는 방법으로서 3과 같은 방법을 생각할 수 있다.

제1 방법은 수학식(9)과 마찬가지로, 수학식(11)의 외란 모델을 그대로 실장한다. 즉, 2차 필터를 위해, 외란의 상태 추정량을 z1, z2로 하고, 외란의 추정 이득을 L3, L4로 하면, 수학식(12)으로 나타낸다.

[수학식 12]

다음에, 제2 방법은 ω1의 제곱의 항을 분산시켜, 수학식(12)을 변형하여 수학식(13)을 얻는다.

[수학식 13]

제3 방법은 수학식(13)의 ω1의 부호를 반전한 것이며, 수학식(14)으로 나타낸다.

[수학식 14]

어느 쪽의 방법을 채용하여도 설계가 가능해진다. 제2 방법 및 제3 방법은 특히 디지털 제어계로 상기 모델을 변환하였을 때에 유효하다. 즉, 2개의 상태 변수(z1, z2)의 밸런스가 취해지며, 2개의 상태 변수용 옵저버의 추정 이득 L3, L4의 크기가 너무 떨어지지 않고 실장할 수 있다.

이 때에, 극은 수학식(10)의 정형 필터의 극[식(10)의 분모＝0으로부터 유도됨]과, 원래의 옵저버 제어계의 설계에 이용한 극을 합쳐서, 지정하여 추정 이득L1, L2, L3, L4의 값을 설계한다.

또한, 이 2차 필터 정형과, 종래의 정상 바이어스 추정을 합친 옵저버 제어계는 다음 수학식(15)으로 나타낸다.

[수학식 15]

이와 같이, 최초에 정형하고자 하는 필터 형상을 고려한 후에, 외란 모델을 옵저버에 부가하고, 설계하는 것이 가능해진다. 따라서, 원래의 외란 모델의 물리적 응답 특성에 구속되지 않고, 자유로운 형상의 정형이 가능하게 되었다.

도 5는 아날로그 설계에 있어서의 설명이었다. 한편, 디지털 제어계를 설계하기 위해서는 도 6의 설계 플로우에 따른다.

도 6에 있어서, 도 5에서 도시한 단계와 동일한 단계는 동일한 기호로 나타내고 있다. 도 6에 도시하는 바와 같이, 단계 S16에서 외란 모델을 아날로그 공간에서 모델화하여 확대 모델을 구성한다. 한편, 단계 S30에서 확대 모델을 디지털 공간으로 변환한(이산화한) 후, 단계 S18의 극배치를 디지털 공간에서 지정한다.

또한, 2차 필터 특성을 외란 모델로서 갖는 경우에, 확대 모델을 이산계로 변환하면, 옵저버의 추정 이득을 설계하기 위한 A 행렬 중에, 외란 모델의 2 변수 (z1, z2)와 함께, 액츄에이터(1)에 영향을 부여하는 형태가 되어 버린다.

여기서, 외란 모델의 한쪽 변수만이 액츄에이터(1)에 영향을 미치도록 구체적으로는, 아날로그 설계와 동일한 변수만이 액츄에이터(1)에 영향을 미치도록 수정한다. 즉, 이산화한 후 단계 S32에서 확대 모델을 수정한다.

구체적으로 설명하면, 2차 필터를 사용한 수학식(13) 형태의 아날로그 모델을 이산화(소위, z 변환하여 SI 단위로 변환)하면, 다음 수학식(16)의 형태가 된다.

[수학식 16]

수학식(16)에 있어서, z는 Z 변환자, T는 샘플링 주기이다. 여기서, 주목해야 할 것은 A 행렬인 A13, A14, A23, A24이다. 이산화한 것만으로는 A14, A24는 모두 「0」이 되지 않는다. 즉, 옵저버의 추정 이득을 설계하기 위한 A 행렬 중에, 외란 모델의 2 변수 z1, z2와 함께, 액츄에이터(1)에 영향을 부여하는 형태가 되어 버린다.

여기서, 아날로그 모델을 이산화한 후에, 또한, A 행렬 중인 외란 모델의 상태 변수(z1, z2)가 액츄에이터(1)에 영향을 부여하는 계수를 치환한다.

수학식(16)의 예에서는 A 행렬을, 하기 수학식(17)과 같이 수정한다.

[수학식 17]

또한, 디지털 제어계에 있어서는 거리의 단위가 트랙, 전류값은 최대 전류를 1로 정규화, 또한, 속도나 가속도도 초가 아닌, 샘플 주파수로 정규화하는 것도 필요해진다.

마찬가지로 하여, 수학식(15)의 아날로그 형식의 옵저버를 현재 옵저버의 형식으로 변환하면, 수학식(18)이 된다.

