CN102419983A - 磁盘装置，电子设备和磁头控制方法 - Google Patents

Abstract

一种磁盘装置包括磁头、线圈电机、驱动电路、电压检测器、磁头位置计算单元、速度计算单元、反电动势计算单元、线圈电阻估计单元和控制单元。磁头位置计算单元基于伺服信息对于每个采样周期计算磁头的位置。速度计算单元对于每个采样周期计算磁头的速度。反电动势计算单元对于每个采样周期计算线圈的反电动势。线圈电阻估计单元依次地估计线圈的线圈电阻值。控制单元计算用于控制速度的驱动指令并且将驱动指令输出到驱动电路。此外，反电动势计算单元从端子间电压减去电压降，从而计算反电动势。

Description

磁盘装置,电子设备和磁头控制方法

相关申请的交叉引用

该申请是基于2010年9月28日提交的第2010-217486号在先日本专利申请，并要求其优先权的利益，其全部内容通过引用被结合在此。

技术领域

实施例基本上涉及磁盘装置、电子设备以及磁头控制方法。

背景技术

通过再现包含在磁盘表面上的伺服扇区中的伺服信息获得的磁头位置误差信号被用于磁盘装置的磁头的定位控制和速度控制。然而，在卸载操作期间，不可能在磁头进入斜面机构之后获得磁头位置误差信号。

因此，在该卸载操作期间，通常基于由音圈电机产生的反电动势(a counterelectromotive voltage)所估计的磁头速度来控制磁头的速度，以便即使当磁头在斜面机构上时，也可以执行磁头的速度控制。在这个时候，使用音圈电机中线圈的线圈电阻值来计算该反电动势。

然而，该线圈电阻值可以随着由电流引起的温度变化而变化。因此，在卸载操作期间，线圈电阻值可以变化，并且可以使用变化的线圈电阻值来执行该计算。因此，有导致用于磁头的速度控制的反电动势变化以及磁头的卸载操作不稳定的问题。

发明内容

本发明的实施例提供一种能够稳定地执行卸载操作的磁盘装置以及该卸载操作的控制方法。

根据该实施例，磁盘装置包括磁头、线圈电机、驱动电路、电压检测器、磁头位置计算单元、速度计算单元、反电动势计算单元、线圈电阻估计单元和控制单元。磁头在具有伺服信息的信息存储介质上执行信息的读取和写入。线圈电机移动该磁头。驱动电路驱动该线圈电机。电压检测器检测包含在线圈电机中的线圈的端子间电压。磁头位置计算单元基于伺服信息对于每个采样周期计算磁头的位置。速度计算单元对于每个采样周期计算在该位置的磁头的速度。反电动势计算单元对于每个采样周期计算线圈的反电动势。线圈电阻估计单元基于该速度和该反电动势依次地估计线圈的线圈电阻值。控制单元基于该反电动势对于每个采样周期计算用于控制速度的驱动指令，并且将驱动指令输出到驱动电路。此外，反电动势计算单元从所述端子间电压减去由线圈电阻估计单元估计的线圈电阻估计值引起的电压降，从而计算反电动势。

