KR100824517B1 - 헤드 위치 결정 제어 방법, 헤드 위치 결정 제어 장치 및디스크 장치 - Google Patents

헤드 위치 결정 제어 방법, 헤드 위치 결정 제어 장치 및디스크 장치 Download PDF

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Landscapes

  • Moving Of The Head To Find And Align With The Track (AREA)
  • Control Of Position Or Direction (AREA)

Abstract

본 발명은 외란 억압 기능과 편심 보정 기능을 갖는 헤드 위치 결정 제어 장치에 있어서, 편심 보정 기능과 외란 억압 기능의 간섭을 방지하는 것을 목적으로 한다.
헤드 위치 결정 제어계에 편심 보정 기능(110-1∼110-n)과 외란 억압 제어 기능(104, 106)을 설치하고, 또한 외란 억압 주파수를 검출하여 그 근방의 편심 보정 주파수의 편심 보정 제어의 피드백을 오프하거나 또는 외란 억압 주파수를 편심 보정 주파수로부터 시프트하는 간섭 방지 기능(114)을 설치한다. 편심 보정과 외란 억압의 간섭을 방지할 수 있어, 불안정한 편심 보정을 막을 수 있다.

Description

헤드 위치 결정 제어 방법, 헤드 위치 결정 제어 장치 및 디스크 장치{HEAD POSITION CONTROL METHOD, HEAD POSITION CONTROL DEVICE AND DISK DEVICE}
도 1은 본 발명의 일실시 형태를 도시한 디스크 장치의 구성도.
도 2는 도 1의 디스크 위치 신호의 설명도.
도 3은 도 2의 위치 신호의 상세 설명도.
도 4는 도 1의 헤드의 시크 동작의 설명도.
도 5는 본 발명의 일실시 형태의 위치 결정 제어계의 블록도.
도 6는 도 5의 컨트롤러의 게인 특성도.
도 7은 도 5의 편심 보정 기능을 부가한 컨트롤러의 게인 특성도.
도 8은 도 5의 외란 억압 기능을 부가한 컨트롤러의 게인 특성도.
도 9는 도 5의 편심 보정 기능과 외란 억압 기능을 부가한 컨트롤러의 게인 특성도.
도 10은 도 5의 편심 보정 기능과 다른 외란 억압 기능을 부가한 컨트롤러 외의 다른 게인 특성도.
도 11은 도 5의 편심 보정 기능을 갖는 컨트롤러의 주파수 특성도.
도 12는 도 5의 외란 억압 기능을 갖는 컨트롤러의 주파수 특성도.
도 13은 도 5의 다른 외란 억압 기능을 갖는 컨트롤러의 주파수 특성도.
도 14는 도 5의 위치 결정 제어계를 옵저버로 구성한 블록도.
도 15는 도 14의 추정 게인 테이블의 구성도.
도 16은 도 15의 추정 게인 L1, L2의 특성도.
도 17은 도 15의 추정 게인 L3, L4, L5의 특성도.
도 18은 도 15의 추정 게인 a11, a12, a21, a22의 특성도.
도 19는 도 15의 감도 함수의 특성도.
도 20은 본 발명의 제2 실시 형태의 위치 결정 제어계의 블록도.
도 21은 본 발명의 제3 실시 형태의 위치 결정 제어계의 블록도.
도 22는 본 발명의 제4 실시 형태의 위치 결정 제어계의 블록도.
도 23은 본 발명의 제5 실시 형태의 위치 결정 제어계의 블록도.
도 24는 도 23의 간섭 방지 동작의 설명도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 액츄에이터 2: 스핀들 모터의 회전축
3: 헤드 4: 디스크
5: 스핀들 모터 6: 액츄에이터의 VCM 구동 회로
7: 위치 복조 회로 8: 스핀들 모터의 구동 회로
9: 버스 10: 데이터의 기록 재생 회로
11: 하드디스크 컨트롤러 12: MCU의 RAM
13: MCU의 R0M 14: 마이크로 컨트롤러 유닛
15: 하드디스크 컨트롤러의 RAM 16: 위치 신호
100, 108: 연산 블록 102: 컨트롤러
103: 플랜트 104, 106: 외란 보상기
110-1∼110-n: 편심 보정 블록 112-1∼112-n: 스위치
114: 편심 오프 제어 블록
본 발명은 디스크 장치의 헤드 위치 결정 제어 방법, 헤드 위치 결정 제어 장치 및 디스크 장치에 관한 것이며, 특히, 외부 진동 및 디스크 편심에 의한 위치 어긋남을 억제하기 위한 헤드 위치 결정 제어 방법, 헤드 위치 결정 제어 장치 및 디스크 장치에 관한 것이다.
디스크 장치, 예컨대 자기 디스크 장치나 광 디스크 장치에 있어서, 헤드를 디스크의 목표 트랙에 정확하게 위치 결정하는 것이 기록 밀도 향상을 위해 매우 중요하다.
이 위치 결정 제어에 있어서, 디스크에 대한 헤드의 위치 정밀도를 저해하는 여러 가지 요인이 있다. 특히, 디스크 편심은 헤드의 위치 정밀도 악화의 원인이 된다. 이러한 디스크 편심에 헤드를 추종 제어하기 위해, 편심 추정 옵저버를 이용하여, 편심 보정하는 방법이 제안되어 있다(예컨대, 특허 문헌 1 또는 특허 문헌 2).
이러한 편심 추정 옵저버는 상태 추정 게인 A, B, C, F, L을 사용하여, 실제 의 위치 오차와, 추정한 위치 오차와의 오차로부터 액츄에이터의 제어값을 계산하고, 다음 샘플의 상태량(위치, 속도, 바이어스값, 편심량)을 계산한다.
여기서, 추정 게인(L)은 위치 추정 게인(L1), 속도 추정 게인(L2), 바이어스 추정 게인(L3), 편심 추정 게인(L4, L5)으로 이루어진다. 그리고, L1, L2, L3은 컨트롤러 자체의 특성이며, L4, L5는 주기성 외란인 편심에 대한 응답 특성을 나타낸다.
[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 평성 제7-50075
[특허 문헌 2] 일본 특허 공개 제2000-21104
이러한 위치 결정 제어계에 있어서, 편심 성분 이외의 외부 진동에 추종하는 위치 결정 제어가 요구되고 있다. 즉, 디스크 장치 기록 밀도의 고밀도화에 따라 외부 진동에 의한 헤드의 위치 결정 정밀도에의 영향을 무시할 수 없게 되었다. 또한, 디스크 장치의 이용 확대에 따라 모빌 기기, 예컨대 휴대 단말, 휴대 전화, 휴대형 AV 기기에 탑재되어 있으며, 광범위한 외란 주파수에 적응하는 것도 요구되고 있다.
종래 기술에서도 추정 게인을 높여, 편심 이외의 외란에의 추종 성능을 높일 수 있지만, 이와 같이 하면, 외란 억압 영역의 폭을 넓혀야 한다. 이러한 외란이나 편심 보정 제어는 컨트롤러 본래의 특성을 저해하지 않는 범위에서 행할 필요가 있다.
편심 보정 제어는 컨트롤러 본래의 특성에 의해, 정수가 최적화된다. 한편, 편심 이외의 외란을 억압하는 특성을 갖게 한 경우에, 편심 보정 제어의 특성과, 외란 보정 제어의 특성이 개별이 되며, 외란 보정 제어의 특성에 따라 편심 보정 제어의 특성을 변경하지 않으면, 컨트롤러 본래의 제어 특성이 변화된다는 문제가 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 편심 보정 제어와 외란 보정 제어와의 간섭을 방지하고, 편심 보정 제어 및 외란 보정 제어하여 헤드 위치를 제어하기 위한 헤드 위치 결정 제어 방법, 헤드 위치 결정 제어 장치 및 디스크 장치를 제공하는 것에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 컨트롤러 본래의 제어 특성을 손상시키는 일 없이, 편심 보정 제어와 외란 보정 제어를 적절히 실행하여, 헤드의 진동을 방지하기 위한 헤드 위치 결정 제어 방법, 헤드 위치 결정 제어 장치 및 디스크 장치를 제공하는 것에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 컨트롤러 본래의 제어 특성을 손상시키는 일 없이, 편심과 외란 주파수에 적응하여 헤드의 추종 성능을 향상시키기 위한 헤드 위치 결정 제어 방법, 헤드 위치 결정 제어 장치 및 디스크 장치를 제공하는 것에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 옵저버의 제어 특성을 손상시키는 일 없이, 편심 및 외란 주파수에 적응하여, 헤드의 리드/라이트 특성을 개선하기 위한 헤드 위치 결정 제어 방법, 헤드 위치 결정 제어 장치 및 디스크 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 헤드 위치 결정 제어 방법은 헤드의 목표 위치와 상기 헤드로부터 얻은 현재 위치로부터 위치 오차를 연산하는 단계와, 상기 위치 오차에 따라 액츄에이터의 제어값을 연산하는 단계와, 상기 위치 오차에 따라 디스크 기억 매체의 편심 주파수의 편심 보정값을 연산하는 단계와, 상기 위치 오차에 따라 원하는 외란 주파수의 외란 억압값을 연산하는 단계와, 상기 제어값과 상기 편심 보정값과 상기 외란 억압값으로부터 상기 액츄에이터의 구동값을 연산하는 단계와, 상기 외란 주파수와 상기 복수의 편심 주파수가 간섭하는지를 검출하는 단계와, 상기 간섭하는 것을 검출한 경우에, 상기 간섭하는 편심 주파수에 대한 상기 위치 오차에 따른 상기 편심 보정값의 연산을 오프하거나 또는 상기 원하는 외란 주파수를 시프트하는 간섭 방지 단계를 갖는다.
