CN117765984A - 磁盘装置及其陷波滤波器设定方法 - Google Patents
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Abstract
提供磁盘装置及其陷波滤波器设定方法。磁盘装置存储陷波滤波器的压制角频率、阻尼比、深度的第1参数和在设计第1参数时设想的第1采样周期，使用双线性变换根据采样周期和参数计算传递函数。该计算在采样周期成为与第1采样周期不同的第2采样周期时，将计算并变更第1参数中的阻尼比参数以使得根据第1采样周期和第1参数计算的第1传递函数在第1角频率的第1绝对值、与根据第2采样周期和第2参数计算的第2传递函数在第1角频率的第2绝对值相同而得到的参数作为第2参数，并设定第2传递函数作为陷波滤波器。由此，即使位置信息的采样周期改变，也能够良好地维持陷波滤波器的频率特性，有助于提高控制精度。
Description
本申请享受以日本专利申请2022-152352号(申请日：2022年9月26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
本发明的实施方式涉及磁盘装置及其陷波滤波器(notch filter)设定方法。
背景技术
在搭载于服务器等的磁盘装置中，有时会使磁盘的转速变化，而根据转速的变化，记录于磁盘的位置信息的采样周期会改变。然而，在以往的磁盘装置中，即使采样周期改变，也不变更控制磁头定位的控制器的参数、滤波器系数等，因此，特别是陷波滤波器的频率特性会从期望的特性改变，对一系列的控制精度带来不良影响。
如上，在以往的磁盘装置中，当位置信息的采样周期改变时，进行磁头定位的控制器的控制内容、特别是陷波滤波器的频率特性会从期望的特性改变，对一系列的控制精度带来不良影响。
发明内容
本发明的实施方式提供即使位置信息的采样周期改变也能够良好地维持陷波滤波器的频率特性并有助于提高控制精度的磁盘装置及其陷波滤波器设定方法。
根据一个实施方式，磁盘装置具备：参数存储部，其存储陷波滤波器的至少与压制(抑制)角频率、阻尼比、深度有关的第1参数、和设计所述第1参数时设想的第1采样周期；以及计算部，其使用连续时间系统的传递函数和双线性变换(Bilinear transform/Tustin变换)根据采样周期和所述陷波滤波器的参数计算离散时间系统的传递函数。所述计算部在所述采样周期为与所述第1采样周期不同的第2采样周期的情况下，将基于根据所述第1采样周期和第1参数计算的第1传递函数在第1角频率的第1绝对值、及根据所述第2采样周期和第2参数计算的第2传递函数在第1角频率的第2绝对值，对所述第1参数中的与所述第2采样周期下的所述阻尼比有关的阻尼比参数进行计算而变更得到的参数作为第2参数，并设定所述第2传递函数作为陷波滤波器。在此，第1采样周期在连续时间系统时为0，此时的第1传递函数设为根据第1参数计算的连续时间系统的传递函数。
附图说明
图1是表示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磁盘装置的用于陷波滤波器的设定处理的构成的框图。
图3是表示该实施方式涉及的磁盘装置的陷波滤波器的设定处理的主要流程的流程图。
图4是表示在该实施方式的陷波滤波器的设定处理中对应于采样周期的变化而不变更阻尼比参数的情况下的频率特性的波形图，图4的(a)为增益(Gain)特性，图4的(b)为相位(Phase)特性。
图5是表示在该实施方式的陷波滤波器的设定处理中对应于采样周期的变化而变更了阻尼比参数的情况下的频率特性的波形图，图5的(a)为增益特性，图5的(b)为相位特性。
图6是表示在该实施方式的陷波滤波器的设定处理中在陷波滤波器的角频率接近奈奎斯特频率的情况下产生偏离的情形的波形图，图6的(a)为增益特性，图6的(b)为相位特性。
图7是表示该实施方式的陷波滤波器的实施例2的设定处理中的频率特性的波形图，图7的(a)为增益特性，图7的(b)为相位特性。
图8是表示在该实施方式的陷波滤波器的实施例4的设定处理中陷波滤波器有多级的情况下的设定选择处理的流程图。
图9是表示该实施方式的陷波滤波器的实施例7的设定处理中的频率特性的波形图，图9的(a)为增益特性，图9的(b)为相位特性。
标号说明
1磁盘装置；10头盘组件(HDA)；11磁盘；12主轴马达(SPM)；13臂(arm)；14载荷梁(load beam)；15磁头；16音圈马达(VCM)；17头放大器IC；20片上系统(SOC：System-on-Chip)；21微处理器(CPU)；22R/W通道；23盘控制器；24定位控制器；25存储器；26参数存储部。
