JP3742483B2 - ハードディスクドライブのヘッド位置決め制御方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハードディスクドライブにおけるヘッド位置決め制御に関する。
【0002】
【従来の技術】
コンピュータのハードディスクドライブ(HDD)の技術進歩は、VLSIとソフトウェア技術の飛躍的進歩と共に現代情報産業発展の重要な牽引車役となっている。ディスクドライブの技術は小型化且つ大容量化する傾向にあって、データ記録密度の面では10年毎にほぼ10倍ずつ増加してきており、この傾向は今後も続くと予想される。
【0003】
HDDにおけるヘッドのサーボ制御機構は、トラック探索(track-seek)モード、トラック停止(track-settle)モード、トラック追従(track-following) モードの3つのモードで動作するように構成されている。そして、データの記録密度を高めるためにはトラック幅に対するトラック中央と実際のヘッド位置との差から決まるTMR(Track Mis Registration)を減少させることが重要であるが、このためには、トラック追従モードでヘッドアーム(head arm)の高精密サーボ制御技術が必要となる。
【0004】
このようなヘッド位置決め制御は、PES(Position Error Signal) を検出する方式に従って、サーボ面サーボ方式、データ面サーボ方式に大別される。サーボ面サーボ方式は、ヘッドの位置情報を記録した専用のサーボディスクを用いてPES信号を検出する方式である。一方、データ面サーボ方式は、位置情報をデータトラックのセクターごとに記録してある方式である。サーボ面サーボ方式は位置情報を連続して検出できるので、データ面サーボ方式よりも大きな帯域幅の位置決め機構を設計することができるという長所があるが、劣化によるサーボディスクとデータディスクとの間の不一致がTMRの原因となる。従って、最近ではデータ面サーボ方式が広く使用される傾向にある。サーボ面とデータ面の併用方式もあるが、この場合もトラック追従モードはデータ面サーボ方式である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
トラック追従モードにおけるサーボ制御機構は、データの読出及び書込が可能なように磁気ヘッドをトラック中央に近接させてPES信号を算出し、ヘッドのオフトラックを補償するPID式で構成されている。従って、ディスクにおけるトラック円の中心が正確にスピンドル中心と一致していれば、入力追従誤差成分中に反復する成分はない。しかし、実際にディスクの中心とスピンドル中心とが正確に一致しない場合も稀ではないので、誤差成分のうちにディスクの回転周波数を基本モードにした周波数成分の反復追従誤差成分が存在することがあり、これを図6に示す。この図6は、PID制御アルゴリズムだけを使用してPESを算出した特性曲線図である。
【0006】
このようにスピンドル中心とディスク中心の不一致があると、スピンドル軸受と共にRRO(Repeatable Run Out)エラーを引き起こすという問題点がある。そこで本発明の目的は、磁気ディスクの偏心による反復追従誤差成分を補償することの可能なヘッド位置決め制御方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
この目的のために本発明は、トラックのセクターから位置エラー信号を得てトラック追従モードを実施するハードディスクドライブのヘッド位置決め制御方法において、トラック追従モードで得られる各セクタの位置エラー信号を保存し、この位置エラー信号保存後の周期でセクターを追従するときに、入力される追従中のセクターの位置エラー信号からフィードバック制御アルゴリズムに従い第1補正値を算出すると共に、前記追従中のセクターの位置エラー信号及び前記保存した位置エラー信号のうちの追従中のセクターの前後のセクターの位置エラー信号から反復制御アルゴリズムに従い第2補正値を算出し、これら第1及び第2補正値に基づき反復追従誤差成分に対する補正値を算出することを特徴とする。その反復制御アルゴリズムは、追従中のセクターの位置エラー信号及び保存した位置エラー信号のうちの追従中のセクターの前後のセクターの位置エラー信号をフィルタリングしてその平均値を演算し、第2補正値を算出するものとする。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態につき添付の図面を参照して詳細に説明する。
【0009】
図1は、ハードディスクドライブのブロック図である。マイクロプロセッサ101は、該マイクロプロセッサ101で遂行する制御プログラムを貯蔵しているPROM103と、トラックから算出される各セクターのPESを順次に保存するSRAM105と、をもっている。インタフェース制御部129が、このマイクロプロセッサ101により制御されて外部データ入力装置(図示せず)との間でデータを送受信する。