根据该实施例的磁盘装置，即使当线圈电机中的线圈电阻在磁头的卸载操作期间变化时，通过依次地估计线圈电阻，也能使磁头的卸载操作被稳定地进行。

附图说明

阅读以下详细说明以及参考附图，该公开的方面将变得明显。描述和相关的附图被提供为阐明本发明的实施例，而非限制本发明的范围。

图1是显示根据实施例的磁盘装置的构成的示意图。

图2是显示根据该实施例的VCM模型(model)的等效电路图。

图3是显示根据该实施例的磁盘装置的MPU的内部构成的框图。

图4是显示根据该实施例的磁盘装置的MPU中的信号处理的框图。

图5是显示根据该实施例的线圈电阻估计单元的框图。

图6是显示根据该实施例的磁盘装置的模拟中的线圈电阻估计值中的变化的曲线图。

图7是显示根据该实施例的磁盘装置的模拟中的磁头的估计速度中的变化的曲线图。

图8是显示根据该实施例的电子设备的构成的图。

具体实施方式

根据该实施例的电子设备包括根据该实施例的磁盘装置。

根据该实施例，用于磁盘装置的磁头控制方法包括以下步骤。磁盘装置包括磁头、线圈电机、驱动电路以及电压检测器。磁头在具有伺服信息的信息存储介质上执行信息的读取和写入。线圈电机移动该磁头。驱动电路驱动该线圈电机。电压检测器检测包含在线圈电机中的线圈的端子间电压。磁头控制方法的步骤包括基于该伺服信息对于每个采样周期计算磁头的位置；对于每个采样周期计算在该位置的磁头的速度；从端子间电压中减去线圈的线圈电阻值，以便对于每个采样周期计算线圈的反电动势；基于速度以及反电动势，依次地估计线圈电阻值；以及基于反电动势，对于每个采样周期计算驱动指令以控制速度。

实施例

以下将说明实施例。

图1是显示根据实施例的磁盘装置的构成的示意图。图2是显示根据该实施例的磁盘装置的音圈电机(VCM)4的等效电路图。

将参考图1说明根据该实施例的磁盘装置的示意性的构成。

在该实施例中，磁盘装置包括在诸如具有多个伺服扇区的磁盘的信息存储介质5上执行信息的读取和写入的磁头1、移动磁头1的VCM 4、驱动VCM 4的VCM驱动电路7、检测VCM 4中的线圈端子间电压(即，线圈的两个端子之间的电压)的电压检测器11、以及MPU8，该MPU 8基于预先磁性地记录在信息存储介质5的伺服扇区中的伺服信息，执行磁头1的定位控制和速度控制。

磁头1被支持在臂杆2的端部。当VCM 4使臂杆2在转动轴3周围旋转时，磁头1在由未显示的主轴电机转动的信息存储介质5的表面上方在半径方向上移动，由此执行查找操作和“跟随(follow)”操作。结果，磁头1可以在信息存储介质5上的任何给定的位置执行信息的写入和读取。在正常的查找和跟随操作中，MPU 8使用从伺服信息中获得的位置误差信号来执行磁头1的定位控制。

例如，当未显示的震动检测传感器检测到施加到装置的震动时，或当用户关掉该装置时，MPU 8将控制系统从定位控制切换到速度控制，从而执行卸载操作，在该卸载操作中，磁头1退回到靠近信息存储介质5的斜面机构6。相反，当指示从卸载状态恢复时，或当用户开启该装置时，MPU 8执行速度控制，从而将磁头1从斜面机构6移动到信息存储介质5。

例如，VCM 4是具有彼此面对的磁体和线圈的线圈电机。该磁体被固定到基部。线圈被设置在轴向支持的臂杆2上。当电流经过线圈时，VCM 4用作将转动力施加到臂杆2，即，驱动臂杆2的致动器。

可以使用如图2所示的等效电路图来表示VCM 4的模型。L、Rvcm和Rs分别表示电感、线圈电阻和传感电阻。Vbemf、Ivcm、Vmeas和Vc分别表示反电动势、经过线圈的电流(以下称为线圈电流)、可检测的线圈端子间电压、以及线圈和传感电阻之间的电压。

VCM驱动电路7从MPU 8接收指令电压(驱动指令)，并且使电流经过线圈从而驱动臂杆2。VCM驱动电路7可以具有包括电流反馈电路的已知的构成。VCM驱动电路7被设置成与VCM 4分开。然而，VCM驱动电路7和VCM 4实际上被连接。因此，VCM 4的线圈可以被包含在VCM驱动电路7的一部分中。

电压检测器11依次地检测线圈端子间电压Vmeas。在该实施例中，电压检测器11被单独设置。然而，电压检测器11可以被设置为VCM驱动电路7一部分。

将参考图3到5说明根据该实施例的磁盘装置的MPU内部的构成和操作。在根据该实施例的磁盘装置中，已知的技术被用于查找操作和跟随操作。以下将说明在卸载操作期间被执行的操作。

