JP2023106969A - 磁気ディスク装置及び磁気ディスク装置のパラメータ設定方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】磁気ヘッドの位置決め精度を向上させること。【解決手段】磁気ディスク装置は、制御対象と、制御対象の動作を制御する制御器と、制御器と並列に接続され、その出力から制御対象に作用する回転非同期外乱の入力手前までの伝達関数を用いて回転非同期外乱を抑圧するパラメータが決定されるループ整形フィルタと、磁気ヘッドの教師を抑制するノッチフィルタとを備える。製造ばらつき等の影響を受け制御対象に変化を生じた場合に、その変化に合わせてノッチフィルタのパラメータを変更すると同時に、前記伝達関数の変化を反映してループ整形フィルタを再設計する。【選択図】図2
Description
実施形態は、磁気ディスク装置及び磁気ディスク装置のパラメータ設定方法に関する。
サーバ等に搭載される磁気ディスク装置にあっては、サーバラックのファンによる振動等の回転非同期(NRRO: nonrepeatable runout)外乱を受けて、磁気ディスクに対する磁気ヘッドの位置決め精度が低下する。この位置決め精度を向上させるために、従来では、NRRO外乱を抑圧する技術の一つとして、通常のフィードバック系にNRRO外乱(回転非同期外乱)フィルタ(ループ整形フィルタ)を付加する方式が知られている。このフィルタは、位置誤差信号から推定した外乱の推定値が外乱を打ち消すように、フィルタ出力に入れた信号が外乱の入っている場所に到達するまでのゲインと位相の変化を考慮して設計されている。また、磁気ヘッドは、当該磁気ヘッドを磁気ディスク上の所定位置に移動させるアクチュエータを備え、アクチュエータの共振(メカニカル特性)を抑制するノッチフィルタを採用している。
ところで、磁気ディスク装置において、制御対象であるアクチュエータの特性は、部品の製造ばらつきの影響などを受け事前の設計時とは特性が異なるため、アクチュエータの振動を抑制するノッチフィルタのパラメータも設計時のものから変更する必要が生じる。ただし、ノッチフィルタのパラメータの変更は、回転非同期外乱(NRRO外乱)を抑圧するループ整形フィルタの外乱抑圧性能に影響を与えてしまう。
実施形態は、制御対象であるアクチュエータの特性が設計時と異なる場合でも、NRRO外乱を意図通りに抑圧して、磁気ヘッドの位置決め精度を向上させることができる磁気ディスク装置及び磁気ディスク装置のパラメータ設定方法を提供することを目的とする。
一実施形態に係る、磁気ディスク装置は、制御対象と、前記制御対象の動作を制御する制御器と、前記制御器と並列に接続され、その出力から前記制御対象の位置に作用する回転非同期外乱の入力手前までの伝達関数を用いて前記回転非同期外乱を抑圧するフィルタ係数が決定されるループ整形フィルタと、前記制御対象の共振を抑制するノッチフィルタとを備え、製造ばらつき等の影響を受けて変化する前記制御対象の特性に合わせて前記ノッチフィルタのパラメータを変更すると同時に、前記伝達関数の変化を反映してループ整形フィルタを再設計する。
以下、実施の形態について図面を参照して説明する。なお、開示はあくまで一例にすぎず、以下の実施形態に記載した内容により発明が限定されるものではない。当業者が容易に想到し得る変形は、当然に開示の範囲に含まれる。説明をより明確にするため、図面において、各部分のサイズ、形状等を実際の実施態様に対して変更して模式的に表す場合もある。複数の図面において、対応する要素には同じ参照数字を付して、詳細な説明を省略する場合もある。
図1は、磁気ディスク装置1の構成の一例を示すブロック図である。
磁気ディスク装置1は、ヘッド・ディスクアセンブリ(headdisk assembly:HDA)10、ヘッドアンプ集積回路(以下、ヘッドアンプIC)17と、システム・オン・チップ(SOC)20とから構成されている。