또한, 본 발명의 디스크 장치는 디스크 기억 매체의 데이터를 적어도 판독하는 헤드와, 상기 디스크 기억 매체의 미리 결정된 위치에, 상기 헤드를 위치 결정하는 액츄에이터와, 상기 헤드의 목표 위치와 상기 헤드로부터 얻은 현재 위치로부터 위치 오차를 연산하고, 상기 위치 오차에 따라 상기 액츄에이터의 제어값와, 상기 위치 오차에 따라 상기 디스크 기억 매체의 편심 주파수의 편심 보정값와, 상기 위치 오차에 따라 원하는 외란 주파수의 외란 억압값을 연산하며, 상기 제어값과 상기 편심 보정값과 상기 외란 억압값으로부터 상기 액츄에이터의 구동값을 연산하는 제어 유닛을 갖고, 상기 제어 유닛은 상기 외란 주파수와 상기 복수의 편심 주파수가 간섭하는지를 검출하여, 상기 간섭하는 것을 검출한 경우에 상기 간섭하는 편심 주파수에 대한 상기 위치 오차에 따른 상기 편심 보정값의 연산을 오프하거나 또는 상기 원하는 외란 주파수를 시프트한다.
또한, 본 발명의 헤드 위치 결정 제어 장치는 디스크 기억 매체의 데이터를 적어도 판독하는 헤드를, 액츄에이터를 제어하여 상기 디스크 기억 매체의 미리 결정된 위치에 위치 결정하는 헤드 위치 결정 제어 장치에 있어서, 상기 헤드의 목표 위치와 상기 헤드로부터 얻은 현재 위치로부터 위치 오차를 연산하고, 상기 액츄에이터의 제어값와, 상기 위치 오차에 따라 상기 디스크 기억 매체의 편심 주파수의 편심 보정값와, 상기 위치 오차에 따라 원하는 외란 주파수의 외란 억압값을 연산하며, 상기 제어값과 상기 편심 보정값과 상기 외란 억압값으로부터 상기 액츄에이터의 구동값을 연산하는 처리 유닛과, 상기 외란 주파수와 상기 복수의 편심 주파수가 간섭하는지를 검출하여, 상기 간섭하는 것을 검출한 경우에, 상기 간섭하는 편심 주파수에 대한 상기 위치 오차에 따른 상기 편심 보정값의 연산을 오프하거나 또는 상기 원하는 외란 주파수를 시프트하는 간섭 방지 유닛을 갖는다.
또한, 본 발명에서는 바람직하게는 상기 편심 보정값을 연산하는 단계는 상기 위치 오차에 따라 상기 디스크 기억 매체의 회전 주파수의 복수의 차수의 편심 주파수 각각의 편심 보정값을 연산하는 단계로 이루어진다.
또한, 본 발명에서는 바람직하게는 상기 외란 억압값을 연산하는 단계는 상기 위치 오차에 따라 적응 제어에 의해, 상기 외란 주파수를 추정하는 단계와, 상기 추정한 외란 주파수에 대응한 파라미터에 의해, 상기 위치 오차로부터 상기 외란 억압값을 연산하는 단계로 이루어진다.
또한, 본 발명에서는 바람직하게는 상기 외란 억압값을 연산하는 단계는 상기 억압해야 하는 상기 외란 주파수를 초기값으로 하여 세트하는 단계와, 상기 위치 오차에 따라 세트된 외란 주파수를 초기값으로 하여 적응 제어에 의해, 외란 주파수를 추정하는 단계와, 상기 추정된 외란 주파수에 대응한 파라미터에 의해, 상기 위치 오차로부터 상기 외란 억압값을 연산하는 단계로 이루어진다.
또한, 본 발명에서는 바람직하게는 상기 외란 억압값을 연산하는 단계는 상기 억압해야 하는 상기 외란 주파수를 세트하는 단계와, 상기 세트된 외란 주파수에 대응한 파라미터에 의해 상기 위치 오차로부터 상기 외란 억압값을 연산하는 단계로 이루어진다.
또한, 본 발명에서는 바람직하게는 상기 간섭 방지 단계는 상기 간섭하는 편심 주파수에 대한 상기 위치 오차에 따른 상기 편심 보정값 연산 처리의 상기 위치 오차의 입력을 오프하는 단계로 이루어진다.
또한, 본 발명에서는 바람직하게는 상기 간섭 방지 단계는 상기 위치 오차에 따라 원하는 외란 주파수의 외란 억압값을 연산하는 처리의 상기 외란 주파수를 상기 간섭하는 편심 주파수로부터 시프트하는 단계로 이루어진다.
또한, 본 발명에서는 바람직하게는 상기 제어값의 연산 단계는 상기 액츄에이터 모델의 옵저버 제어에 의해, 상기 위치 오차와 상기 옵저버의 추정 위치와의 추정 위치 오차에 따라 상기 액츄에이터의 추정 게인을 이용하여, 상태 정보를 생성하고, 상기 상태 정보로부터 상기 액츄에이터의 제어값을 연산하는 단계로 이루어지며, 상기 외란 억압값을 연산하는 단계는 상기 액츄에이터 모델과 분리된 상기 외란 모델의 옵저버 제어에 의해 상기 추정 위치 오차에 따라 상기 외란의 추정 게인을 이용하여 상태 정보를 생성하고, 상기 상태 정보로부터 상기 외란 억압값을 연산하는 단계로 이루어진다.
이하, 본 발명의 실시 형태를 디스크 장치, 위치 제어계의 제1 실시 형태, 제1 실시 형태의 옵저버 구성, 제2 실시 형태, 제3 실시 형태, 제4 실시 형태, 제5 실시 형태, 다른 실시 형태의 순으로 설명하지만, 본 발명은 이 실시 형태에 한정되지 않는다.
* 디스크 장치 *
도 1은 본 발명의 일실시 형태의 디스크 장치의 구성도, 도 2는 도 1의 자기 디스크 위치 신호의 배치도, 도 3은 도 1 및 도 2의 자기 디스크 위치 신호의 구성도, 도 4는 도 1의 헤드 위치 제어의 설명도이다.
도 1은 디스크 장치로서, 자기 디스크 장치를 나타낸다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 자기 기억 매체인 자기 디스크(4)가 스핀들 모터(5)의 회전축(2)에 설치되어 있다. 스핀들 모터(5)는 자기 디스크(4)를 회전시킨다. 액츄에이터(VCM)(1)는 선단에 자기 헤드(3)를 구비하고, 자기 헤드(3)를 자기 디스크(4)의 반경 방향으로 이동시킨다.
액츄에이터(1)는 회전축을 중심으로 회전하는 보이스 코일 모터(VCM)로 구성된다. 도면에서는 자기 디스크 장치에 2장의 자기 디스크(4)가 탑재되고, 4개의 자기 헤드(3)가 동일한 액츄에이터(1)에 의해 동시에 구동된다.
자기 헤드(3)는 리드 소자와 라이트 소자로 이루어진다. 자기 헤드(3)는 슬 라이더에, 자기 저항(MR) 소자를 포함하는 리드 소자를 적층하고, 그 위에 라이트코일을 포함하는 라이트 소자를 적층하여 구성된다.
위치 검출 회로(7)는 자기 헤드(3)가 판독한 위치 신호(아날로그 신호)를 디지털 신호로 변환한다. 리드/라이트(R/W) 회로(10)는 자기 헤드(3)의 판독 및 기록을 제어한다. 스핀들 모터(SPM) 구동 회로(8)는 스핀들 모터(5)를 구동한다. 보이스 코일 모터(VCM) 구동 회로(6)는 보이스 코일 모터(VCM)(1)에 구동 전류를 공급하여 VCM(1)을 구동한다.
마이크로 컨트롤러(MCU)(14)는 위치 검출 회로(7)로부터의 디지털 위치 신호로부터 현재 위치를 검출(복조)하고, 검출한 현재 위치와 목표 위치와의 오차에 따라 VCM 구동 지령값을 연산한다. 즉, 위치 복조와 도 5 이하에서 설명하는 외란 억압을 포함하는 서보 제어를 행한다. 리드 온리 메모리(R0M)(13)는 MCU(14)의 제어 프로그램 등을 저장한다. 랜덤 액세스 메모리(RAM)(12)는 MCU(14)의 처리를 위한 데이터 등을 저장한다.
