KR100555523B1 - 디스크 드라이브의 트랙 탐색 서보 제어 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 디스크 드라이브 제어 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히 디스크 드라이브에서 소음을 저감시키면서도 트랙 탐색 시간을 단축시키기 위한 디스크 드라이브의 트랙 탐색 서보 제어 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명에 의한 디스크 드라이브의 트랙 탐색 서보 제어 방법은 디스크 드라이브 제어 방법에 있어서, 트랙 탐색 모드에서 스텝 함수와 트랙 탐색 시작과 끝부분에서 0이 되는 좌우 대칭인 함수를 컨볼루션 연산하여 가속도 궤적을 얻는 과정; 및 상기 가속도 궤적을 기반으로 변환기를 목표 트랙으로 이동시키는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

디스크 드라이브의 트랙 탐색 서보 제어 방법 및 장치{Method and apparatus for controlling track seek servo in disk drive}
도 1은 본 발명이 적용되는 하드디스크 드라이브의 구성의 평면도이다.
도 2는 본 발명이 적용되는 하드디스크 드라이브를 제어하는 전기 시스템의 회로도이다.
도 3은 본 발명에 의한 하드 디스크 드라이브의 서보 제어 시스템의 회로도이다.
도 4는 본 발명에 의한 컨볼루션 가속도 궤적 연산에 이용되는 신호들의 파형도이다.
도 5(a) - 5(d)는 수학식 5를 수학식 4, 6, 7에 적용하여 유도한 가속도 궤적, 속도 궤적, 위치 궤적 및 Jerk 궤적을 도시한 것이다.
도 6(a) - 6(d)는 수학식 8을 수학식 4, 6, 7에 적용하여 유도한 본 발명에 의한 가속도 궤적, 속도 궤적, 위치 궤적 및 Jerk 궤적을 도시한 것이다.
도 7은 종래의 기술에 의한 가속도 궤적 및 Jerk 궤적을 도시한 것이다.
도 8은 본 발명과 종래 기술의 시크 성능을 비교하기 위한 시크 길이에 대한 탐색 시간을 도시한 것이다.
본 발명은 디스크 드라이브 제어 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히 디스크 드라이브에서 소음을 저감시키면서도 트랙 탐색 시간을 단축시키기 위한 디스크 드라이브의 트랙 탐색 서보 제어 방법 및 장치에 관한 것이다.
하드디스크 드라이브는 회전하는 단일 또는 복수의 디스크 각각의 자계를 감지하고 자화시킴으로써 정보를 기록하고 읽을 수 있는 복수의 자기 변환기(magnetic transducer)들을 포함하고 있다. 이 정보는 환상 트랙 내에 위치한 복수의 섹터들 내에 저장된다. 디스크의 각 표면을 가로질러 위치한 트랙 번호가 있다. 수직적으로 유사한 트랙들의 번호는 때로는 실린더(cylinder)라 칭한다. 그러므로 각 트랙은 실린더 번호에 의하여 정의되기도 한다.
각 변환기(transducer)는 전형적으로 헤드 짐벌 어셈블리(HGA:Head Gimbal Assembly)에 편입되어 있는 슬라이더 내에 통합되어 있다. 각 헤드 짐벌 어셈블리는 엑츄에이터 암에 부착되어 있다. 엑츄에이터 암은 보이스 코일(voice coil) 모터를 함께 특정하는 마그네틱 어셈블리에 인접되게 위치한 보이스 코일을 갖고 있다. 하드디스크 드라이브는 전형적으로 보이스 코일 모터를 여기시키는 전류를 공급하는 구동 회로 및 콘트롤러를 포함하고 있다. 여기된 보이스 코일 모터는 엑츄에이터 암을 회전시켜 변환기들을 디스크(들)의 표면을 가로질러 이동시킨다.
정보를 기록하거나 또는 읽을 때, 하드디스크 드라이브는 변환기를 한 실린더에서 다른 실린더로 이동시키기 위한 시크 루틴을 실행할 가능성이 있다. 시크 루틴 도중에 보이스 코일 모터는 변환기들을 디스크 표면에서 새로운 실린더 위치로 이동시키는 전류에 의하여 여기 된다. 콘트롤러는 또한 변환기가 정확한 실린더 위치 및 트랙의 중앙으로 이동시키는 것을 보증하는 서보 루틴을 실행한다.
디스크(들)로부터 정보를 읽거나 기록하는데 필요한 시간의 양을 최소화시키는 것이 바람직하다. 그러므로, 드라이브에 의하여 실행되는 시크 루틴은 변환기들을 가장 짧은 시간 내에 새로운 실린더 위치로 이동시켜야 한다. 추가적으로, 헤드 짐벌 어셈블리의 안정 시간은 변환기가 빠르게 정보를 기록하거나 또는 읽을 수 있고, 한번에 새로운 실린더에 인접되게 위치하도록 하기 위하여 최소화되어야 한다.