磁気ディスク装置1は、ヘッド・ディスクアセンブリ(headdisk assembly:HDA)10、ヘッドアンプ集積回路(以下、ヘッドアンプIC)17と、システム・オン・チップ(SOC)20とから構成されている。
HDA10は、磁気ディスク11と、スピンドルモータ(SPM)12と、アーム13と、ボイスコイルモータ(VCM)16とを有する。磁気ディスク11は、SPM12により回転する。アーム13の先端にロードビーム14が取り付けられ、ロードビーム14の先端に磁気ヘッド15が取り付けられる。アーム13はVCM16の駆動により磁気ヘッド15を磁気ディスク11上の指定の位置まで移動制御する。
磁気ヘッド15は、リードヘッド素子とライトヘッド素子とが、1つのスライダ上に分離して実装されている構造である。リードヘッド素子は、磁気ディスク11に記録されているデータを読出す。ライトヘッド素子は、磁気ディスク11にデータを書き込む。
ヘッドアンプIC17は、リードアンプ及びライトドライバを有する。リードアンプは、リードヘッド素子により読み出されたリード信号を増幅して、リード/ライト(R/W)チャネル22に伝送する。一方、ライトドライバは、R/Wチャネル22から出力されるライトデータに応じたライト電流をライトヘッド素子に伝送する。
SOC20は、マイクロプロセッサ(CPU)21と、R/Wチャネル22と、ディスクコントローラ23と、位置決めコントローラ24とを含む。CPU21は、ドライブのメインコントローラであり、位置決めコントローラ24を介して磁気ヘッド15の位置決めを行なうサーボ制御及びヘッドアンプIC17を介してデータのリード/ライト制御を実行する。R/Wチャネル22は、リードデータの信号処理を実行するリードチャネルと、ライトデータの信号処理を実行するライトチャネルとを含む。ディスクコントローラ23は、ホストシステム(図示せず)とR/Wチャネル22との間のデータ転送を制御するインタフェース制御を実行する。なお、位置決めコントローラ24はハードウェアとして実現してもよいし、ソフトウェア(ファームウェア)として実現してもよい。
メモリ25は、揮発性メモリおよび不揮発性メモリを含む。例えば、メモリ25は、DRAMからなるバッファメモリ、及びフラッシュメモリを含む。メモリ25の不揮発性メモリには、CPU21の処理に必要なプログラム等を記憶すると記憶部(図示省略)と共に、後述するパラメータ設定処理が行われた場合にパラメータを記憶する係数記憶部26を有する。係数記憶部26に記憶されるパラメータについては、後述する。なお、当該係数記憶部26はメモリ25に記憶されていなくても磁気ディスク装置1内のいずれかの記憶領域に記憶されていればよい。
ここで、NRRO外乱を抑圧するループ整形フィルタに関する技術について、図2を参照して説明する。
図2は、外乱を抑圧する制御系の構成を比較して示すブロック線図で、(a)は従来構成、(b)は実施形態の構成である。図2(a)、(b)において、30は制御器(C[z])、40はループ整形フィルタ(A[z],A[z])、50は制御対象(P[z],P[z])、60はノッチフィルタ(N[z],N[z])を示している。このときの目標信号をr[k]、位置信号をy[k]、ループ整形フィルタ40の出力をud[k]、外乱をd[k]で表す。
上記ループ整形フィルタ40は、制御器30と並列に配置され、その合成された出力がノッチフィルタ60を介して制御対象50に入力されて、制御対象50が動作するようになっている。このように、ループ整形フィルタ40の出力を反映させ、ノッチフィルタ60のフィルタリングを加えて制御対象50を動作させることにより、外乱の影響を打ち消すように制御する。