如上所述，VCM 4中的线圈的反电动势一般被用于在磁头1退回到斜面机构6的卸载操作期间的磁头的速度控制。使用转矩常数Kt和线圈反电动势Vbemf，由以下公式表示磁头速度Vel。

[等式1]

Vel＝V_bemf/K_t

然而，随着在卸载操作期间由经过线圈的电流产生的热以及根据固体差(lotdifferences)，线圈电阻值变化。该变化还导致基于线圈电阻值被计算的反电动势中的变化。

根据该实施例的磁盘装置具有如图3所示的构成。在卸载操作期间，当磁头1位于信息存储介质5上时，只要可以从信息存储介质5获得磁头位置误差信号就依次地估计线圈电阻值。如此，MPU 8可以使用该估计的线圈电阻值来计算更精确的反电动势，并且可以稳定地执行磁头1的速度控制。

在磁头1离开信息存储介质5而进入斜面机构6之后，刚刚在磁头1离开之前已经估计和获得的线圈电阻值允许基于更精确的反电动势来执行速度控制。

如图3所示，MPU 8包括计算磁头1的速度的速度计算单元14、计算线圈的反电动势的反电动势计算单元15、依次地估计线圈电阻值的线圈电阻估计单元16和计算用于磁头1的速度控制的指令电压以及将计算的指令电压输出到VCM驱动电路7的控制单元17。

以下将参考图4和5详细说明在磁头1的速度控制期间的MPU内部的“信号”处理。该信号意指对应于物理量的数据。

图4是显示根据该实施例的磁盘装置的MPU内部的信号处理的框图。

磁头位置计算单元10经由AD转换器12接收磁头1通过再现伺服信息而输出的磁头位置误差信号，从而随后基于该磁头位置误差信号来计算磁头位置信号。在这个时候，磁头1可以为每个伺服扇区再现伺服信息。因此，磁头位置计算单元10采用从一个伺服扇区到下一个伺服扇区的周期作为采样周期，从而为每个采样动作计算磁头位置信号。

然而，如此由磁头位置计算单元10计算的磁头位置信号包括由信息存储介质5的转动产生的偏心成分。必须去除该偏心成分。在这个时候，可以利用用于普通的磁头定位控制的转动同步成分补偿来去除该偏心成分。

速度计算单元14从两者都由磁头位置计算单元10计算的采样周期的磁头位置信号和紧邻着该采样周期前的先前采样周期(以下称为“一个周期前的采样周期”)的另一个磁头位置信号之间的差分，计算每个采样周期的磁头1的速度信号。磁头1的速度信号是作为估计线圈电阻的基准的速度。这里基于该差分计算速度。另外地，只要可以从磁头位置信号计算速度，可以采用任何方法。

反电动势计算单元15从估计的线圈端子间电压和线圈电阻的估计值(以下称为“线圈电阻估计值”)计算每个采样周期的线圈的反电动势。当采样周期采用足以衰减由电感引起的电压的时间间隔从而去除电感项的影响时，由以下等式表示反电动势Vbemf。

[等式2]

V_bemf＝V_meas-R_vcm·I_vcm

在等式2中，Vmeas、Rvcm和Ivcm分别表示线圈端子间电压、线圈电阻和线圈电流。当电流反馈充分地生效时，线圈电流Ivcm与指令电压Vvcm成正比，并且它们之间的关系可以表示为Ivcm＝βVvcm，其中，β是比例系数)。因此，可以由以下等式表示反电动势Vbemf。

[等式3]

V_bemf＝V_meas-R_vcm·β·V_vcm

＝V_meas-R·V_vcm

在上述等式中，“比例系数β×线圈电阻Rvcm”由被认为是线圈电阻估计值的R代替。根据该等式3，反电动势计算单元15从线圈端子间电压减去相乘的值，从而计算每个采样周期的反电动势。该相乘的值是通过将对于每个采样周期从线圈电阻估计单元16输出的线圈电阻估计值与一个周期前的采样周期的指令电压相乘而获得的。该线圈端子间电压由电压检测器11输出并且由AD转换器12处理。这个乘法是由设置在反电动势计算单元15的乘法单元15a执行的。