하드디스크 컨트롤러(HDC)(11)는 서보 신호의 섹터 번호를 기준으로 하여, 1주 내의 위치를 판단하고, 데이터를 기록·재생한다. 버퍼용 랜덤 액세스 메모리(RAM)(15)는 리드 데이터나 라이트 데이터를 일시 저장한다. HDC(11)는 USB, ATA나 SCSI 등의 인터페이스(IF)에 의해 호스트와 통신한다. 버스(9)는 이들을 접속한다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 자기 디스크(4)에는 외주에서 내주로 이동하며, 각 트랙에 서보 신호(위치 신호)(16)가 원주 방향으로 등간격으로 배치된다. 또한, 각 트랙은 복수의 섹터로 구성되고, 도 2의 실선은 서보 신호(16)의 기록 위치를 나타낸다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 위치 신호는 서보 마크(Servo Mark)와, 트랙 번호(Gray Code)와, 인덱스(Index)와, 오프셋 정보(서보 버스트)(PosA, PosB, PosC, PosD)로 이루어진다. 또한, 도 3의 점선은 트랙 센터를 나타낸다.
도 3의 위치 신호를 헤드(3)로 판독하고, 트랙 번호(Gray Code)와 오프셋 정보(PosA, PosB, PosC, PosD)를 사용하여, 자기 헤드의 반경 방향의 위치를 검출한다. 또한, 인덱스 신호(Index)를 바탕으로 하여 자기 헤드의 원주 방향의 위치를 파악한다.
예컨대, 인덱스 신호를 검출하였을 때의 섹터 번호를 0번으로 설정하고, 서보 신호를 검출할 때마다 카운트업하여 트랙의 각 섹터의 섹터 번호를 얻는다. 이 서보 신호의 섹터 번호는 데이터의 기록 재생을 행할 때의 기준이 된다. 또한, 인덱스 신호는 1 주에 하나이거나 또는 인덱스 신호 대신에 섹터 번호를 설치할 수도 있다.
도 4는 도 1의 MCU(14)가 행하는 액츄에이터의 시크 제어예이다. 도 1의 위치 검출 회로(7)를 통하여 MCU(14)가 액츄에이터의 위치를 확인하여 서보 연산하고, 적절한 전류를 VCM(1)에 공급한다. 도 5에서는 어떤 트랙 위치로부터 목표 트랙 위치로 헤드(3)를 이동하는 시크 개시시로부터의 제어의 천이와, 액츄에이터(1)의 전류, 액츄에이터(헤드)의 속도, 액츄에이터(헤드)의 위치를 나타낸다.
즉, 시크 제어는 코어스 제어, 정정(整定) 제어 및 팔로잉 제어와 천이함으로써, 목표 위치까지 이동시킬 수 있다. 코어스 제어는 위치 제어 또는 속도 제한 이고, 정정 제어, 팔로잉 제어는 기본적으로 위치 제어이며, 모두 헤드의 현재 위치를 검출해야 한다.
이러한 위치를 확인하기 위해서는 전술한 도 2와 같이, 자기 디스크 상에 서보 신호를 사전에 기록해 둔다. 즉, 도 3에 나타낸 바와 같이, 서보 신호의 개시위치를 나타내는 서보 마크, 트랙 번호를 나타내는 그레이 코드, 인덱스 신호, 오프셋을 나타내는 PosA∼PosD라는 신호가 기록되어 있다. 이 신호를 자기 헤드에 의해 판독하고, 이 서보 신호를 위치 검출 회로(7)가 디지털값으로 변환한다.
* 위치 결정 제어계의 제1 실시 형태*
도 5는 도 1의 MCU(14)가 실행하는 외란을 억압하는 위치 결정 제어계의 제1 실시 형태의 블록도이다. 이 위치 결정 제어계는 편심 및 외란 주파수를 검출하고, 주기성의 외란을 적응 제어에 의해 억압하기 위한 제어계이다.
연산기(100)는 부여된 목표 위치(r)와 관측 위치(y)와의 위치 오차(e)를 연산한다. 이 위치 오차(e)를 피드백 제어를 행하는 컨트롤러(102)(Cn)에 입력한다. 컨트롤러(102)는 주지한 PID 제어, PI 제어＋LeadLag, 옵저버 제어에 의해 제어 전류값(Un)을 출력한다.
이 컨트롤러(102)에 대하여, 외란 주파수를 추정하는 주파수 추정기(ω 추정)(106)과, 적응 제어에 의해 특정한 주파수의 외란을 억압하기 위한 보상기(Cd)(104)를 부가한다.
또한, 컨트롤러(102)에 대하여 디스크(4)의 1차, 2차, …, n차 편심의 보상을 행하는 편심 보정 블록(110-1, 110-2, …, 110-n)을 설치한다. 각 편심 보정 블 록(110-1, 110-2, …, 110-n)은 위치 오차(e)로부터 편심의 1차 주파수(예컨대 90 Hz), 2차 주파수(예컨대, 180 Hz), …, n차 주파수(예컨대 90*nHz)를 추출하고, 그 편심 주파수에 추종하는 편심 추종 제어 전류값을 출력한다.
이 각 편심 보정 블록(110-1, 110-2, …, 110-n)의 입력측에는 위치 오차(e)의 입력을 온/오프하는 스위치(112-1, 112-2, …, 112-n)가 설치된다. 또한, 주파수 추정기(ω 추정)(106)로 추정된 외란 주파수(ω)를 수신하여, 이 주파수와 간섭하는 편심 보정 주파수의 편심 보정 블록의 스위치(112-1, 112-2, …, 112-n)의 온/오프 제어하는 편심 제어 오프 제어 블록(114)을 설치한다.
컨트롤러(102)(Cn)의 출력(Un)과, 보상기(104)(Cd)의 출력(Ud)과, 편심 보정 블록(110-1, 110-2, …, 110-n)의 편심 추종 제어 전류값의 합(Uh)과의 합(U)을 연산기(108)로 연산하고, 제어 대상(103)(P)에 제어 전류로서 공급한다. 이것에 의해 제어 대상(103)인 액츄에이터(1)에 구동되는 헤드(3)는 편심 및 외란에 추종하도록 위치 제어된다. 즉, 장치가 외란에 의해 진동하기 때문에, 자기 디스크(4)에 대하여 헤드(3)도 외란에 추종하도록 위치 제어되고, 또한, 자기 디스크(4)의 편심에 헤드(3)가 추종하도록 위치 제어되며, 헤드(3)와 자기 디스크(4)의 위치 관계는 변화하지 않는다.
이 주파수 추정기(106)는 위치 오차(e)를 기초로 외란의 각주파수(ω)(＝2 πf)를 추정하고, 보상기(104)의 외란 주파수 억압의 전달 함수에 도입한다. 보상기(104)는 위치 오차(e)와, 이 추정 각주파수(ω)로부터 정현파의 점화식(적응 제어식)을 계산하여 보상 전류 출력(Ud)을 계산한다.
이와 같이, 어떤 범위의 미지 주파수의 외란에도 대응시키기 위해 외란 주파수를 검출하여 미지 주파수의 억압을 행한다. 이 미지 주파수를 추정하여, 미지주파수의 외란을 억압하는 방법으로서는 정현파의 점화식을 가정한 것이나, 전술한 오차 신호(e)를 기초로 적응측을 도입하여 제어 대상의 구동량을 보정하는 것을 적용할 수 있다. 또한, 오차 신호(e)로부터 미지 주파수를 추정하고, 위치 레벨에서의 외란 억압 신호를 생성하며, 그 오차 신호를 보정하여 컨트롤러에 입력하는 것도 적용할 수 있다.
다음에, 도 6 내지 도 13을 참조하여, 도 5의 위치 결정 제어계의 동작을 설명한다. 도 6은 편심 보정도 외란 보상 특성도 갖고 있지 않는 경우의 위치 결정 제어계의 개방 루프 특성의 게인 특성도이다. 즉, 횡축에 주파수(Hz), 종축에 게인(dB)을 취한 경우의 컨트롤러(102)의 게인 특성(GC)을 나타낸 도면이다.
이것에, 편심 보정을 가하면, 도 6의 특성은 도 7의 편심 보정을 갖지만, 외란 보상 특성을 갖고 있지 않는 경우의 위치 결정 제어계의 개방 루프 특성의 게인 특성도가 된다. 여기서는 10차 편심 보정을 가한 것을 나타내고, 편심 보정은 회전 주파수의 정수배의 주파수로 게인을 무한대로 하는 것이다. 따라서, 도 7에 나타내는 바와 같이, 도 6의 게인 특성(GC)에 회전 주파수의 정수배(1배, 2배, …)의 주파수로 게인이 무한대의 특성(h1, h2, h3, …, h10)이 추가된다.
한편, 도 6의 게인 특성에 어떤 외란 보상을 위한 노치 필터 형상의 루프 정형을 가하는 경우에는 도 8의 편심 보정은 갖고 있지 않지만, 외란 보상 특성을 갖는 경우의 위치 결정 제어계의 개방 루프 특성의 게인 특성도가 된다. 즉, 외란 보 상 특성(LS)은 게인을 상승시키는 주파수를 설정에 따라 또는 적응적으로 조정한다.
도 7의 게인 특성과 도 8의 게인 특성을 서로 합하면, 도 9의 게인 특성이 된다. 즉, 외란 보상 특성(LS)과, 그 억압 폭의 편심 보정 주파수가 중복되는 특성을 나타낸다. 예컨대 도 9에서는 3차, 4차, 5차의 편심 보정 주파수의 게인 특성(h3, h4, h5)이 외란 보상 특성(LS)과 중복된다.