[수학식 18]

이와 같이, 외란 모델을 분리 가능한 구성으로 설계한 경우에는, 수학식(18)을 전술한 도 4로 나타낸 바와 같이, 외란 모델을 분리하여 실장할 수 있다.

즉, 수학식(18)과 수학식(1) 내지 (5)를 비교하면, 수학식(18)에 있어서, 컨트롤러의 모델을 독립시킨 것이, 수학식(2), (4)이며, 외란 모델(50)을 분리한 식이 수학식(3), (5)가 된다.

(제1 실시 형태의 실시예)

도 7 및 도 10은 본 발명의 제1 실시 형태의 제1 실시예의 설명도이며, 도 7은 정형 필터의 특성도, 도 8은 개방 루프 특성도, 도 9는 감도 함수의 특성도, 도 10은 가속도 외란 특성도이다.

도 7 내지 도 10은 1600 Hz를 노치형으로 억압하는 예이다. 이러한 고역을 억압하는 필요성은 디스크 매체의 진동이나, 헤드 서스펜션의 바람에 의한 가진에 의해, 고역의 주파수가 외란으로서, 인가되는 경우이다. 특히, 디스크 매체의 회전수가 고속화하면, 트랙 밀도가 높은 장치에서는 이러한 고역의 주파수 외란에 의한 영향이 현저하다.

이러한 고역에서는 컨트롤러에 노치 필터의 역특성을 직렬로 삽입하여도 실현이 어렵다. 또한, 위상 특성에 의해 분명한 바와 같이, 내린 후 올리는 특성을 실현하기 위해서는 필터 계수의 조정에 시행 착오가 필요해진다.

본 실시 형태에서는 도 7에 도시하는 바와 같이, 특정 주파수만을 억압하는 정형 필터를 설계한다. 이 정형 필터는 수학식(10)으로 나타낸 2차 필터로 설계한다. 수학식(10)에 있어서, ω1＝2π*1600, ω2=ω1, ζ1＝0.025, ζ2＝0.05로 한 것이다.

이 정형 필터의 주파수 특성에 대해서는 도 7의 상단에 주파수(frequency) 대 이득 특성, 하단에 주파수 대 위상(Pahse) 특성에 나타내는 바와 같이, 이득(Gain)은 1600 Hz 부근에서 억압되고, 위상은 1600 Hz 부근에서 일단 내려가며, 그 후 올라가는 특성이다.

이와 같이 설계된 정형 필터를 이용하여, 전술한 옵저버를 구성한다. 이 때의 옵저버로 구성되는 제어계의 개방 루프 특성에 대해서는 도 8의 상단에 주파수 대 이득 특성, 하단에 주파수 대 위상 특성에 나타내는 바와 같이, 이득을 1600 Hz에서 내리고, 위상을 1600 Hz 부근에서 올리는 조작을 행한다.

이 때문에, 제어계의 감도 함수에 대해서는 도 9의 주파수 대 이득 특성에 나타내는 바와 같이, 이득은 1600 Hz 부근에서 억압된다. 또한, 제어계의 가속도 외란 특성에 대해서도 도 10의 주파수 대 이득 특성에 도시하는 바와 같이, 이득은 1600 Hz 부근에서 억압된다.

도 11 및 도 14는 본 발명의 제1 실시 형태의 제2 실시예의 설명도이며, 도 11은 정형 필터의 특성도, 도 12는 개방 루프 특성도, 도 13은 감도 함수의 특성도, 도 14는 가속도 외란 특성도이다.

도 11 내지 도 14는 저역을 일률적으로 억압하는 예이다. 이러한 저역을 일률적으로 억압하는 필요성은 디스크 매체의 편심에 더해지며, 외부 진동의 억압 폭을 널리 하고자 하는 경우이다. 특히, 저역의 외부 진동 성분은 많이 존재하고, 그 영향이 현저하다. 이러한 저역의 억압 폭을 넓게 하는 것은, 종래의 옵저버에서는 실현이 어렵다.

본 실시 형태에서는 도 11에 도시하는 바와 같이, 저역을 광범위하게 억압하는 정형 필터를 설계한다. 이 정형 필터는, 수학식(10)으로 나타낸 2차 필터로 설계한다. 수학식(10)에 있어서, ω1＝2π*200, ω2＝2π*400, ζ＝0.5, ζ2＝0.5로 한 것이다.

이 정형 필터의 주파수 특성에 대해서는 도 11의 상단에 주파수 대 이득 특성, 하단에 주파수 대 위상 특성에 나타내는 바와 같이, 이득은 저역의 하한(100 Hz)을 초과하면 서서히 증가하고, 저역의 상한(여기서는, 500 Hz 근방)에서 대략 일정해지며, 위상은 저역의 하한(100 Hz)으로부터 저역의 상한(여기서는, 500 Hz 근방) 사이에서 산을 형성하는 특성이다.

