CN1276900A

CN1276900A - 对可重复的偏斜误差的补偿

Info

Publication number: CN1276900A
Application number: CN98810472A
Authority: CN
Inventors: J·C·莫里斯; B·R·波洛克; T·F·艾里斯
Original assignee: Seagate Technology LLC
Current assignee: Seagate Technology LLC
Priority date: 1997-10-24
Filing date: 1998-06-29
Publication date: 2000-12-13
Also published as: GB2346255A; GB2346255B; US6751045B1; WO1999022369A1; DE19882740T1; JP2001521260A; GB0009929D0; KR20010031318A; US6069764A

Abstract

揭示了一种用于补偿盘片驱动器(100)中的可重复偏斜误差的方法和设备。通过确定驱动器(100)中的伺服回路(232)的传递函数值及盘片一部分的可重复偏斜值来建方补偿(228)。把可重复偏斜值除以各个传递函数值,以产生补偿值,对这些补偿值进行逆变换以产生时域补偿值(228)。把这些时域补偿值(228)注入伺服回路(232)以补偿可重复偏斜误差。

Description

对可重复的偏斜误差的补偿

技术领域

本发明盘片驱动器中的伺服系统。尤其是，本发明涉及补偿伺服系统中的误差。

背景技术

盘片驱动器沿盘片上形成的同心轨道(track)读写信息。为了在一盘片上设置一特定轨道，盘片驱动器通常使用盘片上嵌入的伺服字段。伺服子系统利用这些嵌入的字段把头置于特定轨道上。在盘片驱动器制造时把这些伺服字段写到盘片上，其后简单地由盘片驱动器读取这些字段来确定位置。

理想地，遵循轨道中心的头沿盘片周围的正圆形路径移动。然而，两种类型的误差使头不能跟随此理想路径。第一种误差是在生成伺服字段期间发生的写入误差。写入误差的发生是因为，由于写头在盘片上飞行的空气动力学及用来支撑头的万向节(gimbal)的振动而在写头上产生的不可预见的压强效果，使用来产生伺服字段的写头不总是遵循正圆形路径。由于这些写入误差，完美地跟踪伺服写头所沿用的路径的头不遵循圆形路径。

阻止圆形路径的第二种误差叫做轨道跟随误差。轨道跟随误差发生在头想要跟随伺服字段所限定的路径时。轨道跟随误差可能是由产生写入误差的同一空气动力学和振动效果引起的。此外，轨道跟随误差的发生可能是因为伺服系统不能足够快地响应于伺服字段所限定的路径中的高频变化。

通常把写入误差叫做可重复的偏斜(ran-out)误差，因为它们在每当头沿轨道通过时都引起同一误差。当轨道密度增加时，这些可重复的误差开始限制轨道间距。具体来说，理想轨道路径与伺服字段所产生的实际轨道路径之间的变化可能导致内圈轨道路径与外圈轨道路径发生干扰。这在第一写入误差使头位于内圈轨道的理想圆形路径的外圈及第二写入误差使头位于外圈轨道的理想圆形路径内圈时尤其严重。为了避免对轨道间距的限制，需要一种补偿可重复的偏斜误差的系统。

本发明旨在解决这些和其它问题，并提供超过已有技术的其它优点。

发明内容

揭示了一种补偿盘片驱动器中的可重复偏斜误差的方法和设备。这种补偿是通过确定驱动器中伺服回路的传递函数值及盘片一部分的一可重复偏斜值序列而产生的。把可重复偏斜值除以各个传递函数值来产生补偿值，对这些补偿值进行逆变换来产生时域补偿值。把这些时域补偿值注入伺服回路来补偿可重复的偏斜误差。

附图概述

图1是本发明的盘片驱动器的平面图。

图2是示出理想轨道和所实现的写入轨道的盘片剖面的俯视图。

图3是已有技术的伺服回路的方框图。

图4是本发明的伺服回路的方框图。

图5是示出本发明的非迭代实施例的流程图。

图6是示出本发明的迭代实施例的流程图。

图7是由本发明获得的频域补偿值的图表。

图8是未补偿的伺服系统和本发明的经补偿的伺服系统的可重复偏斜误差的图表。

本发明的较佳实施方式

图1是盘片驱动器100的平面图，该驱动器包括具有基板102和顶盖104(为了清楚，移去了顶盖104的一部分)的外壳。盘片驱动器100还包括盘片组(pack)106，该盘片组安装在主轴电动机(未示出)上。盘片组106可包括所安装的绕中心轴共同旋转的多个独立的盘片。每个盘片表面具有安装到盘片驱动器100以与盘片表面沟通信息的有关头万向节组件(HGA)112。每个HGA 112包括一万向节和一带有一个或多个读和写头的滑块。每个HGA 112由吊架118支撑，继而吊架118附着于轨道访问臂120，如通常所知，轨道访问臂为致动器组件122的固件。

