KR0163678B1 - 이득조정 반복학습 제어를 이용한 디스크 드라이브의 헤드위치 제어장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 디스크 드라이브의 헤드위치 제어장치 및 방법을 개시한다. 본 발명의 장치는 디스크형 정보기억매체의 트랙에 정보를 기록하고 독출하기 위한 적어도 하나 이상의 헤드를 디스크형 정보기억매체의 반경방향으로 구동시키고, 헤드를 통해 재생된 신호로부터 현재 위치한 트랙으로부터 목표트랙까지의 위치에러를 검출하기 위한 구동 및 위치에러 검출수단; 일정 시간 간격으로 검출된 위치에러의 편차를 검출하여 스위칭 제어신호를 발생하는 위치에러 편차 검출수단; 스위칭 제어신호에 응답하는 스위칭 수단; 위치에러의 주파수특성에 따라 이득제어신호를 발생하는 자동이득조정기; 위치에러를 반복학습하여 이득제어신호에 의해 이득 조정되고 선택된 헤드, 트랙번호 및 섹터번호로 특정화된 위치에러 보정치를 산출하는 반복학습 제어기; 위치에러 보정치를 선택된 헤드, 트랙번호 및 섹터번호에 의해 지정된 장소에 저장하기 위한 메모리; 선택된 헤드, 트랙번호, 섹터번호에 의해 지정된 위치 에러 보정치를 출력하고, 없을 경우에는 인접 트랙들의 동일 섹터에 의해 지정된 위치에러 보정치들로부터 보간된 위치에러 보정치를 출력하는 보간기; 위치에러와 보간기로부터 출력된 위치에러 보정치를 가산하는 가산기; 가산된 위치에러를 기준치와 비교하여 트랙탐색 또는 트랙추종을 선택하고, 선택된 동작모드에 응답하여 구동수단에 구동신호를 제공하는 트랙탐색/추종신호 발생수단을 포함한다.

Description

이득조정 반복학습 제어를 이용한 디스크 드라이브의 헤드위치 제어장치 및 방법
본 발명은 디스크 드라이브의 헤드위치 제어장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 디스크 드라이브에서 주기적 및 비주기적으로 발생되는 위치에러 요인을 이득조정 반복학습 제어방식을 적용하여 감쇄시킴으로써 헤드의 트랙추종 정밀도를 향상시킴과 더불어 그 반복학습 제어에 의해 구해진 위치에러 보정치를 트랙탐색시에 이용하여 트랙탐색 시간을 저감하도록 된 이득조정 반복학습 제어를 이용한 디스크 드라이브의 헤드위치 제어장치 및 방법에 관한 것이다.
현재, 대용량의 정보기록매체로서의 디스크에 대해 정보를 기록하거나 독출하는 예컨대 하드 디스크 드라이브, 광자기 디스크 드라이브, 광디스크 드라이브 등가 같은 디스크 드라이브 장치가 폭넓게 보급되어 사용되고 있다. 이러한 디스크 드라이브 장치는 대체로 정보기억 디스크에 갖추어진 트랙 및 섹터에 대해 트랙탐색(track seeking)과 트랙추종(track following)에 의해 헤드 어셈블리를 정확하게 정합시키기 위한 기능을 수행하는 헤드위치 제어기능을 갖추고 있다. 이 경우, 트랙 탐색은 현재 헤드가 위치한 트랙으로부터 원하는 목표트랙으로의 헤드 이동동작으로 정의되고, 이 탐색동작은 탐색시간의 안정적 최적화를 위해 소위 속도 프로우파일법(velocity profile method)에 기초하여 수행된다. 트랙추종은 데이터가 기록, 독출될 임의 트랙의 중앙과 헤드의 중앙과의 편차, 즉 위치에러를 최소화하기 위한 동작으로 정의되고, 통상 PID 제어(proportional-integral-differential contol)를 이용하게 된다.
이러한 헤드위치 제어방법에 따르면, 디스크상의 트랙중심과 디스크 드라이브의 스핀들의 회전축이 정확히 일치하는 이상적인 시스템에서는 비교적 효과적으로 헤드의 위치제어가 가능하게 되지만, 스핀들의 런아웃(run out)이 존재한다든지 트랙과 스핀들간의 편심이 존재하는 실제의 시스템에서는 헤드의 위치제어 정밀도가 저하된다. 특히, 착탈동작이 반복되는 디스크 드라이브장치에서는 그러한 상황이 더욱 심각해지고, 트랙탐색의 최종 순간에 목표트랙에서의 최대 오버슈트(overshoot)가 커지게 되므로, 실질적인 트랙탐색 시간의 증가로 말미암아 전체적인 장치의 동작이 저속화된다.
그런데, 디스크 드라이브장치에서 발생되는 위치에러의 성분은 트랙과 스핀들사이의 편심이라든지, 스핀들의 런아웃 또는 주기적으로 발생되는 기게적 장애등과 같은 요인에 의해 초래되는 주기적인 요소를 상당히 포함하고 있고, 그러한 주기적인 요소가 디스크 드라이브장치의 종류에 따라 다르기는 하지만 대체로 디스크의 회전시마다 유사하게 반복되는 위치에러의 주성분이 알려져 있다. 따라서, 그러한 주기적인 에러를 감쇄시키게 되면 헤드의 트랙추종 정밀도를 상당한 정도로 개선할 수 있게 된다.
