CN114067847B - 磁盘装置以及磁盘装置的滤波器系数设定方法 - Google Patents

Abstract

实施方式提供磁盘装置以及磁盘装置的滤波器系数设定方法，其能够抑制多个振动频率的干扰，使磁头的定位精度提高。实施方式的磁盘装置具备：控制对象(P[z]50)；控制器(C[z]30)，其对控制对象的动作进行控制；以及多个环路整形滤波器(A₁[z]401～A_N[z]40N)，其分别与控制器并联地连接。在使用从多个滤波器的输出到作用于控制对象的干扰的输入跟前为止的传递函数来决定环路整形滤波器的系数时，使其他的环路整形滤波器的输出得到反映来决定各环路整形滤波器的系数，分别对各环路整形滤波器设定所决定的各环路整形滤波器的系数。

Description

磁盘装置以及磁盘装置的滤波器系数设定方法

本申请享受以日本特许申请2020－134808号(申请日：2020年8月7日)和日本特许申请2021－5825号(申请日：2021年1月18日)为基础申请的优先权。本申请通过参照这些基础申请而包含基础申请的全部内容。

技术领域

实施方式涉及磁盘装置以及磁盘装置的滤波器系数设定方法。

背景技术

在磁盘装置中，为了使磁头相对于磁盘的定位精度提高，需要抑制由服务器机架的风扇导致的振动等(干扰)。

作为对干扰进行抑制的技术之一，已知对通常的反馈系统附加NRRO干扰(旋转非同步干扰)滤波器的技术。在此，即使为了应对多个振动频率数的NRRO干扰而附加多个NRRO干扰滤波器，NRRO滤波器也会相互干涉，磁头的定位精度也不会提高。

发明内容

实施方式提供能够抑制多个振动频率的干扰、使磁头的定位精度提高的磁盘装置以及磁盘装置的滤波器系数设定方法。

一个实施方式涉及的磁盘装置具备：控制对象；控制器，其对所述控制对象的动作进行控制；以及多个环路整形滤波器，其分别与所述控制器并联地连接，在使用从所述多个环路整形滤波器的输出到作用于所述控制对象的干扰的输入跟前为止的传递函数来决定所述环路整形滤波器的系数时，使其他的所述环路整形滤波器的频率特性得到反映来决定各所述环路整形滤波器的系数，分别对各所述环路整形滤波器设定所决定的各所述环路整形滤波器的系数。

附图说明

图1是表示实施方式涉及的磁盘装置的结构的一个例子的框图。

图2是表示该实施方式涉及的对干扰进行抑制的控制系统的一个例子的图。

图3是表示在该实施方式涉及的控制系统设置有多级滤波器的结构的一个例子的图。

图4是表示该实施方式涉及的设定滤波器系数的处理的主要流程的一个例子的流程图。

图5是表示该实施方式涉及的更新参数的处理的一个例子的流程图。

图6是表示该实施方式涉及的增益相对于频率的关系的一个例子的图。

图7是表示该实施方式涉及的α、φ与变量k的关系的一个例子的图。

图8是表示该实施方式涉及的抑制干扰的控制系统的一个例子的图。

图9是表示该实施方式涉及的基于所推定的抑制对象频率ω来设定滤波器的系数的处理的主要流程的一个例子的流程图。

图10是表示图9的变形例的一个例子的流程图。

具体实施方式

以下，参照附图对实施方式进行说明。此外，公开到底不过是一个例子，并不是通过以下的实施方式所记载的内容限定发明。本领域技术人员能够容易地想到的变形当然包含在公开的范围内。为了使说明更加明确，在附图中，有时也使各部分的尺寸、形状等相对于实际的实施形态进行变更来示意地进行表示。在多个附图中，有时也对所对应的要素标记相同的参照数字，省略详细的说明。

(第1实施方式)

图1是表示磁盘装置1的结构的一个例子的框图。

磁盘装置1由头盘组件(head-disk assembly：HDA)10、头放大器集成电路(以下记载为头放大器IC)16以及片上系统(SOC)20构成。

HDA10具有磁盘11、主轴马达(SPM)12、臂13以及音圈马达(VCM)16。磁盘11通过SPM12进行旋转。在臂13的前端安装有承载梁14，在承载梁14的前端安装有磁头15。臂13通过VCM16的驱动来将磁头15移动控制到磁盘11上的指定位置。