마찬가지로, 도 10에 나타내는 바와 같이, 외란 보상 주파수 특성(LS-1)이 다른 주파수 영역에 설정 또는 적응하는 경우에는 도 9와 동일하게, 6차, 7차, 8차의 편심 보정 주파수의 게인 특성(h6, h7, h8)이 외란 보상 특성(LS-1)과 중복한다.
이것은 이 중복 범위의 주파수 영역에서 편심 보정과 외란 보상이 간섭한다. 편심 보정은 전술한 바와 같이, 특정한 RR0(Repeatable Run 0ut) 차수의 주파수에 대하여, 게인을 무한대로 하여 편심 추종한다. 한편, 외란 주파수는 장치에 있어서, 미지 주파수이며, 또한 외란 보상의 억압 주파수 영역은 폭을 갖고, 게인을 무한대가 되지는 않게 높이는 것이기 때문에 편심 보정 특성은 중복 범위에서 외란 보상 특성에 추종하게 된다.
이 때문에, 간섭에 의해 유효한 편심 보정이 곤란해지며, 최악의 경우에 수속하지 않고, 발산될 우려가 있다. 본 발명에서는 편심 제어 오프 제어 블록(114)이 주파수 추정기(ω 추정)(106)로 추정된 외란 주파수(ω)를 수신하고, 이 주파수와 간섭하는 편심 보정 주파수의 편심 보정 블록의 스위치(112-1, 112-2, …, 112- n)의 온/오프 제어한다.
즉, 외란 보상 주파수에 의해, 안정된 편심 제어를 기대할 수 없는 RRO 차수의 편심 제어 블록의 피드백 스위치를 오프로 하고, 편심 보상과 외란 보상과의 간섭을 방지하는 것이다. 도 9의 예에서는 3차, 4차, 5차의 편심 보정 주파수의 게인 특성(h3, h4, h5)이 외란 보상 특성(LS)과 중복되기 때문에, 3차, 4차, 5차 편심 보정 블록(110-3, 110-4, 110-5)의 피드백 스위치(112-3, 112-4, 112-5)를 오프로 한다. 그리고, 3차, 4차, 5차 편심 보정 블록(110-3, 110-4, 110-5)은 오프되기 이전의 편심 보정 전류값을 출력한다.
동일하게, 도 10의 예에서는 외란 보상 주파수 특성(LS-1)이 6차, 7차, 8차의 편심 보정 주파수의 게인 특성(h6, h7, h8)과 중복되기 때문에, 6차, 7차, 8차의 편심 보정 블록(110-6, 110-7, 110-8)의 피드백 스위치(112-6, 112-7, 112-8)를 오프로 한다. 그리고, 6차, 7차, 8차의 편심 보정 블록(110-6, 110-7, 110-8)은 오프되기 이전의 편심 보정 전류값을 출력한다.
또한, 위상 변화도 문제가 된다. 도 11은 2차(180 Hz) RRO 보정 경우의 주파수(Hz) 대 게인(dB)의 보드선도(상단)와, 주파수(Hz) 대 위상(deg)의 보드선도(하단)이다. 이것에 대하여, 도 12는 200 Hz의 외란 억압한 경우의 주파수(Hz) 대 게인(dB)의 보드선도(상단)와, 주파수(Hz) 대 위상(de9)의 보드선도(하단)이다. 또한, 도 13은 400 Hz의 외란 억압한 경우의 주파수(Hz) 대 게인(dB)의 보드선도(상단)와, 주파수(Hz) 대 위상(deg)의 보드선도(하단)이다.
도 12 및 도 13의 위상 특성을 보면, 도 11의 편심 보정 주파수 180 Hz 부근 의 위상은 도 12에서는 「-135 deg」, 도 13에서는 「-180 deg」이기 때문에, 위상변화는 50°다르다.
또한, 도 12의 200 Hz 억압의 경우에는 도 11의 편심 보정 주파수 180 Hz에 근접하고 있는 만큼 위상의 변화가 커지고 있다. 이 때문에, 이 위상 변화의 영향을 방지하기 위해서는 외란 억압 주파수 근방의 편심 주파수의 편심 제어를 오프하는 것은 유효하다.
이 편심 제어 오프 제어부(114)는 주파수 추정기(106)로부터 추정 외란 주파수(ω)(＝2πf)를 수신하고, 여기서는 그 추정 외란 주파수를 중심으로 그 주파수 근방의 3개의 편심 보정 주파수의 제어를 오프한다. 여기서는 주파수 근방의 3개의 오프를 하고 있지만, 외란 억압의 주파수 특성의 형상에 의해 1개, 2개, 4개 등이라도 좋다.
이와 같이, 복수의 차수의 편심 보정을 행하는 경우에, 외란 억압 주파수를 검출하여, 그 근방의 편심 보정 주파수의 편심 보정 제어의 피드백을 오프함으로써, 편심 보정과 외란 억압의 간섭을 방지할 수 있어, 불안정한 편심 보정을 막을 수 있다. 즉, 편심 보정의 정확성보다 불안정한 편심 보정을 행하는 것이 위치 결정 제어계에의 폐해가 크기 때문에 간섭 방지를 행한다.
* 제1 실시 형태의 옵저버 구성*
도 14는 도 5의 본 발명의 제1 실시 형태의 위치 결정 제어계를 현재 옵저버로 구성한 구성도이다. 현재 옵저버는 하기 수학식(1), (2), (3)으로 표시된다.
Figure 112006092262641-pat00001
Figure 112006092262641-pat00002
Figure 112006092262641-pat00003
이 현재 옵저버는 컨트롤러 모델과 외란 모델이 일체화되어 있다. 외란 모델을 컨트롤러 모델과 다르게 설계하는 것은 외란 모델을 분리한 구성이 바람직하다. 즉, 도 14에 나타내는 현재 옵저버는 상기 수학식(1)과, 하기 수학식(4), (5), (6), (7)로 표시되는 옵저버이다.
Figure 112006092262641-pat00004
Figure 112006092262641-pat00005
Figure 112006092262641-pat00006
아날로그 제어계로부터 디지털 제어계로 변환할 때에, 옵저버 모델을 수정함으로써, 수학식(4), (5), (6), (7)과 같이 외란을 분리한 구성을 실현할 수 있다.
도 14에 있어서, 도 5와 동일한 것은 동일한 기호로 나타내고 있으며, 도 5와 동일하게 제1 연산 블록(100)은 헤드(3)가 판독한 전술한 서보 정보를 복조하여 얻은 관측 위치 y[k]로부터 목표 위치 r를 빼고 실위치 오차 er[k]를 연산한다. 이 실위치 오차는 컨트롤러(102) 모델에 입력된다.
컨트롤러(102) 모델에서는 제2 연산 블록(32)은 실위치 오차 er[k]로부터 옵저버의 추정 위치 x[k]와의 추정 위치 오차 e[k]를 연산한다.
이 추정 위치 오차 e[k]는 상태 추정 블록(34)에 입력되고, 추정 게인 La(L1, L2)을 이용하여 추정 수정값[식(1)의 우변]이 연산된다. 그리고, 지연 블록(46)으로부터 상태량[식(1)의 좌변]과 가산 블록(36)에 의해 가산되고, 수학식(1)과 같이 추정 위치 x[k], 추정 속도 v[k]를 얻는다.
이 추정값의 x[k], v[k]는 제4 연산 블록(38)에서 상태 피드백 게인(-Fa＝F1, F2)을 승산하고, 수학식(4)과 같이, 액츄에이터(1)의 제1 구동값 u[k]를 얻는다. 한편, 가산 블록(36)으로부터 수학식(1)의 추정값 x[k], v[k]는 제5 연산 블록(42)에서 추정 게인 Aa[수학식(6)의 2×2의 (1,0)의 행렬]을 곱하고, 제4 연산 블록(38)의 구동값 u[k]는 제6 연산 블록(40)에서 추정 게인 Ba[식(6)의 u[k]에 곱하는 값]를 곱한다. 양 승산 결과는 가산 블록(44)에서 가산되고, 수학식(6)의 다음 샘플의 추정 상태량 x[k＋1], v[k＋1]을 얻는다.
이 다음 샘플의 추정 상태량은 전술한 바와 같이, 지연 블록(46)에 입력하고, 상태 추정 블록(34)의 추정 수정값으로 수정된다. 그리고, 가산 블록(36)으로부터 수학식(1)의 추정값은 제7 연산 블록(48)에서 추정 위치 x[k]가 취출되고, 전술한 제2 연산 블록(32)에 입력한다.
또한, 추정 위치 오차 e[k]는 외란 보상기(104)에 입력한다. 외란 보상기(104)에서는 상태 추정 블록(51)이 추정 위치 오차 e[k]에, 추정 게인 Ld1(L3, L4, L5)을 이용하여 추정 수정값[식(1)의 우변]을 연산한다. 그리고, 지연 블록(52)으로부터 상태량[식(1)의 좌변]과 가산 블록(56)에서 가산되고, 수학식(1)과 같이, 추정 외란 억압값 b[k], z1[k], z2[k]를 얻는다.