이 점에 관련하여 디스크 드라이브장치에서 주기적인 에러를 감쇄시키기 위한 노력이 시도되어 왔다.
예를들면, 디스크 드라이브장치에서 주기적으로 발생되는 에러를 반복적으로 학습하여 차후에 발생될 유사한 주기적 에러를 감쇄시키도록 도미즈카에 의해 제안된 디스크 드라이브장치의 주기적 에러의 디지털제어(IEEE control system Magazine, pp 16-20, 1990)가 제안되어 있다.
이 방식에 의하면, 주기적인 위치에러를 갖는 디스크 드라이브장치에서 그 주기적인 위치에러를 디스크의 매 회전주기마다 반복학습함에 따라 디스크의 수 회전 후에 원주 방향의 위치와 동기되는 위치에러 보정치에 의해 주기적인 에러가 감쇄되도록 하고 있다. 따라서, 그러한 반복학습 제어기를 디스크 드라이브장치의 트랙추종동작에 적용하는 경우 주기적인 에러가 상당히 감쇄되어 트랙추종 능력이 향상될 수 있고, 그에 따라 트랙 정밀도의 향상을 기대할 수 있다.
그러나, 디스크 드라이브장치의 실제적인 기록, 독출동작과 관련하여 그 반복학습 제어기의 반복학습시간, 즉, 디스크 드라이브장치의 특성상 다소 차이는 있지만 디스크의 수 회전시간에 대응하는 학습시간을 고려해 보면, 기록, 독출이 가능한 상태로 되기까지의 대기시간이 연장된다는 단점이 있다. 실제로 학습제어를 각 헤드마다 수 트랙에 걸쳐 시행해야 하는 바, 이는 헤드별로 위치에러가 상호 다른 양태의 주기적 패턴을 보일 수 있기 때문이고, 또한 동일한 헤드에 의해 수 트랙에 걸쳐 학습을 해야 하는 바, 이는 로터리형(rotary type) 액츄에이터를 채용한 내장식(embedded) 서보 시스템의 경우 서보패턴이 대체로 디스크 반경에 대해 원호형상으로 배열되므로 어느 한 트랙에서의 위치에러 보정치만으로 전체 트랙의 위치에러 보정치를 대표할 수는 없기 때문이다.
이러한 상황에서 상기한 방식에서는 어느 한 트랙상에서 반복학습에 의해 주기적인 에러를 감쇄시킬 수는 있지만 헤드의 트랙 이동시에는 해당 트랙에 대해 재차 디스크의 수 회전에 걸쳐서 주기적인 에러에 대한 반복적인 에러보정을 수행해야만 하므로 결국 디스크 드라이브장치의 동작속도가 저속화된다는 결점도 있다.
더욱이, 상기한 반복학습 제어방식에 의하면 주기적인 에러에 대한 어느 정도의 감쇄효과는 얻을 수 있지만, 비주기적인 에러는 오히려 증폭될 수 있다(참조:T, Inoue, practical repetitive control system design proc. of 29th IEEE conference on Decision and control, pp 1673-1678, 1990).
이러한 비주기적인 에러의 증폭에 의해 헤드의 위치에러 정밀도가 악화될 가능성이 존재할 뿐만 아니라 오차의 최대치도 증대된다.
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 주기적으로 발생되는 위치에러를 디스크 드라이브의 기동시 또는 일정한 주기시간마다 반복학습해서 위치에러 보정치를 산출해서 저장하여 헤드의 트랙추종 정밀도를 향상시킬 수 있는 이득조정 반복학습 제어를 이용한 디스크 드라이브의 헤드위치 제어장치와 방법을 제공하는 것이다.
또, 본 발명의 다른 목적은 헤드마다 디스크의 수 트랙상에서 주기적인 위치 에러에 대해 반복학습을 수행하여 트랙의 상이한 위치에러 패턴에 대해서도 적응적으로 위치에러 보정이 수행될 수 있도록 한 이득조정 반복학습 제어를 이용한 디스크 드라이브의 헤드위치 제어장치와 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 헤드의 위치제어 정밀도를 악화시키는 비주기적인 에러의 저감이 가능한 디스크 드라이브의 헤드위치 제어장치와 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 학습된 위치에러 보정치가 디스크 드라이브의 동작시간 경과에 따른 열적인 요인에 의해 악화되는 것을 방지하기 위해 일정시간 간격으로 위치에러 3σ(트랙폭의 10%에 상당)를 계산하여 트랙폭의 일정 수준 이상인 경우 재학습을 행하여 새로운 위치에러 보정치를 산출하여 위치에러를 감쇄시키는 이득조정 반복학습 제어를 이용한 디스크 드라이브 헤드위치 제어장치와 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 헤드가 학습된 트랙상에서 비학습 트랙으로 이동하는 경우 선학습에 의해 산출, 저장된 위치에러 보정치를 적용하여 해당하는 트랙에 대한 위치에러 보정치를 산출해서 보다 신속한 위치제어가 가능한 이득조정 반복학습제어를 이용한 디스크 드라이브의 헤드위치 제어장치와 방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 