JPH043374A - ディスク記憶装置のヘッド位置制御方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は計夏機の外部記憶装置として用いられる固定デ
ィスク装置等のディスク記憶装置において、ディスク面
に書き込まれた参照情報をヘッドを介して読み取りなが
らヘッドを所望のトラックの中心上に位置制御する方式
に関する。

〔従来の技術〕

ディスク記憶装置には、その進展と普及に伴って常にア
クセスタイムの短縮と記憶容量の増大が要求され、ヘッ
ドの位置制御上ではこれを満たすためその速度と精度の
向上が必要である。

すなわち、アクセスタイムの短縮には、ヘッドの現在位
置から所望のトラック−・の移動に要する時間と、目的
トランク付近に達してからその中心ないし正規位置上に
静定させるまでの時間の双方を短縮するため制御速度を
上げ、記憶容量の増大には、トラックの配列ピッチを詰
めても読み書きエラーが発生しないようヘッドの静定位
置の制御精度を上げる必要がある。

かかる位置制御に当たってはヘッドの現在位置を検出す
る必要があるので、いわゆるサーボ情報等の参照情報が
ディスク面に書き込まれる。すなわち、ヘッドを目的ト
ラックに最短時間内に移動さセるためトラック番号等の
照合情報を参照情報として書き込んで置き、これを読み
取ってヘッドの現在位置を確かめながら、予定スケジュ
ールに沿う移動制御の形でヘッドに対する位置制御を行
なう、また、ヘッドが目的トラックの付近に達した後は
、参照情報として今度はサーボ情報の方を読み取ってこ
のトラックの正規位置からのへ・ノドの現在位置のずれ
を検出しながら、これに対する補正制御の形でヘッドの
位置制御を行なう。

さらに最近では、かかる参照情報を用いる移動制御や補
正制御の形でヘッドを位置制御するだけでなく、上述の
要求を満たすにはその制御内容をも一層高度化する必要
があり、このためディスク記憶装置内のプロセッサに制
御用のソフトウェアを装荷して置き、これに制御動作中
のかなり重要な部分を分担させることが多い。

すなわち、位１制御系内のへ・ノドの現在位置の検出部
分やヘッドを駆動するアクチュエータ等の操作部分には
ハードウェアがぜひ必要であるが、残余の部分はソフト
ウェアに分担させた方が上述のスケジュールに沿った移
動制御やずれに対する細かな補正制御の内容を思うよう
に高度化でき、制御内容が相当複雑になっても最近のプ
ロセッサは充分な高速動作性能を有する。

本発明方式は、このようにヘッドの位置制御に参照情報
を利用しかつ制御系内にソフトウェアを含む場合にとく
に適するもので、第４図に示された機能回路回を参照し
てかかる方式の従来技術の概要を以下に説明する。

図の右下部に簡略に示されたディスク１には、参照情報
ＲＥがこの例ではその周方向の一部に割り込んで書き込
まれ、かつ多数条のトラックＴが同心円状に設定されて
おり、これらに対してデータを読み書きするヘッド２は
アクチュエータ３により回の矢印のようにディスク１上
の径方向位置が操作されるものとする。

参照情報読数回！３２１は、ヘッド２を介する参照情報
Ｒ＋のアナログな読取信号Ｒ５を受けて、例えばそのピ
ーク値を検出して一時保持するもので、その左側のＡＤ
Ｃ回路２２はこのアナログなピーク値をディジタルな検
出データＤＤに変換した上でプロセッサ１０に与える。

このプロセッサ１０にはへ・ノド位置制御手段３０がそ
のソフトウェアとして装荷されており、この検出データ
ＤＤを受けてヘッド２に対する前述の移動制御や補正制
御であるその所定の位置制御内容に応じた計算を行なっ
た上で制御データＣＤを出力する。

ＤＡＣ手段７０はこの制御データＣＤをアナログな制御
信号Ｃ３に変換するもので、原理上はこれをそのままア
クチュエータ３の駆動回路３ａに与えれば済むが、実際
にはヘッド３の操作系内に機械的な共振周波数があるの
で、これによる位置制御系の自己発振を避けるため図示
のようにローパスフィルタ手段７１を介在させ、制御信
号ＣＳ中のこの共振周波数付近の周波数成分をカットし
た上で与えるのがふつうである。

〔発明が解決しようとする課題〕

このように制御系の一部にソフトウェアを組み込むこと
により、ハードウェアだけで構成するよりもずっと制御
内容が高級化され、かつ制御特性を機械的操作系の特質
に適合させた位置制御系を容易に構成できるが、系内に
プロセッサを組み込むためにＡＤ変換器やＤＡ変換器が
必要になり、これらにより制御速度が制約されやすく、
コストやスペースの面でも不利になる問題がある。