일반적으로, 목표 트랙으로 신속하게 변환기를 이동시키기 위하여 구형파 형태의 가속도 궤적으로 적용하여 시크 서보 제어를 실행하였다. 불행하게도, 구형파는 높은 주파수 성분의 고조파를 포함하고 있는데, 이는 헤드 짐벌 어셈블리에서 기계적인 공진을 초래해서 높은 자연 주파수로 기계적인 구성요소 또는 어셈블리들을 여기시킨다. 이는 잔여 진동으로 인하여 청각적인 노이즈, 원하지 않는 진동 및 이와 관련된 안정 시간을 초래하였다. 종래의 기술의 구형파에 의하여 생성된 기계적인 공진은 디스크로부터 정보를 기록하거나 또는 읽기 위하여 필요로 되는 안정 및 전체 시간 모두를 증가시키는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 개발된 기술이 정현파 형태의 가속도 궤적을 이용한 시크 제어 방법으로, 이에 따른 가속도 방정식, 속도 방정식 및 위치 방정식은 수학식 1과 같다.
여기에서, 상수 는 각각 가속도 상수, 전류진폭, 트랙 탐색 시간을 나타낸다.
이와 같은 정현파 가속도 궤적을 사용하는 경우에 구형파 가속도 궤적을 사용하는 경우에 비하여 트랙 탐색 시간이 약 10% 정도 증가하게 되는 단점이 있다. 또한, 수학식 1과 같은 정현파 가속도 궤적을 이용하는 경우에도 트랙 탐색 시작 부분과 끝 부분에서 발생되는 일정 양의 Jerk로 인하여 여전히 기계적 소음 및 진동이 발생된다.
여기에서, Jerk는 가속도를 미분한 값(가속도의 변화량)을 의미한다. 특히, 트랙 탐색 시작 부분과 끝 부분에서 발생되는 Jerk 값은 기계적 소음 및 진동의 원인이 된다.
그런데, 트랙 탐색 시에 구형파 가속도 궤적을 이용하는 경우에 탐색 시작과 끝 부분에서 Jerk 값은 수학식 2에서 알 수 있듯이 무한대 값을 갖는다.
Figure 112003041143572-pat00001
그리고, 트랙 탐색 시에 구형파 가속도 궤적을 이용하는 경우에 탐색 시작과 끝 부분에서 Jerk 값은 수학식 3에서 알 수 있듯이 정현파의 최대값을 갖는다.
Figure 112003041143572-pat00002
따라서, 수학식 1에 의한 정현파 가속도 궤적을 이용하는 시크 서보는 구형파 가속도 궤적을 이용하는 경우에 비해서 Jerk 값이 개선되었으나, 수학식 3에서 알 수 있듯이 정현파의 최대값만큼의 Jerk 값이 트랙 탐색 시작과 끝 부분에서 발생되어 여전히 기계적 소음 및 진동의 원인이 되는 문제점이 있었다.
뿐만 아니라, 가속도 궤적에 이용되는 정현파는 디스크 드라이브 설계 단계에서 미리 계산되어 마이크로프로세서의 메모리에 저장되며, 디스크 드라이브의 동작 중 가속도 궤적의 생성 단계에서 메모리에 저장된 값들을 이용하게 된다. 따라서 메모리의 사용량을 증가시키는 문제점이 있었다.
다음으로, 시크 모드 실행시의 기계적 소음을 줄이기 위하여 개발된 기술로서, 대한민국 공개특허공보 2001-0067380호의 "하드디스크 드라이브 서보 메카니즘을 위한 일반 푸리에 시크 방법 및 장치"가 있다.
대한민국 공개특허공보 2001-0067380호에 기재된 기술은 일반 푸리에 급수 시크 가속도 궤적을 적용하여 시크 시간 단축 및 시크 모드 실행시에 발생되는 기계적인 진동 등의 성능을 개선시키는 것을 특징으로 한다. 그런데, 이 기술 또한 가속도 궤적 생성에 이용되는 일반 푸리에 급수가 여러 개의 정현파 신호의 합으로 표현됨으로 메모리에 별도의 사인 또는 코사인 테이블을 저장시켜야 하는 문제 점이 있으며, 또한, 가속도 궤적의 시작과 끝점에서의 Jerk에 대한 고려가 없으므로 트랙 탐색 시작과 끝 부분에서 Jerk 값이 0이 되지 않아 Jerk로 인한 기계적 소음 및 진동이 발생되는 문제점을 개선시키지 못했다.