장치는 디스크형 정보기억매체의 트랙에 정보를 기록하고 독출하기 위한 적어도 하나 이상의 헤드를 디스크형 정보기억매체의 반경방향으로 구동시키고, 상기 헤드를 통해 재생된 신호로부터 현재 위치한 트랙으로부터 목표트랙까지의 위치에러를 검출하기 위한 구동 및 위치에러 검출수단과, 일정 시간 간격으로 상기 검출된 위치에러의 편차를 검출하여 소정 편차 이상이면 스위칭 제어신호를 발생하는 위치에러 편차 검출수단과, 상기 스위칭 제어 신호에 응답하여 스위칭되는 스위칭 수단과, 상기 위치에러의 주파수특성에 따라 이득제어신호를 발생하는 자동이득조정기와, 상기 스위칭 수단을 통하여 제공되는 위치에러를 반복학습하여 상기 이득제어신호에 의해 이득 조정되고 선택된 헤드, 트랙번호 및 섹터번호로 특정화된 위치에러 보정치를 산출하는 반복학습 제어기와, 상기 반복학습 제어기로부터 산출된 위치에러 보정치를 선택된 헤드, 트랙번호 및 섹터번호에 의해 지정된 장소에 저장하기 위한 메모리와, 선택된 헤드, 트랙번호, 섹터번호에 의해 지정된 위치에러 보정치를 상기 메모리로부터 독출하여 출력하고, 없을 경우에는 인접 트랙들의 동일 섹터에 의해 지정된 위치에러 보정치들로부터 보간된 위치에러 보정치를 출력하는 보간기와, 검출수단을 통해 출력되는 위치에러와 상기 보간기로부터 출력된 위치에러 보정치를 가산하는 가산기와, 상기 가산된 위치에러를 기준치와 비교하여 트랙탐색 또는 트랙추종을 선택하고, 선택된 동작모드에 응답하여 상기 구동수단에 구동신호를 제공하는 트랙탐색/추종신호 발생수단을 구비한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 방법은 기동시 또는 일정 시간 간격으로 주어진 반복 학습 모드에서 선택된 헤드의 수 트랙에 걸쳐서 검출된 위치에러에 대한 보정치를 이득 조정 반복학습 제어방식에 의해 산출하고, 산출된 위치에러 보정치를 선택된 헤드, 트랙번호 및 섹터번호에 의해 지정된 저장장소에 저장하여 위치에러 보정치를 준비하는 단계; 선택된 헤드, 목표 트랙번호에 대응하는 저장장소에 상기 준비된 위치에러 보정치가 있을 경우에는 이를 독출하고, 없을 경우에는 인접 트랙들에 대응하는 저장장소에 저장된 위치에러 보정치들로부터 보간된 위치에러 보정치를 출력하는 단계; 디스크형 정보기록매체로부터 상기 선택된 헤드를 통하여 재생된 신호로부터 검출된 위치에러를 상기 위치에러 보정치에 의해 보정하는 단계; 상기 보정된 위치에러에 응답하여 트랙탐색 또는 트랙추종 동작을 실행하는 단계; 및 트랙추종 동작모드에서, 매 디스크 회전마다 또는 일정 시간 간격으로 검출된 위치에러의 편차를 체크하고, 일정치 이상으로 편차가 발생된 경우에는 상기 반복학습에 의한 위치에러 보정치를 구하고 구해진 새로운 위치에러 보정치로 이전 위치에러 보정치를 갱신하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 대해 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
제1도는 본 발명에 따른 반복학습 제어를 이용한 디스크 드라이브의 헤드위치 제어장치의 블록 구성도가 도시되어 있다. 동 도면에서 I는 헤드구동 및 위치에러 검출수단으로서, 이 헤드구동 및 위치에러 검출수단(I)은 호스트 컴퓨터와 같은 주제어부(1)의 제어하에 기록/독출 채널설정부(2)에서 설정된 기록 또는 독출모드에 따라 헤드선택 및 증폭부(3)에서 보이스 코일모터(4)의 구동하에 소망하는 헤드를 선택하여 스핀들모터(5)에 의해 회전구동되는 정보기억매체로서의 디스크(M)에 대해 정보를 기록하거나 독출하게 되고, 이 디스크(M)상에서 독출되는 서보패턴을 기초로 트랙 및 섹터에 대한 헤드의 위치에러를 검출하는 동작을 수행한다. 즉, 디스크(M)상에서의 기록, 독출은 제2(a)도에 도시된 바와 같고 디스크상(M)에 형성된 다수의 섹터를 단위로하여 실행되고, 임의의 트랙에서 헤드에 대한 위치에러를 판정하기 위한 섹터에는 제2(b)도에서 처럼 서보 정보필드, 에러 정정 코드필드 및 섹터간극으로 구성되고, 또 상기 서보 정보필드는 제2(c)도에 도시된 바와 같이 서보 동기 신호, 트랙 식별 정보, 미세 위치에러 정보를 얻기위한 2개의 버스트신호 A, B를 갖추고 있다. 상기 트랙 식별정보로서는 대체로 시스템의 안정성을 고려하여 그레이 코드(gray code)가 이용된다. 이러한 헤드의 위치에러에 관한 정보는 헤드선택 및 증폭부(3)를 통해 서보정보 검출기(6)와 서보정보 프로세서(7)에 인가되어 다음의 식(1)에 의해 위치에러가 산출된다. 즉, 위치에러 Pe는 다음 식 1에 의해 구해진다.