이와 같이 설계된 정형 필터를 이용하여, 전술한 옵저버를 구성한다. 이 때의 옵저버로 구성되는 제어계의 개방 루프 특성에 대해서는 도 12의 상단에 주파수 대 이득 특성, 하단에 주파수 대 위상 특성의 굵은 선으로 나타내는 바와 같이, 이득을 저역에서 올리고, 위상을 저역 부근에서 올리는 조작을 행한다.

이 때문에, 제어계의 감도 함수에 대해서는 도 13의 주파수 대 이득 특성의 굵은 선으로 나타내는 바와 같이, 이득은 저역 부근에서 억압된다. 또한, 제어계의 가속도 외란 특성에 대해서도 도 14의 주파수 대 이득 특성의 굵은 선으로 나타내는 바와 같이, 이득은 저역에서 억압된다.

이 실시예와 같이, 종래 곤란하였던 고역의 억압이나, 저역의 넓은 폭의 외란 억압 옵저버를 용이하게 실현할 수 있다.

(옵저버의 제2 실시 형태)

도 15는 도 1의 MCU(14)가 실행하는 외란을 억압하는 위치 결정 제어계의 제2 실시 형태의 블록도이다.

이 위치 결정 제어계는 외란 주파수를 검출하고, 외란을 적응 제어에 의해 억압하기 위한 옵저버 제어계이며, 도 4의 외란 모델을 분리하여, 복수 실장한 적응 제어계이다.

도 15에 있어서, 도 4에서 나타낸 것과 동일한 것은, 동일한 기호로 나타내고 있으며, 외란 모델(50-1 …, 50-N)의 각각은 도 4에서 나타낸 외란 적응 제어 모델의 블록(51, 52, 54, 56, 58)으로 구성된다.

각 외란 모델(50-1, …, 50-N)은 추종이 필요한 외란 주파수마다 설치된다. 각 외란 모델(50-1, …, 50-N)의 출력은 가산 블록(62)에서 가산된 후, 연산 블록(60)에 출력된다. 이 모델의 동작은 도 4와 동일하며, 설명을 생략한다.

외란 모델(50-1, 50-2)을 2개로 한 경우의 옵저버는 수학식(1)∼(5)을 2 모델만큼 확장하여, 하기 수학식(19)∼(23)으로 얻어진다.

[수학식 19]

[수학식 20]

[수학식 21]

[수학식 22]

[수학식 23]

여기서는 외란 모델(50-1)의 위치, 속도의 추정량(변수)을 z1, z2, 추정 이득을 L3, L4, L5, 출력 이득을 F3, F4, F5로 하고, 외란 모델(50-2)의 위치, 속도의 추정량(변수)을 z3, z4, 추정 이득을 L6, L7, 출력 이득을 F6, F7로 하고 있다.

이 예에서도 도 6에서 나타낸 바와 같이, 각 외란 모델을 정형 필터로 설계 하여, 마찬가지로 확대 모델을 설계한다. 이러한 구성에서는 이하의 실시예에서 설명하는 바와 같이, 복수의 특정한 주파수를 억압할 수 있다.

(제2 실시 형태의 실시예)

도 16 및 도 19는 본 발명의 제2 실시 형태의 제1 실시예의 설명도이며, 도 16은 정형 필터의 특성도, 도 17은 개방 루프 특성도, 도 18은 감도 함수의 특성도, 도 19는 가속도 외란 특성도이다.

도 16 내지 도 19는 3개의 주파수를 노치형으로 억압하는 NRRO(Non Repeatable Rotation) 필터의 예이다. 이러한 복수의 주파수를 억압하는 필요성은 여러 가지의 외란에 대응하여, 억압 폭을 넓히는 의미로 유효하다.

이러한 복수의 주파수를 억압하기 위해서는 컨트롤러에 노치 필터의 역 특성을 다단에 삽입해야 하며, 그 조정이 어렵다.

본 실시 형태에서는 도 16에 나타내는 바와 같이, 3개의 특정 주파수(1000 Hz, 1100 Hz, 1600 Hz)를 억압하는 정형 필터를 설계한다. 이 정형 필터는 수학식(10)으로 나타낸 2차 필터를 3개 설계한다. 수학식(10)에 있어서, 제1 필터는 ω1＝2π*1020, ω2＝2π*1000, ζ1＝0.025, ζ2＝0.05로 하고, 제2 필터는 ω1＝2π*1090, ω2＝2π*1210, ζ1＝0.025, ζ2＝0.05로 하며, 제3 필터는 ω1＝2π*1600, ω2＝2π*1600, ζ1＝0.025, ζ2＝0.05로 하여 직렬 접속한 것이다. 즉, 도 15의 외란 모델을 3개 설계한다.