본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 상술한 문제점을 해결하기 위하여 컨볼루션 연산에 의하여 생성된 가속도 궤적을 이용하여 메모리 이용량을 줄이고 트랙 탐색의 시작과 끝 부분에서 발생되는 Jerk 값을 최소화하여 기계적 소음을 저감하면서 동시에 트랙 탐색 시간을 단축시키기 위한 디스크 드라이브의 트랙 탐색 서보 제어 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 의한 디스크 드라이브의 트랙 탐색 서보 제어 방법은 디스크 드라이브 제어 방법에 있어서, 트랙 탐색 모드에서 트랙 탐색 시작과 끝부분에서 가속도의 변화량이 0이 되도록 컨볼루션 연산에 의하여 유도된 가속도 궤적을 이용하여 변환기를 목표 트랙으로 이동시킴을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 의한 디스크 드라이브의 트랙 탐색 서보 제어 방법은 디스크 드라이브 제어 방법에 있어서, 트랙 탐색 모드에서 스텝 함수와 트랙 탐색 시작과 끝부분에서 0이 되는 좌우 대칭인 함수를 컨볼루션 연산하여 가속도 궤적을 얻는 과정; 및 상기 가속도 궤적을 기반으로 변환기를 목표 트랙으로 이동시키는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 의한 디스크 드라이브의 트랙 탐색 서보 제어 장치는
트랙 탐색 모드에서 스텝 함수와 트랙 탐색 시작과 끝부분에서 0이 되며 좌우 대칭인 함수를 컨볼루션 연산하여 가속도 궤적을 생성시키고, 상기 가속도 궤적을 적용하여 설계 위치 값, 설계 속도 값 및 설계 가속도값을 연산하는 시크 궤적 생성기, 변환기가 디스크에서 이동되는 실제 위치값, 실제 속도값 및 가속도값을 결정하는 상태 추정기, 상기 설계 위치값에서 실제 위치값을 감산하여 출력시키는 제1합산기, 상기 제1합산기 출력값에 위치 보정을 위한 소정의 위치 이득을 곱하여 위치 보정값을 생성시키기 위한 위치 제어 이득 보상기, 상기 위치 보정값과 상기 설계 속도값을 합산하고, 상기 위치 보정값과 상기 설계 속도값의 합산값에서 상기 실제 속도값을 감산하여 출력시키는 제2합산기, 상기 제2합산기의 출력값에 속도 보정을 위한 소정의 속도 이득을 곱하여 속도 보정값을 생성시키기 위한 속도 제어 이득 보상기, 상기 속도 보정값과 상기 설계 가속도값을 합산하고, 상기 속도 보정값과 상기 설계 가속도값의 합산값에서 상기 실제 가속도값을 감산하여 가속도 보정값을 생성시키는 제3합산기 및 상기 가속도 보정값에 상응하여 보이스 코일에 공급되는 전류를 가변시키는 엑츄에이터를 포함함을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 의한 트랙 탐색 서보 제어 알고리즘이 적용되는 디스크 드라이브는 소정의 정보를 저장하는 디스크, 상기 디스크를 회전시키는 스핀들 모터, 상기 디스크에 정보를 기록하고 상기 디스크로부터 정보를 읽어내는 변환기, 상기 변환기를 상기 디스크의 표면을 가로질러 이동시키는 엑츄에이터 및 트랙 탐색 모드에서 스텝 함수와 트랙 탐색 시작과 끝부분에서 0이 되며 좌우 대칭인 함수를 컨볼루션 연산하여 얻어진 가속도 궤적을 이용하여 상기 변환기를 목표 트랙으로 이동시키도록 상기 엑츄에이터를 제어하는 콘트롤러를 포함함을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 의한 트랙 탐색 서보 제어 알고리즘이 적용되는 디스크 드라이브는 소정의 정보를 저장하는 디스크, 상기 디스크를 회전시키는 스핀들 모터, 상기 디스크에 정보를 기록하고 상기 디스크로부터 정보를 읽어내는 변환기, 상기 변환기를 상기 디스크의 표면을 가로질러 이동시키는 엑츄에이터 및 트랙 탐색 모드에서 트랙 탐색 시작과 끝부분에서 가속도의 변화량이 0이 되도록 컨볼루션 연산에 의하여 유도된 가속도 궤적에 상응하는 전류를 보이스 코일에 인가하여 상기 변환기를 현재 트랙에서 목표 트랙으로 이동시키도록 상기 엑츄에이터를 제어하는 콘트롤러를 포함함을 특징으로 한다.
일반적으로 디스크 드라이브에 있어서 트랙 탐색 서보의 목적은 소음 및 진동을 최소화 하면서 헤드를 신속하게 원하는 위치로 이동시키는 데 있다. 구형파의 가속도 궤적을 가지는 뱅뱅 시크 제어기(Bang-Bang Seek Controller)는 탐색 시간을 최소화하는데 가장 유리하나 소음 및 진동 측면에서 매우 취약하며, 정현파의 가속도 궤적을 가지는 탐색 제어기(Sinusoidal Seek Controller)는 진동 및 소음 측면에서 유리하나 구형파에 비해 전류의 사용 측면에서 비효율적이다. 따라서 탐색 시간이 10%정도 늘어나는 단점이 있다.
기존의 두 제어기 모두 트랙 탐색의 시작과 끝 부분에서 기계적 진동과 소음 의 원인이 될 수 있는 Jerk가 존재한다.
본 발명에서는 이러한 트랙 탐색의 시작과 끝 부분에서 발생하는 Jerk양을 최소화하여 소음과 진동을 감소시키며 탐색 성능을 향상시킬 수 있는 다음에 기술하는 새로운 가속도 궤적을 설계하고자 한다.
