CN113362862B - 磁盘装置 - Google Patents

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Abstract

实施方式提供能够考虑增益的输出失真而高精度地控制第2致动器的磁盘装置。实施方式的磁盘装置具备：磁盘；磁头；第1致动器，其使磁头在磁盘上的预定位置动作；第2致动器，其设置于第1致动器，调整磁头的位置；控制部，其控制第1致动器和第2致动器的动作；以及存储部，其存储基于对第2致动器的增益的电压依赖性进行近似的近似式所算出的近似多项式的系数。控制部在控制第2致动器的动作时，根据使用所述系数的近似多项式、和输入到第2致动器的电压的振幅来计算第2致动器的增益的振幅。

Description

磁盘装置
本申请享受以日本专利申请2020-37688号(申请日：2020年3月5日)为基础申请的优先权。本申请通过参照该基础申请而包括基础申请的全部内容。
技术领域
实施方式涉及磁盘装置。
背景技术
关于磁盘装置，已知具备使磁头在磁盘上进行定位的第1致动器以及将该磁头在磁盘上的位置进行微调的第2致动器的磁盘装置。第2致动器例如被称为微致动器(microactuator)。通过具备该第2致动器，磁盘装置能够更准确地进行磁头的定位。另外，已知这种磁盘装置中所使用的第2致动器的输出输入的增益(gain)具有电压依赖性。
因此，为了更准确地控制第2致动器，要求要考虑第2致动器的增益的电压依赖性。例如，以多个电压振幅向第2致动器输入正弦波，根据从对于各自的输出输入波形的DFT(离散傅里叶变换)所获得的振幅之比来计算每个电压振幅的增益(以下，记作DFT比MA增益)，随后对电压依赖性进行多项式近似。但是，在该多项式近似中，无法考虑因电压依赖性引起的第2致动器的输出(位移)的失真，无法求取准确的增益。
发明内容
本发明的实施方式提供一种磁盘装置，其求取考虑到第2致动器的输出(位移)失真的MA增益(以下，记作振幅比MA增益)，能够使用振幅比MA增益高精度地控制第2致动器。
一个实施方式涉及的磁盘装置具备：磁盘；磁头，其从所述磁盘读取数据，向所述磁盘写入数据；第1致动器，其使所述磁头在所述磁盘上的预定位置动作；第2致动器，其设置于所述第1致动器，调整所述磁头的位置；控制部，其控制所述第1致动器和所述第2致动器的动作；以及存储部，其存储基于对所述第2致动器的增益的电压依赖性进行近似的近似式所算出的近似多项式的系数。另外，所述控制部在控制所述第2致动器的动作时，根据使用存储于所述存储部的所述系数的所述近似多项式、和输入到所述第2致动器的电压的振幅来计算所述第2致动器的增益。
附图说明
图1是表示第1实施方式涉及的磁盘装置的构成的一例的框图。
图2是表示该实施方式涉及的控制系统的一例的图。
图3是表示该实施方式涉及的第2致动器的输入输出关系的一例的图。
图4是表示该实施方式涉及的第2致动器的电压依赖性的一例的图。
图5是表示该实施方式涉及的正弦波的输入输出关系的一例的图。
图6是表示该实施方式涉及的DFT的处理结果(输入)的一例的图。
图7是表示该实施方式涉及的DFT的处理结果(输出)的一例的图。
图8是表示该实施方式涉及的存储系数值的处理的一例的流程图。
图9是表示该实施方式涉及的MA增益的计算处理的一例的流程图。
图10是表示第2实施方式涉及的滞后(hysteresis)特性的一例的图。
具体实施方式
以下，参照附图对实施方式进行说明。此外，公开只不过是一个例子，发明并非由以下的实施方式中记载的内容所限定。本领域技术人员能够容易地想到的变形当然包括在公开的范围内。为了更加明确地进行说明，在附图中有时也相对于实际的实施形态变更各部分的尺寸、形状等来将其示意性地示出。在多个附图中，对对应的要素标注相同的参照数字，有时也省略详细的说明。
(第1实施方式)
图1是表示第1实施方式涉及的磁盘装置1的构成的一例的框图。