이 정형 필터의 주파수 특성에 대해서는 도 16의 상단에 주파수 대 이득 특성, 하단에 주파수 대 위상 특성에 나타내는 바와 같이, 이득은 1000 Hz 부근, 1100 Hz 부근, 1600 Hz 부근의 3 개소에서 억압되고, 위상은 1000 Hz 부근에서 일단 내려가며, 그 후 올라가고, 1100 Hz 부근에서 내려가며, 1600 Hz 부근에서 올라가며, 그 후 내려가는 복잡한 특성이다.

이와 같이 설계된 정형 필터를 이용하여, 전술한 옵저버를 구성한다. 이 때의 옵저버로 구성되는 제어계의 개방 루프 특성에 대해서는 도 17의 상단에 주파수 대 특성, 하단에 주파수 대 위상 특성의 굵은 선으로 나타내는 바와 같이, 이득을 1000 Hz, 1100 Hz, 1600 Hz에서 내리고, 위상을 1000 Hz에서 내리며 1100 Hz, 1600 Hz 부근에서 피크가 되는 조작을 행한다.

이 때문에, 제어계의 감도 함수에 대해서는 도 18의 주파수 대 이득 특성의 굵은 선으로 나타내는 바와 같이, 이득은 1000 Hz, 1100 Hz 부근에서, 1600 Hz 부근에서 억압된다. 또한, 제어계의 가속도 외란 특성에 대해서도 도 19의 주파수 대 이득 특성의 굵은 선으로 나타내는 바와 같이, 이득은 1000 Hz, 1100 Hz 부근에서, 1600 Hz 부근에서 억압된다.

도 20 및 도 23은 본 발명의 제2 실시 형태의 제2 실시예의 설명도이며, 도 20은 정형 필터의 특성도, 도 21은 개방 루프 특성도, 도 22는 감도 함수의 특성도, 도 23은 가속도 외란 특성도이다.

도 20 내지 도 23은 저역의 특정한 대역폭을 일률적으로 억압하는 밴드 스톱의 예이며, 또한 가속도 외란 특성의 피크를 억제한다. 이러한 저역의 특정한 대역폭을 일률적으로 억압하는 필요성은, 외부 진동에 대한 억압 폭을 넓게 하여, 가속도 외란의 추종 성능을 크게 하고자 하는 경우이다. 특히, 저역의 외부 진동 성분 은 많이 존재하며, 그 영향이 현저하다. 이러한 저역의 억압 폭을 넓게 하는 것은 종래의 옵저버에서는 실현이 어렵다.

본 실시 형태에서는 도 20에 도시하는 바와 같이, 저역의 특정 주파수 대역을 광범위하게 억압하는 정형 필터를 설계한다. 이 정형 필터는, 수학식(10)으로 나타낸 2차 필터를 2개 설계한다. 수학식(10)에 있어서, 제1 필터는 ω1＝2π*200,ω2＝2π*150, ζ1＝0.15, ζ2＝0.3으로 하고, 제2 필터는 ω1＝2π*300, ω2＝2π*350, ζ1＝0.15, ζ2＝0.3으로 하여 직렬로 접속한 것이다.

이 정형 필터의 주파수 특성에 대해서는 도 20의 상단에 주파수 대 이득 특성, 하단에 주파수 대 위상 특성에 도시하는 바와 같이, 이득은 저역의 하한(150 Hz)을 초과하면 감소하고, 200∼300 Hz에서 일정해지며, 저역의 상한(여기서는, 500 Hz 근방)을 향하여 상승하고, 그 후, 대략 일정해지며, 위상은 저역의 하한(150 Hz)에서 하한 피크를, 저역의 상한(여기서는 350 Hz 근방)에서 상한 피크를 형성하는 특성이다.

이와 같이 설계된 정형 필터를 이용하여, 도 15의 2개의 외란 모델을 포함하는 전술한 옵저버를 구성한다. 이 때의 옵저버로 구성되는 제어계의 개방 루프 특성에 대해서는 도 21의 상단에 주파수 대 이득 특성, 하단에 주파수 대 위상 특성의 굵은 선으로 나타내는 바와 같이, 이득을 150 Hz∼500 Hz 부근에서 올리고, 위상을 저역의 하한(150 Hz) 부근에서 올려, 저역의 상한(여기서는, 350 Hz 근방)에서 내리는 조작을 행한다.