具体实施方式
以下，参照附图对实施方式进行说明。此外，公开终究不过是一例，并非由以下的实施方式中记载的内容限定发明。本领域技术人员能够容易想到的变形当然包含于公开的范围。为了使说明更明确，在附图中，也存在将各部分的尺寸、形状等相对于实际的实施形态变更而示意性地进行表示的情况。在多个附图中，也存在对于对应的要素标注相同的附图标记并省略详细说明的情况。
图1是表示磁盘装置1的构成的一例的框图。
磁盘装置1包括头盘组件(head disk assembly：HDA)10、头放大器集成电路(以下，头放大器IC)17以及片上系统(SOC)20。
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旋转。在臂13的前端安装有载荷梁14，在载荷梁14的前端安装有磁头15。臂13通过VCM16的驱动而控制磁头15移动到磁盘11上的指定位置。
磁头15是在一个滑块上分离地安装有读头元件和写头元件的结构。读头元件读取记录于磁盘11的数据。写头元件向磁盘11写入数据。
头放大器IC17具有读放大器和写驱动器。读放大器将由读头元件读取到的读信号放大并传送到读/写(R/W)通道20。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送到写头元件。
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的定位的伺服控制以及经由头放大器IC17执行数据的读/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之间的数据转发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形成的缓冲存储器以及闪速存储器。存储器25的非易失性存储器中具有存储CPU21的处理所需的程序等的存储部(图略)，并且具有在进行了后述的参数设定处理的情况下存储参数的参数存储部26。
在本实施方式中，在存储器25中存储用于设定陷波滤波器的程序，在参数存储部26中存储陷波滤波器的设定、执行所需的参数。此外，参数存储部26即使不存储于存储器25，只要存储于磁盘装置1内的任一存储区域即可。
参照图2以及图3，对上述陷波滤波器的设定处理进行说明。图2表示了将存储于存储器25的用于设定陷波滤波器的处理程序加载到CPU21中并与在存储器25中准备的参数存储部26之间进行参数的读取、写入的构成。另外，图3是表示上述陷波滤波器的设定处理的流程的流程图。
在磁盘装置的陷波滤波器的设计中，从设计的预计良好的观点来看，有时会基于连续时间系统传递函数进行参数设计，以使得离散化的传递函数的频率特性达到期望的特性。关于离散化，已知有一些方法，但在本实施方式中，考虑到频率特性和计算效率等，采用双线性变换的离散化。
在图3中，首先，计算初始采样周期(第1采样周期)以及第1参数下的包含第1角频率处的第1绝对值的第1传递函数(步骤S11)。在此，监视采样周期来判断第1采样周期是否变成了第2采样周期(步骤S12)。在变成了第2采样周期的情况下，设定第1参数作为第2参数(步骤S13)，计算第2采样周期以及第2参数下的包含第1角频率处的第2绝对值的第2传递函数(步骤S14)，对第1绝对值与第2绝对值进行比较来判断是否一致(步骤S15)。在此，在第1绝对值与第2绝对值不一致的情况下，计算与第2参数的阻尼比有关的阻尼比参数(步骤S16)，变更第2参数的阻尼比参数(步骤S17)，重新计算步骤S13中的第2传递函数。在步骤S15中第1绝对值与第2绝对值一致的情况下，结束陷波滤波器的设定处理。
即，在本实施方式中，在采样周期变为与第1采样周期不同的第2采样周期时，以使根据第1采样周期和第1参数计算的第1传递函数在第1角频率的第1绝对值与根据第2采样周期和第2参数计算的第2传递函数在第1角频率的第2绝对值相同的方式变更第1参数中的与阻尼比有关的阻尼比参数并将其作为第2参数。在此，第1采样周期为0时，第1传递函数设为根据第1参数计算的连续时间系统的传递函数。
在使用双线性变换的方法中，首先，决定由式(1)表示的陷波滤波器的连续时间传递函数的参数ωn、ζ、dp(ωn：压制角频率，ζ：阻尼比，dp：深度)以使得在采样周期T中得到期望的特性。
接着，考虑由双线性变换(Bilinear transform/Tustin变换)引起的频率失真，由式(2)求取预扭曲(Prewarp)后的压制角频率ωnT，并使用式(3)从s域向z域变换。
