第1章 情報機器とその基本原理 |
1.1 情報処理システムの役割と構成 1 |
1.2 入力装置 2 |
1.3 外部記憶装置 4 |
1.3.1 磁気ディスク装置 4 |
1.3.2 フロッピーディスク装置 5 |
1.3.3 磁気テープ装置 6 |
1.3.4 光ディスク装置 7 |
1.3.5 記憶装置の機構形態と性能 7 |
1.4 出力装置の種類と特徴 10 |
1.4.1 プロッタ 10 |
1.4.2 プリンタ 10 |
1.4.3 ヘッド・媒体運動位置決め機構 13 |
1.5 情報機器の情報変換原理と性能を支配する要因 14 |
1.5.1 運動による情報変換 14 |
1.5.2 情報変換性能を支配する位置決め機構と制限要因 15 |
第2章 情報機器のダイナミックスと制御の基礎 |
2.1 運動機構の構成法 18 |
2.1.1 運動体の基本性質 18 |
2.1.2 運動機構のモデルと理想的な運動機構 18 |
2.1.3 位置決め機構 20 |
(1)基準面照合位置決め機構 21 |
(2)軸受 22 |
(3)弾性支持機構 24 |
(4)位置決め制御機構 25 |
2.2 剛体の定速運動制御機構とアクセス・位置決め制御機構 26 |
2.2.1 定速運動制御機構 26 |
(1)速度の比例制御 26 |
(2)外乱力に対する応答 28 |
(3)速度の積分制御による一定外乱力による速度偏差の抑圧 29 |
(4)速度と位置の制御による高精度定速運動制御 29 |
(5)PID制御 30 |
2.2.2 アクセス・位置決め制御機構 30 |
(1)アクセス制御 30 |
(2)位置決め制御 35 |
2.3 固有振動モードの位置決め制御機構への影響と位置決め制御機構の基本設計 41 |
2.3.1 機構系の固有振動モード 42 |
2.3.2 位置決め制御機構の不安定のメカニズム 45 |
2.3.3 安定性を考慮した位置決め制御系の基本設計 49 |
(1)位置フィードバック 49 |
(2)位相進み補償フィルタ 50 |
(3)ノッチフィルタ 51 |
(4)二次ローパスフィルタ 52 |
(5)一巡伝達関数のゲイン・位相とナイキスト線図による安定余裕の評価 52 |
参考文献 55 |
第3章 最近のダイナミックス解析 |
3.1 はじめに 56 |
3.2 モード解析法 58 |
3.2.1 有限要素法による集中定数系モデルの導出 58 |
3.2.2 モード解析理論 59 |
3.2.3 振動モード測定法 62 |
(1)加振テスト 62 |
(2)周波数応答関数 62 |
(3)カーブフィット 63 |
3.2.4 実稼働中の挙動測定 64 |
(1)応答比 64 |
(2)励振力推定 65 |
3.3 磁気ディスク装置の浮動ヘッド機構 66 |
3.3.1 浮動ヘッド機構 66 |
3.3.2 薄膜空気膜潤滑理論の進展 67 |
3.3.3 浮動ヘッド機構のダイナミックス解析 68 |
(1)1自由度のスライダモデルの解析 68 |
(2)3自由度のスライダモデルの解析 70 |
(3)支持ばねを考慮したスライダ機構システムの振動解析 72 |
3.3.4 浮動ヘッド機構のダイナミックス計測 74 |
3.4 インクジェットプリンタの粒子化機構 76 |
3.4.1 流体ジェットの不安定とコンティニュアス方式インクジェット 77 |
(1)レーリーの線形安定性解析 77 |
(2)非線形解析による粒子化現象の予測 78 |
3.4.2 圧力インパルスによる滴形成とオンデマンド方式インクジェット 79 |
(1)ノズル出口流速を与えたときの粒子化現象の解析 79 |
(2)圧力を入力としたときの応答 81 |
3.4.3 現象の観察方法 82 |
3.5 光ディスク媒体・光ヘッドの振動解析 82 |
3.5.1 光ディスク駆動機構 83 |
3.5.2 光ディスク媒体の動特性 84 |
3.5.3 レンズアクチュエータの構造と動特性 86 |
(1)レンズアクチュエータの構造 86 |
(2)レンズアクチュエータの動特性 87 |