이 추정값 b[k], z1[k], z2[k]는 제8 연산 블록(58)에서 상태 피드백 게인(Fd1＝F3, F4, F5)을 승산하고, 수학식(5)과 같이, 액츄에이터(1)의 외란 억압 구동값을 얻는다. 한편, 가산 블록(56)으로부터 수학식(1)의 추정값 b[k], z1[k], z2[k]는 제9 연산 블록(54)에서 추정 게인 Ad1[수학식(7)의 b[k]의 게인 및 2×2의 A 행렬의 게인]을 곱하고, 지연 블록(52)에 입력하여, 다음 샘플의 추정값 b[k＋1], z1[k＋1], z2[k＋1]을 얻는다.
또한, 편심 제어 블록(110-1, 110-2, …, 110-n)도 외란 보상기(104)와 같은 옵저버로 구성된다. 편심 제어 블록(110-1)은 상태 추정 블록(61)이 추정 위치 오차 e[k]에, 편심 추정 게인 Lr1(L6, L7)을 이용하여, 동일하게 편심 추정 수정값[수학식(1)의 우변]을 연산한다. 그리고, 지연 블록(62)으로부터 상태량[수학식(1)의 좌변]과 가산 블록(66)에서 가산되고, 수학식(1)과 동일하게 추정 편심 억압값 zh1[k], zh2[k]를 얻는다.
이 추정값 zh1[k], zh2[k]는 제10 연산 블록(68)에서 상태 피드백 게인(Fr1)을 승산하고, 수학식(5)와 같이, 액츄에이터(1)의 편심 추종 구동값을 얻는다. 한편, 가산 블록(66)으로부터 수학식(1)의 추정값 zh1[k], zh2[k]는 제11 연산 블록(64)에서 추정 게인 AT1[수학식(7)의 2×2의 A 행렬의 게인]을 곱하고, 지연 블록(62)에 입력하여 다음 샘플의 추정값 zh1[k＋1], zh2[k＋1]을 얻는다.
다른 편심 제어 블록(110-2, 110-3, …, 110-n)도 편심 제어 블록(110-1)과 동일한 구성이며, 추정 게인이 다르다.
외란 가산 블록(116)은 외란 보상기(104)의 외란 억압 제어값과 각 편심 보 정 블록(110-1, 110-2, …, 110-n)의 편심 추종 제어값을 가산한다. 그리고, 가산블록(108)에서 구동값 u[k]에 외란 가산 블록(116)의 출력값을 빼고, 수학식(5)의 출력 구동값 uout[k]를 얻는다.
즉, 수학식(2), (3)과, 수학식(4), (5), (6), (7)을 비교하면, 수학식(3)의 행렬로 나타내는 게인을, 컨트롤러 모델과 외란 모델로 분리하고, 수학식(6), (7)로 전개하며, 또한 수학식(2)의 게인 F를 컨트롤러 모델과 외란 모델로 분리하여 수학식(4), (5)로 전개한다. 수학식(1)은 형식상에서 동일하지만, 전개된 식에 따라 다른 블록(34, 51)에서 계산한다.
이러한, 옵저버에 외란 적응 제어계(ω 추정기)(106)를 끼워 넣는다. 외란 억압용 적응 제어계(106)는 적응측에 따라 외란 주파수를 추정하는 ω 추정부(24)와, 추정 주파수(여기서는, 각주파수 ω)에 따른 추정 게인 L, A를 저장하는 테이블(22)을 갖는다. ω 추정부(24)는 하기 적응식(8)에 의해, 추정 위치 오차 e[k]로부터 추정 각주파수ω1[k]를 계산한다.
Figure 112006092262641-pat00007
이 적응식은 1 샘플 전의 추정 각주파수 ω1[k-1]을 외란 추정 게인 L4, L5와, 외란 보상기(104)의 외란 추정값 z1[k], z2[k]와, 추정 위치 오차 e[k]에 의해 적응적으로 수정하는 적분 형식이다. 또한, Ka는 미리 결정된 게인이다.
한편, 테이블(22)은 도 15에 나타내는 바와 같이, 각 추정 각주파수(ω)의 값에 따른 L1, L2, L3, L4, L5와, Ad1[수학식(7)의 a11, a12, a21, a22]의 값을 저장한다. 이 테이블(22)의 L1, L2에 의해 상태 추정 블록(34)의 L1, L2를 테이블(22)의 L3, L4, L5에 의해 상태 추정 블록(51)의 L3, L4, L5를 추정 각주파수에 따라 변경한다.
또한, 이 테이블(22)의 a11, a12, a21, a22에 의해 외란 보상기(104)의 제5 연산 블록(42)의 a11, a12, a21, a22[수학식(7) 참조]를 추정 각주파수에 따라 변경한다.
즉, 외란(각) 주파수(ω)에 따라 상태 피드백 게인(F)은 변화하지 않고, 외란 모델 및 컨트롤러 모델의 추정 게인을 변화시킨다. 여기서, 옵저버의 추정 게인은 노치 필터 형상으로 정형하기 위한 외란 모델뿐만 아니라, 그 밖의 모든 추정 게인도 영향을 받는 것이다. 즉, 외란 주파수(ω)나 외란 모델이 변화하면, 상기한 (1)식의 외란 추정 게인 L4, L5뿐만 아니라, 위치, 속도, 바이어스의 게인 L1, L2, L3 모두가 영향을 받는다.
특히, 외란 모델을 정형 필터(도 19에서 후술함)의 형태로 설계하는 경우의 극배치에 있어서 ζ2의 값이 큰 경우, 즉, 도 19에서 설명하는 바와 같이 주파수 특성에 있어서, 노치 필터 형상의 억압 영역의 폭이 넓은 경우에 영향이 크다. 따라서, 추정 게인 L1에서 L5까지 모든 추정 게인을 외란 주파수에 따라 변화시킬 필요가 있다.
이 추정 게인의 값은 사전에 극배치법에 의해 계산하여, 테이블(22)에 저장 해 둔다. 도 15 내지 도 18에서 설명한다. 도 15는 테이블(22)의 저장값이고, 도 16 및 도 17은 그 추정 게인(L1, L2, L3, L4, L5)을 그래프화한 것이며, 도 18은 외란 모델값(a11, a12, a21, a22)을 그래프화한 것이다.
도 16 및 도 17은 외란 주파수를 디스크의 회전 주파수로 나누어, 정규화한 주파수를 횡축에 취하고, 종축은 추정 게인(L1, L2, L3, L4, L5)의 값이다. 동일하게 도 18은 외란 주파수를 디스크의 회전 주파수로 나누어 정규화한 주파수를 횡축에 취하고, 종축은 외란 모델값(a11, a12, a21, a22)의 값이다.
도 19의 감도 함수 특성에 나타내는 바와 같이, 노치 필터 형상의 억압 특성의 중심 주파수를 적응 제어로써 축차 동정(同定)하면서 변화시킨다. 또한, 도 19의 상단은 주파수 대 매그니튜드(게인)의 특성도, 도 19의 하단은 주파수 대 위상의 특성도이다. 즉, 변동하는 외란 주파수에 따라 억압하는 주파수를 적응 제어에 의해 제어한다.
도 15는 하나의 외란 주파수 변동에 대응하는 추정 게인 테이블(22)을 나타내고 있다. 이 때에, 전술한 바와 같이, 옵저버의 추정 게인을 전부 수정해야 한다. 그것에 대응하기 위해, 도 16 내지 도 18에서 나타낸 외란 주파수마다 각 추정 게인을 테이블에 유지해 둔다.
단, 무한개의 값을 테이블(22)에 유지할 수는 없기 때문에, 외란 주파수를 어떤 결정된 주파수마다 보존해 둔다. 그 사이의 외란 주파수는 보완함으로써 실현한다. 예컨대 도 15에서는 회전 주파수 각주파수의 정수배의 주파수마다 값을 유지한다.
또한, 오프셋을 제거하기 위해서는 ω 추정에 이용하는 적응측을 수학식(8)의 적분측이 아니라, 하기 수학식(9)으로 나타내는 적분＋2 중적분 형태의 적응측으로 변경하는 것이 바람직하다.
Figure 112006092262641-pat00008
수학식(9)에서는 외란 추정 게인(L4, L5)과, 외란 추정값 z1[k], z2[k]와, 추정 위치 오차 e[k]로 E[k]를 산출하고, 이 E[k]와, 1 샘플 전의 z3[k-1]로 z 3[k]를 산출하며, 1 샘플 전의 ω1[k-1]에 E[k]와 z3[k]를 가산하여 ω1[k]를 구한다. 즉, E[k]에 의한 적분과, z3[k]에 의한 2 중적분의 적응측이다. 또한, Ka, Kb는 미리 결정된 게인이다. 이 2 중적분을 더함으로써, 오프셋이 제거된다.
이와 같이, 컨트롤러 본래의 특성을 그대로 유지한 상태로 부가한 외란 억압용 컨트롤러만으로 적응 제어하고자 하면, 외란 억압 영역의 폭은 좁게 해야 한다. 즉, 종래의 적응 제어를 변경하여도 적응 게인을 작게 해야 하고, Chirp Signal에 대한 추종 성능의 열화를 초래한다. 이 실시 형태에서는 컨트롤러의 특성도 변경하기 위해 외란 억압폭을 넓게 할 수 있다.