【0010】
記録媒体の磁気ディスク109に対しデータの読出/書込を行うヘッド107は、VCM(Voice Coil Moter)を使用したアクチュエータ111により移動し、位置決めされる。VCM111はVCM駆動器115により制御され、DAC(Digital/Analog Converter)117が、マイクロプロセッサ101によるディジタル制御信号をアナログ変換してVCM駆動器115へ提供する。ディスク109はスピンドルモータ113により回転駆動され、モータ駆動器119が、マイクロプロセッサ101の制御を受けてスピンドルモータ113を制御する。
【0011】
前置増幅器121は、ヘッド107により読出された信号を増幅し、また書込む信号を増幅してヘッド107へ提供する。読出デコーディング&書込エンコーディング部123は、マイクロプロセッサ101による制御で動作し、インタフェース制御部129からの書込データをアナログフラックス(flux)変化信号にエンコーディングして前置増幅器121へ出力し、また前置増幅器121からのアナログ読出信号であるERD(Encorded Read Data)信号をデコーディングしてディジタル変換し、インタフェース制御部129へ出力する。ゲートアレイ127は、読出デコーディング&書込エンコーディング123からERD信号を受け、そのERD信号からディスク109におけるサーボ領域内のグレーコードなど各サーボ情報及び検出タイミングクロックなどを出力する。
【0012】
ADC(Analog/Digital Converter)125は、読出デコーディング&書込エンコーディング部123からアナログのサーボ読出信号を受け、PESにディジタル変換してディジタル信号プロセッサ(Digital Signal Processor: DSP)131へ提供する。DSP131は、ADC125からのPES信号を受けて処理し、これによる補正値をマイクロプロセッサ101へ出力する。
【0013】図2に示すのは、反復追従誤差用の補正値を出力するための機能ブロックである。まず、フィードバック制御アルゴリズム203は、追従中のセクターのPES信号を受け、該入力PES信号を次の3つの演算アルゴリズムにより比例、微分、積分し、算出された各値を一定の関数値として加算する。
【数3】
比例=kp,微分=kd(1−Z -1 ),積分=ki/(1−Z -1 )
【0014】
反復制御アルゴリズム201は、フィードバック制御アルゴリズム203に入力される追従中のセクターのPES信号と、予めSRAM105に保存してあるテーブルから読出された前後セクターのPES信号とを、次の演算アルゴリズムにより低域フィルタリングしてその平均値を算出する。
【数4】
かかる伝達関数により第2補正値C(k)は、以下のようになる。
【数5】
【0015】
数式5を展開すれば下記の数式6のようになり、kは現在のセクターを、Nは72のセクターを、N1とN2は追従中のセクターの前後セクターを、Qはフィルタをそれぞれ示す。
【数6】
【0016】
図3は、反復追従誤差を補償するヘッド位置決め制御のフローチャートである。トラック追従モードで目的トラックの各セクターからPES信号を算出してセクター別にそのPES信号を保存した後、次の周期で特定セクターを追従するとき、当該追従セクターのPES信号と前記保存してあるテーブルから読出した前後セクターのPES信号を、DSP131の反復制御アルゴリズムとフィードバック制御アルゴリズムで処理し、補正値を算出する。
【0017】
図4は、反復追従誤差を補償するために使用するDSP131の制御アルゴリズムである。追従セクターのPES信号算出値が入力されると、DSP131のフィードバック制御アルゴリズム203を通じて比例、微分、積分演算して第1補正値を算出し、更に並行して、その追従セクターのPES信号及びテーブルから読出した前後セクターのPES信号の3つのPES信号を基に第2補正値を算出する。そして、これら算出された第1及び第2補正値を合算して最終的な補正値を出力する。
【0018】
図5は、各セクターの位置エラー信号PESを検出して保存したテーブルである。トラック追従時、1番目の周期で1周期72個のセクターのPES信号を算出し、順次にテーブルに保存する。
【0019】
図6は、従来のPID制御アルゴリズムだけを使用してPESを算出した特性曲線図であり、一方図7は、本例の反復制御アルゴリズムを使用してPESを算出した特性曲線図である。
【0020】
以下、図1〜図7に基づきこの例のヘッド位置決め制御の特徴につき詳しく説明する。即ち、トラック追従時に目的トラックの1トラックで発生する反復追従誤差成分を補償する制御方法である。
【0021】