すなわち、プロセッサ内のデータ処理速度は前述のよう
に充分高いものの、変換器側の動作速度がこれと必ずし
も揃わず、制御系全体の制御速度がふつうは変換器によ
り、とくにＤＡ変換器側で律速されやすい、もちろん変
換器動作の高速化も可能ではあるが、かなり高価につく
のでディスク記憶装置の量産用には不向きである。また
、最近のようにディスクが２．５インチ程度に小径化さ
れスペース上の制約が厳しくなると、変換器が装置の小
形化を図る上で、かつそのコストが合理化する上で隘路
になっているのが現状である。

本発明はかかる事情に立脚して、制御速度を高めスペー
スやコストを節約する上で障害になっているＤＡ変換器
を省略することにより、制御系の構成を簡素化しディス
ク記憶装置を小形化できるへ・、ド位置制御方式を得る
ことを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明による位置制御方式によれば、参照情報のアナロ
グな読取信号をヘッドの現在位置を表すディジタルな位
置データに変換する手段と、この位置データを受けそれ
に基づいてヘッドを所望のトランク上に置くための制御
データを発する手段と、この制御データを受けそれに応
じたパルス幅と所定の反復周波数をもつ制御パルス信号
に変換する手段と、この制御パルス信号を受けその反復
周波数より充分低い遮断周波数をもつローパス形のフィ
ルタ手段とを用い、フィルタ手段の遮断周波数をヘッド
操作系の機械的な共振周波数よりも低く設定し、かつフ
ィルタ手段の出力をアナログな制御信号に用いてヘッド
を位置制御することによって上述の目的が達成される。

なお、かかる本発明方式の位置制御によって、ヘッドを
目的トラックにまで移動させる際の移動制御やこのトラ
ックの正規位置上に保持する際の位置の補正制御を行な
うことができる。

〔作用〕

本発明は、ディジタルな制御データをアナログな制御信
号に変換するよりも、制御データの値に応したパルス幅
をもつ制御パルス信号に変換する方が変換動作を高速化
でき、かつヘッド操作系の機械的な共振周波数の影響を
カントするため位置制御系内に組み込まれるローパスフ
ィルタ手段を利用すれば制御パルス信号をアナログな制
御信号に容易に変換できる点に着目して、ＤＡ変換器の
かわりに簡単な構成の制御パルス発生手段を用いるとと
もに、ローパス形フィルタ手段にこの制御パルスを整流
してアナログな制御信号に変換する役目と、この制御信
号から機械的共振周波数成分をカットする役目とを兼ね
させることによって、位置制御系から従来必須とされて
いたＤＡ変換器を省略することに成功したものである。

なお、本発明方式でも、参照情報のアナログな読取信号
をディジタルなヘッドの現在位置を示す位置データに変
換するヘッド位置検出手段内にはＡＤ変換器が必要にな
るが、ヘッド位置制御手段がソフトウェアとして装荷さ
れる制御プロセッサ自体がＡＤ変換機能を備える場合が
多い。また、プロセッサがいわゆるＰＷＭパルスの発生
機能を備える場合も多く、この場合は上述の制御パルス
発生手段の役目もプロセッサに持たせて、ヘッド位置制
御系の構成を簡素化できる。

〔実施例〕

以下、図を参照しながら本発明の具体実施例を説明する
。第１図は本発明によるヘッド位置制御方式を採用した
ディスク記憶装置６０を例示する構成回路図で、前に説
明した第４図に対応する部分には同符号が付されている
。第２図は参照情報Ｒ１の書き込み要領を例示するディ
スク面の一部拡大展開図で、第３図はヘッド位置制御手
段３０によるヘッドの移動制御とその位置の補正制御の
要領を例示する線図である。

第１図の右上部のディスク１上にハンチングを付して示
された参照情報ＲＩは、トランクＴ内の各セクタ間に書
き込まれたいわゆるセクタ間サーボ情報方式のもので、
第２図の展開図に示すようにその書き込み位置を示す検
出マークＤＭ、　　）ランク番号等である照合情報ＩＤ
、トラックＴから径方向に若干ずつずれた位置に書き込
まれたこの例では４個の部分からなるサーボ情報Ｓ１等
を含む。もちろん参照情報Ｒ１はこれに限らず、専用デ
ィスク面に書き込む方式やディスク面の周方向の１個所
に書き込む方式であってもよい。