然而，在卸载操作开始时，线圈电阻估计单元16还没有计算线圈电阻估计值，需要将预定的线圈电阻值R0作为初始值。该预定的线圈电阻值R0可以通过开始卸载操作之前的标度来获得，或者可以使用预先存储在未显示的诸如存储器的存储单元中的线圈电阻值的标称值来获得。在卸载操作开始时，反电动势计算单元15使用预定的线圈电阻值R0来计算反电动势。

线圈电阻估计单元16包括速度误差计算单元18、校正值计算单元19和线圈电阻校正单元20。以下将参考图5的框图详细说明线圈电阻估计单元16。

首先，速度误差计算单元18对于每个采样周期获得从速度计算单元14输出的速度信号Vel和从反电动势计算单元15输出的反电动势Vbemf。然后，如以下等式所示，从反电动势Vbemf减去速度信号Vel从而计算每个采样周期的速度误差信号ΔVel。

[等式4]

ΔVel＝V_bemf-Vel

如上所述，该速度信号Vel被用作估计线圈电阻的基准速度。换句话说，当磁头速度被认为是实际值时，使用通过将线圈电阻的实际值与比例系数β相乘而获得的值Rreal(以下称为基准线圈电阻值)，通过以下等式可以虚拟地表示速度信号Vel。

[等式5]

Vel＝V_meas-R_real·V_vcm

0039

另一方面，使用线圈电阻误差ΔR，线圈电阻估计值R被表示为R＝Rreal+ΔR，因此允许将等式3变换成为以下等式。

[等式6]

V_bemf＝V_meas-(R_real+ΔR)·V_vcm

从等式4到6可以理解，速度误差信号ΔVel仅仅包括相对于基准线圈电阻值的误差ΔR。

在校正值计算单元19中，如以下等式所示，除法单元19a通过将速度误差信号ΔVel除以一个周期前的采样周期的指令电压来计算对于每个采样周期的依次的线圈电阻的校正值α。

[等式7]

ΔVel/V_vcm＝(V_bemf-Vel)/V_vcm＝-ΔR≡α

在上述等式中可以看出，线圈电阻的正的和负的误差ΔR分别使校正值α为负的和正的。当校正值α是零时，线圈电阻估计值R基本上等于基准线圈电阻值Rreal。因此，即使当线圈电阻的实际值改变时，通过使校正值α收敛成零，也可以依次地估计线圈电阻。

校正值计算单元19还具有低通滤波器21。利用低通滤波器21过滤校正值α的输出允许根据截止频率控制校正值α的收敛速度。如果截止频率太高，则校正值α以振动的方式收敛。如果截止频率太低，则校正值α非常缓慢地收敛。因此，根据磁盘装置的目的和期望的性能可以预先调节截止频率。

如以下等式所示，线圈电阻校正单元20通过将从校正值计算单元19输出的线圈电阻校正值α加上一个周期前的采样周期的线圈电阻估计值R来计算每个采样周期的线圈电阻估计值。

[等式8]

R_k＝R_k-1+α_k

在上述等式中，变量k是大于等于1的自然数，并且代表每个采样周期的采样号。因此，在卸载操作开始时，线圈电阻校正单元20通过将第一线圈电阻校正值加上预定的线圈电阻值R0来计算第一线圈电阻估计值。此后，线圈电阻校正单元20根据等式8依次地计算对于每个采样周期的线圈电阻估计值。

对于每个采样周期，控制单元17接收从反电动势计算单元15输出的反电动势的反馈信号以及预先存储在存储器等等中的目标速度信号，从而计算反电动势和目标速度信号之间的差分。控制计算单元17a对于该差分执行诸如PI控制的计算，以对于每个采样周期计算指令电压。

