多目的フィードフォワード制御による磁気ディスク装置の

日本機械学会誌　2009. 2　Vol. 112 No. 1083
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多目的フィードフォワード制御による
磁気ディスク装置のショートシーク制御
1. はじめに
図 2 に多目的 FF 制御の評価システ
磁気ディスク装置（HDD）の磁気
ムを示す．図中 F（z）が設計すべき
ヘッド位置決め制御系には，ms オー
フィードフォワード制御器であり，イ
ダの高速性と nm オーダの精度とい
ンパルス入力が印加されると FF 入力
う，高い制御性能が要求される．この
を出力する．図 2 のシステムでは，ま
要求を満たすため，現在までに先進的
ず，FF 入力を制御対象モデルに入力
な制御理論・設計手法が積極的に適用
して得られるシーク軌道と，目標ト
されてきた．
ラックとの差の 2 乗面積，すなわち
中でも 1～数百トラック間の移動を
H2 ノルムを評価し，シークの高速化
行うショートシーク制御（図 1）は，
を図る．同時に，制御対象の共振周波
さまざまな制御系設計手法や最適化計
数でゲインを高く設定した周波数重み
算が適用しやすいことから，多数の研
関数を用い，F
（z）の H∞ ノルムを評
究成果が報告されている．本稿では，
価する．これによって，共振周波数に
これらの一部と，筆者らが提案する多
おける FF 入力のパワースペクトルが
目的制御による設計手法を簡単に紹介
低 減 さ れ る． さ ら に，FF 入 力 の
する．
JERK も評価し，加減速の激しい切換
ボイスコイル
モータ
は，フィードフォワード制御入力（以
を同時最小化する最適化問題を解くこ
下，FF 入力）の生成方法に関するも
とによって，目標トラックに高速に
のが多い．まず，FF 入力の加速度変
シークし，かつ機械共振を励起しない，
化率（以下，JERK）を最小化するこ
滑らかな FF 入力（フィードフォワー
とによって，制御対象であるキャリッ
ド制御器）を求めることができる．な
ジの機械共振励起を防ぎ，シークの高
お，上記の最適化問題は LMI（線形
速化と高精度化を図る手法が挙げられ
行列不等式）として定式化され，容易
FF 入力のパワー
る（1）．文献（2）では，
に解くことが可能である．
スペクトルを機械共振周波数で局所的
図 3 に提案する多目的 FF 制御を実
に低減することによって，より高精度
際の HDD に適用したときの，シーク
なシークを実現できることが報告され
軌道と目標トラック到達後のヘッド位
ている．また，ディジタル制御系の観
置の残留振動スペクトルを示す．図中
測周期と制御入力周期が異なるマルチ
実線が多目的 FF 制御による応答であ
レート制御の応用として，N-Delay 制
るが，従来技術である JERK 最小化
御を用いたシーク騒音の低減化手法が
制御（点線）と比較して，目標トラッ
文献（3）で，
完全追従制御によるシー
クにより高速にシークし，かつ機械共
ク高速化手法が文献（4）で提案され
振の残留振動を低減できていることが
ている．
わかる．
3. 多目的制御による FF 入力の
設計
4. おわりに
以下から，筆者らが提案する FF 入
御についての先導研究と，筆者らが提
力の設計手法について簡単に紹介する．
案する多目的制御による設計手法の紹
提案する設計手法は，シークの高速
介を行った．今後も，より高速・高精
性に関する仕様を H2 ノルム，FF 入
度なシークを実現するため，先進的な
力の周波数成分に関する仕様を H∞ ノ
制御理論の応用が期待される．
本稿では HDD のショートシーク制
ルム，入力波形の滑らかさに関する仕
（原稿受付　2008 年 9 月 26 日）
様を JERK によって与える，多目的
〔 石 原 義 之　（ 株 ）東 芝 研 究 開 発 セ ン
ター　機械・システムラボラトリー〕
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磁気ヘッド
図 1　ショートシーク制御
同時最小化
目標トラック
ステップ
関数
インパルス
入力
H₂ノルム
の評価出力
（シーク高速性）
＋
FF入力
F
（z）
−
シーク
制御対象 軌道
モデル
周波数
重み関数
フィードフォワード
制御器
H∞ノルム
の評価出力
（共振励起防止）
JERK
の評価出力
（入力の滑らかさ）
図 2　多目的 FF 制御の評価システム
3
残りトラック
るようにする．以上，三つの評価項目
フィードフォワード制御である．
１∼数百トラック
えがない，滑らかな入力波形を得られ
ショートシーク制御系の先導研究
ディスク
ショートシーク制御
残留振動スペクトル（dB）
2. 現在までの研究
キャリッジ
2
1
0
0
60
50
40
30
20
10
0
0
JERK
最小化制御
多目的FF制御
5
10
15
20 25 30 35
時間（サンプル数）
40
45
50
機械共振の残留振動を低減
1 000 2 000 3 000 4 000 5 000 6 000 7 000
周波数（Hz）
図 3　シーク軌道と残留振動スペクトル
●文　献
（ 1 ）Mizoshita, Y. ほ か，Vibration Minimized
Access Control for Disk Drives, IEEE
Trans. Magn. , 32-3（1996），1793-1798．
（ 2 ）平田光男・ほか，終端状態制御によるハー
ドディスクのショートシーク制御，電気学
会論文 D，125-5（2005），524-529．
（ 3 ）高倉晋司，N-Delay2 自由度制御による目標
値追従システムの構成と磁気ディスク装置
への応用，電気学会論文集 D，119-5（1999）
，
728-734．
（ 4 ）藤本博志・ほか，マルチレートサンプリン
グを用いた完全追従制御法による磁気ディ
スク装置のシーク制御，電気学会論文集 D，
120-10（2000），1157-1164．