この参照情報Ｒ１やトラックＴ内のデータを読み書きす
るヘッド２は、もちろんディスクｌの各面ごとに設けら
れ、この例ではスイングアームにより支承されてボイス
コイルモータであるアクチュエータ３によってその径方
向位置が操作される。

通例のように、すべてのヘッド２はリードライト回路４
に接続され、プロセッサｌＯから指定されたヘッド２が
それからの指定に応して読み取り状態または書き込み状
態に置かれる。

リードライト回路４の読取出力Ｒから出力される読取信
号Ｒ５は復調回路５に与えられ、所定変調方式の信号に
変換された後、データ分離回路６とエンコーダ・デコー
ダ回路７を介してデータ制御回路８に与えられ、ここで
ディジタルなデータに変換されて内部バス１１に乗せら
れる。逆に、内部バスｌｌ上のデータはデータ制御回路
８に読み込まれて信号に変換された後、エンコーダ・デ
コーダ回路７を介し書込信号−５としてリードライト回
路４の書込入力Ｗに与えられる。

プロセッサ１０は、ディスク記憶装置６０内にその全体
制御等のため組み込まれるふつうは８ビツト構成の高速
動作可能な制御用マイクロプロセッサであって、内部ハ
ス１１とインタフェース回路１２と、外部バス１３とを
介して図示しないホストの計算機と接続され、データ制
御回路８とは連絡バス１４を介して直接に結合される。

なお、ここまでに概要を述べたディスク記憶装置６０の
内部はその構成のあくまで一例であって、もちろん場合
に応じてその内容はかなり異なって来る。

本発明方式によるヘッド位置制御系は、図示のようにヘ
ッド位置検出手段２０．ソフトウェアであるヘッド位置
制御手段３０．制御パルス発生手段４０およびフィルタ
手段５０から構成される。

ヘッド位置検出手段２０は、第４図の場合と同しく、ア
ナログな読取信号Ｒ３を受けそれに含まれる参照情報Ｉ
ｌｌの読取部分の例えばピーク値を検出して一時保持す
る参照情報読取回路２１と、このアナログなピーク値を
受はデイ゛ジタルな検出データＤＤに変換するＡＤ変換
器２２からなり、プロセッサ１０がＡＤ変換機能付きの
場合はＡＤ変換器２２としてこれが利用される。

ヘッド位置制御手段３０はプロセッサ１０内に装荷され
たソフトウェアであって、その位置制御内容にはヘッド
２に対する前述の移動制御と補正制御があるが、いずれ
の場合にも検出データＤＤに基づく所定のデータ処理な
いし計算の結果として制御データＣＤを出力する。なお
、この実施例の場合の制御データＣＤは、アクチュエー
タ３に与える電流の指定値であるものとする。

制御パルス発生手段４０は、この制御データＣＤをその
値に応したパルス幅のいわゆるＰＷＭ信号である制御パ
ルス信号ＰＳに変換するもので、かかるＰＷＭ機能をプ
ロセッサ１０が備える場合はそれをそのまま利用し、あ
るいはその付属タイマに簡単なソフトウェアを組み合わ
せても構成できるが、この実施例ではプロセッサｌＯと
は別回路で構成されている。かかる回路は例えばクロッ
クパルスＣＰを受けるカウンタと、そのカウント値およ
び制御データＣＤを受ける簡単な論理ゲート回路とによ
り容易に構成できる。この制御パルス発生手段４０によ
る制御パルス信号ＳＰはもちろん反復発生され、本発明
の実施上はその反復周波数を数＋ｋ）ｔｚ程度に選定す
るのがよい。

フィルタ手段５０はかかる制御パルス信号Ｐｓを受けて
そのパルス幅に応したアナログ値を持つ制御信号ＣＳに
変換するもので、例えば図のように演算増幅器５１に抵
抗５２とキャパシタ５３を公知の態様で組み合わせた２
次のローパス形のアクティブフィルタ回路として構成さ
れる。

このローパス形のフィルタ手段５０は、アナログな制御
信号ＣＳを得る上ではその遮断周波数を制御パルス信号
ｐｓの反復周波数より１桁程度低く設定すればよいが、
本発明方式ではこの制御信号ＣＳからヘッド２の機械操
作系の共振周波数に相当する周波数成分をカットする役
目を兼ねるので、その遮断周波数を必ずこの共振周波数
よりも低く設定する。ヘッド２の機械操作系の構造によ
ってかなり異なるが、遮断周波数は数ｋＨｚ以下が適当
で、制御パルス信号ｐｓの反復周波数をそれよりも１桁
程度高（選定するのがよい。