Jerk는 갑작스런 움직임을 의미하는 말로 가속도를 미분 한 값 즉, 가속도의 변화량을 나타내며 Jerk의 값이 클수록 단위시간당 작용하는 충격량의 크기가 커지게 된다. 따라서 트랙 탐색의 시작과 끝 부분에서의 Jerk 값을 최소화하면 기계적 진동과 이에 따른 소음을 줄일 수 있게 된다. 도 7과 같이 뱅뱅 시크 제어기의 경우 무한대의 Jerk가 발생하며 정현파 형태의 가속도 궤적의 경우 코사인 형태의 Jerk가 발생하여 트랙 탐색의 시작과 끝 부분에서의 Jerk가 영(0)이 될 수 없다.
그러면, 본 발명에 의한 컨볼루션 연산을 이용한 가속도 궤적 생성 방법에 대하여 설명하기로 한다. 본 발명에서는 가속도 궤적 생성 시에 트랙 탐색의 시작과 끝 부분의 Jerk 값을 최소화하기 위해 수학식 4와 같은 컨볼루션 연산식을 이용한다.
Figure 112003041143572-pat00003
여기에서, n은 탐색 구간의 샘플링 값을 의미한다.
위의 수학식 4의 컨볼루션 연산에 이용되는 x[n] 및 h[n]은 일 예로서 도 4에 도시된 바와 같은 파형으로 정의할 수 있으며, 이는 수학식 5와 같이 표현된다. 도 4에서는 T= 28로 정의하였으며, 도 5a에서는 T=50으로 정의하였다.
Figure 112003041143572-pat00004
그러면, 수학식 5에 의한 x[n] 및 h[n]을 수학식 4에 적용하여 컨볼루션 연산을 실행하면, 도 5a에 도시된 컨볼루션 시크의 전체 가속도 궤적의 1/4을 얻을 수 있게 된다. 즉, 가속 구간의 1/2의 구간의 가속도 궤적을 생성시킬 수 있게 된다. 세부적으로 도 5a의 전체 시크 타임 n=200(4T)중에서 0≤n≤50(T) 구간의 가속도 궤적을 얻을 수 있게 된다.
그리고, 도 5(a)에서 잔여 가속 구간(50＜n≤100)의 가속도 a2[n] 궤적은 수학식 4 및 수학식 5에 의하여 얻은 가속 구간(0≤n≤50)의 주기성을 이용하여 수학식 6에 의하여 구할 수 있다.
Figure 112003041143572-pat00005
그리고, 감속 구간(100＜n≤200)의 가속도 궤적은 가속 구간의 가속도 궤적의 부호가 반대이고 절대값의 크기는 동일함으로 수학식 4를 이용하여 수학식 7에 의하여 구할 수 있다.
Figure 112003041143572-pat00006
수학식 4, 6, 7을 적분하면 속도, 위치 궤적을 유도할 수 있으며, 이에 대한 각각의 궤적을 도 5(b), (c)에 도시하였다. 도한, 수학식 4, 6, 7을 미분하면 jerk 궤적을 유도할 수 있으며, 이에 대한 도 5d에 도시하였다.
수학식 4에 표현된 바와 같이, 컨볼루션 연산식은 이산화된 두 신호의 곱과 합의 계산으로 이루어져 있으므로 정현파 궤적을 이용하는 기술에 비하여 메모리 사용량을 줄일 수 있으며 또한 연산 속도를 높일 수 있게 된다.
특히, 수학식 5에 표현된 바와 같이, x[n]을 크기가 1인 단위 계단파 신호를 이용하는 경우에 곱셈 연산이 필요없게 되어 덧셈만으로 컨볼루션 연산을 실행할 수 있어 연산 속도를 획기적으로 향상시킬 수 있게 된다.
그런데, 수학식 5에 표현된 식들을 컨볼루션 연산하여 얻은 가속도 궤적을 이용하여 시크 제어를 실행하는 경우에, 도 5a에 도시된 가속도 궤적에서 알 수 있듯이 전류 사용 측면에서 정현파 가속도 궤적을 이용하는 경우에 비하여 전류를 덜 사용하기 때문에 탐색 속도가 저하된다.
따라서, 컨볼루션 연산을 이용하면서 시크 성능을 정현파 가속도 궤적을 이용하는 종래의 시크 기술에 비하여 시크 속도를 향상시키기 위하여 컨볼루션에 적용되는 2개의 신호를 수학식 8과 같이 변형시킬 필요가 있다.
Figure 112003041143572-pat00007
수학식 8에서 컨볼루션 연산 과정에서 곱셈 연산을 생략하기 위해 c=1로 설계하는 것이 효율적이다. 즉, 크기가 1인 단위 계단 함수를 이용하는 것이 효율적이다.
수학식 8에서 c=1, m=0.4로 설정하여 수학식 4, 6, 7에 적용하면, 도 6a와 같은 컨볼루션 시크 가속도 궤적을 얻을 수 있게 된다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 시크 타임, 20≤n≤80 및 120≤n≤180 구간에서 가속도가 일정한 코오스트(coast) 구간이 생성되어, 전류 사용을 정현파 가속도 궤적을 이용하는 경우에 비하여 증가시킬 수 있게 되어 시크 속도를 향상시킬 수 있게 된다.
도 6a와 같은 궤적의 컨볼루션 시크 가속도 궤적 함수를 적분하면, 도 6b, c와 같은 속도 및 위치 궤적을 얻을 수 있으며, 또한 컨볼루션 시크 가속도 궤적 함수를 미분하면 도 6d와 같은 jerk 궤적을 얻을 수 있게 된다.