磁盘装置1由头盘组件(head-disk assembly：HDA)10、头放大器集成电路(以下，记作头放大器IC)18和片上系统(System-on-a-Chip：SOC)20构成。
HDA10具有磁盘11、主轴马达(SPM)12、臂(arm)13以及作为第1致动器的音圈马达(VCM)14。磁盘11由SPM12旋转。在臂13的前端安装有负载梁(load beam)15，在负载梁15的前端安装有磁头16。臂13通过VCM14的驱动而控制磁头16移动到磁盘11上的指定位置。
再者，在臂13的前端部的负载梁15的安装部附近配置一对压电元件(例如，Pb(Zr,Ti)O3)17。通过对一对压电元件17施加电压，左右的压电元件分别以相反的相位伸缩，使负载梁15的前端的磁头16沿磁盘11上的半径方向(跨磁道(cross track)方向)位移，由此在磁盘11上沿该磁盘11的半径方向将磁头16的位置进行微调整。如此实现在由VCM驱动的臂13的前端附加了压电元件驱动的负载梁15的二级致动器。以下，将压电元件17称为微致动器(第2致动器，以下也简称为“MA”)17。此外，在本实施方式中，以将微致动器17设置在负载梁15的安装部附近的情况来进行说明，但不限于此，也可以设置在磁头16内。
磁头16具有在一个滑块上分离地安装有读头元件和写头元件的构造。读头元件将记录于磁盘11的数据读出。写头元件向磁盘11写入数据。
头放大器IC18具有读放大器以及写驱动器。读放大器将由读头元件读出的读信号放大并传输到读/写(R/W)通道22。另一方面，写驱动器将与从R/W通道22输出的写数据相应的写电流传输到写头元件。
SOC20包括CPU(微处理器)21、R/W通道22、盘控制器23以及定位控制器24。CPU21是驱动器的主控制器，执行经由定位控制器24进行磁头16的定位的伺服控制以及经由头放大器IC18进行的数据的读/写控制。
R/W通道22包括执行读数据的信号处理的读通道以及执行写数据的信号处理的写通道。盘控制器23执行控制主机系统(未图示)与R/W通道22之间的数据传输(转发)的接口控制。此外，定位控制器24既可以作为硬件来实现，也可以作为软件(固件)来实现。
存储器25包括易失性存储器以及非易失性存储器。例如，存储器25包括由DRAM形成的缓冲存储器(缓存)、以及快擦写存储器(闪存)。在存储器25的非易失性存储器中，除了存储在CPU21的处理中所需的程序等的区域(图略)之外，还设置有存储系数值的区域26(以下称为“系数值存储部”)。在此，系数值存储部26存储函数的系数值，该函数是计算微致动器17的振幅比的函数。关于系数值的具体内容，将会在后面说明。此外，由于按每个磁头16而设置有微致动器17，因此与磁头16的数量相应的系数值与磁头16相关联而存储。另外，在本实施方式中，以系数值存储部26设置于存储器25的情况来进行说明，但系数值存储部26也可以设置在SOC20内。
如图1所示，在搭载微致动器17的磁盘装置1中，为了由定位控制器24进行磁头16的定位控制，需要预先按磁头16来掌握微致动器17的输出输入比、即增益(以下，称为“MA增益”)。这是因为，CPU21考虑该MA增益而使微致动器17动作，从而能够将磁头16准确地定位在磁盘11上的所期望的位置。
在此，对使音圈马达14及微致动器17动作的控制系统进行说明。图2是表示使音圈马达14及微致动器17动作的控制系统30的一例的图。此外，在本实施方式中，设为图2所示的VCM控制器31、MA控制器32、MA增益修正部33以及MA模型部34设置于定位控制器24。
