2016 Fiscal Year Research-status Report
エネルギー回生機構を持つハードディスクドライブの制御系開発
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16K14282
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| Research Institution | Utsunomiya University |
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Principal Investigator |
平田 光男 宇都宮大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50282447)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鈴木 雅康 宇都宮大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (10456692)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | ハードディスク装置 / エネルギー回生 / シーク制御 / 軌道設計 / 終端状態制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
全世界で消費されるハードディスクドライブの消費電力はクラウドのさらなる普及と相まって，著しく増大すると言われている。これを少しでも削減できれば，社会に与えるインパクトは計り知れないほど大きなものとなる。そこで，本研究では，記録ヘッドの高速な位置決め制御時に熱となって失われるエネルギーを回生し，次の位置決め制御に使うことで，消費電力を極限まで低減することを目的とする。この目的を達成するために，本年度は，エネルギー回生機構とシーク軌道設計について検討し，シミュレーションによりその有効性を検証した。要点を下記にまとめる。
（１）エネルギー回生機構の検討：エネルギー回生機構として，(i)キャパシタに蓄える方法と，(ii)磁気ディスクの回転エネルギーとして蓄える方法について検討した。(i)について，文献調査の結果，既存の方法が応用でき，効率よく電力が回生できることが明らかとなった。一方，(ii)については，検討の結果，現状では(i)に対する優位性が見出せないことから，当面は(i)について検討することとした。さらに，(i)による手法では，PWM制御が用いられるため，その基礎理論について検討した。
（２）シーク軌道設計：シーク軌道はアクチュエータでの散逸エネルギーを最小にする必要があるが，散逸エネルギーのみを評価関数とすると，電流波形が急峻となり，機械振動を励起してしまうことがわかった。そこで，散逸エネルギーと機械振動抑制の間のトレードオフを考慮した軌道設計法を終端状態制御により求めた。
（３）シミュレーションによる有効性検証：回路シミュレーション機能を持つシミュレータソフトを用いて，位置決め制御のシミュレーションを行った。制御対象はHDDのヘッドアクチュエータを模擬し，共振モードを持つ機械システムとした。そして，位置決め制御を行いながら，エネルギーが回生できることを確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初計画していた通り，エネルギー回生機構を有する制御回路を構築し，そのためのシーク軌道を，終端状態制御により求めることができた。また，シミュレーションにより，実際にエネルギーが回生され，消費エネルギーが低減することを示した。このように，当初の研究計画で想定した各項目について検討できたことから，「おおむね順調に進展している」と判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度の研究によって，問題の定式化とエネルギー回生機構を有する制御回路と駆動アンプ，軌道設計法の考え方について，基本的な部分は完成したと考えている。次年度は，理論検討を継続するとともに，実験環境を構築し，実機実験により有効性の検証を行っていく。また，実機実験を通して明らかとなった問題点等をフィードバックし，エネルギー回生効率及び制御性能の向上を目指す。
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| Causes of Carryover |
初年度に実験装置を構築するために必要な機器を購入する予定であったが，検討の結果，エネルギー回生機構の構造によっては，実験装置が変更になる可能性が生じたため，実験装置にかかる機器の購入は，実験装置の構築を行う次年度に延期した。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度に繰り越した額については，主に実験装置の構築のために使用する。
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