도 6d에 도시된 바와 같이, 컨볼루션 시크 가속도 궤적을 이용하는 경우에 시크 시작점 및 끝부분에서 jerk 양이 0이 되어 트랙 탐색의 시작과 끝부분에서의 기계적 진동 및 소음을 최소화시킬 수 있게 된다.
다음으로, 본 발명에 디스크 드라이브의 트랙 탐색 서보 제어 장치를 설명하기로 한다.
우선, 본 발명이 적용되는 하드 디스크 드라이브에 대하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명이 적용되는 하드 디스크 드라이브(10)의 구성을 보여준다.
드라이브(10)는 스핀들 모터(14)에 의하여 회전되는 적어도 하나의 자기 디스크(12)를 포함하고 있다. 드라이브(10)는 디스크(12) 표면에 인접되게 위치한 변환기(16)를 또한 포함하고 있다.
변환기(16)는 각각의 디스크(12)의 자계를 감지하고 자화시킴으로써 회전하는 디스크(12)에서 정보를 읽거나 기록할 수 있다. 전형적으로 변환기(16)는 각 디스크(12)의 표면에 결합되어 있다. 비록 단일의 변환기(16)로 도시되어 설명되어 있지만, 이는 디스크(12)를 자화시키기 위한 기록용 변환기와 디스크(12)의 자계를 감지하기 위한 분리된 읽기용 변환기로 이루어져 있다고 이해되어야 한다. 읽기용 변환기는 자기 저항(MR : Magneto-Resistive) 소자로부터 구성되어 진다.
변환기(16)는 슬라이더(20)에 통합되어 질 수 있다. 슬라이더(20)는 변환기(16)와 디스크(12) 표면 사이에 공기 베어링(air bearing)을 생성시키는 구조로 되어 있다. 슬라이더(20)는 헤드 짐벌 어셈블리(22)에 결합되어 있다. 헤드 짐벌 어셈블리(22)는 보이스 코일(26)을 갖는 엑츄에이터 암(24)에 부착되어 있다. 보이스 코일(26)은 보이스 코일 모터(VCM : Voice Coil Motor 30)를 특정하는 마그네틱 어셈블리(28)에 인접되게 위치하고 있다. 보이스 코일(26)에 공급되는 전류는 베어링 어셈블리(32)에 대하여 엑츄에이터 암(24)을 회전시키는 토오크를 발생시킨다. 엑츄에이터 암(24)의 회전은 디스크(12) 표면을 가로질러 변환기(16)를 이동시킬 것이다.
정보는 전형적으로 디스크(12)의 환상 트랙 내에 저장된다. 각 트랙(34)은 일반적으로 복수의 섹터를 포함하고 있다. 각 섹터는 데이터 필드(data field)와 식별 필드(identification field)를 포함하고 있다. 식별 필드는 섹터 및 트랙(실린더)을 식별하는 그레이 코드(Gray code)로 구성되어 있다. 변환기(16)는 다른 트랙에 있는 정보를 읽거나 기록하기 위하여 디스크(12) 표면을 가로질러 이동된다.
다음으로, 하드 디스크 드라이브의 전기적인 시스템의 동작에 대하여 설명하기로 한다.
도 2는 하드 디스크 드라이브(10)를 제어할 수 있는 전기 시스템(40)을 보여준다. 전기 시스템(40)은 리드/라이트(R/W) 채널 회로(44) 및 프리-앰프 회로(46)에 의하여 변환기(16)에 결합된 콘트롤러(42)를 포함하고 있다. 콘트롤러(42)는 디지털 신호 프로세서(DSP : Digital Signal Processor), 마이크로프로세서, 마이크로콘트롤러 등이 된다. 콘트롤러(42)는 디스크(12)로부터 읽거나 또는 디스크(12)에 정보를 기록하기 위하여 읽기/쓰기 채널(44)로 제어신호를 공급한다. 정보는 전형적으로 R/W 채널로부터 호스트 인터페이스 회로(54)로 전송된다. 호스트 인터페이스 회로(54)는 퍼스널 컴퓨터와 같은 시스템에 인터페이스하기 위하여 디스크 드라이브를 허용하는 버퍼 메모리 및 제어 회로를 포함하고 있다.
콘트롤러(42)는 보이스 코일(26)에 구동 전류를 공급하는 VCM 구동부(48)에 또한 결합되어 있다. 콘트롤러(42)는 VCM의 여기 및 변환기(16)의 움직임을 제어하기 위하여 VCM 구동부(48)로 제어신호를 공급한다.