在图2中，从控制系统30之外输入的使音圈马达14及微致动器17动作的输入信号被输入到加法器(加法运算器)41，并在通过加法器41与来自后述的加法器43的信号相加后，分别输入到加法器42以及MA控制器32。输入到MA控制器32的信号分别被输入到MA增益修正部33以及MA模型部34。MA模型部34是使微致动器的动作量反映到音圈马达14的动作中的控制部。从MA模型部34通过的信号被输入到加法器42。由此，来自加法器41的信号在通过加法器42与反映了MA模型部34的处理的信号相加后，被输入到VCM控制器31。该VCM控制器31使音圈马达14动作。如此，使音圈马达14动作后的信号被输入到加法器43。
另一方面，MA增益修正部33对从MA控制器32输入的信号进行MA增益的计算以使得微致动器17被准确地定位于目标位置。如此反映了MA增益计算的信号被输入到微致动器17。由此，微致动器17被准确地定位于目标位置。输入到微致动器17的信号被输出到加法器43。在加法器43中，将来自音圈马达14及微致动器17的信号相加，并将该相加得到的信号输入到加法器41。通过如上说明的控制系统30来控制音圈马达14及微致动器17的动作。
通常，在具有微致动器17的磁盘装置中，没有设置用于测定微致动器17的位移的传感器。因为制造成本会升高。因此，考虑进行如下的处理。该处理根据不使微致动器17动作而进行了定位的状态下的从输入到位置的传递函数、和不使微致动器17动作而进行了定位的状态下的灵敏度函数来推定MA增益，基于该推定出的MA增益，CPU21控制MA增益修正部33，并使微致动器17动作。通过进行这种处理，使微致动器17准确地动作。
在此，如上所述，MA增益具有电压依赖性，因此参照图3和图4，对该电压依赖性进行说明。
图3是表示微致动器17的输入输出关系的一例的图。在图3中，纵轴为位移，横轴为电压，示出了随着电压增大、位移也逐渐增大的关系。图4是表示微致动器17的电压依赖性的一例的图。在图4中，纵轴为近似值的值，横轴为电压，示出了随着电压增大、近似值的偏差也逐渐增大的关系。比较图3和图4，则能够理解：MA增益的输入输出关系与电压依赖性具有相关关系，存在随着输入输出的位移增大、近似值的偏差也增大的电压依赖性。
然而，在具有这种电压依赖性的情况下，在对微致动器17输入正弦波的电压时，其输出波形不会成为正弦波。图5是表示在具有图3的电压依赖性的情况下的、输入了正弦波的电压时的输入输出关系的一例的图。在图5中，纵轴为振幅，横轴为时间，示出了输入波形(Input)、输出波形(Output)、3×输入波形(3×Input)、输出输入波形(Output/Input)。此外，在图5中，输出输入比为3。比较输出波形(Output)与3×输入波形(3×Input)，两者并不一致，示出了输出波形失真而没有成为正弦波这一情况。
由于像这样输出波形中产生失真，因此若求取使用DFT的DFT比MA增益，则会产生误差。在已述的图5中，输出输入比为“3”，但在失真的影响下输入输出比不会成为1:3。使用图6和图7来更详细地进行说明。图6是表示DFT的处理结果(输入)的一例的图，图7是表示DFT的处理结果(输出)的一例的图。在图6、图7中，横轴为频率。比较图6和图7，与100Hz近旁的输入超过了1(参照图6)相对地，输出却低于3(参照图7)。也即是说，输出输入比没有成为3。像这样DFT比MA增益没有成为3，考虑是因为在图7的300Hz近旁出现了失真的影响，输出分散于300Hz近旁。
在此，对如下处理进行说明：测定已述的多个电压值的DFT比MA增益，根据其测定结果对电压依赖性进行多项式近似，来求取DFT比MA增益。
例如，在用以下的式(1)所示的二次多项式进行近似的情况下，
f(x)＝a0+a1x+a2x2 (1)
在三个位置X1、X2、X3测定作为DFT比MA增益的GD(X1)、GD(X2)、GD(X3)，并如以下的式(2)、式(3)这样进行计算。
Figure BDA0002562458500000061
Figure BDA0002562458500000071
在这样求取二次多项式的系数的多项式近似中，由于会产生基于参照图3至图7所说明的失真的误差，因而CPU21无法进行微致动器17的准确控制。也即是说，微致动器17的动作因为误差而可能比CPU21的指示大或者小地动作，且由于该误差带来的影响，变得无法将磁头16准确地定位于磁盘11上的所期望的位置。