磁头15是在一个滑块上分离地安装有读取头元件和写入头元件的构造。读取头元件对记录于磁盘11的数据进行读出。写入头元件向磁盘11写入数据。

头放大器IC16具有读放大器和写驱动器。读放大器对通过读取头元件读出的读信号进行放大，并传输至读/写(R/W)通道22。另一方面，写驱动器向写入头元件传输与从R/W通道22输出的写数据相应的写电流。

SOC20包括微处理器(CPU)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15的定位的伺服控制、和经由头放大器IC16读写数据的读/写控制。R/W通道22包括执行读数据的信号处理的读通道、和执行写数据的信号处理的写通道。盘控制器23执行对主机系统(未图示)与R/W通道22之间的数据传送进行控制的接口控制。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包括易失性存储器和非易失性存储器。例如，存储器25包括由DRAM构成的缓冲存储器和闪速存储器。在存储器25的非易失性存储器具有存储CPU21的处理所需要的程序等的存储部(省略图示)、和在进行了后述的滤波器系数设定处理的情况下存储滤波器系数的系数存储部26。关于存储于系数存储部26的滤波器系数，将在后面进行描述。此外，该系数存储部26即使不存储于存储器25，只要存储于磁盘装置1中的任一存储区域即可。

在此，参照图2对与抑制NRRO干扰的滤波器(以下简称为“滤波器”)有关的技术进行说明。

图2是表示抑制干扰的控制系统的一个例子的图。如图2所示，构成为与控制器C[z]30并联地配置滤波器A[z]40，其合成后的输出被输入到控制对象P[z]50，控制对象P[z]50进行动作。通过这样反映滤波器A[z]40的输入来使控制对象P[z]50进行动作，进行控制以使得消除干扰d[k]的影响。在本实施方式的磁盘装置1中，控制器C[z]30和滤波器A[z]40包含于定位控制器24中，控制对象P[z]50相当于VCM16。此外，若是在磁头搭载使写元件、读元件微小地进行动作的微型致动器的类型的磁盘装置，则也可以使微型致动器也与VCM16一起包含于控制对象中。

滤波器A[z]40可使用以下的式(1)。

在此，T是采样周期，η、μ是设计参数。

另外，关于处于滤波器A[z]40的系数中的参数α和参数φ，分别由以下的式(2)表示。

在此，参数α和参数φ是用于以从图2的滤波器输出u_d[k]到干扰d[k]的输入跟前为止的传递函数Mu_dd[z]的抑制对象频率ω₀下的增益和相位取得匹配的参数。这意味着：考虑到从滤波器A[z]40输出的信号u_d[k]到达被输入干扰d[k]的位置为止的增益和相位的变化来设计滤波器，以使得用滤波器A[z]40抑制根据位置误差信号推定的干扰d[k]的推定值消除干扰d[z]。

图3是表示配置了多级的该滤波器的控制系统200的一个例子的图。控制系统200的详细将在后面进行描述。

在该情况下，可使用以下的式(3)的滤波器。

但是，在该图3所示的控制系统200的结构中，只是仅追加了多级滤波器的话，未考虑匹配增益和相位因其他滤波器的影响而变化的量，因此，无法如意图的那样抑制NRRO干扰。

因此，在以下的实施方式中设为：通过在对成为控制对象的P[z]50(磁盘装置1中为VCM16)的控制系统200设置多级的滤波器时、对各滤波器给其他滤波器的增益与相位的匹配带来的影响(滤波器的频率特性)进行考虑，从而磁盘装置1对多个干扰进行适当的控制，按设计者所意图的那样抑制干扰，使磁头15的定位精度提高。以下，对该方法进行说明。

首先，对在控制系统200设置了多级滤波器的结构进行详细的说明。

图3是表示设置了多级滤波器的控制系统200的结构的一个例子的图。如图3所示，控制系统200构成为与控制器C[z]30并联地配置多个滤波器A1[z]401～滤波器AN[z]40N，它们的合成后的输出被输入到控制对象P[z]50，控制对象P[z]50进行动作。在这样构成了控制系统200的情况下，即使产生多个干扰，通过对多个滤波器A[z]各自设定不同的滤波器系数以使得消除各自的干扰的影响，也能够准确地进行控制对象P[z]50的定位。

另外，图4是表示设定滤波器系数的处理的主要流程的一个例子的流程图。适当地参照该图4，对设定于多个滤波器A1[z]401～滤波器AN[z]40N的滤波器系数的设定处理进行说明。该处理例如基于主机系统的指示来由控制器C[z]30执行。