이 때문에, 제어계의 감도 함수에 대해서는 도 22의 주파수 대 이득 특성의 굵은 선으로 나타내는 바와 같이, 이득은 저역(150 Hz∼500 Hz) 부근에서 폭을 갖고 억압된다. 또한, 제어계의 가속도 외란 특성에 대해서도 도 23의 주파수 대 이득 특성의 굵은 선으로 나타내는 바와 같이, 이득은 저역(150 Hz∼500 Hz) 부근에서 폭을 갖고 향상한다. 즉, 가속도 외란 특성의 이득이 특정한 주파수 폭에 의해 올라가며, 가속도 외란 특성의 피크를 억압할 수 있다.

이 실시예와 같이, 종래 곤란하였던 복수의 다른 외란 주파수의 억압이나, 저역의 특정 대역의 넓은 폭의 외란 억압 옵저버를 용이하게 실현할 수 있다.

(다른 실시 형태)

전술한 실시 형태에서는 외란 옵저버 제어를 자기 디스크 장치의 헤드 위치 결정 장치의 적용의 예로 설명하였지만, 광 디스크 장치 등의 다른 디스크 장치에도 적용할 수 있다. 또한, 외란 주파수의 수는 필요에 따라 적절하게 채용 가능하며, 그것에 따라 외란 모델의 수도 적절하게 채용할 수 있다. 또한, 2차 필터에 의해 실시예를 설명하였지만, 1차 필터나, 1차 필터와 2차 필터의 조합을 필요한 억압 주파수에 따라 사용할 수도 있다.

이상, 본 발명을 실시 형태로 설명하였지만, 본 발명은 그 취지의 범위 내에서 여러 가지의 변형이 가능하며, 이것을 본 발명의 범위에서 배제하는 것은 아니다.

(부기 1)

디스크 기억 매체의 소정 위치에, 액츄에이터에 의해 헤드를 위치 결정 제어하는 헤드 위치 결정 제어 방법에 있어서, 상기 헤드의 목표 위치와 상기 헤드로부 터 얻은 현재 위치로부터 위치 오차를 연산하는 단계와, 상기 위치 오차와 상기 옵저버의 추정 위치와의 추정 위치 오차에 따라 상기 액츄에이터의 추정 이득을 이용하여, 상태 정보를 생성하고, 상기 상태 정보로부터 상기 액츄에이터의 제어값을 연산하는 단계와, 상기 추정 위치 오차에 따라 감도 함수를 정형하는 분모와 분자의 차수가 동일한 필터의 상기 분자를 분모로 한 전달 함수에 의해 정의된 외란 모델로부터 구한 추정 이득을 이용하여, 상태 정보를 생성하고, 상기 상태 정보로부터 상기 액츄에이터의 외란 억압값을 연산하는 단계와, 상기 제어값과 상기 외란 억압값을 가산하여, 상기 액츄에이터를 구동하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 헤드 위치 제어 방법.

(부기 2)

상기 외란 억압값 연산 단계는 상기 감도 함수를 원하는 외란 주파수에 따라 정형하는 필터의 상기 분자의 영점을 극에 갖는 외란 모델의 추정 이득을 이용하여 상태 정보를 생성하고, 상기 상태 정보로부터 상기 액츄에이터의 외란 억압값을 연산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 부기 1에 기재한 헤드 위치 제어 방법.

(부기 3)

상기 외란 억압값 연산 단계는 감도 함수를 원하는 외란 주파수에 따라 정형하는 1차 또는 2차 필터의 상기 분자를 분모로 한 외란 모델로부터 구한 추정 이득을 이용하여 상태 정보를 생성하고, 상기 상태 정보로부터 상기 액츄에이터의 외란 억압값을 연산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 부기 1에 기재한 헤드 위 치 결정 제어 방법.

(부기 4)

상기 외란 억압값 연산 단계는 상기 추정 위치 오차에 따라 상기 억압해야 하는 복수의 외란 주파수에 따른 복수의 상기 필터의 상기 분자를 분모로 한 전달 함수에 의해 정의된 복수의 외란 모델로부터 구한 추정 이득을 이용하여 상태 정보를 생성하고, 상기 상태 정보로부터 상기 액츄에이터의 복수의 외란 억압값을 연산하는 단계와, 상기 복수의 외란 억압값을 가산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 헤드 위치 결정 제어 방법.

(부기 5)

디스크 기억 매체의 데이터를 적어도 판독하는 헤드와, 상기 디스크 기억 매체의 소정 위치에, 상기 헤드를 위치 결정하는 액츄에이터와, 상기 헤드의 목표 위치와 상기 헤드로부터 얻은 현재 위치로부터 위치 오차를 연산하고, 상기 위치 오차와 상기 옵저버의 추정 위치와의 추정 위치 오차에 따라 상기 액츄에이터의 추정 이득을 이용하여 상태 정보를 생성하고, 상기 상태 정보로부터 상기 액츄에이터의 제어값을 연산하는 제어 유닛을 포함하며, 상기 제어 유닛은 상기 추정 위치 오차에 따라 감도 함수를 정형하는 분모와 분자의 차수가 동일한 필터의 상기 분자를 분모로 한 전달 함수에 의해 정의된 외란 모델로부터 구한 추정 이득을 이용하여 상태 정보를 생성하고, 상기 상태 정보로부터 상기 액츄에이터의 외란 억압값을 연산하며, 상기 제어값과 상기 외란 억압값을 가산하여 상기 액츄에이터를 구동하는 것을 특징으로 하는 디스크 장치.