具体的に、本実施形態の磁気ディスク装置1において、制御器30、ループ整形フィルタ40及びノッチフィルタ60は、位置決めコントローラ24に含まれ、制御対象50は、VCM16に相当する。なお、ライト素子、リード素子を微小に動作させるマイクロアクチュエータを磁気ヘッドに搭載するタイプの磁気ディスク装置であれば、VCM16と共にマイクロアクチュエータも制御対象に含めてもよい。
上記構成において、制御器(C[z])30と並列に入れるループ整形フィルタ(A[z])40は、以下の(1)式が用いられる。
また、ループ整形フィルタA[z]40の係数中にあるパラメータαとパラメータφとについては、それぞれ、以下の(2)式で表される。
ここで、パラメータα、及びパラメータφは、ループ整形フィルタ(A[z])40の出力ud[k]から外乱d[k]の入力手前までの伝達関数Mudd[z]の抑圧対象角周波数ω0でのゲイン(α)と位相(φ)とでマッチングを取るためのパラメータである。すなわち、パラメータα、及びパラメータφの設計は、ループ整形フィルタ(A[z])40で位置誤差信号から推定した外乱d[k]を抑制する推定値が外乱d[z]を打ち消すように、ループ整形フィルタ(A[z])40から出力される信号ud[k]が外乱d[k]が入力されている位置に到達するまでのゲイン(α)と位相(φ)の変化を考慮してループ整形フィルタを設計していることを意味する。
例えば、ノミナル制御対象(P[z])50に対してノッチフィルタ(N[z])60や制御器(C[z])30等の制御系を設計した場合において、後からそれぞれ実際のヘッドの制御対象(P[z])50のパラメータの変更に合わせて一部のノッチフィルタ60のパラメータをN[z]からN[z]へ変更すると、ループ整形フィルタ(A[z])40の出力ud[k]から外乱d[k]の入力手前までの伝達関数Mudd[z]が変わってしまうため、所望の特性が得られない。
そこで、実施形態では、図2(b)に示すように、制御対象50のパラメータが設計時のP[z]からP[z]に変更した場合に、その変更に合わせてノッチフィルタ60のパラメータをN[z]からN[z]に変更すると同時に、ループ整形フィルタ40のパラメータをA[z]からA[z]に変更を加える。
図3は、同実施形態に係るフィルタ係数(パラメータ)を設定する処理の主要な流れの一例を示すフローチャートである。
まず、製作当初の設計時において、制御器30、制御対象50、ノッチフィルタ60のパラメータ設計値P[z]、N[z]、C[z]に対してループ整形フィルタ40のパラメータA[z]を設計し(ステップS1)、ループ整形フィルタ(A[z])40による伝達関数Mudd[z]の抑圧対象周波数ω0での数式2で表されるゲインαと位相φを保存する(ステップS2)。
続いて、制御対象50の抑圧対象角周波数ω0での伝達関数P[ejω0T]とP[ejω0T]N[ejω0T]C[ejω0T]/(1+P[ejω0T]N[ejω0T]C[ejω0T])を保存し(ステップS3)、P[z]を測定してP[ejω0T]を保存し(ステップS4)、P[z]に対応するN[z]を設計する(ステップS5)。ここで、ノッチフィルタ60のパラメータ変更前後の比率M-udd[z]/Mudd[z]を近似計算し、α,φ,A[z]を更新して(ステップS6)、一連の処理を終了する。
以上のように、本実施形態は、個別のメカニカル特性に合わせて行うノッチフィルタ60のN[z]からN[z]への変更により伝達関数Mudd[z]が変わったときに、元々のパラメータα,φにノッチフィルタ60等の変更分を反映させることで、所望の特性を得るものである。
具体的には、ノッチフィルタ60のパラメータ変更後のMudd[z],α,φをそれぞれMudd[z],α,φとすると、これらは以下の(3)式で表される。
ここで、dpi,ζi,ωnpiはそれぞれノッチフィルタ60の設計時のパラメータN[z]の深さ、減衰、抑圧対象角周波数である。上式から、伝達関数の変更前後の比率Mudd[z]/Mudd[z]は以下の(5)式のようになる。