因此，在本实施方式中，不使用上述式(2)、式(3)，而通过执行以下的计算，在逻辑上求取二次多项式的系数。
首先，用以下的式(4)来将振幅比MA增益的电压依赖性进行近似。
Figure BDA0002562458500000072
若将DFT比MA增益测定时的向微致动器17的输入设为u＝u0sinθ，则此时的MA的位移y成为以下的式(5)。
Figure BDA0002562458500000073
sinθ的奇次幂能够如以下的式(6)这样由sinθ(正弦波基本频率)的奇数倍角之和来表示。
Figure BDA0002562458500000074
在此，系数g(m,k)能够不使用近似而严格来求取。
另外，根据该式(6)和以下的式(7)，
Figure BDA0002562458500000075
微致动器17的位移y成为以下的式(8)，仅出现sinθ的奇数倍角。
Figure BDA0002562458500000081
成为想要求取将对于该sinθ的奇数倍角sin(2k+1)θ(k：自然数)的全部系数在k为偶数时进行加法运算、在k为奇数时进行减法运算得到的结果除以sinθ的系数得到的值的振幅比MA增益。在此，近似多项式的系数αk能够根据以n+1点不同的输入电压振幅所测定出的DFT比MA增益来求取。
若将n+1点的DFT比MA增益的测定电压设为xp，p＝1、…、n+1，则MA位移y的sinθ由以下的式(9)表示。因此，能够根据该式(9)求取近似多项式的全部系数α0、…、αn。
Figure BDA0002562458500000082
如上求取的近似多项式的全部系数作为系数值而与磁头16对应地存储于存储器25的系数值存储部26。此外，振幅比MA增益的计算可以在每当施加于微致动器17的电压值发生变化时进行计算，另外由于求取了近似多项式，因此也可以根据近似多项式求取振幅比MA增益。
接着，对用以上的式(1)的二次多项式来近似MA增益的电压依赖性的情况进行说明。
此时的MA的位移能够由在式(8)中设为n＝2得到的以下的式(10)表示。
Figure BDA0002562458500000091
在此，当m的值大时，右边第三项变得足够小。
二次多项式的系数α0、α1、α2能够根据以3点以上的输入振幅测定出的DFT比MA增益来计算。在此，设为在3点X1、X2、X3测定了作为DFT比MA增益的GD(X1)、GD(X2)、GD(X3)。
GD(X1)、GD(X2)、GD(X3)能够由以下的式(11)表示。
Figure BDA0002562458500000092
在此，式(11)能够变形为以下的式(12)。因此，通过求解式(12)的方程式，能够求取二次多项式的系数α0、α1、α2。
Figure BDA0002562458500000093
如此能够求取二次多项式f(x)，则能够从f(x)计算相对于任意输入的振幅比MA增益。
接着，对将MA增益的系数值存储于系数值存储部26的处理进行说明。图8是表示CPU21所执行的存储系数值的处理的一例的流程图。在此，系数值是二次多项式的系数，在有多个磁头16的情况下，与磁头16相关联地存储系数值。
如图8所示，CPU21测定DFT比MA增益(ST101)。在本实施方式中，为了求取二次多项式的系数，在3点以上的位置测定DFT比MA增益。此外，在求取n次多项式的系数的情况下，在n+1点以上的位置测定DFT比MA增益。
接着，CPU21使用式(1)、式(10)至式(12)，导出二次多项式(ST102)。也即是说，求取二次多项式的系数。然后，CPU21将系数值存储于系数值存储部26(ST103)。更详细而言，CPU21将在步骤ST102中求出的系数作为系数值，例如与磁头16的头编号相关联地存储于系数值存储部26。