콘트롤러(42)는 읽기 전용 메모리(ROM : Read Only Memory) 또는 플레쉬 메모리 소자(50)와 같은 비휘발성 메모리 및 랜덤 악세스 메모리(RAM : Random Access Memory) 소자(52)에 결합되어 있다. 메모리 소자(50, 52)는 소프트웨어 루틴을 실행시키기 위하여 콘트롤러(42)에 의하여 사용되어지는 명령어 및 데이터를 포함하고 있다. 소프트웨어 루틴의 하나로서 한 트랙에서 다른 트랙으로 변환기(16)를 이동시키는 시크 루틴이 있다. 시크 루틴은 변환기(16)를 정확한 트랙으로 이동시키는 것을 보증하기 위한 서버 제어 루틴을 포함하고 있다. 일 실시 예로서, 메모리 소자(50)에는 컨볼루션 연산을 이용하여 가속도 궤적으로 생성시키기 위한 수학식 4, 6, 7, 8 들이 저장되어 있으며, 아래에 기술한 바와 같이, 구동개시 시에 메모리 소자(52)에 이러한 방정식들이 저장된다.
도 3은 콘트롤러(42)에 의하여 실행되는 하드웨어 및 소프트웨어로 구성된 본 발명에 의한 트랙 탐색 서보 제어 시스템을 보여준다. 트랙 탐색 서보 제어 시스템은 변환기(16)가 디스크(12)의 목표 트랙에 정확히 위치하도록 한다. 콘트롤러(42)는 변환기를 첫번째 트랙에서 첫번째 트랙으로부터 거리 XSK에 위치한 새로운 트랙으로 이동시키는 시크 루틴을 실행한다. 새로운 트랙과 첫번째 트랙 사이에 위치한 하나 또는 그 이상의 트랙의 그레이 코드는 디스크(16)를 가로질러 움직이는 변환기로 읽어낸다. 이는 변환기(16)가 트랙을 가로질러 목표 속도 및 가속 도로 움직이는지를 주기적으로 컨트롤러(42)가 결정하는데 이용된다.
트랙 탐색 서보 제어 시스템은 소프트웨어 및 하드웨어로 구성된 상태 추정기(62)를 포함한다. 상태 추정기(62)는 변환기(16)가 첫 번째 트랙으로부터 이동되는 실제 거리 또는 위치값 xr(n)을 결정할 수 있다. 이 실제 위치값은 변환기(16) 바로 밑의 트랙의 그레이 코드를 읽어냄으로써 결정되어 질 수 있다. 상태 추정기(62)는 또한 변환기(16)의 실제 속도값 vr(n) 및 실제 가속도값 ar (n)을 결정할 수 있다. 콘트롤러(42)가 변환기(16)의 움직임을 정확하게 제어할 수 있도록 하기 위하여 변환기(16)가 새로운 트랙 위치로 움직임으로써 그레이 코드는 주기적으로 샘플링되어 질 수 있다.
시크 궤적 생성기(60)는 변환기(16)가 트랙(34)의 그레이 코드를 읽어낼 때마다 수학식 4, 6, 7, 8로부터 유도한 가속도 궤적 및 가속도 궤적을 적분하여 얻은 속도 및 위치 궤적으로부터 변환기(16)의 설계 위치 xd(n), 설계 속도 vd(n) 및 설계 가속도 ad(n)를 계산한다.
제1합산기(64)는 설계 위치값에서 실제 위치값을 감산한다. 그리고, 위치 제어 이득 보상기(66)는 제1합산기(64)에서 연산된 설계 위치값과 실제 위치값의 차에 위치 보정을 위한 위치 이득(kp)을 곱한 위치 보정값을 생성시킨다.
다음으로, 제2합산기(68)는 위치 제어 이득 보상기(66)에서 생성된 위치 보정값에 설계 속도값을 더한 후에 실제 속도값을 감산한다.
그러면, 속도 제어 이득 보상기(70)는 제2합산기(68)에서 연산된 설계 속도값과 실제 속도값의 차에 속도 보정을 위한 속도 이득(kv)을 곱한 속도 보정값을 생성시킨다.
다음으로, 제3합산기(72)는 속도 보정값과 설계 가속도값을 더한 후에 실제 가속도값을 감산하여 가속도 보정값(u(n))을 생성시킨다.
가속도 보정값은 파워 앰프(74)에서 증폭된 후에 VCM 엑츄에이터(76)에 인가된다. 그러면, VCM 엑츄에이터(76)는 증폭되어 입력되는 가속도 보정값에 따라서 보이스 코일에 공급되는 전류를 가변시켜 결과적으로 변환기(16)의 움직임의 가속도를 변경시킨다. 이에 따라서, 가속도 궤적의 형태와 보이스 코일에 인가되는 전류 궤적의 형태는 동일하다는 것을 알 수 있다.
즉, 보이스 코일에 인가되는 전류는 도 6d에 도시된 바와 트랙 탐색 모드에서 트랙 탐색 시작과 끝 부분에서 가속도의 변화량(Jerk 값)이 0이 되고, 또한 도 6a에 도시된 바와 같이 가속 구간과 감속 구간 내에 각각 일정 기간동안에 가속도의 변화량이 0인 구간이 포함되게 된다.
도 8에 구형파 가속도 궤적을 사용하는 최적 시간 제어기와 정현파 가속도 궤적을 사용하는 정현파 제어기 및 컨볼루션 가속도 궤적을 사용하는 본 발명의 제어기의 시크 시간에 대한 성능을 도시하였다. 도 8에서 알 수 있듯이 본 발명을 적용하는 경우에 정현파 가속도 궤적을 이용하는 시크 제어기에 비하여 시크 속도가 빨라져 성능이 향상됨을 알 수 있다.