ここで、P[ejω0T]/P[ejω0T]はノッチフィルタ60のパラメータ変更時に実測することで取得することができる。また、P[ejω0T]N[ejω0T]C[ejω0T]/(1+P[ejω0T]N[ejω0T]C[ejω0T]) は設計時に得られる。そこで、それぞれQ,Rとおくと、Mudd[ejω0T]/Mudd[ejω0T]は以下の(6)式のようにN[ejω0T]/N[ejω0T]の関数になる。
以上のように、本実施形態によれば、制御対象に合わせてノッチフィルタのパラメータを変更したときに、伝達関数の変化を反映してループ整形フィルタを再設計(調整)するようにしているので、制御対象50が設計時と異なる場合でも、回転非同期外乱を抑圧しつつ、磁気ヘッドの位置決め精度を向上させることができる。
以下、上記構成におけるパラメータ設定(変更)の計算手法の実施例を説明する。
(実施例1)
(6)式において、N[ejω0T]/N[ejω0T]は、事前に求めておいたN[ejω0T]とパラメータ変更後に求めたN[ejω0T]から計算してもよい。
(6)式において、N[ejω0T]/N[ejω0T]は、事前に求めておいたN[ejω0T]とパラメータ変更後に求めたN[ejω0T]から計算してもよい。
(実施例2)
N[ejω0T]/N[ejω0T]は以下の(7)式のような近似式を用いてもよい。
N[ejω0T]/N[ejω0T]は以下の(7)式のような近似式を用いてもよい。
(7)式中、f1(dpi,ζi,Ωi),g1(dpi,ζi,Ωi),h1(dpi,ζi,Ωi) は、それぞれ設計時にテイラー展開などを用いて事前に計算可能であるので、パラメータ差分との積和で簡単に求めることが可能である。
ここで、Ωi=ωni/ω0、nはノッチフィルタの段数である。
図4は、本実施例を用いてノッチフィルタ60のみ変更したときのループ整形有り/なしの感度関数差分を比較した結果を示す。図4中、「初期差分」はノッチフィルタ変更前、「Notch(ノッチ)変更理想」はノッチフィルタ変更後にループ整形フィルタを通常手法で再計算したとき(ノッチフィルタ変更後の理想)、「Notch(ノッチ)変更後」はノッチフィルタ変更後にループ整形フィルタを更新しないとき、「提案手法」は、ノッチフィルタ変更後に実施例2の提案手法を用いてループ整形フィルタを更新したときを示している。図4より、提案手法による近似でも、ノッチ変更後の理想に近いループ整形を得られていることがわかる。
(実施例3)
角周波数ω0が低い領域については、
角周波数ω0が低い領域については、
(実施例4)
制御対象50、ノッチフィルタ60それぞれの設定値と再設定値の関係は、
制御対象50、ノッチフィルタ60それぞれの設定値と再設定値の関係は、
なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
1…磁気ディスク装置、15…磁気ヘッド、16…ボイスコイルモータ、17…ヘッドアンプIC、24位置決めコントローラ、25…メモリ、26…係数記憶部、30…制御器、40…ループ整形フィルタ、50…制御対象、60…ノッチフィルタ。
図2は、外乱を抑圧する制御系の構成を比較して示すブロック線図で、(a)は従来構成、(b)は実施形態の構成である。図2(a)、(b)において、30は制御器(C[z])、40はループ整形フィルタ(A[z],A
- [z])、50は制御対象(P[z],P
- [z])、60はノッチフィルタ(N[z],N
- [z])を示している。このときの目標信号をr[k]、位置信号をy[k]、ループ整形フィルタ40の出力をud[k]、外乱をd[k]で表す。
例えば、ノミナル制御対象(P[z])50に対してノッチフィルタ(N[z])60や制御器(C[z])30等の制御系を設計した場合において、後からそれぞれ実際のヘッドの制御対象(P