또한, 이 실시 형태에서는 상태 피드백 게인(F)은 변화시키지 않고, 옵저버의 추정 게인(L)만 변화시키고 있다. 전술한 바와 같이, 컨트롤러의 극배치를 유지 하기 위해서는 이러한 구성이 적합하다. 이와 같이, 높은 적응 게인의 설정에 있어서도 흐트러지는 일이 없고, 추종이 가능해진다.
이와 같이, 위치 결정 제어계를 옵저버로 구성함으로써, 컨트롤러, 외란 보상기, 편심 보정 블록의 특성을 용이하게 설계할 수 있다.
* 위치 제어계의 제2 실시 형태*
도 20은 본 발명의 위치 제어계의 제2 실시 형태의 블록도이다. 도 20에서 도 5에 나타낸 것과 동일한 것은 동일한 기호로 나타내고 있다. 이 실시 형태에서는 1차, 2차, 3차, …, n차의 편심 보정 블록을 필터(114-1, 114-2, …, 114-n)로 구성한 것이다. 필터의 대역 통과 특성을 1차, 2차, 3차, …, n차의 편심 주파수로 설정함으로써, 필터에 의해서도 편심 보정 블록을 구성할 수 있다.
이 경우에, 컨트롤러(102)나 외란 보상기(104)는 도 14의 옵저버를 이용한 적응 제어계로 구성할 수 있다. 단, 편심 보정은 적응 제어하지 않는다.
* 위치 제어계의 제3 실시 형태*
도 21은 본 발명의 위치 제어계의 제3 실시 형태의 블록도이다. 도 21에 있어서, 도 5에 나타낸 것과 동일한 것은 동일한 기호로 나타내고 있다. 이 실시 형태에서는 인터페이스 회로(11-1)[HDC(11) 내]가 외부로부터 목표 위치(r)와, 외란 억압 주파수를 수신하고, 외란 억압 주파수를 주파수 추정기(106)의 초기값(외란의 각주파수의 초기값)으로 하여, 주파수 추정기(106)에 세트한다. 따라서, 보상기(104)에는 이 초기값으로부터 적응 제어한다.
통상, 주파수 추정기(106)의 초기값은 외란 주파수가 미지인 것을 전제로 하 고 있기 때문에, 추종 범위의 한가운데에 설정되고, 위치 오차 e로부터 서서히 외란 주파수에 도달하지만, 이 실시 형태에서는 기지한 외란 주파수를 초기값으로 세트하기 위해, 즉시, 기지한 외란 주파수로부터 스타트하고, 이후, 주파수가 변화하여도 추정 주파수는 그것에 추종한다.
그리고, 이 외란 억압 주파수를 편심 오프 제어 블록(118)이 수신하여, 1차, 2차, 3차, …, n차의 편심 보정 블록(110-1, 110-2, …, 110-n) 내, 이 외란 억압 주파수 근방의 편심 주파수 보정을 위한 스위치(112-1, 112-2, …, 112-n)를 오프한다.
이와 같이, 외부로부터 외란 억압 주파수를 설정하는 것이 유효한 경우로서, 예컨대, 디스크 드라이브 메이커가 세트 메이커에 디스크 드라이브를 제공하고, 세트 메이커가 디스크 장치를 퍼스널 컴퓨터나, 가전 기기에 부착하는 경우가 있다.
이 경우에, 디스크 드라이브 메이커는 디스크 드라이브가 받는 진동 환경은 알지 못하고, 세트 메이커의 부착 방법이나 함께 부착하는 다른 유닛과의 관련에 의해 진동 환경이 결정된다. 따라서, 세트 메이커가 디스크 드라이브를 장치에 부착한 후, 디스크 장치가 받는 외란 주파수를 측정하고, 이것을 필요시에 외부로부터 설정하는 경우에 유효하다.
* 위치 제어계의 제4 실시 형태*
도 22는 본 발명의 위치 제어계의 제4 실시 형태의 블록도이다. 도 22에서 도 5, 도 21에 나타낸 것과 동일한 것은 동일한 기호로 나타내고 있다. 이 실시 형태에서는 외부로부터 외란 억압 주파수를 인터페이스 회로(11-1)가 수신하여, 주파 수 변환기(106-1)에 세트한다. 따라서, 주파수 변환기(106-1)는 이 주파수를 전술한 추정 게인으로 변환하고, 외란 보상기(104)에 세트한다. 외란 보상기(104)는 이 초기값(각주파수)으로부터 적응 제어한다.
따라서, 이 실시 형태에서는 기지한 외란 주파수를 초기값으로 세트하기 위해, 즉시, 기지한 외란 주파수로부터 스타트하고, 이후, 주파수가 변화하여도 보상기(104)의 보상 전류(Ud)는 그것에 추종한다.
그리고, 이 외란 억압 주파수를 편심 오프 제어 블록(118)이 수신하여 1차, 2차, 3차, …, n차의 편심 보정 블록(110-1, 110-2, …, 110-n) 내에, 이 외란 억압 주파수 근방의 편심 주파수 보정을 위한 스위치(112-1, 112-2, …, 112-n)를 오프한다.
이와 같이, 위치 결정 제어계가 선택적으로 억압하는 외란 주파수의 설정값에 따라 내부 정수(도 5, 도 6의 예에서는 각주파수) 또는 구성을 다르게 하는 수단을 구비하고 있으며, 또한, 외란 주파수는 인터페이스(11-1)를 통해 외부로부터 참조 또는 설정이 가능해진다.
이와 같이, 외부로부터 외란 억압 주파수를 설정하는 것이 유효한 경우로서, 예컨대, 자기 디스크 드라이브와 다른 진동원(예컨대, 광 디스크 드라이브, 부저, 바이브레이터 등)을 함께, 장치에 탑재하는 경우가 있다.
이 경우에, 디스크 드라이브 메이커는 디스크 드라이브가 받는 진동 환경은 알지 못하고, 세트 메이커의 부착 방법이나 함께 부착하는 다른 유닛과의 관련에 의해 진동 환경이 결정된다. 따라서, 세트 메이커가 디스크 드라이브를 장치에 부 착한 후, 디스크 장치가 받는 외란 주파수를 측정하고, 이것을 필요시에 외부로부터 설정하는 경우에 유효하다.
*위치 제어계의 제5 실시 형태*
도 23은 본 발명의 위치 제어계의 제5 실시 형태의 블록도, 도 24는 도 23의 실시 형태의 설명도이다. 도 23에 있어서, 도 5에 나타내는 것과 동일한 것은 동일한 기호로 나타내고 있다. 이 실시 형태에서는 1차, 2차, 3차, …, n차의 편심 보정 블록(110-1, 110-2, …, 110-n)의 입력단에 스위치를 설치하고 있지 않다. 즉, 편심 보정을 항상 온으로 한다. 그 대신에 주파수 시프트 회로(120)를 설치한다.
주파수 시프트 회로(120)는 주파수 추정기(106)가 추정한 현샘플의 외란 주파수 Fd(n)와, 1 샘플 전의 외란 주파수 Fd(n-1)를 유지해 두고, Fd(n)가 상기한 편심 보정과 간섭하는 조건을 만족하면, 현샘플의 Fd(n)가 플러스 또는 마이너스 방향으로 어긋나도록 주파수 추정기(106)에 지시한다.
이 때, 정부의 어느 쪽으로 어긋나게 하는지는 Fd(n)와 Fd(n-1)의 차분을 구하고, 변화 방향을 조사하여 확정한다. 도 24에 나타내는 바와 같이, 주파수 시프트 회로(120)는 주파수 추정기(106)에 설정 금지 범위(회전 주파수의 정수배±수 Hz)영역 끝의 값을 설정한다. 예컨대, 정방향으로 변화하고 있으면, Fd(n)는 ＋방향 끝의 주파수를 설정한다.
또한, 도 21, 도 22의 외부로부터 외란 주파수(Fd)를 설정된 실시 형태로도 적용할 수 있다. 이 경우에, 주파수 시프트 회로(120)는 회전 주파수를 Frro로 하여 Fd/Frro를 구한다. 이 해를 정수값(X)으로 반올림하여(rounded) 양쪽의 차분을 얻고, 그 절대값을 구한다. 즉, abs(X-Fd/Frro)를 계산한다.
이 절대값의 값이 지정값보다도 작으면, 또한 정수값(X)이 편심 보정에 의해 대상으로 하는 주파수이면, 외란 주파수(Fd)를 어긋나게 하여 지정 범위 밖이 되도록 한다. 이 지정 범위는, 예컨대 수 Hz의 값으로 한다.
이와 같이, 편심 보정을 오프하지 않고, 외란 주파수를 어긋나게 하는 방법으로 상정하고 있는 것은 회전 주파수의 정수배±수 Hz, 예컨대 1 Hz나 3 Hz의 영역에, 외란 주파수가 중복되지 않도록 하는 것이다. 따라서, 위상 변화에 의한 특성 열화는 어느 정도는 허용하는 것이 된다.
* 다른 실시 형태 *
전술한 실시 형태에서는 위치 결정 제어를 자기 디스크 장치의 헤드 위치 결정 장치의 적용 예로 설명하였지만, 광 디스크 장치 등의 다른 디스크 장치에도 적용할 수 있다. 또한, 외란 주파수의 수는 필요에 따라 적절하게 채용할 수 있다.
