JP2008052777A - ドライブ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】位置誤差信号に含まれる外乱成分を有効に抑制し、良好な位置決め制御を行うことが可能なドライブ装置を提供する。
【解決手段】ドライブ装置1では、誤差信号生成部23が、磁気ディスク2から読出されたサーボデータに基づいて位置誤差信号(PES:Position Error Signal)を生成し、PESに含まれる周期的変動成分の周波数を目標周波数として、目標周波数がデジタルフィルタ26の有効周波数範囲から逸脱する場合に、ダウンサンプラ25が、PESをダウンサンプリングした上でデジタルフィルタ26に供給することによって、有効周波数範囲をシフトさせる。これにより、シフトさせた有効周波数範囲の範囲内において、設定変更部27が、デジタルフィルタ26の設定周波数を目標周波数に追従させることが可能となるので、その結果、目標周波数の信号成分(PESに含まれる周期的変動成分)を有効に低減することができる。
【選択図】図2
【解決手段】ドライブ装置1では、誤差信号生成部23が、磁気ディスク2から読出されたサーボデータに基づいて位置誤差信号(PES:Position Error Signal)を生成し、PESに含まれる周期的変動成分の周波数を目標周波数として、目標周波数がデジタルフィルタ26の有効周波数範囲から逸脱する場合に、ダウンサンプラ25が、PESをダウンサンプリングした上でデジタルフィルタ26に供給することによって、有効周波数範囲をシフトさせる。これにより、シフトさせた有効周波数範囲の範囲内において、設定変更部27が、デジタルフィルタ26の設定周波数を目標周波数に追従させることが可能となるので、その結果、目標周波数の信号成分(PESに含まれる周期的変動成分)を有効に低減することができる。
【選択図】図2
Description
本発明は、ハードディスクドライブ(HDD)等のドライブ装置に関する。
ハードディスクドライブ(HDD)は、磁気ディスクの表面にサーボデータ(位置データ)を記憶するための領域とユーザデータを記憶するための領域が設けられており、ヘッドが読取ったサーボデータに基づいて所定の領域へアクセスし、ユーザデータの書込みや読取りを行う。ここで、ヘッドを所定の領域に位置するように位置決めする制御は、ヘッドが読取ったサーボデータからヘッドの位置誤差量を表す位置誤差信号を生成し、ヘッドの位置を移動させるボイスコイルモータをその位置誤差信号に基づいて制御するというようなフィードバック制御によって行われる。
特開2003−109335号公報
しかしながら、例えばハードディスクでは、磁気ディスクの中心とスピンドルモータの回転中心とがずれているなど、種々の要因によって、位置決めを行うためのフィードバック制御に対して外乱が作用し、位置誤差信号に外乱に起因する外乱成分が乗ってしまって、ヘッドの位置決めが困難となる場合がある。外乱は種々の要因によって発生することから、位置誤差信号に含まれる外乱成分の周波数を予め特定することができず、このような外乱成分を有効に除去することは困難である。
そこで、特許文献1には、利得が有効となる設定周波数を変更可能なデジタルフィルタを設け、位置誤差信号に含まれる外乱成分の周波数にデジタルフィルタの設定周波数を追従させて、外乱成分を除去するハードディスクドライブが開示されている。ここでは、位置誤差信号の位相とデジタルフィルタの出力信号の位相とが一致する場合には、位置誤差信号がデジタルフィルタの出力信号よりも周波数が低く、位相が180度ずれる場合には、位置誤差信号がデジタルフィルタの出力信号よりも周波数が高いという事象から、両者の比較を行うことによってデジタルフィルタの設定周波数を上げるべきか下げるべきかの判断を行い、外乱成分の周波数にデジタルフィルタの設定周波数を追従させている。
ところが、こうしたデジタルフィルタでは、設定周波数が所定ビット長のレジスタに格納されるため、このビット長で表現可能な範囲外の周波数は設定できない。また、設定周波数がデジタル値で表現されていることから離散的となって、分解能が十分得られない場合がある。この場合、位置誤差信号に含まれる外乱成分に対してデジタルフィルタの特性を有効に作用させることができない場合もある。