- [z])50のパラメータの変更に合わせて一部のノッチフィルタ60のパラメータをN[z]からN
- [z]へ変更すると、ループ整形フィルタ(A[z])40の出力ud[k]から外乱d[k]の入力手前までの伝達関数Mudd[z]が変わってしまうため、所望の特性が得られない。
そこで、実施形態では、図2(b)に示すように、制御対象50のパラメータが設計時のP[z]からP
- [z]に変更した場合に、その変更に合わせてノッチフィルタ60のパラメータをN[z]からN
- [z]に変更すると同時に、ループ整形フィルタ40のパラメータをA[z]からA
- [z]に変更を加える。
続いて、制御対象50の抑圧対象角周波数ω0での伝達関数P[ejω0T]とP[ejω0T]N[ejω0T]C[ejω0T]/(1+P[ejω0T]N[ejω0T]C[ejω0T])を保存し(ステップS3)、P
- [z]を測定してP
- [ejω0T]を保存し(ステップS4)、P[z]に対応するN[z]を設計する(ステップS5)。ここで、ノッチフィルタ60のパラメータ変更前後の比率M
- udd[z]/Mudd[z]を近似計算し、α,φ,A[z]を更新して(ステップS6)、一連の処理を終了する。
以上のように、本実施形態は、個別のメカニカル特性に合わせて行うノッチフィルタ60のN[z]からN
- [z]への変更により伝達関数Mudd[z]が変わったときに、元々のパラメータα,φにノッチフィルタ60等の変更分を反映させることで、所望の特性を得るものである。
具体的には、ノッチフィルタ60のパラメータ変更後のMudd[z],α,φをそれぞれM
- udd[z],α
- ,φ
- とすると、これらは以下の(3)式で表される。
(実施例1)
(6)式において、N - [ejω0T]/N[ejω0T]は、事前に求めておいたN[ejω0T]とパラメータ変更後に求めたN - [ejω0T]から計算してもよい。
(6)式において、N - [ejω0T]/N[ejω0T]は、事前に求めておいたN[ejω0T]とパラメータ変更後に求めたN - [ejω0T]から計算してもよい。
(実施例2)
N - [ejω0T]/N[ejω0T]は以下の(7)式のような近似式を用いてもよい。
N - [ejω0T]/N[ejω0T]は以下の(7)式のような近似式を用いてもよい。
Claims (4)
- 制御対象と、
前記制御対象の動作を制御する制御器と、
前記制御器と並列に接続され、その出力から前記制御対象に作用する回転非同期外乱の入力手前までの伝達関数を用いて前記回転非同期外乱を抑圧するパラメータが決定されるループ整形フィルタと、
磁気ヘッドの共振を抑制するノッチフィルタと
を備え、
前記制御対象の変化に合わせて前記ノッチフィルタのパラメータを変更すると同時に、前記伝達関数の変化を反映してループ整形フィルタを再設計する、
磁気ディスク装置。 - 前記伝達関数の変化を近似式で置き換える請求項1記載の磁気ディスク装置。
- 前記制御対象、前記ノッチフィルタ、前記制御器それぞれの初期の設計時の情報を保持しておき、前記伝達関数の変化を求める際に比較対象とする請求項1記載の磁気ディスク装置。
- 制御対象と、
前記制御対象の動作を制御する制御器と、
前記制御器と並列に接続され、その出力から前記制御対象に作用する回転非同期外乱の入力手前までの伝達関数を用いて前記回転非同期外乱を抑圧するパラメータが決定されるループ整形フィルタと、
磁気ヘッドの共振を抑制するノッチフィルタと
を備える磁気ディスク装置に用いられ、
前記制御対象の変化に合わせて前記ノッチフィルタのパラメータを変更すると同時に、前記伝達関数の変化を反映してループ整形フィルタのパラメータを再設計する、
磁気ディスク装置のパラメータ設定方法。
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