(부기 6)

상기 제어 유닛은 감도 함수를 원하는 외란 주파수에 따라 정형하는 1차 또는 2차 필터의 상기 분자를 분모로 한 외란 모델의 추정 이득을 이용하여 상태 정보를 생성하고, 상기 상태 정보로부터 상기 액츄에이터의 외란 억압값을 연산하는 것을 특징으로 하는 부기 5에 기재한 디스크 장치.

(부기 7)

상기 제어 유닛은 감도 함수를 원하는 외란 주파수에 따라 정형하는 1차 또는 2차 필터의 상기 분자를 분모로 한 외란 모델로부터 구한 추정 이득을 이용하여, 상태 정보를 생성하고, 상기 상태 정보로부터 상기 액츄에이터의 외란 억압값을 연산하는 것을 특징으로 하는 부기 5에 기재한 디스크 장치.

(부기 8)

상기 제어 유닛은 상기 추정 위치 오차에 따라 상기 억압해야 하는 복수의 외란 주파수에 따른 복수의 상기 필터의 상기 분자를 분모로 한 전달 함수에 의해 정의된 복수의 외란 모델로부터 구한 추정 이득을 이용하여 상태 정보를 생성하고, 상기 상태 정보로부터 상기 액츄에이터의 복수의 외란 억압값을 연산하여, 상기 복수의 외란 억압값을 가산하는 것을 특징으로 하는 부기 5에 기재한 디스크 장치.

(부기 9)

상기 제어 유닛은 정상 바이어스 보상을 행하는 1차 필터와 특정한 주파수 근방을 노치 필터형으로 억압하는 2차 필터의 상기 분자를 분모로 한 전달 함수에 의해 정의된 외란 모델로부터 구한 추정 이득을 이용하여 상태 정보를 생성하고, 상기 상태 정보로부터 상기 액츄에이터의 외란 억압값을 연산하는 것을 특징으로 하는 부기 5에 기재한 디스크 장치.

(부기 10)

상기 제어 유닛은 정상 바이어스 보상을 행하는 1차 필터와 특정한 주파수 이하를 한결같이 억압하는 2차 필터의 상기 분자를 분모로 한 전달 함수에 의해 정의된 외란 모델로부터 구한 추정 이득을 이용하여 상태 정보를 생성하고, 상기 상태 정보로부터 상기 액츄에이터의 외란 억압값을 연산하는 것을 특징으로 하는 부기 5에 기재한 디스크 장치.

(부기 11)

상기 제어 유닛은 비교적 고역의 상기 특정한 주파수 근방을 노치형으로 억압하는 2차 필터의 상기 분자를 분모로 한 전달 함수에 의해 정의된 외란 모델로부터 구한 추정 이득을 이용하여 상태 정보를 생성하고, 상기 상태 정보로부터 상기 액츄에이터의 외란 억압값을 연산하는 것을 특징으로 하는 부기 9에 기재한 디스크 장치.

(부기 12)

상기 제어 유닛은 복수의 상기 특정한 주파수 근방을 노치형으로 억압하는 복수의 2차 필터의 상기 분자를 분모로 한 전달 함수에 의해 정의된 복수의 외란 모델로부터 구한 추정 이득을 이용하여 상태 정보를 생성하고, 상기 상태 정보로부터 상기 액츄에이터의 외란 억압값을 연산하는 것을 특징으로 하는 부기 9에 기재한 디스크 장치.

(부기 13)

상기 제어 유닛은 비교적 저역의 상기 특정한 주파수 이하를 한결같이 억압하는 2차 필터의 상기 분자를 분모로 한 전달 함수에 의해 정의된 외란 모델로부터 구한 추정 이득을 이용하여 상태 정보를 생성하고, 상기 상태 정보로부터 상기 액츄에이터의 외란 억압값을 연산하는 것을 특징으로 하는 부기 10에 기재한 디스크 장치.