具体而言，对各多个滤波器A1[z]401～滤波器AN[z]40N给其他滤波器的增益与相位的匹配带来的影响进行考虑的结构中，将从多个滤波器A1[z]401～滤波器AN[z]40N的各滤波器输出u_id[k]到干扰d[k]的输入跟前为止的传递函数Mu_idd[z]和增益与相位的匹配α_i以及φ_i设为如以下的式(4)。

或者，也可以关于全部抑制频率ω_i，求出对各滤波器Ai[z]单独地进行了输入时的灵敏度函数或者灵敏度函数增益成为相同的α_i和φ_i。

以下，使用滤波器A[z]的级数为两级的例子，示出由上述式(4)表示的α_i和φ_i的求出方法的一个例子。

首先，将上述式(4)变形为如以下的式(5)。由此，能够求出与根据上述式(1)～式(3)进行求出的情况的变更量(ST101)。

此外，以下设为f_i：＝e^jωiT。

在两级滤波器的情况下，如以下的式(6)那样求出的是α₁、α₂、φ₁、φ₂(ST102)，这些的近似值、也即是近似值是已知的。

在此，如以下的式(7)那样对Mu_dd[f2]A1[f2]、Mu_dd[f1]A2[f1]进行近似(ST103)。

当使用这些时，Δα₁、Δα₂、Δφ₁、Δφ₂可以用以下的式(8)进行近似，可以分别求出Δα₁、Δα₂、Δφ₁、Δφ₂(ST104)。

当将这些改写为以下的式(9)时，解之一成为式(10)(ST105)。

如上所述，通过求出解，即使是在控制系统200设置多级的两个滤波器A1[z]、A2[z]的情况下，也能够在系数存储部26设定各滤波器A1[z]、A2[z]的滤波器系数以使得各滤波器A1[z]、A2[z]分别对不同的干扰的影响进行抑制。因此，磁盘装置1的控制系统200在设置多个滤波器A1[z]、A2[z]的情况下，也能够对波及到其他滤波器的增益与相位的匹配的输出(影响)进行考虑。由此，磁盘装置1能够按照设计者所意图的那样抑制NRRO干扰，能够使控制对象P[z]50的定位精度提高。

(第2实施方式)

第2实施方式的不同点在于对于Ai[z]、B[z]如以下的式(11)那样明示了参数。因此，对该不同点进行详细的说明。此外，设为对与上述第1实施方式相同的结构标记同一标号。

将Ai[z]、B[z]设为如以下的式(11)。

接着，将配置了多级滤波器时的各抑制对象频率ωi下的灵敏度函数与单独地加入了各滤波器时的抑制对象频率ωi下的灵敏度函数之差作为目标函数。该目标函数为以下的式(12)。

在此，求出使上述式(12)为最小的参数α_i和φ_i。例如，用以下的式(13)对参数进行更新直到成为|x[k+1]－x[k]|＜δ。

图5是表示该对参数进行更新的处理的一个例子的流程图。该处理在本实施方式中由控制器C[z]30执行。

如图5所示，控制器C[z]30代入参数α_i和φ_i的初始值，并且，将变量k设定为1(ST201)。接着，控制器C[z]30对变量k加上1(ST202)，进行式(13)的计算(ST203)，判定该计算结果是否比δ小(ST204)，反复进行步骤ST202～ST204的处理，直到该计算结果变为比δ小。

并且，控制器C[z]30使用收敛了的参数α_i和φ_i的近似值，根据上述式(4)重新求出α_i。此外，也可以使用以下的式(14)对η_i进行更新。

图6是表示增益相对于频率的关系的一个例子的图。另外，在图6中，对不使用滤波器的情况(w/o LS)、使用了3kHz的频率的滤波器的情况、使用了3.5kHz的频率的滤波器的情况、使用了3kHz和3.5kHz的频率的滤波器的情况、本实施方式2的情况进行了比较。如实施方式2的曲线图所示那样示出了：与使用了3kHz和3.5kHz的频率的滤波器的情况下的曲线图相比，增益稳定。

另外，图7是表示α、φ与变量k的关系的一个例子的图。纵轴为α(3kHz、3.5kHz)、φ(3kHz、3.5kHz)，横轴表示变量k。如图7所示示出了：当变量k变大时，α(3kHz、3.5kHz)、φ(3kHz、3.5kHz)分别收敛于一定值。