另外地，该目标速度信号可以被给予一个定值，或者可以被给予时间和距离的函数以达到例如目标值。该目标速度信号假定被预先存储在存储器等等中。另外地，在卸载操作期间，通过MPU 8可以依次地计算目标速度信号。

在卸载操作开始时，用于估计线圈电阻的预定的线圈电阻值R0可能先前已经偏离实际值。因此，在卸载操作开始时，PI增益可以被设定为小的值，并且可以在校正值减小到小于等于预定值之后立即被增加到预定值。

该描述是基于PI控制。另外地，可以采用PID控制、PD控制及其他控制规则。

通过控制单元17如此计算的指令电压经由DA转换器13被输出到VCM驱动电路7。VCM驱动电路7实际上控制线圈电流从而能够实现被速度控制的磁头1的卸载操作。

开始上述卸载操作的时间可以基于从定位控制改变到速度控制的对于磁头1的控制的时刻，即，通过使用由控制单元17计算的指令电压来开始速度控制的时刻。

在该实施例的描述中，在卸载操作期间估计线圈电阻。然而，即使在加载操作期间或者开始卸载操作之前，也可以依次地估计线圈电阻，同时可以从信息存储介质5获得磁头位置误差信号依次。

在该实施例中，包含线圈电流Ivcm和指令电压Vvcm的比例系数β的虚拟量被采用作为线圈电阻估计值。另外地，当先前已知该值β时，排除β的影响的真实的物理量可以被采用作为线圈电阻估计值。

在上述描述中，在卸载操作期间，磁头1位于信息存储介质5的上方。换句话说，在卸载操作期间从信息存储介质5获得伺服信息。另外地，当磁头1进入斜面机构6从而没有获得伺服信息时，可以使用反电动势执行磁头1的速度控制。基于在磁头1离开信息记录介质5之前立即由线圈电阻估计单元28估计的线圈电阻值，由反电动势计算单元15计算反电动势。

现在，进行模拟作为使用该实施例的一个实例。在该模拟中，线圈电阻的初始值与它们的实际值不同。

图6是显示线圈电阻估计值中的变化的曲线图。可以看到，在卸载操作开始时包含误差，但是线圈电阻估计值随着时间的过去而收敛为定值，即，实际值。

图7是显示基于线圈电阻估计值被计算的磁头1的估计速度中的变化的曲线图。可以看出，在卸载操作开始时，线圈电阻估计值包含误差。基于其值计算的估计速度与从磁头位置计算的实际速度非常地不同。然而，随着线圈电阻估计值收敛为实际值，估计速度明显地收敛为实际速度。

根据该实施例的磁盘装置，即使在磁头1的卸载操作期间线圈电机中的线圈电阻变化时，通过依次地估计线圈电阻，也能使磁头1的卸载操作被稳定地进行。

根据该实施例的磁盘装置可以被安装在各种电子装置等等上。图8是显示作为该实施例的应用实例的电子设备的构成的图。使用计算机说明该电子设备的应用实例。计算机包括键盘31、CPU 32、存储器33、根据该实施例的磁盘34和显示装置35。

键盘31是用户使用以将命令和字符输入到计算机的输入装置。CPU 32基于用户使用键盘31输入的信息执行诸如计算的各种处理与操作。存储器33临时地存储数据以及存储用于由CPU 32执行的处理与操作的控制程序。CPU 32执行在磁盘装置34上写入数据/从磁盘装置34读取数据。显示装置35显示由用户输入的信息等等。

这个计算机能使根据该实施例的磁盘装置以稳定的方式操作，因此提高数据存储的可靠性或者缩短它们的存储时间。

在该实施例的描述中，计算机被用作一个实例。另外地，该实施例能够适用于可能包括该磁盘装置的每个电子设备，诸如电视机和录像摄像机。

虽然已经描述了该发明的某个实施例，但是仅仅通过实例来给出实施例，并且并不是想要限定本发明的范围。实际上，在这里叙述的新的部件和设备可能以各种其它形式被具体化；此外，在没有违背本发明的精神的情况下，可以在这里叙述的方法的形式中作出各种的省略，代替和改变。后附的权利要求以及它们的等效物是打算用来覆盖这样的将属于本发明的范围以及精神的形式或改进。