상기 식(1)에 의해 구해진 위치에러 Pe는 가산기(9)에서 목표 트랙번호 발생부(8)로부터의 목표트랙과 가산되어 위치에러신호로 된다. 이 위치에러신호는 참조부호 II로 표시된 반복학습 위치에러 보정치 발생수단(II) 즉, 후술하는 바와 같이 위치에러 3σ산출기(10)에 의해 설정되는 스위칭 소자(11)의 ON상태에서 반복학습제어기(12)에 인가되고, 이 반복학습 제어기(12)에서는 시스템의 초기화 또는 동작중에 환경적인 요인에 의해 후술하는 바와 같이 재초기화 조건이 설정되는 경우에 따라 스위칭 소자(11)가 ON되면 헤드선택정보, 트랙번호정보 및 섹터번호정보에 기초하여 시스템의 주기적인 위치에러에 대한 보정치를 산출하여 메모리(13)에 저장하게 된다.
이 경우, 상기 반복학습 제어기(12)의 위치에러 보정치 산출에 관한 정밀도를 향상시키기 위해 자동이득조정기(14)는 상기 반복학습 제어기(12)의 이득을 에러의 최대값이 존재하는 주파수(θ)와 현재 이득을 기초로 결정해 주게 된다. 이와 같이 구해진 위치에러 보정치는 보간기(15)를 통해 가산기(16)에 인가되어 상기 가산기(9)에서 인가되는 위치에러 데이타와 가산됨으로써 새로운 위치에러 데이터로 생성된다. 이 새로운 위치에러 데이터에 따라 트랙탐색/추종신호 발생수단(III)의 스위칭소자(17)는 위치에러가 β(트랙폭의 1/2∼1/4)이상이면 트랙탐색으로 판정하여 b측으로 스위칭 접속되어 목표속도 프로파일 작성부(19)에 의해 구해지는 목표속도와 헤드속도 판별부(20)에서 구해지는 실제의 헤드속도의 차이를 기초로 이득제어부(22)에서 구해지는 제어신호를 가지고서 속도 프로파일방식으로 트랙탐색동작을 실행하는 반면, 상기 위치에러 데이터가 β이하이면 PID 제어신호발생부(18)로부터 출력되는 신호에 따라 트랙추종 동작을 실행하도록 설정되는바, 이 경우에는 상기 가산기(23)를 통한 제어신호에는 DC 바이어스 보정부(25)에서 목표트랙번호를 기초로 시스템의 초기화단계에서 미리 설정된 예컨데 플렉시블 PCB에 의한 바이어스력이라든지 디스크의 회전시 발생되는 풍량에 따른 바이어스력등에 대해 보정된 다음 제어입력 포화제어기(26)에서 포화상태로 조정되고, 이어 디지털-아날로그 벼놘기(27)에서 아날로그 변환된 다음 VCM 구동부(28)를 통해 상기 보이스코일 모터(4)를 제어하여 소망하는 트랙탐색 또는 트랙추종 동작을 실행하게 된다.
이와 같은 동작에 있어서, 본 발명에 따라 채용된 이득조정 반복학습 방식을 수행하는 과정에 대해 이하에 상세하게 설명한다.
우선, 상기 식(1)에 의해 결정된 위치에러정보 Pe는 스위칭 소자(11)와 위치에러 3σ산출기(10)에 인가되는 바, 상기 스위칭 소자(11)는 본 발명에 따른 반복학습 시간에 의해 정보의 기록, 독출가능상태로 되기까지의 대기시간이 연장되는 것을 방지하기 위해 위치에러 3σ산출기(10)의 제어하에 시스템의 초기화 상태 또는 재초기화 조건이 발생되는 경우에만 실시간 제어로 ON되는 반면, 이외의 경우에는 OFF되어 반복학습 제어기(12)의 동작을 스위칭하게 된다. 즉, 이 스위칭 소자(11)의 제어를 위해 위치에러 3σ산출기(10)에서는 반복학습 제어기(12)의 가동시에 계속적으로 학습제어를 해야 할 것인가의 여부를 판단하기 위해, 또는 학습된 결과만을 이용해 제어를 행하는 경우에 열적인 요인에 의해 동작환경 변화가 발생되는 재학습을 해야 하는지를 판별하기 위해, 반복학습 제어기(12)의 동작여부를 결정하는 스위칭 소자(11)의 ON/OFF 결정조건 기준으로 위치에러 3σ의 계산을 다음 식(2)에 의해 수행하게 된다.
여기서, N은 섹터수, e(i)는 제I번째 섹터의 위치에러이다.
즉, 위치에러 3σ가 α(트랙폭의 10%)이하이면 스위칭 소자(11)는 OFF되는 반면 α보다 크면 ON된다.
이어, 상기 반복학습 제어기(12)는 제3도에 도시된 내부 구성을 가지면서 상기 스위칭 소자(11)의 ON상태에서 외부적으로 인가되는 헤드선택정보, 트랙번호 및 섹터번호정보를 기초로 헤드마다 수 트랙에 걸쳐서 주기적인 위치에러 요인을 반복학습하여 그 학습결과에 따른 위치에러 보정치를 기초로 하여 메모리(13)에 저장하게 된다. 이러한 상태에서는 예컨대 상기 스위칭 소자(11)의 OFF시에 반복학습 제어기(12)의 비가동상태에서 그 메모리(13)에 저장된 데이터를 이용하여 해당헤드 및 트랙, 섹터에 대한 위치에러 보정치를 계속적으로 이용할 수 있어 데이터의 실시간 기록, 독출을 향상시키고 있다.