由音圈电动机124使致动器组件122绕轴126旋转，该音圈电动机124由内部电路128内的伺服控制电路来控制。HGA 112沿盘片内径132与盘片外径134之间的弓形路径130行进。当头适当地定位时，内部电路128内的写电路对数据进行编码以存储在盘片上，并把经编码的信号发送到HGA 112中的头，该头把此信息写到盘片上。在其它时候，HGA 112中的读头从盘片读取所存储的信息，并把恢复的信号提供给内部电路128中的检测器电路和解码器电路以产生恢复的数据信号。

图2是示出理想的正圆形轨道200与实际轨道202的盘片的剖面198的俯视图。剖面198包括诸如伺服字段204和206的多个径向延伸的伺服字段。这些伺服字段包括识别实际轨道202沿盘片剖面198的位置的伺服信息。

考虑远离圆形轨道200的头的位置的任何变化为位置误差。不跟随圆形轨道200的轨道202的部分产生了写入可重复偏斜位置误差。如果每当头经过盘片上的特定圆周位置就发生同一误差，则认为这一位置误差是可重复偏斜误差。轨道202产生了可重复偏斜误差，因为每当头遵循限定轨道202的伺服字段时，它就产生了相对于理想轨道200的同一位置误差。

由于本发明，打算从轨道202进行读或写的头将不遵循轨道202，而将更接近地遵循正圆形轨道200。这是利用防止伺服系统跟踪由轨道202的不规则形状获得的可重复偏斜误差的补偿信号来实现的。

图3是已有技术的伺服回路208的方框图。该伺服回路包括增益为“K”的伺服控制器210及增益为“P”的盘片驱动器212。伺服控制器210为图1的内部电路128内的伺服控制电路。盘片驱动器212包括图1中所有的致动器组件122、音圈电动机124、轨道访问臂120、吊架118及头万向节组件112。

伺服控制器210产生驱动盘片驱动器212的音圈电动机的控制电流214。与之响应，盘片驱动器212产生头运动216。在图3中，虽然写入误差在头运动216中表现得不很明显，但把写入误差d_w表示为分开的输入信号218。从头运动216中分出写入误差218可更好地理解本发明。此外，已分出伺服系统中的噪声并把它表示为噪声220，把它加到头运动中。头运动216、写入误差218与噪声220之和导致头的伺服测量信号222。从基准信号224中减去伺服测量信号222，该基准信号224是由内部电流128根据头所需的位置产生的。从基准信号224中减去头测量值222产生了输入伺服控制器210的位置误差信号226。

图3的伺服回路为闭环响应，它如此计算：

y = \frac{PK}{1 + PK} (r - n - d_{w})

公式1

这里，“y”为头运动216，“P”为盘片驱动器212的增益，“K”为伺服控制器210的增益，“r”为基准信号224，“n”为噪声信号220，“d_w”为写入误差。

从公式1很清楚，已有技术的伺服回路中的头响应于写入误差而移动。这种移动是不想要的，因为它把头置于理想圆形轨道路径的外部。此外，由于传递函数PK/(1+PK)是频率相关的，所以传递函数遭受某些频率处的峰化的影响。此峰化引起更大的位置误差，因为它放大了某些频率处的写入误差。

图3的闭环系统的响应的另一描述为：

PES = \frac{1}{1 + PK} (r - n - d_{w})

公式2

这里，PES为图3的PES信号226。使用公式2，可忽略基准信号224和噪声信号220而仅使用由可重复偏斜误差引起的位置误差信号226的部分来产生d_w的估计。这导致：

d_{w} = - \frac{R}{\frac{1}{(1 + PK)}}

公式3

这里，R为位置误差信号226的可重复偏斜部分。

为了消除写入误差产生的不想要的头运动，本发明把一补偿信号加到已有技术的伺服回路。如图4所示，在本发明的伺服回路232中示出此增加的信号。在图4中，对与图3共同的元件进行同样编号。加到伺服回路的补偿信号为补偿信号228，它是由补偿电流229产生的。在图4中，补偿信号228插入写入误差218与头运动216的总和之后。然而，本领域内的技术人员将知道，可把补偿信号加到伺服回路内的其它位置。

由于增加了补偿信号228，伺服回路232的闭环响应表示为：

y = \frac{PK}{1 + PK} (r - n - d_{w} - d_{c})