또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 시크 시작부분과 끝부분에서 jerk 양이 본 발명에서 0이 되어 뱅뱅 시크 제어기 및 정현파 가속도 궤적 시크 제어기에 비하여 기계적인 진동 및 소음이 획기적으로 감소됨을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에 의한 컨볼루션 가속도 궤적을 제어기를 적용하는 경우에 정현파 가속도 궤적 제어기에 비하여 탐색 시간을 단축시킬 수 있을 뿐만 아니라 기계적인 진동 및 소음을 줄일 수 있게 된다.
본 발명은 방법, 장치, 시스템 등으로서 실행될 수 있다. 소프트웨어로 실행될 때, 본 발명의 구성 수단들은 필연적으로 필요한 작업을 실행하는 코드 세그먼트들이다. 프로그램 또는 코드 세그먼트들은 프로세서 판독 가능 매체에 저장되어 질 수 있으며 또는 전송 매체 또는 통신망에서 반송파와 결합된 컴퓨터 데이터 신호에 의하여 전송될 수 있다. 프로세서 판독 가능 매체는 정보를 저장 또는 전송할 수 있는 어떠한 매체도 포함한다. 프로세서 판독 가능 매체의 예로는 전자 회로, 반도체 메모리 소자, ROM, 플레쉬 메모리, 이레이져블 ROM(EROM : Erasable ROM), 플로피 디스크, 광 디스크, 하드 디스크, 광 섬유 매체, 무선 주파수(RF) 망, 등이 있다. 컴퓨터 데이터 신호는 전자 망 채널, 광 섬유, 공기, 전자계, RF 망, 등과 같은 전송 매체 위로 전파될 수 있는 어떠한 신호도 포함된다.
첨부된 도면에 도시되어 설명된 특정의 실시 예들은 단지 본 발명의 예로서 이해되어 지고, 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 본 발명에 기술된 기술적 사상의 범위에서도 다양한 다른 변경이 발생될 수 있으므로, 본 발명은 보여지거나 기술된 특정의 구성 및 배열로 제한되지 않는 것은 자명하다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 디스크 드라이브의 트랙 탐색 제어 시에 컨볼루션 연산에 의한 가속도 궤적을 이용하여 시크 제어를 실행함으로써, 첫 번째로 트랙 탐색 시작과 끝부분에서 가속도의 변화량이 0이 되어 기계적인 진동 및 소음을 최소화시킬 수 있는 효과가 발생되며, 두 번째로 정현파 가속도 궤적을 이용하는 시크 기술에 비하여 트랙 탐색 속도를 향상시킬 수 있는 효과가 발생되며, 세 번째로 정현파 가속도 궤적을 이용하는 시크 기술에 비하여 메모리의 사용량을 현격히 줄일 수 있는 효과가 발생되며, 네 번째로 시크 제어를 위한 연산 속도를 향상시킬 수 있는 효과가 발생된다.

Claims (19)

  1. 디스크 드라이브 제어 방법에 있어서,
    트랙 탐색 모드에서 스텝 함수와 트랙 탐색 시작과 끝부분에서 0이 되는 좌우 대칭인 함수를 컨볼루션 연산하여 가속도 궤적을 얻는 과정; 및
    상기 가속도 궤적을 기반으로 변환기를 목표 트랙으로 이동시키는 과정을 포함하는 디스크 드라이브의 트랙 탐색 서보 제어 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 계단파 신호는 크기가 1인 단위 계단파 신호를 포함함을 특징으로 하는 디스크 드라이브의 트랙 탐색 서보 제어 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 좌우 대칭인 파형의 신호는 삼각파 신호를 포함함을 특징으로 하는 디스크 드라이브의 트랙 탐색 서보 제어 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 컨볼루션 연산에 이용되는 2개의 신호의 크기와 주기의 길이를 변형하여 가속도 코스트 구간을 생성시킴을 특징으로 하는 디스크 드라이브의 트랙 탐색 서보 제어 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 컨볼루션 연산은 가/감속 구간의 1/2에 해당하는 궤적만을 연산한 후에 신호의 주기성을 이용하여 나머지 궤적을 생성시킴을 특징으로 하는 디스크 드라이브의 트랙 탐색 서보 제어 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 컨볼루션 연산에 의하여 유도되는 가속도 궤적은 총 시크 시간을 4개의 구간(T1, T2, T3, T4)으로 나누면, 상기 T1, T2, T3, T4 구간에서의 가속도 a1[n], a2[n], a3[n] 및 a4[n]은
    Figure 112003041143572-pat00008
    Figure 112003041143572-pat00009
    Figure 112003041143572-pat00010
    Figure 112003041143572-pat00011
    Figure 112003041143572-pat00012
    Figure 112003041143572-pat00013
    임을 특징으로 하는 디스크 드라이브의 트랙 탐색 서보 제어 방법.