即使如上所述那样求出控制系统200的滤波器系数、并将所求出的滤波器系数设定于系数存储部26，也能够实现与上述第1实施方式同样的效果。

另外，在自适应地决定设计参数u_i、η_i、ω_i的情况下，也可以将自适应后的设计参数u_i、η_i、ω_i下的各抑制对象频率ω_i下的灵敏度函数的值存储于存储器25，重新求出参数α_i和φ_i的近似值，进行上述实施方式2的步骤。

(第3实施方式)

在已经描述的实施方式中，未应对抑制频率ωi根据环境而变化的情况。因此，在本第3实施方式中，关于应对了抑制频率ωi根据环境而变化的情况的方式进行说明。此外，由环境引起的变化例如是干扰变化的情况，对与已经描述的实施方式相同的结构标记同一标号，关于这些结构省略详细的说明。

图8是表示对使用图3描述过的配置了多级的滤波器的控制系统200进一步追加了推定部60的控制系统300的一个例子的图。推定部60根据位置误差e[k]的输入和干扰d[k]的输入来推定抑制对象频率ωi。另外，推定部60将所推定的抑制对象频率ωi分别输入到滤波器A1[z]401～滤波器AN[z]40N。此外，在本实施方式中，推定部60根据位置误差e[k]的输入和干扰d[k]的输入来推定抑制对象频率ωi，但并不限于此。例如，也可以为：在磁盘装置1设置旋转传感器，构成为能够检测磁盘装置1的旋转，基于该检测到的旋转值，决定抑制对象频率ωi。

事先将各抑制对象频率ωi下的灵敏度函数增益的值保存于预定的存储部。根据位置误差e[k]、干扰d[k]或者位置误差e[k]和干扰d[k]这两方求出抑制对象频率ωi。当抑制对象频率ωi改变时，αi和φi也需要改变。因此，在决定抑制对象频率ωi之后，与已经描述的实施方式同样地对αi和φi进行调整。此时，推定部60进行调整使各滤波器A1[z]401～滤波器AN[z]40N的抑制对象频率ωi下的增益在变更前后为相同，或者进行调整以使得成为与事先存储的抑制对象频率ωi下的灵敏度函数值相同。此外，图9是表示基于所推定的抑制对象频率ωi来设定滤波器A1[z]401～滤波器AN[z]40N的系数的处理的主要流程的一个例子的流程图。该处理在本实施方式中由推定部60执行。另外，图10是表示图9的处理的变形例的流程图。

首先，将Ai[z]、Bi[z]设为如以下的式(15)那样明示参数的形式。

如上述式(15)那样，将变化前的抑制对象频率下的灵敏度函数与变化后的抑制对象频率fi下的灵敏度函数之差作为目标函数。

在此，是抑制对象频率变化前的参数，Δj是与后述的表示是稳定还是不稳定的目标灵敏度函数增益变更对应的项。这样，抑制对象频率ωi被加以决定(ST301)。

接着，对参数α＿＿i和φi进行调整(ST302)。更详细而言，推定部60求出使上述式(16)为最小的参数αi和φi。例如，通过以下的式(17)对参数进行更新，直到成为|x[k+1]－x[k]|＜δ。

有时受到干扰等的影响，当抑制对象频率ωi变化时，控制系统300会变得不稳定。因此，推定部60判定是否稳定(ST303)。在此，是否稳定的判定基于表示稳定/不稳定的指标(例如灵敏度函数的积分值、累积和或者事先求出的每个抑制对象频率的参数的范围)来进行。在不稳定、也就是说判定为了变得不稳定的情况下(ST304：否)，推定部60对Δi和ηi进行变更(ST304)。具体而言，推定部60增大抑制对象频率ω的灵敏度函数增益，对参数进行变更以使得指标变小。在此，参数是滤波器A1[z]401～滤波器AN[z]40N的系数和变化前的抑制对象频率ω下的灵敏度函数增益。这样，在判定为不稳定的情况下，推定部60一边改变调整时的目标灵敏度函数增益(上述式(16)的Δi)和ηi，一边进行调整直到控制系统300变得稳定。

此外，如图10所示，也可以首先事先求出η的上限Η(ω)(ST401)，对ηi＜Η(2mfi)进行检查(check，核查)，决定抑制对象频率ω(ST402)，基于是否为ηi≤Η(ωi)的判定(ST403)，对Δi和ηi进行变更(ST404)，对参数αi和φi进行调整(ST405)。