또한 메모리(13)에 저장된 위치에러 보정치는 수 트랙에 걸쳐 학습하여 예컨대 정보의 기록/독출 동작시 목표트랙이 학습된 트랙과 일치하지 않는 경우 그 목표트랙 근방의 학습제어가 실시된 인접 트랙에서의 위치에러 보정 데이터를 보간하여 사용할 수 있도록 하기 위해 보간기(15)가 구비된다. 즉, 이 보간기(15)는 외부적으로 입력되는 헤드선택정보와 트랙번호 및 섹터번호정보를 기초로하여 기학습된 트랙의 위치에러 보정치를 기초로 다음과 같이 보간하여 새로운 위치에러 보정치를 산출한다.
즉, PECD(i,j)를 i번째 섹터, j번째 트랙에서의 위치에러 보정 데이터라고 하고, j1≤j≤j2라 한다(j1,j2는 각각 반복학습 제어가 실행된 인접 트랙번호).
그러면 PECD(i,j)는 다음 식(3)에 의해 계산될 수 있다.
그리고, 제1도의 반복학습 제어기(12)의 블록구성이 제3도에 도시되어 있는바, 그 전달함수는 다음 식(4)와 같다.
여기서, Gs는 Gr이 없는 상태에서 전체 시스템의 폐루프 전달함수를 나타내고, q(z)sms FIR 저역통과필터(LPF)의 특성으로서 일반적으로 다음 식(5)와 같이 주어진다.
여기서, L=2,4,6,8로 선택된다.
이때, Kr은 반복학습 제어기(12)의 이득으로 0Kr2이어야 안정하다.
Kr이 증가하면 에러의 주기성 요소는 크기가 작아지고, 비주기성 요소는 증가할 수도 감소할 수도 있는 바, 다음과 같은 적절한 Kr의 조정으로 에러의 크기를 작게 할 수 있다. 이를 위해 임의의 규준화 주파수를 다음과 같이 정의하자.
여기서,, K는 자연수, N은 섹터의 수, T=샘플링시간, 임의의 규준화된 주파수 θ에 대하여
(α(θ)는 FIR LPF의 크기)가 존재하여 현재의 Kr이 Kro보다 작거나 같으면, Kr을 더 작게 하고, Kr이 Kro보다 크면 Kr을 더 크게 함으로써 θ에 해당되는 에러를 감소시킬 수 있다. 따라서, 주파수영역에서 에러의 최대값이 θm이라는 주파수에서 존재한다면으로 계산되고 현재의 Kr(θm)은 Kro(θm)을 비교하여 Kr을 조정함으로써 에러의 최대값을 감소시킬 수 있다.
이상의 이득조정 알고리즘을 정리하면 다음과 같다.
먼저, 통상의 선형 SISO 이산 반복 제어 시스템을 고려하는 경우, R(Z)는 기준입력의 Z변환, C(Z)는 출력의 Z변환, E(Z)는 오차의 Z변환, Gr(Z)는 반복제어기의 전달함수, Go(Z)는 피제어 시스템의 전달함수, Gi(Z-1)는 완벽한 피제어 시스템의 모델링이 가능할 경우의 역전달함수로 선택하되, Kr, Z-1, T, NT는 각각 반복학습 제어기의 이득, 시간지연요소, 샘플링시간, 반복주기를 나타내며, 반복주기는 주기적인 에러의 기본 주파수의 주기와 같다고 한다.
주기적이면서 그 주파수가 정부 k에 대해 2πk(NT)[rad/s]인 신호를 조화신호 또는 하모닉신호라고 하고 그렇지 않은 모든 신호를 비조화신호 또는 비하모닉 신호라고 하자.
그리고, 제3도에 도시된 바와같이 저역통과필터로서 다음 식(6)과 같이 주어지는 FIR 저역통과필터가 주어진다고 한다.
여기서, L=2,4, 혹은 6으로 선택되며, q(Z)는 다음 식(7)을 만족한다.
그러면, 반복제어 시스템의 폐루프 전달함수 Gcl(Z)는 다음 식(8)과 같이 표현할 수 있다.
그리고, 에러전달함수 Ge(Z)를 Ge(Z)=1-Gcl(Z)로 정의하면 Ge(Z)는 다음과 같은 식(9)의 형태로도 표현될 수 있다.
여기서, Geo(Z)≡(1-Gx(Z))는 반복학습 제어기(12)가 적용되지 않은 경우의 에러전달함수에 해당되고,는 Ge(Z)와 Geo(Z)의 비로 표현되므로 Gre(Z)를 상대오차 전달함수라고 하고, Eo(Z)는 다음 식(10)과 같이 반복학습제어가 적용되지 않은 상태의 에러라고 하면,
E(Z)=Ge(Z)R(Z)이고,이므로 E(Z)와 Eo(Z)의 관계는 다음 식(11)과 같이 표현될 수 있다.
Z를 exp(jwT)로, θ를 ωNT로 놓으면, Gre(Z)는 Kr과 θ의 함수로 되며 다음 식(12)과 같이 표현할 수 있다.
여기서, θ는 0≤θ≤2π
E(θ)의 최대 노옴 |E|m을로, |E|m이 존재하는 주파수 θm을로 정의하자. 그러면 Kr을 다음과 같이 조정함으로써 |E|m을 감소시킬 수 있음을 알 수 있다.