(부기 14)

디스크 기억 매체의 데이터를 적어도 판독하는 헤드를 액츄에이터를 제어하여, 상기 디스크 기억 매체의 소정 위치에 위치 결정하는 헤드 위치 제어 장치에 있어서, 상기 헤드의 목표 위치와 상기 헤드로부터 얻은 현재 위치로부터 추정 위치 오차를 연산하고, 상기 위치 오차와 상기 옵저버의 추정 위치와의 추정 위치 오차에 따라 상기 액츄에이터의 추정 이득을 이용하여 상태 정보를 생성하고, 상기 상태 정보로부터 상기 액츄에이터의 제어값을 연산하는 옵저버와, 상기 추정 위치 오차에 따라 감도 함수를 정형하는 분모와 분자의 차수가 동일한 필터의 상기 분자를 분모로 한 전달 함수에 의해 정의된 외란 모델로부터 구한 추정 이득을 이용하여 상태 정보를 생성하고, 상기 상태 정보로부터 상기 액츄에이터의 외란 억압값을 연산하는 외란 옵저버와, 상기 제어값과 상기 외란 억압값을 가산하여, 상기 액츄에이터를 구동하는 가산 블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 헤드 위치 제어 장치.

(부기 15)

상기 외란 옵저버는 상기 감도 함수를 원하는 외란 주파수에 따라 정형하는 필터의 상기 분자의 영점을 극에 갖는 외란 모델로부터 구한 추정 이득을 이용하여 상태 정보를 생성하고, 상기 상태 정보로부터 상기 액츄에이터의 외란 억압값을 연산하는 것을 특징으로 하는 부기 14에 기재한 헤드 위치 제어 장치.

(부기 16)

상기 외란 옵저버는 감도 함수를 원하는 외란 주파수에 따라 정형하는 1차 또는 2차 필터의 상기 분자를 분모로 한 외란 모델로부터 구한 추정 이득을 이용하여 상태 정보를 생성하고, 상기 상태 정보로부터 상기 액츄에이터의 외란 억압값을 연산하는 것을 특징으로 하는 부기 14에 기재한 헤드 위치 제어 장치.

(부기 17)

상기 외란 옵저버는 상기 추정 위치 오차에 따라 상기 억압해야 하는 복수의 외란 주파수에 따른 복수의 상기 필터의 상기 분자를 분모로 한 전달 함수에 의해 정의된 복수의 외란 모델로부터 구한 추정 이득을 이용하여 상태 정보를 생성하고, 상기 상태 정보로부터 상기 액츄에이터의 복수의 외란 억압값을 연산하여, 상기 복수의 외란 억압값을 가산하는 것을 특징으로 하는 부기 14에 기재한 헤드 위치 제어 장치.

(부기 18)

상기 외란 옵저버는 정상 바이어스 보상을 행하는 1차 필터와 특정한 주파수 근방을 노치형으로 억압하는 2차 필터의 상기 분자를 분모로 한 전달 함수에 의해 정의된 외란 모델로부터 구한 추정 이득을 이용하여 상태 정보를 생성하고, 상기 상태 정보로부터 상기 액츄에이터의 외란 억압값을 연산하는 것을 특징으로 하는 부기 14에 기재한 헤드 위치 제어 장치.

(부기 19)

상기 외란 옵저버는 정상 바이어스 보상을 행하는 1차 필터와 특정한 주파수이하를 한결같이 억압하는 2차 필터의 상기 분자를 분모로 한 전달 함수에 의해 정의된 외란 모델로부터 구한 추정 이득을 이용하여 상태 정보를 생성하고, 상기 상태 정보로부터 상기 액츄에이터의 외란 억압값을 연산하는 것을 특징으로 하는 부기 14에 기재한 헤드 위치 제어 장치.

(부기 20)

상기 외란 옵저버는 비교적 고역의 상기 특정한 주파수 근방을 노치형으로 억압하는 2차 필터의 상기 분자를 분모로 한 전달 함수에 의해 정의된 외란 모델로부터 구한 추정 이득을 이용하여 상태 정보를 생성하고, 상기 상태 정보로부터 상기 액츄에이터의 외란 억압값을 연산하는 것을 특징으로 하는 부기 18에 기재한 헤드 위치 제어 장치.

감도 함수를 정형하는 분모와 분자의 차수가 동일한 필터의 상기 분자를 분모로 한 전달 함수에 의해 정의된 외란 모델로부터 구한 추정 이득을 이용하여 상태 정보를 생성하고, 상기 상태 정보로부터 상기 액츄에이터의 외란 억압값을 연산하기 때문에, 옵저버의 제어 특성을 손상하지 않고, 넓은 범위의 외란 주파수에 적응하여 헤드의 진동을 방지할 수 있다.