接着，对计算MA增益的处理进行说明。图9是表示CPU21所执行的计算MA增益的处理的一例的流程图。该处理在磁头16由微致动器17调整到磁盘11上的所期望的位置时被执行。
CPU21取得定位信息(ST201)，并取得使微致动器17动作的电压值(ST202)。定位信息是表示对磁盘11读/写数据的位置的信息。CPU21基于该位置信息，取得用于使磁头16从当前位置移动到位置信息所示的位置的音圈马达14使臂13移动的电压值、以及使微致动器17动作的电压值。此外，在图9中，省略了对于使臂13移动的处理的记载。
接着，CPU21从系数值存储部26取得与该磁头16相应的系数值(ST203)。在本实施方式中，取得二次多项式的系数。根据这样取得的二次多项式、和输入到微致动器17的电压的振幅来计算微致动器17的MA增益(ST204)。由此，CPU21能够在每次使微致动器17动作时、进一步而言是每次基于定位信息改变使微致动器17动作的电压值时，考虑依据电压依赖性的失真来计算微致动器17的MA增益。由此，磁盘装置1能够高精度地控制微致动器17。
(第2实施方式)
接着，对振幅比MA增益中具有滞后特性的情况进行说明。
图10是表示MA增益的输入输出关系中具有滞后特性的情况下的一例的图。在图10中，纵轴为输出，横轴为电压。图g1表示电压上升时的输出，图g2表示电压下降时的输出。
在这种具有滞后特性的情况下，也可以将已述的式(1)所示的输入输出关系f(x)的x加倍，求取将这样加倍所获得的f(x)的左下的点与原点并行移动后的结果，使用该求出的算式来计算滞后量。此外，也可以不使x加倍而将输入电压减半来求取f(x)。
此外，说明了本发明的几个实施方式，但是这些实施方式是作为例子而提示的，并非意图限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他各种各样的方式来实施，在不脱离发明要旨的范围内能够进行各种省略、替换、变更。这些实施方式和/或其变形包含于发明的范围和/或要旨内，并且包含于技术方案中记载的发明及与其等同的范围内。

Claims (5)

1.一种磁盘装置，具备：
磁盘；
磁头，其从所述磁盘读取数据，向所述磁盘写入数据；
第1致动器，其使所述磁头在所述磁盘上的预定位置动作；
第2致动器，其设置于所述第1致动器，调整所述磁头的位置；
控制部，其控制所述第1致动器和所述第2致动器的动作；以及
存储部，其存储基于对所述第2致动器的增益的电压依赖性进行近似的近似式所算出的近似多项式的系数，
所述控制部在控制所述第2致动器的动作时，根据使用存储于所述存储部的所述系数的所述近似多项式、和输入到所述第2致动器的电压的振幅来计算所述第2致动器的增益。
2.根据权利要求1所述的磁盘装置，
所述控制部根据所述近似多项式的系数、和用正弦波的基本频率的奇数倍角之和来表示根据所输入的正弦波电压计算的所述第2致动器的输出时的正弦波的奇数倍角的系数，求取所述第2致动器的所述增益。
3.根据权利要求2所述的磁盘装置，
所述控制部用所述正弦波电压的基本频率的奇数倍角之和来表示所述第2致动器的所述增益，
且若设所述奇数为2k+1，则在k为偶数时将所述奇数倍角的所有系数进行加法运算、在k为奇数时将所述奇数倍角的所有系数进行减法运算来求取所述第2致动器的所述增益。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的磁盘装置，
关于所述近似多项式，在比该近似多项式的次数大1以上的位置测定所述第2致动器的增益，使用将该测定出的多个增益分别进行离散傅里叶变换所得到的结果来算出所述近似多项式的系数。
5.根据权利要求4所述的磁盘装置，
所述近似多项式的系数根据所述增益的正弦波基本频率的系数算出。
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