  8. 디스크 드라이브 제어 장치에 있어서,
    트랙 탐색 모드에서 스텝 함수와 트랙 탐색 시작과 끝부분에서 0이 되며 좌우 대칭인 함수를 컨볼루션 연산하여 가속도 궤적을 생성시키고, 상기 가속도 궤적을 적용하여 설계 위치 값, 설계 속도 값 및 설계 가속도값을 연산하는 시크 궤적 생성기;
    변환기가 디스크에서 이동되는 실제 위치값, 실제 속도값 및 가속도값을 결정하는 상태 추정기;
    상기 설계 위치값에서 실제 위치값을 감산하여 출력시키는 제1합산기;
    상기 제1합산기 출력값에 위치 보정을 위한 소정의 위치 이득을 곱하여 위치 보정값을 생성시키기 위한 위치 제어 이득 보상기;
    상기 위치 보정값과 상기 설계 속도값을 합산하고, 상기 위치 보정값과 상기 설계 속도값의 합산값에서 상기 실제 속도값을 감산하여 출력시키는 제2합산기;
    상기 제2합산기의 출력값에 속도 보정을 위한 소정의 속도 이득을 곱하여 속도 보정값을 생성시키기 위한 속도 제어 이득 보상기;
    상기 속도 보정값과 상기 설계 가속도값을 합산하고, 상기 속도 보정값과 상기 설계 가속도값의 합산값에서 상기 실제 가속도값을 감산하여 가속도 보정값을 생성시키는 제3합산기; 및
    상기 가속도 보정값에 상응하여 보이스 코일에 공급되는 전류를 가변시키는 엑츄에이터를 포함함을 특징으로 하는 디스크 드라이브의 트랙 탐색 서보 제어 장치.
  9. 삭제
  10. 제8항에 있어서, 상기 계단파 신호는 크기가 1인 단위 계단파 신호를 포함함을 특징으로 하는 디스크 드라이브의 트랙 탐색 서보 제어 장치.
  11. 제8항에 있어서, 상기 컨볼루션 연산에 이용되는 2개의 신호의 크기와 주기 의 길이를 변형하여 가속도 코스트 구간을 생성시킴을 특징으로 하는 디스크 드라이브의 트랙 탐색 서보 제어 장치.
  12. 제8항에 있어서, 상기 컨볼루션 연산은 가/감속 구간의 1/2에 해당하는 궤적만을 연산한 후에 신호의 주기성을 이용하여 나머지 궤적을 생성시킴을 특징으로 하는 디스크 드라이브의 트랙 탐색 서보 제어 장치.
  13. 소정의 정보를 저장하는 디스크;
    상기 디스크를 회전시키는 스핀들 모터;
    상기 디스크에 정보를 기록하고 상기 디스크로부터 정보를 읽어내는 변환기;
    상기 변환기를 상기 디스크의 표면을 가로질러 이동시키는 엑츄에이터 ; 및
    트랙 탐색 모드에서 스텝 함수와 트랙 탐색 시작과 끝부분에서 0이 되며 좌우 대칭인 함수를 컨볼루션 연산하여 얻어진 가속도 궤적을 이용하여 변환기를 목표 트랙으로 이동시키도록 상기 엑츄에이터를 제어하는 콘트롤러를 포함함을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
  14. 디스크 드라이브 제어 방법에 있어서,
    트랙 탐색 모드에서 스텝 함수와 트랙 탐색 시작과 끝부분에서 0이 되며 좌우 대칭인 함수를 컨볼루션 연산하여 얻어진 가속도 궤적에 상응하는 전류를 보이스 코일에 인가하는 트랙 탐색 제어 프로세스에 의하여 변환기를 목표 트랙으로 이동시킴을 특징으로 하는 디스크 드라이브의 트랙 탐색 서보 제어 방법.
  15. 삭제
  16. 제14항에 있어서, 상기 스텝 함수는 크기가 1인 단위 계단파 신호를 나타내는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브의 트랙 탐색 서보 제어 방법.
  17. 제14항에 있어서, 상기 컨볼루션 연산에 이용되는 2개의 신호의 크기와 주기의 길이를 변형하여 가속도 코스트 구간을 생성시킴을 특징으로 하는 디스크 드라이브의 트랙 탐색 서보 제어 방법.
  18. 제14항에 있어서, 상기 컨볼루션 연산은 가/감속 구간의 1/2에 해당하는 궤적만을 연산한 후에 신호의 주기성을 이용하여 나머지 궤적을 생성시킴을 특징으로 하는 디스크 드라이브의 트랙 탐색 서보 제어 방법.
  19. 소정의 정보를 저장하는 디스크;
    상기 디스크를 회전시키는 스핀들 모터;
    상기 디스크에 정보를 기록하고 상기 디스크로부터 정보를 읽어내는 변환기;
    상기 변환기를 상기 디스크의 표면을 가로질러 이동시키는 엑츄에이터 ; 및
    트랙 탐색 모드에서 스텝 함수와 트랙 탐색 시작과 끝부분에서 0이 되며 좌우 대칭인 함수를 컨볼루션 연산하여 얻어진 가속도 궤적에 상응하는 전류를 보이스 코일에 인가하여 상기 변환기를 현재 트랙에서 목표 트랙으로 이동시키도록 상기 엑츄에이터를 제어하는 콘트롤러를 포함함을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
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