3.6 回転体軸受系の振動解析 90 |
3.6.1 磁気ディスク装置用スピンドルの振動解析 91 |
3.6.2 流体軸受支持回転系の振動解析 93 |
3.7 ディスク振動解析 97 |
3.7.1 回転ディスクの運動方程式 97 |
3.7.2 回転ディスクの基本振動特性 104 |
(1)自由回転ディスク 104 |
(2)変位外乱を受ける回転ディスク 106 |
3.7.3 今後の技術動向 107 |
3.8 磁気テープの動的変形解析 108 |
3.8.1 テープ走行系の共振現象 108 |
(1)テープのばねによる近似 109 |
(2)走行系共振現象の解析事例 109 |
3.8.2 ヘッドインパクト現象 110 |
(1)モデル化における問題点 112 |
(2)ヘッドインパクト解析事例 114 |
3.9 柔軟情報媒体の運動解析 116 |
3.9.1 柔軟媒体の送り・位置決め機構 116 |
3.9.2 テープの円筒案内面の横変位伝達特性(弦モデル) 118 |
3.9.3 柔軟媒体の横ずれ運動(剛体モデル) 120 |
3.9.4 弾性ローラによる柔軟媒体の送り速度 122 |
3.9.5 柔軟媒体の変形と運動の解析(離散曲げばね・質量モデル) 124 |
3.10 流体振動解析 126 |
3.10.1 ヘッド支持ばねの流体振動の特徴 127 |
3.10.2 ヘッド支持ばねの周辺の流れ 127 |
(1)円板間の流れ 127 |
(2)磁気ヘッド支持ばねを通過する流れ 131 |
3.10.3 ヘッド支持ばねの振動特性 133 |
3.10.4 流れの中におけるヘッド支持ばねの振動 133 |
3.11 マイクロダイナミックス計測 134 |
3.11.1 ヘッドの浮上すき間の計測 135 |
(1)ホモダイン干渉法 135 |
(2)ヘテロダイン干渉法 138 |
(3)干渉モアレ法 140 |
(4)静電容量法 142 |
3.11.2 ヘッド媒体の接触検出法 143 |
(1)電気抵抗法 143 |
(2)加速度法 144 |
(3)AE法 145 |
3.12 情報マイクロマシンのダイナミックス 145 |
3.12.1 ミニチュアリぜーションの意義 145 |
3.12.2 情報マイクロマシンの形態 146 |
3.12.3 マイクロシステム技術 147 |
(1)マイクロエネルギーに着目した設計論 147 |
(2)マイクロダイナミックス技術の適用 148 |
(3)マイクロメカフォトニクス技術の芽 148 |
3.12.4 マイクロカンチレバーのエネルギーフロー解析 149 |
3.12.5 微小運動体のマイクロスティックスリップ 152 |
3.12.6 マイクロ光エネルギーによるワイヤレス駆動 154 |
参考文献 157 |
第4章 最近の制御技術 |
4.1 はじめに 162 |
4.2 磁気ディスク装置の位置決め制御機構 164 |
4.2.1 磁気ディスク装置 164 |
4.2.2 位置情報の検出 165 |
4.2.3 ヘッド位置決め制御系 167 |
(1)制御回路の構成 167 |
(2)ヘッド位置決めのディジタル制御 168 |
(3)ヘッド位置決め制御用プロセッサ 170 |
4.3 光ディスク装置の位置決め制御機構 171 |
4.3.1 光ディスク装置 171 |
4.3.2 位置決め信号の検出 173 |
(1)フォーカシング信号 173 |
(2)トラッキング信号 173 |
(3)トラック計数信号と速度信号 174 |
4.3.3 サーボ系の構成と設計 175 |
(1)サーボ系の構成 175 |
(2)サーボ系の設計 176 |
4.3.4 シーク系の構成と設計 176 |
(1)シーク系の構成 176 |
(2)シーク系の設計 178 |
4.4 状態フィードバック制御 179 |
4.4.1 可制御性,可観測性と状態フィードバック制御 180 |
4.4.2 最適レギュレータによる位置決め制御 181 |
(1)最適レギュレータ理論 181 |
(2)光ヘッドの最小エネルギー位置決め制御 182 |