在本实施方式中，磁盘装置1在抑制频率ωi根据环境而变化的情况下也能够使用所推定的抑制对象频率ωi对环路整形滤波器A1[z]401～滤波器AN[z]40N设定适当的系数。由此，磁盘装置1能够使磁头15的定位精度提高。

此外，以上对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子提示的，并不是意在限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他各种各样的方式来实施，能够在不脱离发明的宗旨的范围内进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形包含在发明的范围、宗旨内，并且，包含在权利要求书记载的发明及其等同的范围内。

Claims (14)

1.一种磁盘装置，具备：

控制对象；

控制器，其对所述控制对象的动作进行控制；以及

多个环路整形滤波器，其分别与所述控制器并联地连接，

在使用从所述多个环路整形滤波器的输出到作用于所述控制对象的干扰的输入跟前为止的传递函数来决定所述环路整形滤波器的系数时，使其他的所述环路整形滤波器的频率特性得到反映来决定各所述环路整形滤波器的系数，分别对各所述环路整形滤波器设定所决定的各所述环路整形滤波器的系数，

将所述传递函数设为Mu_idd[z]、将所述控制对象设为P[z]、将所述控制器设为C[z]并且将各所述环路整形滤波器设为Ai[z]时，

2.根据权利要求1所述的磁盘装置，

各所述环路整形滤波器的系数被决定为，使得与单独地使用了所述环路整形滤波器时的各抑制频率的灵敏度增益成为相同。

3.根据权利要求1所述的磁盘装置，

各所述环路整形滤波器的系数被决定为，使得与单独地使用了所述环路整形滤波器时的各抑制频率的灵敏度函数成为相同。

4.根据权利要求2或者3所述的磁盘装置，

所述环路整形滤波器的系数决定，对单独地使用了所述环路整形滤波器时的滤波器系数因其他的所述环路整形滤波器的影响而变化的量进行近似来求出。

5.根据权利要求2或者3所述的磁盘装置，

所述环路整形滤波器的系数决定，通过对系数进行更新以使得各抑制频率的灵敏度函数或者灵敏度函数增益在使用了多个环路整形滤波器时和单独地进行了使用时的差成为最小来求出。

6.根据权利要求1～3中任一项所述的磁盘装置，

所述控制对象是音圈马达。

7.根据权利要求1～3中任一项所述的磁盘装置，

所述控制对象是微型致动器。

8.根据权利要求1～3中任一项所述的磁盘装置，

所述控制对象是音圈马达和微型致动器。

9.根据权利要求1所述的磁盘装置，

在决定所述环路整形滤波器的系数时，推定所述干扰的抑制对象频率，基于该推定出的抑制对象频率，决定各所述环路整形滤波器的系数。

10.根据权利要求9所述的磁盘装置，

在所述推定的抑制频率发生了变化的情况下，决定各所述环路整形滤波器的系数，以使得变化前后的所述抑制对象频率的灵敏度函数增益成为相同。

11.根据权利要求10所述的磁盘装置，

在基于所述干扰的影响而所述控制器对所述控制对象进行控制的控制系统未变得稳定的情况下，对参数进行变更以使得增大所述抑制对象频率的所述灵敏度函数增益。

12.根据权利要求11所述的磁盘装置，

所述参数是各所述环路整形滤波器的系数和所述变化前的所述抑制对象频率下的所述灵敏度函数增益。

13.根据权利要求11所述的磁盘装置，

在是否变得稳定的判定中使用所述灵敏度函数的积分值、累积值或者事先求出的每个抑制对象频率的所述参数的范围。

14.一种磁盘装置的滤波器系数设定方法，所述磁盘装置具备：

控制对象；

控制器，其对所述控制对象的动作进行控制；以及

多个环路整形滤波器，其分别与所述控制器并联地连接，

所述滤波器系数设定方法中，

所述控制器，

在使用从所述多个滤波器的输出到作用于所述控制对象的干扰的输入跟前为止的传递函数来决定所述环路整形滤波器的系数时，使其他的所述环路整形滤波器的频率特性得到反映来决定所述环路整形滤波器的系数，

对于所述多个环路整形滤波器反复进行决定所述系数的处理，

分别对各所述环路整形滤波器设定所述决定出的各所述环路整形滤波器的系数，

将所述传递函数设为Mu_idd[z]、将所述控制对象设为P[z]、将所述控制器设为C[z]并且将各所述环路整形滤波器设为Ai[z]时，