このフィルタ手段５０から出力される制御信号ＣＳはア
クチュエータ３に対してその駆動回路３ａを介して与え
られる。なお、制御パルス信号ｐｓは電源電圧と等しい
例えば５Ｖのパルス高をもち、制御信号ＣＳのアナログ
値も電源電圧の変動の影響を受けやすいので、図示のよ
うに設定回路９を設けて電源電圧Ｖから基準電圧Ｖｒを
作り、駆動回路３ａ内に制御信号ＣＳをこの基準電圧Ｖ
ｒと比較するコンパレータを組み込むのが望ましい。

本発明の位置制御方式において、目的トランクにヘット
２を移動さゼる際、移動に要する時間を最短化するため
例えば第３図（ａ）のスケジュールに従ってヘッド２を
移動制御する。図のようにこのスケジュールは時間ｔに
対しヘッド２の速度■を台形状にするもので、最も簡単
には時間もの経過に応してヘッド位置制御手段３０から
速度Ｖがこのスケジュールに沿うように制御データＣＤ
を発してヘッド２をオープンループ制御すれば足りるが
、制御精度を高めるにはヘッド２の現在位置に応してス
ケジュールを修正するのが望ましい。

このためのヘッド２の現在位置の検出には参照情報ＲＩ
中の第２図の照合情報１０を利用でき、この実施例では
データ分離回路６の付属回路６ａに参照情報Ｒ１中の検
出マークＤ？Ｉを検出させるとともに、照合情報１０を
データ制御回路８に読み取らせる。

ヘッド位置制御手段３０は、付属回路６ａからの検出信
号ＤＳに基づき照合情報１０の内容であるトランク番号
をデータ制御回路８から連絡バス１４を介して検出デー
タＤＤとして読み取る。

ヘッド位置制御手段３０はかかる検出データＤＤによる
ヘッド２の現在位置を上述のスケジュールと比較し、制
御誤差をなくすよう予測制御手法等による演算を行ない
、その結果を制御データＣＤとして出力する。このよう
にヘッド２にその現在位置を調べながら移動制御を施す
ことにより、これを最短時間内に目的トラックに移動さ
せ、かつ正確な位置に停止させることができる。

次にヘッド２の位置をこの目的トランクの正規位置上に
補正制御するには、正規位置からのずれであるオフトラ
ンク量を検出して、それに応してヘッド２に例えば第３
図（ｂ）のように僅かな速度Ｖを正負方向に交互に与え
る。この補正制御の基礎になるヘッド２のオフトラック
量の検出には参照情報Ｒ１中のサーボ情報Ｓ■を読み取
る。ヘッド位置制御手段３０は上述の検出信号ＤＳに基
づき読取指令を参照情報読取回路２１に順次発し、サー
ボ情報５１中の４個の部分を順次読み取らせ、そのつど
検出データＤＤをＡＤ変換器２２から読み込んでその４
個の値からオフトラック蓋を計算する。

へ・７ド位置制御手段３０は、このオフトラック量に基
づき例えば制御誤差の積分演算や制御動作上の位相補償
演算を加味しながら、オフトラック蓋をなくすように制
御データＤＤを決定して出力することによりヘッド２の
位置を補正制御する。参照情報Ｒ１がこの例のようにセ
クタ間サーボ情報方式の場合、オフトランク量をふつう
は２〜３ｋＨｚのサンプリング周波数で検出しながらヘ
ット位置を細かく補正制御できる。

以上の移動制御と補正制御のいずれでも、制御データＣ
Ｄがヘッド位置制御手段３０から発せられた以降の制御
パルス発生手段４０とフィルタ手段５０の動作は前述の
とおりである。しかし、電源電圧が変動するとフィルタ
手段５０と駆動回路３ａ内の制御ゲインがこの影響を受
は制御誤差が発生することがある。このため、ヘッド位
置制御手段３０が制御データＣＯを決める際に電源電圧
Ｖに比例する基準電圧Ｖｒを図の破線で示すように読み
取り、その値に応じ電圧変動の影響を補償するよう制御
データＣＤを決定するのが望ましい。

〔発明の効果〕

以上のとおり、本発明のヘッドの位置制御方式では、参
照情報のアナログな読取信号をへラドの現在位置を表す
ディジタルな位置データに変換する手段と、位置データ
に基づいてヘッドを所望のトラック上に置くための制御
データを発する手段と、制御データ値に応じたパルス幅
と所定の反復周波数をもつ制御パルス信号に変換する手
段と、制御パルス信号を受けその反復周波数よりも充分
低い遮断周波数をもつローパス形フィルタ手段を設け、
フィルタ手段の遮断周波数をヘッド操作系の機械的な共
振周波数より低く設定し、フィルタ手段の出力をアナロ
グな制御信号としてヘッドを位置制御することにより、
次の効果を上げることができる。