Claims

디스크 기억 매체의 소정 위치에, 액츄에이터에 의해 헤드를 위치 결정 제어하는 헤드 위치 결정 제어 방법에 있어서,

상기 헤드의 목표 위치와 상기 헤드로부터 얻은 현재 위치로부터 위치 오차를 연산하는 단계와,

상기 위치 오차와 옵저버의 추정 위치와의 추정 위치 오차에 따라 상기 액츄에이터의 추정 이득을 이용하여, 상태 정보를 생성하고, 이 상태 정보로부터 상기 액츄에이터의 제어값을 연산하는 단계와,

상기 추정 위치 오차에 따라 감도 함수를 정형하는 분모와 분자의 차수가 동일한 필터의 상기 분자를 분모로 한 전달 함수에 의해 정의된 외란 모델로부터 구한 추정 이득을 이용하여, 상태 정보를 생성하고, 이 상태 정보로부터 상기 액츄에이터의 외란 억압값을 연산하는 단계와,

상기 제어값과 상기 외란 억압값을 가산하여, 상기 액츄에이터를 구동하는 단계를 포함하고,

상기 외란 억압값 연산 단계는, 감도 함수를 원하는 외란 주파수에 따라 정형하는 1차 또는 2차 필터의 분자를 분모로 한 외란 모델의 추정 이득을 이용하여 상태 정보를 생성하고, 이 상태 정보로부터 상기 액츄에이터의 외란 억압값을 연산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 헤드 위치 제어 방법.
제1항에 있어서, 상기 외란 억압값 연산 단계는, 상기 감도 함수를 원하는 외란 주파수에 따라 정형하는 필터의 상기 분자의 영점을 극으로 갖는 외란 모델의 추정 이득을 이용하여 상태 정보를 생성하고, 이 상태 정보로부터 상기 액츄에이터의 외란 억압값을 연산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 헤드 위치 제어 방법.
디스크 기억 매체의 데이터를 적어도 판독하는 헤드와,

상기 디스크 기억 매체의 소정 위치에, 상기 헤드를 위치 결정하는 액츄에이터와,

상기 헤드의 목표 위치와 상기 헤드로부터 얻은 현재 위치로부터 위치 오차를 연산하고, 상기 위치 오차와 옵저버의 추정 위치와의 추정 위치 오차에 따라 상기 액츄에이터의 추정 이득을 이용하여 상태 정보를 생성하고, 이 상태 정보로부터 상기 액츄에이터의 제어값을 연산하는 제어 유닛을 포함하며,

상기 제어 유닛은, 상기 추정 위치 오차에 따라 감도 함수를 정형하는 분모와 분자의 차수가 동일한 필터의 상기 분자를 분모로 한 전달 함수에 의해 정의된 외란 모델로부터 구한 추정 이득을 이용하여, 상태 정보를 생성하고, 이 상태 정보로부터 상기 액츄에이터의 외란 억압값을 연산하며, 상기 제어값과 이 외란 억압값을 가산하여 상기 액츄에이터를 구동하고,

상기 제어 유닛은, 감도 함수를 원하는 외란 주파수에 따라 정형하는 1차 또는 2차 필터의 분자를 분모로 한 외란 모델의 추정 이득을 이용하여 상태 정보를 생성하고, 이 상태 정보로부터 상기 액츄에이터의 외란 억압값을 연산하는 것을 특징으로 하는 디스크 장치.
제3항에 있어서, 상기 제어 유닛은, 상기 감도 함수를 원하는 외란 주파수에 따라 정형하는 필터의 상기 분자의 영점을 극으로 갖는 외란 모델의 추정 이득을 이용하여 상태 정보를 생성하고, 이 상태 정보로부터 상기 액츄에이터의 외란 억압값을 연산하는 것을 특징으로 하는 디스크 장치.
디스크 기억 매체의 데이터를 적어도 판독하는 헤드를, 액츄에이터를 제어하여, 상기 디스크 기억 매체의 소정 위치에 위치 결정하는 헤드 위치 제어 장치에 있어서,

상기 헤드의 목표 위치와 상기 헤드로부터 얻은 현재 위치로부터 추정 위치 오차를 연산하고, 상기 위치 오차와 옵저버의 추정 위치와의 추정 위치 오차에 따라 상기 액츄에이터의 추정 이득을 이용하여 상태 정보를 생성하고, 상기 상태 정보로부터 상기 액츄에이터의 제어값을 연산하는 옵저버와,

상기 추정 위치 오차에 따라 감도 함수를 정형하는 분모와 분자의 차수가 동일한 필터의 상기 분자를 분모로 한 전달 함수에 의해 정의된 외란 모델로부터 구한 추정 이득을 이용하여 상태 정보를 생성하고, 이 상태 정보로부터 상기 액츄에이터의 외란 억압값을 연산하는 외란 옵저버와,

상기 제어값과 상기 외란 억압값을 가산하여, 상기 액츄에이터를 구동하는 가산 블록

을 포함하는 것을 특징으로 하는 헤드 위치 제어 장치.