Claims (8)

1.一种磁盘装置，其特征在于，包括：

磁头，所述磁头在具有伺服信息的信息存储介质上执行信息的读取和写入；

移动所述磁头的线圈电机；

驱动所述线圈电机的驱动电路；

电压检测器，检测包含在所述线圈电机中的线圈的端子间电压；

磁头位置计算单元，基于所述伺服信息对于每个采样周期计算所述磁头的位置；

速度计算单元，对于每个采样周期计算在所述位置的所述磁头的速度；

反电动势计算单元，对于每个采样周期计算所述线圈的反电动势；

线圈电阻估计单元，基于所述速度和所述反电动势依次地估计所述线圈的线圈电阻值；和

控制单元，基于所述反电动势，对于每个采样周期计算用于控制所述速度的驱动指令，并且将所述驱动指令输出到所述驱动电路，

其中

所述反电动势计算单元从所述端子间电压减去由所述线圈电阻估计单元估计的所述线圈电阻引起的电压降，从而计算所述反电动势。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述线圈电阻估计单元进一步包括：

速度误差计算单元，用于从所述反电动势减去所述速度以计算磁头速度误差；

校正值计算单元，用于将所述磁头速度误差除以所述驱动指令，以便依次地计算所述线圈电阻值的校正值；和

线圈电阻校正单元，通过使用预定的线圈电阻值作为初始值，将所述校正值与所述预定的线圈电阻值相加，以便依次地计算所述线圈电阻估计值。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于

所述线圈电阻校正单元将每个采样周期的采样号k设定为大于等于1的自然数，以当k是1时，通过使用以下等式(1)计算第一估计值，

R₁＝R₀+α₁                等式(1)

R₁表示第一线圈电阻估计值，R₀表示预定的线圈电阻值，α₁表示第一校正值；以及

其中

当k大于1时，所述线圈电阻校正单元通过使用以下等式(2)来依次地计算第k个估计值，

R_k＝R_k-1+α_k               等式(2)

R_k表示第k个线圈电阻估计值，R_k-1表示第(k-1)个线圈电阻估计值，α_k表示第k个校正值。

4.如权利要求2所述的装置，其特征在于，

所述校正值计算单元进一步包括滤波器，其中，通过将所述磁头速度误差信号除以所述驱动指令而获得的信号经受所述滤波器的滤波处理，从而计算所述校正值。

5.如权利要求1所述的磁盘装置，其特征在于，

在所述磁头的所述速度控制根据由所述控制单元计算的所述驱动指令而开始之后，所述线圈电阻估计单元依次地估计所述线圈的所述线圈电阻值。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，

当所述磁头还没有获得所述伺服信息时，所述反电动势计算单元从所述端子间电压减去电压降，所述电压降是由所述线圈电阻估计单元最后估计的所述线圈电阻估计值引起的。

7.一种电子设备，其特征在于，包含如权利要求1所述的磁盘装置。

8.一种用于磁盘装置的磁头控制方法，其特征在于，包括：

基于信息存储介质的伺服信息，对于每个采样周期计算磁头的位置；

对于每个采样周期计算在所述位置的所述磁头的速度；

从端子间电压减去由线圈的线圈电阻引起的电压降，以对于每个采样周期计算所述线圈的反电动势；

基于所述速度和所述反电动势，依次地估计所述线圈电阻值；和

基于反电动势，对于每个采样周期计算控制所述速度的驱动指令，

其中

所述磁盘装置包括：

磁头，所述磁头在具有所述伺服信息的所述信息存储介质上执行信息的读取和写入；

移动所述磁头的包含所述线圈的线圈电机；

驱动所述线圈电机的驱动电路；以及

检测所述线圈的所述端子间电压的电压检测器。

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