식(8)의 반복학습 제어 시스템에서 0Kr2이고, |Gi(Z)Gs(Z)|=1이고, ∠이고, Gs(Z)가 점진적으로 안정하다는 가정하에서,일 때 Kr을 증가시키거나,일 때 Kr을 감소시키면 |E|m은 감소된다.
즉, 식(12)로부터 θ=θm일 때 E(Kr,θ)의 크기는 다음의 식(13)에 의해 표현될 수 있다.
그리고, |E(Kr,θm)|의 Kr에 대한 미분값은 이하의 식(14)에 의해 구해진다.
식(14)로부터 ∂(Kr)0이고,이면, 혹은 ∂(Kr)0이고,이면,임을 알 수 있다.
따라서, θm및의 부호만 주어지면 Kr의 증감에 따른 |E|m의 증감여부가 결정됨을 알 수 있다. θm은 단시간 고속 푸리에 변환(short time Fast Fourier Transform) 혹은 필터 뱅크(Filter banks)에 의해 구할 수 있다. 그리고의 부호 또한의 정량적 분석에 기초하여 다음과 같이 쉽게 구할 수 있다.
비조화에러의 거동을 쉽게 관찰하기 위하여이고,라고 하자. 그러면 Gre(Kr,θ)는 다음 식(15)에 의해 얻어질 수 있다.
그리고 |Gre(Kr,θ)|는 다음과 같이 얻어질 수 있다.
여기서,이고,이다. 이때 |Gre(θ)|는 기본주파수 ω0가주기성 우함수(even periodic function)이므로, 자연수 k에 대해는 0≤θ≤2π의 규준화된 주파수영역으로 사상(mapping)될 수 있다.
따라서, θ가 0 혹은 2π인 주파수는 주기성주파수에 해당되고, θ가 0과 2π이외의 주파수는 비주기성 주파수에 해당된다. 그리고 다음 식(17)과 같이 주어지는 방정식을 풀면,
여기서, Kr은 0Kr2이다.
는 다음 식(18)과 같이 결정된다.
고정된 θ에서 Kr≤Kro이면, Kr(|Gre(Kr,θ)|)≥0이고, KrKro이면,임을 알 수 있다. θm이 알려지면 Kro는 식(17)을 계산하므로써 알 수 있다. 따라서 현재 적용된 Kr과 Kro를 비교함으로써 Kr(|Gre(Kr,θm)|)의 부호는 쉽게 판별될 수 있다. 이상의 과정을 알고리즘으로 정리하면 다음과 같다.
알고리즘 I:식(3)으로부터 표현되는 반복학습 제어 시스템에 대하여 tolerance bound ε0와 이득조정폭를 적절히 선정한다.
i는 반복회수(the number of iteration)를 나타낸다. |E|m(i), Kr(i), θm(i) 그리고 Kro(i)를 |E|m, Kr, θm그리고 Kro의 값이라고 하자. 초기화를 위하여 i=1, |E|m(0)=0이라고 하자.
신속한 오차수렴속도를 위해 Kr(1)을 1로 하자.
즉,인 경우 E(i)의 스펙트럼분석에 의해 |E|m(i)와 θm(i)를 구하고, θm(i)를 식(13)에 대치하여 Kro(i)를 산출하며,이 되도록 Kr(i+1)을 갱신하고, 반복회수를 i+1로 갱신한다.
이상의 알고리즘에 의해 구해진 반복학습 제어기(12)의 이득의 적용에 의해 주기적 및 비주기적인 에러가 감쇄될 수 있게 한다.
이어, 상기와 같이 구성되어 동작하는 디스크 드라이브의 헤드위치 제어장치에 대해 제4도와 제5도에 도시된 플로우챠트를 참조하여 설명한다.
우선, 제4도의 단계 S61에서 시스템에 전원이 인가된 직후에 초기화가 실행되거나, 또는 카트리지의 장착시, 혹은 시스템 동작의 진행중 환경적 요인에 의해 새로운 학습제어의 실행이 필요한 경우의 재초기화가 실행된다. 이러한 조건이 만족되면 단계 S62에서는 위치에러 보정 데이터와 같은 반복학습 제어기(12)의 운용에 필요한 데이터를 초기화한 다음, 단계 S63과 64에서 소망하는 헤드와 디스크상의 트랙을 선택하고, 이어 단계 S65 트랙추종동작을 실행한다. 단계 S66에서는 이러한 트랙추종 동작실행 중에 판결되는 주기적 및 비주기적 위치에러에 대한 학습제어를 위해 반복학습 제어기(12)를 가동시켜 상술한 바와 같이 위치에러 보정치를 산출한다.