本発明は、上記問題に鑑みて為されたものであり、位置誤差信号に含まれる外乱成分を有効に抑制し、良好な位置決め制御を行うことが可能なドライブ装置を提供することをその目的の一つとする。
上記課題を解決するため、本発明のドライブ装置は、記録媒体と、記録媒体にデータを書込み、記録媒体からデータを読取るヘッドと、ヘッドを記録媒体に対して相対移動させるアクチュエータと、ヘッドが記録媒体から読取るデータに基づいて、ヘッドの位置誤差量を表す位置誤差信号を、所定のサンプリング周期で生成する信号生成回路と、設定された設定周波数に対して利得が有効となるデジタルフィルタ回路と、位置誤差信号のうち周期的に変動する信号成分の周波数を目標周波数として、デジタルフィルタ回路の有効周波数範囲内で、設定周波数を目標周波数に追従させる設定変更回路と、目標周波数が、有効周波数範囲から逸脱するときに、デジタルフィルタ回路に供給される位置誤差信号のサンプリング周期を変更して、目標周波数を有効周波数範囲内の周波数に変換する周期変更回路と、フィルタ回路から出力される信号に基づいてアクチュエータを駆動する制御回路と、備える。
本発明によると、位置誤差信号に含まれる外乱成分を有効に抑制し、良好な位置決め制御を行うことができる。
本発明のドライブ装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、ここでは、ハードディスクドライブ(HDD)の例について説明しているが、これに限られるものではない。
図1は、ドライブ装置1の構成を表すブロック図である。ドライブ装置1は、筺体内に、記録媒体としての磁気ディスク2と、ヘッド4と、ヘッドアッセンブリ5と、アクチュエータとしてのボイスコイルモータ(VCM)6と、ヘッドアンプ8と、スピンドルモータ(SPM)3と、を備える。また、ドライブ装置1は、リードライトチャネル(R/Wチャネル)9と、ドライバ7と、MPU集積回路/ハードディスクコントローラ(MPU/HDC)10と、メモリ11と、を備えた回路基板を含む。
磁気ディスク2の表面には、データの記録領域が設けられており、この記録領域は、サーボデータ(位置データ)を記憶するためのサーボデータ記憶領域と、ユーザデータを記憶するためのユーザデータ記憶領域とに分かれている。サーボデータ記憶領域は、放射状に複数形成されており、ユーザデータ記憶領域は、その間の領域に形成されている。また、ユーザデータ記憶領域には、複数のデータトラックが同心円状に形成されている。
サーボデータ記憶領域には、アドレス情報領域とバーストパターン領域が設けられている。アドレス情報領域には、データトラックに対応するトラックアドレス等のアドレス情報が記憶されている。また、バーストパターン領域には、トラックの中心に沿って千鳥状にバーストパターンが配列しており、これらのバーストパターンから得られる信号の振幅のバランスを図ることによって、後述するヘッド4がトラックの中心に位置決めされる。
なお、本実施形態では、片面のみに記録領域が設けられた一枚の磁気ディスク2の例を図示しているが、これに限らず、記録領域を両面に設けても良いし、磁気ディスク2を複数枚設けても良い。
SPM3は、回転軸に固定された磁気ディスク2を回転させる。ヘッド4は、回転する磁気ディスク2の円周方向に沿って、ユーザデータの書込みおよび読取り、サーボデータの読取りを行う。ヘッドアッセンブリ5は、ヘッド4を磁気ディスク2の記録面に近接させた状態で保持している。また、ヘッドアッセンブリ5は、回動可能に支持されており、ヘッド4を磁気ディスク2の径方向に対して相対移動させることを可能としている。VCM6は、ヘッドアッセンブリ5に駆動力を伝える。ドライバ7は、MPU/HDC10から制御信号を受けて、SPM3およびVCM6を駆動する。
ヘッドアンプ8は、R/Wチャネル9から受けた書込み信号を増幅してヘッド4へ供給する。また、ヘッドアンプ8は、ヘッド4から受けた読出し信号を増幅してR/Wチャネル9へ供給する。