公式4

这里，d_c为补偿信号228。从公式4很明显，如果补偿信号d_c等于负写入误差d_w，则补偿信号将消除写入误差的影响。

使用以上公式3和4，消除写入误差d_w的影响所需的补偿信号d_c的估计表示为：

d_{c} = \frac{R}{\frac{1}{(1 + PK)}}

公式5

这里，R为位置误差测量值的可重复偏斜分量。

就频率而言，公式5可记为：

d_{c} (jω) = \frac{R (jω)}{\frac{1}{(1 + PK)} (jω)}

公式6

注入本发明的伺服回路内的补偿信号为时域信号。最好，使用公式6所示的频域关系来确定此时域信号，以产生频域补偿信号并把获得的频域补偿信号转换成时域补偿信号。在图5中示出确定时域补偿信号的本发明的方法。

此方法在状态250处开始，并进到以选中的频率测量伺服系统的传递函数的状态252。在状态252中测得的传递函数为1/(1+PK)(jω)。可使用Franklin、Paul和Workman在“离散时间控制”中所述的公知技术来测量此传递函数。实质上，这些技术把一干扰注入伺服系统内并测量伺服系统内获得的信号。注入信号对测得的信号之比提供了传递函数。

状态252中测得的传递函数是仅以选中的频率测得的。选中的频率是主轴频率的整数次谐波。仅在主轴频率的整数次谐波处测量传递函数的原因是，位置误差测量值的可重复偏斜分量仅具有主轴频率的整数次谐波的频率分量。这发生的原因是仅在伺服字段处测量可重复偏斜误差且伺服字段绕盘片均等地隔开。

因而，可重复偏斜信号中出现的最低频率等于主轴频率，而最高频率等于主轴频率乘以沿一轨道的伺服字段数目的一半。

如本领域内的技术人员所知，只需要对处于主轴频率与盘片上伺服字段数目的一半乘以主轴频率之间的主轴频率的整数次谐波的那些频率来测量传递函数。公知此较高频率为Nyquist频率。

一旦已在选中的频率处测量了传递函数，则本方法继续状态254，其中确定一轨道的可重复偏斜值的时域序列。可通过在许多圈旋转V中重复地跟随此轨道并取所有转圈中每个伺服字段处获得的位置误差信号的平均值来计算可重复偏斜值。这由以下公式来描述：

R (k) = \frac{1}{V} Σ_{i = 1}^{V} PES [k + (i - 1) \cdot N]

公式7

这里R(k)为一时域可重复偏斜值序列，V为转圈的数目，N为沿一轨道的伺服字段的数目，PES[k+(i-1)N]为在每个第i个转圈的第k个伺服字段处产生的位置误差信号。

因而，在每个转圈处，记录每个伺服字段的位置误差信号。然后把对一特定伺服字段所记录的位置误差信号加起来并除以转圈的数目。对每个伺服字段重复这一步骤，获得一可重复偏斜值序列，包括每个伺服字段的可重复偏斜误差。由R(k)来表示这一可重复偏斜值序列。

在状态254后，本方法继续状态256，其中把状态254中产生的时域可重复偏斜值序列转换成一频域可重复偏斜序列值R(jω)。最好，使用快速傅里叶变换(FFT)来转换可重复偏斜值的时域序列。这样获得的一频域可重复偏斜值序列，包括处于主轴频率与伺服字段数目的一半乘以主轴频率之间的主轴频率的每个整数次谐波的值。

在状态258，把各个频域可重复偏斜值除以各个频率处伺服回路的传递函数的值。这样提供了一频域补偿值序列。例如，把与主轴频率有关的可重复偏斜值除以主轴频率处的传递函数的值，以产生主轴频率处的补偿值。类似地，把主轴频率两倍处的可重复偏斜值除以主轴频率两倍处传递函数的值，以产生主轴频率两倍处的补偿值等。此过程可由以下公式来描述：

d_{c} (jω) = \frac{R (jω)}{\frac{1}{(1 + PK)} (jω)}, ω = m \cdot (2 {πf}_{s}), m = 1, . . ., \frac{N}{2}

公式8

这里，f_s为主轴频率，m为谐波整数，N为绕圆周轨道的伺服脉冲串(burst)字段的数目。

一旦在状态258中已产生频域补偿值，则本方法继续状态260，其中对频域补偿值进行逆变换，以产生一时域补偿值序列，这些时域补偿值具有每个伺服字段的补偿值。最好，此逆变换是快速傅里叶逆变换。