이상, 본 발명을 실시 형태로 설명하였지만, 본 발명은 그 취지의 범위 내에서 여러 가지의 변형이 가능하며, 이것을 본 발명의 범위로부터 배제하는 것은 아니다.
(부기 1)
디스크 기억 매체의 미리 결정된 위치에 액츄에이터에 의해 헤드를 위치 결정 제어하는 헤드 위치 결정 제어 방법에 있어서, 상기 헤드의 목표 위치와 상기 헤드로부터 얻은 현재 위치로부터 위치 오차를 연산하는 단계와, 상기 위치 오차에 따라 상기 액츄에이터의 제어값을 연산하는 단계와, 상기 위치 오차에 따라 상기 디스크 기억 매체의 편심 주파수의 편심 보정값을 연산하는 단계와, 상기 위치 오차에 따라 원하는 외란 주파수의 외란 억압값을 연산하는 단계와, 상기 제어값과 상기 편심 보정값과 상기 외란 억압값으로부터 상기 액츄에이터의 구동값을 연산하는 단계와, 상기 외란 주파수와 상기 복수의 편심 주파수가 간섭하는지를 검출하는 단계와, 상기 간섭하는 것을 검출한 경우에, 상기 간섭하는 편심 주파수에 대한 상기 위치 오차에 따른 상기 편심 보정값의 연산을 오프하거나 또는 상기 원하는 외란 주파수를 시프트하는 간섭 방지 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 헤드 위치 결정 제어 방법.
(부기 2)
상기 편심 보정값을 연산하는 단계는 상기 위치 오차에 따라 상기 디스크 기억 매체의 회전 주파수의 복수의 차수의 편심 주파수 각각의 편심 보정값을 연산하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 부기 1에 기재한 하는 헤드 위치 결정 제어 방법.
(부기 3)
상기 외란 억압값을 연산하는 단계는 상기 위치 오차에 따라 적응 제어에 의해 상기 외란 주파수를 추정하는 단계와, 상기 추정한 외란 주파수에 대응한 파라미터에 의해, 상기 위치 오차로부터 상기 외란 억압값을 연산하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 부기 1에 기재한 헤드 위치 결정 제어 방법.
(부기 4)
상기 외란 억압값을 연산하는 단계는 상기 억압해야하는 상기 외란 주파수를 초기값으로 하여 세트하는 단계와, 상기 위치 오차에 따라 세트된 외란 주파수를 초기값으로 하여 적응 제어에 의해, 외란 주파수를 추정하는 단계와, 상기 추정된 외란 주파수에 대응한 파라미터에 의해, 상기 위치 오차로부터 상기 외란 억압값을 연산하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 부기 1에 기재한 헤드 위치 결정 제어 방법.
(부기 5)
상기 외란 억압값을 연산하는 단계는 상기 억압해야하는 상기 외란 주파수를 세트하는 단계와, 상기 세트된 외란 주파수에 대응한 파라미터에 의해, 상기 위치 오차로부터 상기 외란 억압값을 연산하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 부기 1에 기재한 헤드 위치 결정 제어 방법.
(부기 6)
상기 간섭 방지 단계는 상기 간섭하는 편심 주파수에 대한 상기 위치 오차에 따른 상기 편심 보정값 연산 처리의 상기 위치 오차의 입력을 오프하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 부기 1에 기재한 헤드 위치 결정 제어 방법.
(부기 4)
상기 간섭 방지 단계는 상기 위치 오차에 따라 원하는 외란 주파수의 외란 억압값을 연산하는 처리의 상기 외란 주파수를, 상기 간섭하는 편심 주파수로부터 시프트하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 부기 1에 기재한 헤드 위치 결정 제어 방법.
(부기 8)
상기 제어값의 연산 단계는 상기 액츄에이터 모델의 옵저버 제어에 의해, 상기 위치 오차와 상기 옵저버의 추정 위치와의 추정 위치 오차에 따라 상기 액츄에이터의 추정 게인을 이용하여 상태 정보를 생성하고, 상기 상태 정보로부터 상기 액츄에이터의 제어값을 연산하는 단계로 이루어지며, 상기 외란 억압값을 연산하는 단계는 상기 액츄에이터 모델과 분리된 상기 외란 모델의 옵저버 제어에 의해, 상기 추정 위치 오차에 따라 상기 외란의 추정 게인을 이용하여 상태 정보를 생성하고, 상기 상태 정보로부터 상기 외란 억압값을 연산하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 부기 1에 기재한 헤드 위치 결정 제어 방법.
(부기 9)
디스크 기억 매체의 데이터를 적어도 판독하는 헤드와, 상기 디스크 기억 매체의 미리 결정된 위치에, 상기 헤드를 위치 결정하는 액츄에이터와, 상기 헤드의 목표 위치와 상기 헤드로부터 얻은 현재 위치로부터 위치 오차를 연산하고, 상기 위치 오차에 따라 상기 액츄에이터의 제어값과, 상기 위치 오차에 따라 상기 디스크 기억 매체의 편심 주파수의 편심 보정값와, 상기 위치 오차에 따라 원하는 외란 주파수의 외란 억압값을 연산하고, 상기 제어값과 상기 편심 보정값과 상기 외란 억압값으로부터 상기 액츄에이터의 구동값을 연산하는 제어 유닛을 포함하며, 상기 제어 유닛은 상기 외란 주파수와 상기 복수의 편심 주파수가 간섭하는지를 검출하여, 상기 간섭하는 것을 검출한 경우에 상기 간섭하는 편심 주파수에 대한 상기 위치 오차에 따른 상기 편심 보정값의 연산을 오프하거나 또는 상기 원하는 외란 주파수를 시프트하는 것을 특징으로 하는 디스크 장치.
(부기 10)
상기 제어 유닛은 상기 위치 오차에 따라 상기 디스크 기억 매체의 회전 주파수의 복수의 차수의 편심 주파수 각각의 편심 보정값을 연산하는 것을 특징으로 하는 부기 9에 기재한 디스크 장치.
(부기 11)
상기 제어 유닛은 상기 위치 오차에 따라 적응 제어에 의해, 상기 외란 주파수를 추정하고, 상기 추정한 외란 주파수에 대응한 파라미터에 의해, 상기 위치 오차로부터 상기 외란 억압값을 연산하는 것을 특징으로 하는 부기 9에 기재한 디스크 장치.
(부기 12)
상기 제어 유닛은 상기 억압해야하는 상기 외란 주파수를 초기값으로 하여 세트하고, 상기 위치 오차에 따라 세트된 외란 주파수를 초기값으로 하여 적응 제어에 의해 외란 주파수를 추정하며, 상기 추정된 외란 주파수에 대응한 파라미터에 의해 상기 위치 오차로부터 상기 외란 억압값을 연산하는 것을 특징으로 하는 부기 9에 기재한 디스크 장치.
(부기 13)
상기 제어 유닛은 세트된 상기 억압해야하는 상기 외란 주파수에 대응한 파라미터에 의해, 상기 위치 오차로부터 상기 외란 억압값을 연산하는 것을 특징으로 하는 부기 9에 기재한 디스크 장치.
(부기 14)
상기 제어 유닛은 상기 간섭하는 편심 주파수에 대한 상기 위치 오차에 따른 상기 편심 보정값 연산 처리의 상기 위치 오차의 입력을 오프하는 것을 특징으로 하는 부기 9에 기재한 디스크 장치.
(부기 15)
상기 제어 유닛은 상기 위치 오차에 따라 원하는 외란 주파수의 외란 억압값을 연산하는 처리의 상기 외란 주파수를 상기 간섭하는 편심 주파수로부터 시프트하는 것을 특징으로 하는 부기 9에 기재한 디스크 장치.
(부기 16)
상기 제어 유닛은 상기 액츄에이터 모델의 옵저버 제어에 의해, 상기 위치 오차와 상기 옵저버의 추정 위치와의 추정 위치 오차에 따라 상기 액츄에이터의 추정 게인을 이용하여 상태 정보를 생성하고, 상기 상태 정보로부터 상기 액츄에이터의 제어값을 연산하며, 또한 상기 액츄에이터 모델과 분리된 상기 외란 모델의 옵저버 제어에 의해, 상기 추정 위치 오차에 따라 상기 외란의 추정 게인을 이용하여 상태 정보를 생성하고, 상기 상태 정보로부터 상기 외란 억압값을 연산하는 것을 특징으로 하는 부기 9에 기재한 디스크 장치.
(부기 17)
디스크 기억 매체의 데이터를 적어도 판독하는 헤드를, 액츄에이터를 제어하여 상기 디스크 기억 매체의 미리 결정된 위치에 위치 결정하는 헤드 위치 결정 제어 장치에 있어서, 상기 헤드의 목표 위치와 상기 헤드로부터 얻은 현재 위치로부터 위치 오차를 연산하고, 상기 액츄에이터의 제어값와, 상기 위치 오차에 따라 상 기 디스크 기억 매체의 편심 주파수의 편심 보정값과, 상기 위치 오차에 따라 원하는 외란 주파수의 외란 억압값을 연산하고, 상기 제어값과 상기 편심 보정값과 상기 외란 억압값으로부터 상기 액츄에이터의 구동값을 연산하는 처리 유닛과, 상기 외란 주파수와 상기 복수의 편심 주파수가 간섭하는지를 검출하며, 상기 간섭하는 것을 검출한 경우에, 상기 간섭하는 편심 주파수에 대한 상기 위치 오차에 따른 상기 편심 보정값의 연산을 오프하거나 또는 상기 원하는 외란 주파수를 시프트하는 간섭 방지 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 헤드 위치 결정 제어 장치.