R/Wチャネル9は、データの書込み時に、MPU/HDC1から受けた書込みデータをコード変調し、書込み信号としてヘッドアンプ8に出力する。また、R/Wチャネル9は、データの読取り時に、ヘッドアンプ8から受けた読取り信号をコード復調し、読取り信号としてMPU/HDC10に出力する。さらに、R/Wチャネル9は、磁気ディスク2のサーボデータ記憶領域から読出されるサーボデータ(位置データ)を検出する回路としても動作する。
MPU/HDC10は、ドライブ装置1全体の制御を司るものであり、ヘッド4のシーク制御、ポジショニング制御、外部ホストとの間のインターフェース制御などの各制御を行う。メモリ11は、MPU/HDC10の動作に必要なプログラムやデータを格納しているROMや、MPU/HDC10のワークメモリとして動作するRAMを有する。
ここで、MPU/HDC10が行うヘッド4のポジショニング制御(位置決め制御)は、ヘッド4を目標位置までシークさせるシーク制御(移動制御)の後に、R/Wチャネル9からフィードバックされたサーボデータ(位置データ)に基づいてヘッド4の位置を判断し、ヘッド4の目標位置からの偏差に応じて、後述するようにヘッド4の位置を制御するための制御信号を生成して、ドライバ7へ出力するフィードバック制御によって行われる。以下、この位置決め制御の詳細について説明する。
図2は、ドライブ装置1が行う位置決め制御のフィードバック構成を表すブロック図である。MPU/HDC10は、機能的に、誤差信号生成部23と、ローパスフィルタ(LPF)24と、ダウンサンプラ25と、デジタルフィルタ26と、設定変更部27と、反転部28と、アップサンプラ29と、サーボコントローラ30と、加算部31と、を備える。これらの構成要素は、MPU/HDC10のソフトウエア的な動作によって実現する。また、各構成要素は、MPU/HDC10以外のハードウェアを用いて実装することも可能である。
MPU/HDC10には、磁気ディスク2のサーボデータ記憶領域から読出されたサーボデータがR/Wチャネル9から入力される。誤差信号生成部23は、入力されたサーボデータを所定のサンプリング周期でAD変換するとともに、バーストパターンから得た信号の振幅比に基づいて、目標トラックの中心位置rからのヘッド4のずれの大きさ及び方向を示す位置誤差信号(PES:Position Error Signal)を生成する。そして、誤差信号生成部23によって生成された位置誤差信号は、デジタルフィルタ26を含む経路と、サーボコントローラ30を含む経路へ出力される。
デジタルフィルタ26を含む経路では、位置誤差信号は、まずLPF24を経由して高周波成分が取り除かれた上で、ダウンサンプラ(周期変更回路)25に入力される。ダウンサンプラ25は、位置誤差信号をダウンサンプルして(サンプリング周期を増加させて)、デジタルフィルタ26へ供給する。このダウンサンプラ25は、位置誤差信号のサンプリング周期を整数倍(例えば4倍)に増加させるようにすることでダウンサンプリングを行う。具体的には、サンプリング周期TをA倍にする場合には、A個のサンプルにつきA−1個のサンプルを間引く処理を行う。ここで、ダウンサンプラ25の動作のON/OFFは、後述する設定変更部27からの出力によって制御される。
デジタルフィルタ26は、設定された設定周波数(ピーク周波数)を中心とする周波数域の信号成分を減衰させるピークフィルタとして構成されている。このデジタルフィルタ26の伝達関数は、以下の式によって表すことができる。
ここで、Cpkは、デジタルフィルタ26の伝達関数である。Zは、Z変換の変数であり、サンプリング周期分の時間シフトに相当し、Z演算子と呼ばれる。分子のC1(Z)は、設定周波数の設定には関係のない成分であり、主として制御系の安定性を確保するための成分である。分母に含まれるkは、設定周波数を設定するためのパラメータを表し、以下の式によって表すことができる。
ここで、fは、設定周波数(ピーク周波数)を表す。また、Tは、入力されるデジタル信号のサンプリング周期を表す。この式から明らかなように、デジタルフィルタ26における設定周波数fを高くする場合にはパラメータkを小さく、設定周波数fを低くする場合にはパラメータkを大きくすればよい。