（ａ）従来のＤＡ変換器の機能を制御パルス発生手段に
持たせることにより、変換速度を向上して位置制御の即
応性を高め、制御系の全体構成を簡素化し、かつ高価な
りＡ変換器を省略してスペースとコストを節約できる。

（ｂ）ローパス形フィルタ回路に、制御パルスをアナロ
グな制御信号に変換する役目と、ヘッド操作系の機械的
共振周波数帯域の周波数成分を制御信号からカットする
役目とを兼ねさせることにより、位置制御系内の構成要
素数を一層減少させ、かつ制御速度を高めてディスク記
憶装置の性能を向上させることができる。

（Ｃ）制御速度を制約していたＤＡ変換器を省略できる
ので、ヘッド位置制御手段のソフトウェア内容を充実し
て制御内容を高度化できるようになり、位置制御の精度
を一層高めてディスク記憶装置の動作信鎖性を向上でき
る。

また、はとんどの場合、ヘッド位置制御手段用のソフト
ウェアが装荷されるプロセッサがＰＷＭ機能を備えるの
で、これに制御パルス発生手段の役目を持たせて全体構
成を一層簡素化できる。

かかる特長を備える本発明方式は２．５インチのディス
ク記憶装置への適用にとくに有用で、部品点数の削減に
よりその小形化を容５にし、かつその経済性向上に貢献
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第３図までが本発明に関し、第１図は本発明
のヘッド位置制御方式を通用したディスク記憶装置を例
示する構成回路図、第２図は参照情報の書き込み要領を
例示するディスク面の一部拡大展開図、第３図（ａ）は
ヘッド位置制御手段によるヘッドに対する移動制御の要
領を示す線図、同図（ｂ）はそれによる位置の補正制御
の要領を例示する線図である。第４図は従来技術による
ヘッド位置制御系の概要を示すブロック回路図である。 図において、 ｌ：ディスク、２：ヘッド、３：ヘッド操作用アクチュ
エータ、３ａ：アクチュエータ駆動回路、４：リードラ
イト回路、５：復調回路、６：データ分離回路、６ａ：
付属回路、７：エンコーダ・デコーダ回路、８：データ
制御回路、９：基ｆ１！電圧電圧回路、１０：プロセッ
サ、１１：内部バス、１２：インタフェース回路、１３
：外部バス、１４：連絡バス、２０：ヘッド位置検出手
段、２１：参照情報読取回路、２２：ＡＤ変換器、３０
：ヘッド位置制御手段、４０：制御パルス発生手段、５
０：フィルタ回路、５１：演算増幅器、５２：抵抗、５
３：キャパシタ、６０：ディスク記憶装置、７０：ＤＡ
変換手段、７１：ローパスフィルタ手段、ＣＤ二制御デ
ータ、ＣＰ：クロックパルス、Ｃｌアナログな制御信号
、ＤＤ：検出データ、ＤＭ：検出マーク、ＤＳ：検出信
号、ＰＳ：制御パルス信号、Ｒ■：参照情報、Ｒ１読取
信号、ＳＩ：サーボ情報、Ｔニドラック、ｔ：時間、Ｖ
：電源電圧、Ｖ：ヘッドの操作速度、ｖｒ：基準電圧、
Ｗｌ閉　ＩＤ ＳＩ 心 第２図 ；・七ノ 第３目 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ディスク面に書き込まれた参照情報をヘッドを介して読
   み取りながらヘッドを各トラックの正規位置上に制御す
   る方式であって、参照情報のアナログな読取信号をヘッ
   ドの現在位置を表すディジタルな位置データに変換する
   手段と、この位置データを受けそれに基づきヘッドを所
   望のトラック上に置くための制御データを発する手段と
   、この制御データを受けそれに応じたパルス幅と所定の
   反復周波数をもつ制御パルス信号に変換する手段と、こ
   の制御パルス信号を受けその反復周波数より充分低い遮
   断周波数をもつローパス形フィルタ手段とを設け、フィ
   ルタ手段の遮断周波数をヘッド操作系の機械的な共振周
   波数より低く設定し、かつフィルタ手段の出力をアナロ
   グな制御信号に用いてヘッドを位置制御するようにした
   ディスク記憶装置のヘッド位置制御方式。