이후 반복학습 제어기(12)의 가동중에 단계 S67에서는 매 디스크의 회전시에 헤드가 각 섹터를 통과할 때마다 발생되는 위치에러를 기초로하여 위치에러 3σ를 산출한 다음 미리 설정된 α(통상 트랙폭의 10%정도)를 초과하는지 여부를 판별하여 α이하이면 소망하는 트랙추종정밀도를 확보한 것으로 판단하여 단계 S66으로 복귀한 다음 이후의 단계, 즉 반복학습에 의한 위치에러 보정 데이터를 산출한다. 여기서, 각 헤드에 대해서는 단계 S64∼단계 S68의 과정을 반복수행하도록 함으로써 각 헤드에서 서로 상이한 주기적 패턴을 가지고 위치에러에 대해 대비하도록 한다. 또한 선택된 각 트랙별로 단계 S65∼단계 S68의 과정을 반복하여 어느 한 트랙에서의 위치에러 보정치만으로 전 트랙의 위치에러 보정치로서 사용하는 경우에 발생될 수 있는 위치에러 패턴에 대해 보완하도록 한다. 이와 같이 하면, 각 헤드별로 각 트랙상에서의 위치에러에 대한 정도 높은 감쇄가 가능하게 된다.
제5도에 도시된 플로우챠트를 참조하면, 단계 S71에서 기록/독출 동작을 수행할 목표헤드번호와 목표트랙번호정보를 입력, 판별하여 단계 S72에서 목표헤드번호와 목표트랙번호 또는 그 근방의 트랙에서 제4도에 도시된 플로우챠트의 과정에 의해 학습된 위치에러 보정 데이터를 독출한다. 이어서, 단계 S73에서는 목표트랙번호와 학습제어가 실행된 트랙번호가 일치하지 않는 경우 목표 트랙 근방에서 학습된 위치에러 보정 데이터를 기초로 보간하여 보간된 위치에러 보정데이터를 새로운 위치에러 보정 데이터로서 사용한다. 이 경우, 보간법은 직선보간법(즉, 1차 보간법)이나 필요한 경우 고차보간법(higher order interpolation)을 이용할 수 있다.
단계 S74에서는 각 섹터마다, 즉 매 샘플링마다 보간된 위치에러 보정 데이터를 실제 위치에러 데이터와 각 섹터별로 1:1 동기화를 취하여 합산한 새로운 위치에러 데이터를 산출하고, 단계 S75에서 그 새로운 위치에러 데이터를 트랙추종 및 트랙탐색시의 위치에러로 이용하여 트랙추종 및 탐색동작을 실행한다. 이어서, 단계 S76에서는 트랙추종 동작시 디스크의 매 회전마다 또는 일정시간(예를들어 30분)마다 제4도의 단계 S67 과정과 같이 트랙 정밀도가 충분한지 여부를 판별하여 충분하다고 판단되면 단계 S77로 진행하여 해당 위치에러 보정치를 적용하여 주기적인 위치에러를 저감시키는 반면, 충분하지 않다고 판단되면 단계 S78로 진행하여 제4도의 과정에서 단계 S61의 학습제어의 재초기화 조건으로 간주하여 제4도의 과정을 재차 실행함으로써 시스템의 안정성을 확보한다.
상기한 바와 같이 본 발명에 의하면 디스크 드라이브의 헤드위치 제어 시스템에서 주기적 및 비주기적으로 발생되는 위치제어에 대한 반복학습 제어방식을 적용함으로써 위치에러를 상당한 정도로 저감시킬 수 있고, 그에 따라 시스템의 안정성과 트랙밀도의 향상이 도모될 수 있어, 디스크의 기록밀도가 향상될 수 있다. 또한 학습제어의 실시간 실행과정과, 그 실행에 다라 얻은 위치에러 보정치를 이용하는 과정을 구분하여 시스템의 초기화 단계 또는 상황에 따라 간헐적으로 학습제어를 실행하도록 함으로써 학습에 필요한 시간에 의해 시스템의 실제 기록, 독출 동작을 위한 대기시간에 영향을 주지 않게 되며, 트랙탐색시 위치에러 보정 데이터를 이용하여 트랙탐색 도중에 목표트랙 위치를 정확히 인지할 수 있어 정착시간의 감소가 가능할 뿐 아니라 트랙탐색 동작에서 트랙추종 동작으로의 보다 신속한 절환이 가능하게 된다.
더욱이, 학습제어방식의 실행중에 각 헤드별로 선택된 복수의 트랙에 대해 학습을 실행하고, 그 반복학습 제어 완료후 위치에러 보정치의 이용시에는 목표헤드 및 목표트랙 또는 그 근방의 트랙에서 학습된 위치에러 보정치를 이용하여 보간함으로써 새로운 위치에러 보정치를 발생시켜 보다 안정되고 정확한 트랙추종 동작을 확보할 수 있다.
그리고, 상술한 본 발명에 따르면 헤드위치 제어장치 및 방법은 하드 디스크 드라이브 또는 카트리지 교환가능형 하드 디스크 드라이브뿐만 아니라 플로피 디스크 드라이브라든지 광 또는 자기 디스크 드라이브 등의 헤드위치 제어장치로도 적용할 수 있다.
제1도는 본 발명에 따른 이득조정 반복학습 제어를 이용한 디스크 드라이브의 헤드위치 제어장치에 대한 블록구성도.
제2도는 정보기억디스크에 기록된 서보프레임을 도식적으로 나타낸 도면.
제3도는 제1도에 도시된 반복학습 제어를 실행하는 이득조정 반복학습 제어기의 구성을 나타낸 블록도.
제4도는 본 발명의 반복학습 제어를 이용한 디스크 드라이브의 헤드위치 제어동작을 설명하기 위한 플로우차트.