設定変更部27は、デジタルフィルタ26におけるパラメータkを変更することによって設定周波数fを変更する。設定変更部27は、位置誤差信号の位相と、デジタルフィルタ26から直前に出力された信号の位相と、を比較することによって、両信号の周波数の大小を判断し、位置誤差信号に含まれる周期的変動成分の周波数(目標周波数)に対して設定周波数fを一致させる方向に変更することができる。なお、本実施形態では、設定変更部27は、デジタルフィルタ26から直前に出力された信号の代わりに、反転部28から出力された信号を用いて比較を行っている。反転部28は、デジタルフィルタ26と同様の計算を行うとともに、ピークの前後で出力を反転させた信号を出力する回路であり、位置誤差信号との比較が容易となる。
具体的には、設定変更部27は、上述の特許文献1と同様に、位置誤差信号の位相と、反転部28から出力された信号(あるいは、デジタルフィルタ26から直前に出力された信号)の位相とを比較し、位相が一致する場合には位置誤差信号が出力信号よりも周波数が低いので、設定周波数fを上げるようにパラメータkを変更する。他方、位相が180度ずれる場合には位置誤差信号が出力信号よりも周波数が高いので、設定周波数fを下げるようにパラメータkを変更する。これにより、目標周波数に、設定周波数fを追従させることが可能となる。
また、設定変更部27は、設定周波数fが有効周波数範囲(後述)に含まれる所定範囲外になるときに、サンプリング周期の変更を行うようにダウンサンプラ25およびアップサンプラ29を制御する。
アップサンプラ29は、デジタルフィルタ26から出力される信号を、元のサンプリング周期に戻して、加算部31に出力する。ここで、元のサンプリング周期とは、サーボコントローラ30に供給される位置誤差信号やサーボコントローラ30から出力される制御信号のサンプリング周期と同じである。具体的には、A倍にしたサンプリング周期A×Tを元に戻す場合には、1個のサンプルにつきA−1個の同値サンプルを挿入する処理を行う。ここで、アップサンプラ29の動作のON/OFFは、設定変更部27からの出力によって制御される。
他方、サーボコントローラ30を含む経路では、サーボコントローラ30は、誤差信号生成部23から入力された位置誤差信号に基づいて、VCM6を駆動するための制御信号を生成して、加算部31に出力する。加算部31は、サーボコントローラ30から入力される制御信号と、アップサンプラ29から入力されるデジタルフィルタ26の出力信号と、を足し合わせて、VCM6を駆動するドライバ7へ供給する。このようにして、サーボコントローラ30と加算部31は、デジタルフィルタ26から出力される信号に基づいてVCM6を駆動する(制御部としての動作)。なお、加算部31をサーボコントローラ30よりも上流に設け、誤差信号生成部23から入力される位置誤差信号と、アップサンプラ29から入力されるデジタルフィルタ26の出力信号と、を足し合わせて、サーボコントローラ30へ供給するように構成してもよい。以上のようにして、ドライブ装置1の位置決め制御が行われる。
ところで、設定周波数fを変更するための設定変更部27は、パラメータkが取り得る値の幅を多数に分割したデジタル値によってパラメータkを表しており、レジスタに格納されているパラメータkのデジタル値を変更することによって設定周波数fを変更している。
しかしながら、パラメータkのデジタル値を格納するレジスタの容量(ビット長)には限度があることから、パラメータkによって定まる設定周波数fの設定可能な設定可能範囲にも制約が生じる。すなわち、パラメータkのデジタル値に上限があることから、パラメータkによって定まる設定周波数fの設定可能範囲には下限が生じる((2)式参照)。従って、目標周波数が設定可能範囲の下限を下回る場合には、設定周波数fを追従させることができなくなる。
また、パラメータkが三角関数で表されており((2)式参照)、パラメータkの値と、当該パラメータkによって表わされる周波数の値とが線形関係になく、設定可能範囲の中央付近の周波数分解能を高めるように設定されていることから、設定可能範囲の下限付近では周波数分解能が劣化する。このため目標周波数に対して設定周波数fを的確に追従させることができなくなる恐れがある。