(부기 18)
상기 처리 유닛은 상기 위치 오차에 따라 상기 디스크 기억 매체 회전 주파수의 복수의 차수의 편심 주파수 각각의 편심 보정값을 연산하는 것을 특징으로 하는 부기 17에 기재한 헤드 위치 결정 제어 장치.
(부기 19)
상기 처리 유닛은 상기 위치 오차에 따라 적응 제어에 의해, 상기 외란 주파수를 추정하고, 상기 추정한 외란 주파수에 대응한 파라미터에 의해, 상기 위치 오차로부터 상기 외란 억압값을 연산하는 것을 특징으로 하는 부기 17에 기재한 헤드 위치 결정 제어 장치.
(부기 20)
상기 처리 유닛은 상기 억압해야하는 상기 외란 주파수를 초기값으로 하여 세트하고, 상기 위치 오차에 따라 세트된 외란 주파수를 초기값으로 하여 적응 제어에 의해, 외란 주파수를 추정하며, 상기 추정된 외란 주파수에 대응한 파라미터 에 의해 상기 위치 오차로부터 상기 외란 억압값을 연산하는 것을 특징으로 하는 부기 17에 기재한 헤드 위치 결정 제어 장치.
(부기 21)
상기 처리 유닛은 세트된 상기 억압해야하는 상기 외란 주파수에 대응한 파라미터에 의해 상기 위치 오차로부터 상기 외란 억압값을 연산하는 것을 특징으로 하는 부기 17에 기재한 헤드 위치 결정 제어 장치.
(부기 22)
상기 간섭 방지 유닛은 상기 간섭하는 편심 주파수에 대한 상기 위치 오차에 따른 상기 편심 보정값 연산 처리의 상기 위치 오차의 입력을 오프하는 것을 특징으로 하는 부기 17에 기재한 헤드 위치 결정 제어 장치.
(부기 23)
상기 간섭 방지 유닛은 상기 위치 오차에 따라 원하는 외란 주파수의 외란 억압값을 연산하는 처리의 상기 외란 주파수를, 상기 간섭하는 편심 주파수로부터 시프트하는 것을 특징으로 하는 부기 17에 기재한 헤드 위치 결정 제어 장치.
(부기 24)
상기 처리 유닛은 상기 액츄에이터 모델의 옵저버 제어에 의해, 상기 위치 오차와 상기 옵저버의 추정 위치와의 추정 위치 오차에 따라 상기 액츄에이터의 추정 게인을 이용하여 상태 정보를 생성하고, 상기 상태 정보로부터 상기 액츄에이터의 제어값을 연산하며, 또한 상기 액츄에이터 모델과 분리된 상기 외란 모델의 옵저버 제어에 의해, 상기 추정 위치 오차에 따라 상기 외란의 추정 게인을 이용하여 상태 정보를 생성하고, 상기 상태 정보로부터 상기 외란 억압값을 연산하는 것을 특징으로 하는 부기 17에 기재한 헤드 위치 결정 제어 장치.
헤드 위치 결정 제어계에서 편심 보정과 외란 억압 제어를 행하는 경우에, 외란 억압 주파수를 검출하여 그 근방의 편심 보정 주파수의 편심 보정 제어의 피드백을 오프하거나 또는 외란 억압 주파수를 편심 보정 주파수로부터 시프트함으로써, 편심 보정과 외란 억압의 간섭을 방지할 수 있어, 불안정한 편심 보정을 막을 수 있다.

Claims (10)

  1. 디스크 기억 매체의 미리 결정된 위치에 액츄에이터에 의해 헤드를 위치 결정 제어하는 헤드 위치 결정 제어 방법에 있어서,
    상기 헤드의 목표 위치와 상기 헤드로부터 얻은 현재 위치로부터 위치 오차를 연산하는 단계와,
    상기 위치 오차에 따라 상기 액츄에이터의 제어값을 연산하는 단계와,
    상기 위치 오차에 따라 상기 디스크 기억 매체의 복수의 편심 주파수의 편심 보정값을 연산하는 단계와,
    상기 위치 오차에 따라 원하는 외란 주파수의 외란 억압값을 연산하는 단계와,
    상기 제어값과 상기 편심 보정값과 상기 외란 억압값으로부터 상기 액츄에이터의 구동값을 연산하는 단계와,
    상기 외란 주파수와 상기 복수의 편심 주파수가 간섭하는지를 검출하는 단계와,
    상기 간섭하는 것을 검출한 경우에, 상기 간섭하는 편심 주파수에 대한 상기 위치 오차에 따른 상기 편심 보정값의 연산을 오프하거나 또는 상기 원하는 외란 주파수를 시프트하는 간섭 방지 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 헤드 위치 결정 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 편심 보정값을 연산하는 단계는 상기 위치 오차에 따 라 상기 디스크 기억 매체의 회전 주파수의 복수의 차수의 편심 주파수 각각의 편심 보정값을 연산하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 헤드 위치 결정 제어 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 간섭 방지 단계는 상기 간섭하는 편심 주파수에 대한 상기 위치 오차에 따른 상기 편심 보정값의 연산 처리의 상기 위치 오차의 입력을 오프하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 헤드 위치 결정 제어 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 간섭 방지 단계는 상기 위치 오차에 따라 원하는 외란 주파수의 외란 억압값을 연산하는 처리의 상기 외란 주파수를, 상기 간섭하는 편심 주파수로부터 시프트하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 헤드 위치 결정 제어 방법.
  5. 디스크 기억 매체의 데이터를 적어도 판독하는 헤드와,
    상기 디스크 기억 매체의 미리 결정된 위치에, 상기 헤드를 위치 결정하는 액츄에이터와,
    상기 헤드의 목표 위치와 상기 헤드로부터 얻은 현재 위치로부터 위치 오차를 연산하고, 상기 위치 오차에 따라 상기 액츄에이터의 제어값과, 상기 위치 오차에 따라 상기 디스크 기억 매체의 복수의 편심 주파수의 편심 보정값과, 상기 위치 오차에 따라 원하는 외란 주파수의 외란 억압값을 연산하고, 상기 제어값과 상기 편심 보정값과 상기 외란 억압값으로부터 상기 액츄에이터의 구동값을 연산하는 제어 유닛
    을 포함하고,
    상기 제어 유닛은 상기 외란 주파수와 상기 복수의 편심 주파수가 간섭하는지를 검출하여, 상기 간섭하는 것을 검출한 경우에 상기 간섭하는 편심 주파수에 대한 상기 위치 오차에 따른 상기 편심 보정값의 연산을 오프하거나 또는 상기 원하는 외란 주파수를 시프트하는 것을 특징으로 하는 디스크 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제어 유닛은 상기 위치 오차에 따라 상기 디스크 기억 매체의 회전 주파수의 복수의 차수의 편심 주파수 각각의 편심 보정값을 연산하는 것을 특징으로 하는 디스크 장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 제어 유닛은 상기 간섭하는 편심 주파수에 대한 상기 위치 오차에 따른 상기 편심 보정값의 연산 처리의 상기 위치 오차의 입력을 오프하는 것을 특징으로 하는 디스크 장치.
  8. 디스크 기억 매체의 데이터를 적어도 판독하는 헤드를, 액츄에이터를 제어하여 상기 디스크 기억 매체의 미리 결정된 위치에 위치 결정하는 헤드 위치 결정 제어 장치에 있어서,
    상기 헤드의 목표 위치와 상기 헤드로부터 얻은 현재 위치로부터 위치 오차를 연산하고, 상기 액츄에이터의 제어값과, 상기 위치 오차에 따라 상기 디스크 기억 매체의 복수의 편심 주파수의 편심 보정값과, 상기 위치 오차에 따라 원하는 외란 주파수의 외란 억압값을 연산하고, 상기 제어값과 상기 편심 보정값과 상기 외란 억압값으로부터 상기 액츄에이터의 구동값을 연산하는 처리 유닛과,
    상기 외란 주파수와 상기 복수의 편심 주파수가 간섭하는지를 검출하며, 상기 간섭하는 것을 검출한 경우에, 상기 간섭하는 편심 주파수에 대한 상기 위치 오차에 따른 상기 편심 보정값의 연산을 오프하거나 또는 상기 원하는 외란 주파수를 시프트하는 간섭 방지 유닛
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 헤드 위치 결정 제어 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 처리 유닛은 상기 위치 오차에 따라 상기 디스크 기억 매체의 회전 주파수의 복수의 차수의 편심 주파수 각각의 편심 보정값을 연산하는 것을 특징으로 하는 헤드 위치 결정 제어 장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 간섭 방지 유닛은 상기 간섭하는 편심 주파수에 대한 상기 위치 오차에 따른 상기 편심 보정값의 연산 처리의 상기 위치 오차의 입력을 오프하는 것을 특징으로 하는 헤드 위치 결정 제어 장치.
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