通过上述变换求取的离散时间的陷波滤波器的传递函数N[z,T]如式(4)所示。
若在与第1采样周期T1不同的第2采样周期T2，直接使用设为第1采样周期T1、第1参数ωn、ζ1、dp而使用式(4)求出的第1传递函数的系数，则压制频率会偏离。因此，每当采样周期改变时，需要重新计算传递函数的系数。
然而，设为第2采样周期T2、第1参数ωn、ζ1、dp而使用式(4)求出的传递函数的频率特性成为如图4的(a)的增益特性、图4的(b)的相位特性所示那样，特别是压制增益的频率宽度与第1传递函数的第1频率特性不同，因此得不到期望的特性。
于是，在本实施方式中，根据采样周期改变阻尼比参数ζ，以使得即使采样周期发生变化，在第1角频率ω≠ωn处，频率特性也大致不变。具体而言，以使设为第1采样周期T1、第1参数ωn、ζ1、dp而使用式(4)求出的第1传递函数N[z,T1]在各第1角频率ω≠ωn的第1绝对值|N[ejωT1,T1]|、与设为第2采样周期T2、第2参数ωn、ζ2、dp而使用式(4)求出的第2传递函数N[z,T2]在各第1角频率的第2绝对值|N[ejωT2,T2]|的第1差量在第1角频率为一个点时为0、在第1角频率为多个点时在各第1角频率的第1差量的绝对值之和成为最小的方式确定第2参数的阻尼比参数ζ2。
关于第1角频率，例如在成为实现上的最小深度(量化宽度)的角频率范围内有其他陷波滤波器的情况下设定该其他陷波滤波器的角频率，在没有其他陷波滤波器的情况下，设定成为实现上的最小深度的角频率。
也可以与根据其他陷波滤波器的角频率所设定的第1角频率ω相应地，在参数ζ2计算中使用近似。
另外，作为另一实施方式，在第1采样周期为0、即连续时间系统的情况下，也可以将第1传递函数设为由式(1)表示的连续时间的传递函数，以使在第1角频率的、连续时间系统的传递函数的绝对值与离散时间系统的传递函数相同的方式，根据采样周期改变与阻尼比有关的阻尼比参数ζ。
根据本实施方式，如图5的(a)的增益特性、图5的(b)的相位特性所示，即使采样周期发生变化，也能够总是得到期望的特性的陷波滤波器。但是，当陷波滤波器的压制角频率ωn接近奈奎斯特频率时，特别是奈奎斯特频率附近有失真倾向，因此如图6的(a)的增益特性、图6的(b)的相位特性所示，即使使用本实施方式也会产生偏离。在这种情况下，为了降低对低频的影响，优选使第1角频率ω小于ωn。
以下，说明具体的实施例。
(实施例1)
在1点第1角频率ω，满足式(5)的第1参数的阻尼比参数ζ1和第2参数的阻尼比参数ζ2的关系成为式(6)。于是，在第1采样周期T1与第2采样周期T2不同时，作为陷波滤波器，设定使用从式(6)求出的第2参数的阻尼比参数ζ2、和ωn、dp、第2采样周期T2而利用式(4)求出的第2传递函数。
(实施例2)
当1点第1角频率ω在压制角频率ωn附近时，用式(7)近似由式(6)表示的第2参数的阻尼比参数ζ2。
图7的(a)的增益特性、图7的(b)的相位特性表示在采样周期T发生了变化时通过本实施例设计出的陷波滤波器的频率特性。在图7中，设为T1＝1/50000，T2＝1/60000、1/70000。从图7可知，在采样周期T发生了变化时也可获得期望的特性。
(实施例3)
用式(8)近似由式(6)表示的第2参数的阻尼比参数ζ2。
(实施例4)
图8是表示在实施例4的陷波滤波器的设定处理中在陷波滤波器有多级的情况下的设定选择处理的流程图。即，陷波滤波器有多级，将各级的陷波滤波器的压制角频率设为ωni(i＝1、2、…)，算出dp的最小值dpmin成为|Ni[ejωTl,T1]|以下的角频率ωil、ωih(步骤S21)。
此时，判断在第1采样周期T1中第i级的增益为一定值(例如实施时的参数dp的量化宽度)以上的频率范围内是否存在其他级的陷波滤波器的压制角频率ωnk，k≠i(ωil≤ωnk≤ωih)(步骤S22)，在存在的情况下，将第1角频率ω设为ωnk而使用式(6)(步骤S23)。
在频率范围内没有其他级的陷波滤波器的情况下，判断为ωni足够小(步骤S24)，足够小时使用式(8)的近似(步骤S25)，ωni不足够小时使用式(7)的近似(步骤S26)。由此可用小计算量获得期望的特性。
(实施例5)
在多点第1角频率ω1、…、ωk，采样周期为与第1采样周期T1不同的第2采样周期T2时，作为陷波滤波器，设定使用使式(9)为最小的第2参数的阻尼比参数ζ2、和ωn、dp、第2采样周期T2而由式(4)求出的第2传递函数。
(实施例6)