すなわち、設定変更部27によって設定される設定周波数fには、設定周波数fを設定することが可能な設定可能範囲が存在し、さらに、この設定可能範囲の内側には、下限付近を除いた領域に、設定周波数fを目標周波数に有効に追従させることができる有効周波数範囲が存在する。
そこで、本実施形態では、設定変更部27が、設定周波数fを追従させている目標周波数が有効周波数範囲から逸脱するか否かを判断し、逸脱する場合に、ダウンサンプラ25を制御することでダウンサンプルした(サンプリング周期を増加させた)位置誤差信号をデジタルフィルタ26へ供給する。すなわち、位置誤差信号をダウンサンプルすることにより、デジタルフィルタ26の有効周波数範囲を低周波数側へシフトさせる。
このように、デジタルフィルタ26の有効周波数範囲をシフトさせることで、逸脱した目標周波数を有効周波数範囲内へ含める(目標周波数を有効周波数範囲内の周波数に変換する)ことができるので、シフトさせた有効周波数範囲の範囲内において設定周波数fを目標周波数に追従させることが可能となる。その結果、目標周波数の信号成分(位置誤差信号に含まれる周期的変動成分)を有効に低減することができる。
ここで、ダウンサンプラ25によって位置誤差信号をダウンサンプルするのは、上記(2)式によると、パラメータkは、設定周波数fとサンプリング周期Tの積を含む関数であることから、位置誤差信号をダウンサンプルしてサンプリング周期Tを増加させることで、設定周波数fを更に低減可能な余地が生みだすためである。
なお、目標周波数が有効周波数範囲から逸脱するか否かの判断は、設定変更部27が、目標周波数に追従させている設定周波数fの値に基づいて判断しており、設定周波数fが有効周波数範囲に含まれる所定範囲外となるときに「逸脱」と判断する。ここで、設定周波数fが有効周波数範囲に含まれる所定範囲外となるときにサンプリング周期を変更させるのは、目標周波数が有効周波数範囲から外れそうな場合に有効周波数範囲を予めシフトさせるためである。
また、閾値を複数段階に設けて、設定周波数fが複数段階に設けられた閾値を順次に下回る毎に、位置誤差信号のサンプリング周期Tの増加幅が段々と大きくなっていくようにすることもできる。例えば、設定周波数fが1段目の閾値、それよりも小さい2段目の閾値と順に下回っていくと、サンプリング周期Tもそれに伴って、A倍、A+α倍と順に倍率が大きくなっていくようにすることができる。これによれば、設定周波数fが段々と小さくなっていっても、有効周波数範囲をそれに合わせて低周波数側へシフトさせていくことができる。
また、図3に示すように、設定周波数fが高周波数側から低周波数側へ第1閾値を下回った場合に、ダウンサンプラ25にサンプリング周期を変更していない状態から変更した状態へ切替えさせる一方で、サンプリング周期を変更している状態から変更していない状態へ切替え(元に戻す切替え)については、第1閾値よりも大きい値として設定された第2閾値を設定周波数fが低周波数側から高周波数側へ上回った場合に、切替えさせるようにすることができる。これにより、目標周波数が閾値の前後を行き来して、ダウンサンプラ25にサンプリング周期を頻繁に変更させなければならなくなるような事態を防止することができる。
図4は、ドライブ装置1のMPU/HDC10が行うサンプリング周期の変更を伴う位置決め制御の動作をフローチャートに表したものである。以下、このフローチャートの説明を行う。
MPU/HDC10は、まず、R/Wチャネル9から入力されたサーボデータから位置誤差信号(PES)を生成する(S1:誤差信号生成部23の動作)。次に、MPU/HDC10は、位置誤差信号に対してダウンサンプリングを施して、サンプリング周期を増加させる(S2:ダウンサンプラ25の動作)。次に、MPU/HDC10は、位置誤差信号の位相とデジタルフィルタから直前に出力された信号等の位相とを比較して、位相が一致する場合には(S3:YES)デジタルフィルタの設定周波数(ピーク周波数)を低減させ(S4:設定変更部27の動作)、他方、位相がずれている場合には(S3:NO)デジタルフィルタの設定周波数を増加させる(S5:設定変更部27の動作)。これにより、位置誤差信号に含まれる周期的変動成分の周波数に、設定周波数fを追従させることができる。そして、MPU/HDC10は、設定された設定周波数でフィルタ処理を行う(S6:デジタルフィルタ26の動作)。その後、デジタルフィルタから出力された信号に対してアップサンプリングを施して、サンプリング周期を元に戻し(S7:アップサンプラ29の動作)、この出力信号と位置誤差信号に基づいてVCM6を駆動するための制御信号を生成し、ドライバ7に供給する(S8:サーボコントローラ30と加算部31の動作)。