在状态262，把补偿值的时域序列作为补偿信号注入伺服回路，本方法在状态264处结束。

除了测量伺服系统的传递函数的步骤以外，最好对盘片上的每个轨道重复图5所述的方法。对于本方法，伺服系统的传递函数的测量可以少到一次，或者可在内圈轨道、中间轨道和外圈轨道处测量。如果测量不止一个传递函数，则在计算轨道的补偿值时使用与最接近当前被检查轨道的轨道有关的传递函数。此外，可对每个头测量不同的传递函数。

通过图5的方法所产生的补偿值的质量与在状态254中用来确定可重复偏斜值的转圈数有关。当转圈数目增加时，可重复偏斜值的精度提高。然而，每个转圈增加了建立盘片驱动器所需的时间，因而转圈数应尽可能小。最好，把转圈数保持在每个轨道有五圈或更少的转圈。

为了实现较少数目的转圈，本发明的一个实施例利用迭代过程。此迭代过程如图6所示。图6的方法在状态280处开始，并继续在处于主轴频率与伺服字段数目的一半乘以主轴频率之间的离散谐波频率处测量传递函数。

然后，使用以上公式7在状态284确定可重复偏斜值的时域序列。最好，用来确定可重复偏斜值的转圈数目等于五个。

在状态286，把可重复偏斜值与可重复偏斜值的极限相比较，如果可重复偏斜值低于这一极限，则此过程在状态288处结束。

如果时域可重复偏斜值超过盘片驱动器的所需极限，则在状态290把它们转换成一频域可重复偏斜值序列。最好，使用快速傅里叶变换来进行变换，以获得由处于主轴频率与伺服字段数目的一半乘以主轴频率之间的主轴频率的整数次谐波构成的一组离散频率的可重复偏斜值。

在状态292，使用以上公式8把每个频域可重复偏斜值除以各个偏斜值频率处的传递函数的值。这些除法产生了一频域当前迭代补偿值序列。继而，把与主轴频率有关的可重复偏斜值除以主轴频率处的传递函数的值，以产生主轴频率处的当前迭代补偿值。类似地，把主轴频率四倍处的可重复偏斜值除以主轴频率四倍处的传递函数的值，以产生主轴频率四倍处的当前迭代补偿值。

在状态294，对频域当前迭代补偿值进行逆变换，以产生一时域当前迭代补偿值序列。最好，此逆变换是快速傅里叶逆变换，以获得每个伺服字段的补偿。

在状态296，把每个当前迭代补偿值乘以自适应(adaption)增益参数，以产生一增量值序列。这些增量值代表对伺服回路当前所使用的补偿值所进行的变化。把这些当前补偿值与增量值相加，以产生伺服回路在下一迭代中所使用的一替代补偿值序列。在第一次通过图6的迭代时，每个伺服字段处的当前补偿值等于零。

在状态296中所讨论的自适应增益参数的值在0和1之间。这意味着，只使用得到的补偿值的小数来调节伺服回路所使用的补偿值。这使得伺服回路的补偿值以受控的方式增加，直到它达到可提供状态286内所设定的极限内的可重复偏斜值的值。

在状态298，把状态296中产生的新的补偿值作为补偿信号注入伺服回路，且控制返回状态284。重复步骤284、286、290、292、294、296和298，从而补偿值增长，直到它们达到使可重复偏斜值在状态286所设定的极限内的值。

图7是作为使用本发明所产生的频率的函数的补偿值的图表。在竖轴320上以微英寸示出补偿值的量值，在横轴322上以赫兹示出补偿值的频率。在主轴频率的每个谐波处，有圆圈表示的补偿值。

图8给出具有和没有本发明的补偿信号的可重复偏斜误差的图表。在图8中，在竖轴340上以微英寸示出可重复偏斜误差的量值，在横轴342上示出时间。图8的图表344示出不使用本发明的补偿信号的伺服系统中的可重复偏斜误差。图表346示出使用本发明的补偿信号的伺服系统中的可重复偏斜误差。

总之，补偿盘片驱动器中的可重复偏斜误差的方法包括确定盘片驱动器中伺服回路的传递函数的状态252及确定盘片驱动器的一部分的一可重复偏斜值序列的状态254、256。它还包括把每个可重复偏斜值除以各个传递函数值来产生一补偿值序列的状态258。在状态260，把逆变换应用于此补偿值序列，以产生一时域补偿值序列，在状态262，把此时域补偿值序列插入伺服回路。

在本发明的另一个实施例中，在状态298中注入精细的补偿值序列后，在状态284、290中确定经补偿的可重复偏斜值。如果经补偿的可重复偏斜值超过状态286中可接受的可重复偏斜极限，则在状态292、294、296和298中替换这些精细补偿值。在状态292，把经补偿的可重复偏斜值除以各个传递函数值，以产生当前迭代补偿值。把逆变换应用于当前迭代补偿值，以在状态294中产生当前迭代补偿值。在状态296中把这些时域当前迭代补偿值与精细补偿值进行算术组合，以形成在状态298中替换精细补偿值的替换补偿值。