在1点第1角频率ω，满足式(10)的第1参数的阻尼比参数ζ1和第2参数的阻尼比参数ζ2的关系成为式(11)，因此在采样周期T2离散化时，作为陷波滤波器，设定使用从式(11)求出的第2参数的阻尼比参数ζ2、和ωn、dp、采样周期T2而由式(4)求出的第2传递函数。
(实施例7)
当1点第1角频率ω在压制角频率ωn附近时，用式(12)近似由式(11)表示的第2参数的阻尼比参数ζ2。
图9的(a)的增益特性、图9的(b)的相位特性表示在采样周期T进行了离散化时通过本实施例设定的陷波滤波器的频率特性。在图9中，设为T2＝1/50000、1/60000、1/70000。从图9可知，在采样周期T发生了变化时也可获得期望的特性。
此外，说明了本发明的一些实施方式，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方式实施，在不脱离发明主旨的范围内能够进行各种省略、替换、变更。这些实施方式和其变形包含于发明的范围和/或主旨内，并且包含于权利要求书所记载的发明及与其等同的范围内。
Claims (10)
1.一种磁盘装置，具备：
参数存储部，其存储陷波滤波器的至少与压制角频率、阻尼比、深度有关的第1参数、和在设计所述第1参数时设想的第1采样周期；以及
计算部，其使用连续时间系统的传递函数和双线性变换并根据所述采样周期和所述参数计算离散时间系统的传递函数，
所述计算部在所述采样周期为与所述第1采样周期不同的第2采样周期的情况下，基于根据所述第1采样周期和第1参数计算的第1传递函数在第1角频率的第1绝对值、及根据所述第2采样周期和第2参数计算的第2传递函数在第1角频率的第2绝对值，计算所述第1参数中的与所述第2采样周期下的所述阻尼比有关的阻尼比参数，设定所述第2传递函数作为陷波滤波器。
2.根据权利要求1所述的磁盘装置，
在所述第1采样周期为连续时间的情况下，所述第1传递函数设为根据第1参数计算的连续时间系统的传递函数。
3.根据权利要求1或2所述的磁盘装置，
在所述第1角频率为一个时，所述计算部计算所述第2采样周期下的第2参数的阻尼比参数，以使得所述第1传递函数在第1角频率的第1绝对值与所述第2采样周期下的第2传递函数在第1角频率的第2绝对值的第1差量为0。
4.根据权利要求1或2所述的磁盘装置，
所述计算部利用近似求取所述第2采样周期下的第2参数的阻尼比参数。
5.根据权利要求1或2所述的磁盘装置，
在所述陷波滤波器由多级构成时，所述磁盘装置还具备基于所述陷波滤波器的压制角频率的阻尼比参数计算切换部，
所述阻尼比参数计算切换部基于事先根据所述陷波滤波器的压制角频率求取并保存的判断参数，选择不使用近似的计算式和多个近似式来计算阻尼比参数。
6.根据权利要求5所述的磁盘装置，
所述阻尼比参数计算切换部在所述陷波滤波器的压制角频率足够小时，在采样周期变更前的陷波滤波器的增益达到一定值以上的频率范围内有其他陷波滤波器的压制角频率时，保持此其他时的判断参数，并据此切换用于计算阻尼比参数的计算式。
7.根据权利要求1或2所述的磁盘装置，
在所述第1角频率为多个时，所述计算部求取所述第2采样周期下的第2参数的阻尼比参数，以使得所述第1传递函数在各第1角频率的各第1绝对值与所述第2采样周期下的第2传递函数在各第1角频率的各第2绝对值的第1差量的第1绝对值之和最小。
8.根据权利要求1或2所述的磁盘装置，
在所述陷波滤波器有多级时，所述计算部按每级求取所述第2采样周期下的第2参数的与阻尼比有关的阻尼比参数。
9.一种磁盘装置的陷波滤波器设定方法，是在记录于磁盘的位置信息的采样周期发生变化的磁盘装置中使用的方法，是使用双线性变换并根据所述采样周期和陷波滤波器的至少压制角频率、阻尼比、深度的参数计算传递函数来设定所述陷波滤波器的方法，
在所述采样周期变为与第1采样周期不同的第2采样周期时，将基于根据所述第1采样周期和第1参数计算的第1传递函数在第1角频率的第1绝对值、及根据所述第2采样周期和第2参数计算的第2传递函数在第1角频率的第2绝对值来计算第1参数中的与所述第2采样周期下的所述阻尼比有关的阻尼比参数而得到的参数作为第2参数，设定所述第2传递函数作为陷波滤波器。
10.根据权利要求9所述的磁盘装置的陷波滤波器设定方法，
在所述第1采样周期为连续时间的情况下，所述第1传递函数设为根据第1参数计算的连续时间系统的传递函数。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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