(3)最適レギュレータを用いた制振位置決め制御 184 |
4.4.3 カルマンフィルタを用いた位置決め制御 186 |
(1)状態推定理論(オブザーバとカルマンフィルタ) 186 |
(2)磁気テープの高速位置決め制御 187 |
4.5 制振アクセス制御 190 |
4.5.1 制振制御入力の基本的考え方 190 |
4.5.2 最適制御理論に基づく制振制御入力 193 |
(1)最小発熱制御 193 |
(2)制振位置決め制御 193 |
(3)制振速度制御 194 |
(4)制振加速度起動制御 194 |
(5)ロバスト性の向上 196 |
4.5.3 フィードバック制御の併用 196 |
4.6 外乱オブザーバ 196 |
4.6.1 外乱オブザーバ 196 |
4.6.2 外乱オブザーバによるサーボモータ系の固体摩擦の推定と補償 197 |
(1)固体摩擦の定式化と外乱オブザーバの設計(理論) 197 |
(2)外乱オブザーバによる推定結果(実験) 200 |
4.6.3 超大容量光記憶装置の位置決め制御 201 |
4.7 外乱フィードフォワード制御 204 |
4.7.1 相互干渉補償フィードフォワード制御 204 |
4.7.2 加速度フィードフォワード制御 206 |
4.8 摩擦力補償制御 209 |
4.8.1 非線形摩擦力が位置決め精度に与える影響 209 |
4.8.2 転がり摩擦特性 210 |
4.8.3 超音波振動付加による摩擦力補償 211 |
4.8.4 2自由度アクチュエータによる摩擦力補償 213 |
4.9 2自由度制御系 215 |
4.9.1 高速ヘッド切換え制御 215 |
(1)制御系の構成法 215 |
(2)適用例 217 |
4.9.2 外乱抑圧制御 218 |
(1)制御対象と外乱オブザーバ 218 |
(2)外乱オブザーバの適用 221 |
4.10 繰返しトラッキング制御 222 |
4.10.1 繰返しトラッキング制御 222 |
4.10.2 繰返しトラッキング制御の原理 223 |
4.10.3 修正繰返しトラッキング制御 224 |
4.10.4 適用例 226 |
4.10.5 ディジタル繰返しトラッキング制御 227 |
4.11 モード切換え型制御 228 |
4.11.1 モード切換え型制御 228 |
4.11.2 モード切換え型制御系の構造 229 |
4.11.3 初期値補償を用いた設計法 229 |
(1)評価関数最小化の設計 229 |
(2)極 ゼロ点相殺の設計 231 |
4.11.4 磁気ディスク装置ヘッド位置決めサーボ系の設計例 232 |
4.12 H∞制御 234 |
4.12.1 H∞制御の概要 234 |
(1)ロバスト安定問題 235 |
(2)感度低減・外乱抑圧問題 235 |
(3)混合感度問題 235 |
4.12.2 情報機器へのH∞制御の適用 236 |
4.12.3 混合感度問題を用いたヘッド位置決め制御系設計 237 |
(1)制御対象のモデル化 237 |
(2)入力外乱のモデル化 237 |
(3)重み関数の設計 238 |
(4)一般化制御対象の構成方法 238 |
(5)混合感度問題の計算 239 |
(6)ディジタルサーボ系の設計 239 |
(7)シミュレーション 239 |
(8)実験結果 239 |
4.13 適応制御 240 |
4.13.1 適応制御の構成 240 |
4.13.2 最小二乗法によるパラメータ同定 242 |
4.13.3 適用例 244 |
(1)制御対象のモデリングとゲイン変動 244 |
(2)適応制御系の設計 245 |
(3)実験結果 246 |
4.14 ニューロ制御,ファジィ制御 247 |
4.14.1 ニューロ制御の構成 247 |
4.14.2 ニューラルネットワークの構成 249 |
4.14.3 ニューロ制御の適用例 251 |
4.14.4 ファジィ制御の構成 252 |
4.14.5 ファジィ制御の適用例 253 |
参考文献 255 |
索引 259 |