在本发明的盘片驱动器中，伺服回路包括伺服控制器210、致动器122、头112和位于头中的传感器。本发明的伺服回路还包括用于注入补偿信号228的补偿电路229，其中补偿信号是从初始补偿值中形成的，该初始补偿值是通在状态254确定一可重复偏斜值序列、在状态256把此可重复偏斜值序列转换成一频域可重复偏斜值序列并在状态258把每个频域可重复偏斜值除以伺服回路的各个传递函数值而产生的。这样产生了一频域补偿值序列，在状态260对此序列进行逆变换，以产生用于产生补偿信号228的初始时域补偿值。

可理解，即使在以上描述中已提出了本发明各实施例的大量特征和优点及本发明各实施例的结构和功能的细节，此揭示只是示意性的，可以进行细节上的改变，尤其是就附加权利要求书所表达的术语的广义所示的整个范围而言，可在本发明的原理内改变部分的结构和配置。例如，可依据伺服系统的特定应用来改变特定元件同时保持基本上相同的功能，而不背离本发明的范围和精神。此外，虽然这里所述的较佳实施例旨在盘片驱动器系统的伺服电路，但本领域内的技术人员可以理解，可把本发明的内容应用于其它系统，而不背离本发明的范围和精神。

Claims

1.一种用于补偿盘片驱动器中的可重复偏斜误差的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：

(a)确定盘片驱动器中的伺服回路的传递函数值；

(b)确定盘片一部分的一个可重复偏斜值序列；

(c)把每个可重复偏斜值除以各个传递函数值，以产生一补偿值序列；

(d)把逆变换应用于此补偿值序列，以产生一时域补偿值序列；以及

(e)把此时域补偿值序列注入伺服回路。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于通过确定选中频率处的频域传递函数的值而从频域传递函数中来产生传递值。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于可重复偏斜值序列是通过把变换应用于一离散时域可重复偏斜值序列而产生的一离散频域可重复偏斜值序列。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于每个频域可重复偏斜值与不同频率有关，且各个频率与被分割成各个可重复偏斜值以产生各个补偿值的传递函数值有关的一频率匹配。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于各个频率是驱动器内的主轴电动机旋转频率的谐波频率。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于各个频率代表处于主轴电动机旋转频率与绕盘片的伺服字段数目的一半乘以主轴电动机旋转频率之间的主轴电动机旋转频率的谐波频率的子集。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于还包括以下步骤：

(f)把时域补偿值乘以自适应增益参数，以产生精细补偿值；以及

(g)在步骤(e)处，替代时域补偿值把精细补偿值注入伺服回路。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于还包括以下步骤：

(h)在注入精细补偿值后确定一经补偿的可重复偏斜值序列；

(i)如果经补偿的可重复偏斜值超过可接受的可重复偏斜极限，则通过以下步骤替换插入伺服回路的精细补偿值：

(1)把经补偿的可重复偏斜值除以各个传递函数值，以产生一当前迭代补偿值序列；

(2)把逆变换应用于当前迭代补偿值，以产生一时域当前迭代补偿值序列；

(3)把此时域当前迭代补偿值序列与此精细补偿值进行算术组合，以产生替换补偿值；以及

(4)以替换补偿值来替换精细补偿值。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于算术组合步骤(i)(3)包括把时域当前迭代补偿值乘以自适应增益参数来产生增量值并把增量值分别加到精细补偿值的步骤。

10.一种具有使头在盘片上定位的伺服回路的盘片驱动器，其特征在于所述伺服回路包括：

伺服控制器，它响应于接收到的位置误差信息而产生伺服控制信号；

耦合到伺服控制器的致动器，它能响应于伺服控制信号来移动头；

位于头中的传感器，它能侦测位于盘片上的伺服信息并从中产生伺服信号，此伺服信号与基准信号相组合以产生位置误差信号；以及

补偿电路，用于把包括初始时域补偿值的初始补偿信号注入伺服回路，补偿电路包括存储初始时域补偿值的存储装置，初始时域补偿值如此形成：

确定一可重复偏斜值序列；

把此可重复偏斜值序列转换成一频域可重复偏斜值序列；

把每个频域可重复偏斜值除以频域可重复偏斜值的各个频率处的伺服回路的传递函数的各个值，以产生一频域补偿值序列；以及

对此频域补偿值序列进行逆变换成为初始时域补偿值。