1 ドライブ装置、2 磁気ディスク、3 スピンドルモータ(SPM)、4 ヘッド、5 ヘッドアッセンブリ、6 ボイスコイルモータ(VCM)、7 ドライバ、8 ヘッドアンプ、9 R/Wチャネル、10 MPU/HDC、11 メモリ、23 誤差信号生成部、24 LPF、25 ダウンサンプラ、26 デジタルフィルタ、27 設定変更部、28 反転部、29 アップサンプラ、30 サーボコントローラ、31 加算部。
Claims (3)
- 記録媒体と、
前記記録媒体にデータを書込み、前記記録媒体からデータを読取るヘッドと、
前記ヘッドを前記記録媒体に対して相対移動させるアクチュエータと、
前記ヘッドが前記記録媒体から読取るデータに基づいて、前記ヘッドの位置誤差量を表す位置誤差信号を、所定のサンプリング周期で生成する信号生成回路と、
設定された設定周波数に対して利得が有効となるデジタルフィルタ回路と、
前記位置誤差信号のうち周期的に変動する信号成分の周波数を目標周波数として、前記デジタルフィルタ回路の有効周波数範囲内で、前記設定周波数を前記目標周波数に追従させる設定変更回路と、
前記目標周波数が、前記有効周波数範囲から逸脱するときに、前記デジタルフィルタ回路に供給される前記位置誤差信号のサンプリング周期を変更して、前記目標周波数を前記有効周波数範囲内の周波数に変換する周期変更回路と、
前記フィルタ回路から出力される信号に基づいて前記アクチュエータを駆動する制御回路と、
を備えることを特徴とするドライブ装置。 - 請求項1に記載のドライブ装置であって、
前記周期変更回路は、前記設定変更回路が設定する前記設定周波数が、前記有効周波数範囲に含まれる所定範囲外となるときに、前記位置誤差信号のサンプリング周期を変更させることを特徴とするドライブ装置。 - 請求項1に記載のドライブ装置であって、
前記周期変更回路は、前記設定変更回路が設定する前記設定周波数が第1閾値を下回った場合に、前記位置誤差信号のサンプリング周期を増加させていない状態から増加させた状態へ切替えるとともに、前記設定周波数が前記第1閾値よりも大きい値として設定された第2閾値を上回った場合に、前記位置誤差信号のサンプリング周期を増加させた状態から増加させていない状態へ切替えることを特徴とするドライブ装置。
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2006
- 2006-08-22 JP JP2006225422A patent/JP2008052777A/ja active Pending
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2007
- 2007-08-21 US US11/894,873 patent/US7561369B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2010069975A (ja) * | 2008-09-17 | 2010-04-02 | Honda Motor Co Ltd | 電動パワーステアリング装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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US7561369B2 (en) | 2009-07-14 |
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