シークを行ってヘッド107をディスク109の目的トラックに位置させ、そして図3の200段階でトラック追従モードを遂行する。すると210段階でマイクロプロセッサ101は、まずヘッド107を制御して目的トラックの各セクターサーボ領域に記録されたバースト信号を読出す。これにより検出されたバースト信号から読出デコーディング&書込エンコーディング部123及びADC125を通じて得られるPES信号は、順次、SRAM105に図5のようにして保存されていく。その後、220段階でマイクロプロセッサ101は、72の1周期のセクターをすべて読出したか判断する。これにより、1周期の全セクターがまだ読出されていないと判断されれば210段階へ戻り、次のセクターのPES信号を算出してSRAM105に保存する。
【0022】
220段階で1周期の全セクターが読出されたと判断されると、230段階でマイクロプロセッサ101は、ヘッド107を制御して次の周期の1番目のセクターのサーボ領域に記録されたバースト信号を読出す。その検出されたバースト信号から読出デコーディング&書込エンコーディング部123及びDSP125を通じてPES信号が出され、DSP131に入力される。すると240段階でマイクロプロセッサ101は、DSP131による最終補正値の算出処理を実行させる。この240段階の処理過程が図4に詳細に示してある。
【0023】
図4の300段階でADC125から現在追従中のセクターのPES信号が入力されると、310段階では、DSP131のフィードバック制御アルゴリズム203により、入力されたPES信号を上記数式1〜3の3つの演算アルゴリズムによりそれぞれ比例、微分、積分し、算出された値を1つの関数値として合算し、第1補正値を出力する。
【0024】
またこのフィードバック制御アルゴリズム203による第1補正値演算に並行して320段階では、反復制御アルゴリズム201により、フィードバック制御アルゴリズム203に入力された追従セクターのPES信号と、予めSRAM105に保存されたテーブルから読出した前後セクターのPES信号とを、上記数式4〜6の演算式によりフィルタリングし、その平均値を算出して第2補正値を出力する。
【0025】
出された第1及び第2補正値は、330段階で合算されて最終補正値が出力される。
【0026】
最終補正値が出ると、図3の250段階でマイクロプロセッサ101は、追従中のセクターが最終セクターであるか確認し、最終セクターでなければ260段階で次のセクターのPES信号を得て240段階へ戻る。一方、最終セクターであれば270段階で、追従の最終周期かどうか確認する。そして、最終周期でなければ230段階へ戻って次の周期の1番目のセクターのPES値を出してDSP131へ入力し、最終周期であれば当該フローを終了する。
【0027】
この位置決め制御により、ディスクが1周期回転した後に反復追従誤差成分が補償されたPES信号は図7のようになる。
【0028】
本例の位置決め制御は、所定のトラックで判明した反復追従誤差成分が他のトラックにおいても同じ位置で同様に発生する場合に応用できる。即ち、追従中のトラックで上記の反復制御アルゴリズムによる補償をした後に、該トラックから他のトラックへ移動して追従を実施するときに、前のトラックで算出して保存した各セクターのPES信号テーブルを読出すことにより、反復制御アルゴリズムを通じて補償することができる。
【0029】
【発明の効果】
本発明によれば、トラック追従モードで動作中のときに発生する反復追従誤差を抑制することができるので、ハードディスクドライブの性能を更に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ハードディスクドライブの構成を示したブロック図。
【図2】図1中のDSPにおける反復追従誤差制御に関するブロック図。
【図3】本発明のヘッド位置決め制御方法における反復追従誤差制御を説明したフローチャート。
【図4】反復追従誤差制御の補正値演算の制御アルゴリズムを説明したフローチャート。
【図5】各セクターの位置エラー信号PESを保存するテーブルを示した説明図。
【図6】従来のPID制御アルゴリズムだけを使用したPES信号の特性曲線図。
【図7】反復制御アルゴリズムを使用したPES信号の特性曲線図。
Claims (2)
- トラックのセクターから位置エラー信号を得てトラック追従モードを行うハードディスクドライブのヘッド位置決め制御方法において、
トラック追従モードで得られる各セクターの位置エラー信号を保存し、この位置エラー信号保存後の周期でセクターを追従するときに、入力される追従中のセクターの位置エラー信号をPID演算した第1補正値を算出すると共に、前記追従中のセクターの位置エラー信号及び前記保存した位置エラー信号のうちの追従中のセクターの前後のセクターの位置エラー信号e(k)から、
- 反復制御アルゴリズムは、追従中のセクターの位置エラー信号及び保存した位置エラー信号のうちの追従中のセクターの前後のセクターの位置エラー信号をフィルタリングしてその平均値を演算し、第2補正値を算出する請求項1記載のヘッド位置決め制御方法。
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