제5도는 제4도에서의 반복학습 제어방법에 의해 구해진 위치에러 보정치를 사용한 헤드위치 제어동작을 설명하기 위한 플로우챠트이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 위치에러 3σ산출기 11 : 스위칭소자
12 : 이득조정 반복학습 제어기 13 : 메모리
14 : 자동이득조정 프로세서 15 : 보간기
16 : 가산기

Claims (8)

  1. 디스크형 정보기억매체의 트랙에 정보를 기록하고 독출하기 위한 적어도 하나 이상의 헤드를 디스크형 정보기억매체의 반경방향으로 구동시키고, 상기 헤드를 통해 재생된 신호로부터 현재 위치한 트랙으로부터 목표트랙까지의 위치에러를 검출하기 위한 구동 및 위치에러 검출수단; 일정 시간 간격으로 상기 검출된 위치에러의 편차를 검출하여 소정 편차 이상이면 스위칭 제어신호를 발생하는 위치에러 편차 검출수단; 상기 스위칭 제어신호에 응답하여 스위칭되는 스위칭 수단; 상기 위치에러의 주파수특성에 따라 이득제어신호를 발생하는 자동이득조정기; 상기 스위칭 수단을 통하여 제공되는 위치에러를 반복학습하여 상기 이득제어신호에 의해 이득 조정되고 선택된 헤드, 트랙번호 및 섹터번호로 특정화된 위치에러 보정치를 산출하는 반복학습 제어기; 상기 반복학습 제어기로부터 산출된 위치에러 보정치를 선택된 헤드, 트랙번호 및 섹터번호에 의해 지정된 장소에 저장하기 위한 메모리; 선택된 헤드, 트랙번호, 섹터번호에 의해 지정된 위치 에러 보정치를 상기 메모리로부터 독출하여 출력하고, 없을 경우에는 인접 트랙들의 동일 섹터에 의해 지정된 위치에러 보정치들로부터 보간된 위치에러 보정치를 출력하는 보간기; 상기 검출수단을 통해 출력되는 위치에러와 상기 보간기로부터 출력된 위치에러 보정치를 가산하는 가산기; 상기 가산된 위치에러를 기준치와 비교하여 트랙탐색 또는 트랙추종을 선택하고, 선택된 동작모드에 응답하여 상기 구동수단에 구동신호를 제공하는 트랙탐색/추종신호 발생수단을 구비한 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브의 헤드위치 제어장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 스위칭 수단은 상기 위치에러 편차 검출수단에 의해 위치에러가 트랙폭의 10%이상이거나, 초기 기동시에는 온되고, 그 외에는 오프되는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브의 헤드위치 제어장치.
  3. 제1항에 있어서, 자동이득조정기는 기준 주파수에서의 이득값과 현재 주파수에서의 이득값을 비교하여 현재 이득값이 기준 이득값 이하일 경우에는 현재 이득값을 더욱 작게 조정하고, 현재 이득값이 기준 이득값 보다 큰 경우에는 현재 이득값을 더욱 크게 조정하는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브의 헤드위치 제어장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 반복학습 제어기는 각 헤드별로 수 트랙에 걸쳐 주기적인 에러를 반복학습하도록 된 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브의 헤드위치 제어장치.
  5. 기동시 또는 일정 시간 간격으로 주어진 반복 학습 모드에서 선택된 헤드의 수 트랙에 걸쳐서 검출된 위치에러에 대한 보정치를 이득조정 반복학습 제어방식에 의해 산출하고, 산출된 위치에러 보정치를 선택된 헤드, 트랙번호 및 섹터번호에 의해 지정된 저장장소에 저장하여 위치에러 보정치를 준비하는 단계; 선택된 헤드, 목표 트랙번호에 대응하는 저장장소에 상기 준비된 위치에러 보정치가 있을 경우에는 이를 독출하고, 없을 경우에는 인접 트랙들에 대응하는 저장장소에 저장된 위치에러 보정치들로부터 보간된 위치에러 보정치를 출력하는 단계; 디스크형 정보기록매체로부터 상기 선택된 헤드를 통하여 재생된 신호로부터 검출된 위치에러를 상기 위치에러 보정치에 의해 보정하는 단계; 상기 보정된 위치에러에 응답하여 트랙탐색 또는 트랙추종 동작을 실행하는 단계; 및 트랙추종 동작모드에서, 매 디스크 회전마다 또는 일정 시간 간격으로 검출된 위치에러의 편차를 체크하고, 일정치 이상으로 편차가 발생된 경우에는 상기 반복학습에 의한 위치에러 보정치를 구하고 구해진 새로운 위치에러 보정치로 이전 위치에러 보정치를 갱신하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브의 헤드위치 제어방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 위치에러를 검출하는 것은 위치에러 Pe=｛(목표트랙번호-현재 헤드위치 트랙번호)+Gf(A-B)｝(A는 버스트신호 A의 크기, B는 버스트신호 B의 크기, 단 |Gf(A-B)|트랙폭의 50%)에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브의 헤드위치 제어방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 위치에러 편차 검출은
    에 의해 반복 학습 모드를 실행하는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브의 헤드위치 제어방법.
  8. 제5항에 있어서, 상기 주어진 트랙의 준비된 위치에러 보정치가 없는 경우에는 것은 PECD(i,j)=(j2-j1)(j-j1)+PECD(i,j1)(i는 i번째 섹터, j는 j번째 트랙, j1ujj2)에 의해 보간하는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브의 헤드위치 제어방법.
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