CN1290083C - 用于磁盘驱动器中磁头定位控制的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于磁盘驱动器中磁头定位控制的方法和设备，一种磁头定位控制系统(7)，它包括补偿磁盘驱动器中的干扰的前馈(FF)控制系统。该系统(7)包括：识别单元，执行参数识别处理来确定FF控制器的传输函数以及控制操作。该识别单元校正FF控制器的传输特性以使其适合于干扰波动。

Description

用于磁盘驱动器中磁头定位控制的方法和设备

技术领域

本发明总体涉及磁盘驱动器领域，更特别地涉及磁头定位控制技术。

背景技术

传统上，在以硬盘驱动器为代表的磁盘驱动器中，用以定位磁头的磁头位置控制系统定在磁盘数据存储媒介上的目标位置处(作为存取目标的磁轨)。磁头在磁盘上的目标位置处执行数据的读/写操作。

磁头定位控制系统包括一个使用微处理器(CPU)作为控制器的反馈控制系统。反馈控制系统驱动并控制其上装有磁头的传动装置的音圈马达(VCM)，并相对于目标位置对磁头执行跟踪控制。

作为磁头定位控制系统，发展或说提出了一种系统，它包括干扰前馈控制系统(有时也称作“FF控制系统”)以及反馈控制系统。FF控制系统抑制了外界对磁盘驱动器的震动或冲击(以下将一般地称之为干扰)的影响。

根据磁盘驱动器中所装的加速度传感器所检测(观测)到的干扰的加速度值，FF控制系统计算用以抑制干扰影响的补偿值。在反馈控制系统中，磁头定位控制系统利用FF控制系统所计算的补偿值，并吸收对磁头进行跟踪控制时由干扰而产生的波动。

FF控制系统包括一个具有预定传输特性(作为传输函数F而确定)的控制器(以下将称之为FF控制器)。FF控制器利用加速度传感器所获得的干扰的加速度值作为输入执行数字滤波计算。磁头定位控制系统将补偿值(来自FF控制系统的算术运算结果)加到由反馈控制系统计算所得的控制值上，从而抑制了由于干扰而产生的磁头位置误差中的波动。

简言之，在包括FF控制系统的磁头定位控制系统中，可以实现对关于磁盘驱动器驱动过程中施加的干扰的补偿。因此，在磁头定位控制中，可以抑制由于干扰而产生的位置误差中的波动，从而提高磁头定位精度。

FF控制系统的执行依赖于FF控制器的传输函数F的设置。通常，根据以下几项来确定传输函数F：干扰的加速度的波动特性(作为传输函数K而确定)、干扰所得的位置波动特性(作为传输函数W而确定)、装置(plant)特性(作为传输函数P而确定)等等。这里，装置指的是包括作为控制目标的VCM的传动装置(actuator)。因此，装置的特性(the characteristic of the plant)则指的是传动装置的机械特性(刚性、谐振、阻尼因子)。

进一步，在实际的磁盘驱动器中，每个驱动器产品中都存在机械上的不一致，加速度传感器的固定角，磁头定位地点的相对角，干扰的方向，使用时间导致的改变。所以，上面所描述的每个元素中的传输函数(K、W和P)都要改变。因此，希望采用一种在使用磁盘驱动器时通过测量这些传输函数来确定FF控制系统合适的传输函数F的方法。如果使用了这样一种方法，就可对干扰执行稳定的控制，并期望获得磁头定位精度的提高。

因为这些原因，作为磁头定位控制系统，已知一种系统，它包括用来确定FF控制系统的传输函数F的参数识别函数。如果使用了这样一种系统，则可通过根据每个驱动器产品机械上的不一致或使用过程中环境的改变而校正传输函数F来提高相对干扰提高磁头定位精度。

同时，一般地，对于磁头定位控制系统的操作来说，FF控制系统的控制和系统的参数识别处理是不同的操作。因此，在发生像扫描激励这样的干扰的情形中，如果磁头定位精度在控制执行过程中，由于干扰值中使用时间导致的波动而显著恶化，则FF控制系统的操作必须暂时中止。也就是说，在执行完FF控制系统的参数识别处理之后，需要重新执行系统控制的操作。在这样一种方法中，磁头定位精度在参数识别处理过程中暂时恶化。此外，由于需要一个算法来进行从控制执行到参数识别操作的切换，从而导致了一个问题，就是固件(CPU的程序)复杂化了。

发明内容

根据本发明一个方面，给出一种具有磁头定位控制系统的磁盘驱动器，该系统通过反馈控制系统执行跟踪控制，并通过前馈控制系统执行干扰补偿。磁头定位控制系统对前馈控制系统和参数识别处理进行控制，后者确定前馈控制系统的传输函数。

根据本发明一个方面的磁盘驱动器具有磁头定位控制系统，用来对磁头进行定位控制使其定位在磁盘上的目标位置。磁头位置控制系统包括：

跟踪控制，根据预定的伺服周期执行控制操作，该伺服周期基于磁头当前位置和目标位置之间的位置误差，操作由移动确定为控制目标的磁头的传动机构来进行；干扰检测单元，检测来自外界的干扰；前馈控制器，在跟踪控制的控制操作过程中执行抑制干扰的影响的前馈控制；识别单元，执行确定前馈控制器传输函数的参数识别处理；以及磁头，在磁盘媒介的目标位置处读/写数据。

更具体地说，本发明提供一种磁盘驱动器，其特征在于它包括：磁头，在磁盘媒介上目标位置处读/写数据；传动机构，其上装有磁头并将磁头移动到目标位置；以及磁头定位控制系统，对磁头进行磁头定位控制使其定位到目标位置，其中磁头定位控制系统包括：跟踪控制器，基于磁头当前位置和目标位置之间的位置误差与传动机构一起执行控制操作，传动机构根据预定的伺服周期来移动被确定为控制目标的磁头；加速度传感器，用于检测从外部施加的干扰的加速度；前馈控制器，通过利用加速度传感器的加速度信号调整位置误差信号或跟踪控制器的输出信号来抑制干扰的影响；以及识别单元，通过利用最小二乘法执行参数识别处理来确定前馈控制器的参数。

根据本发明的上述磁盘驱动器，其特征在于识别单元的参数识别处理和前馈控制器的前馈控制根据伺服周期同时执行。

根据本发明的上述磁盘驱动器，其特征在于识别单元通过利用加速度传感器的加速度信号、位置误差值和跟踪控制器的输出信号，根据传动机构的传输函数和跟踪控制器的传输函数来执行滤波算术运算。

根据本发明的上述磁盘驱动器，其特征在于前馈控制器根据对应于干扰值的加速度值来计算一个补偿值，以在跟踪控制器控制操作过程中吸收由干扰产生的波动。

根据本发明的上述磁盘驱动器，其特征在于通过利用如下所示的算术运算结果A和算术运算结果C，识别单元的参数识别处理通过利用最小二乘法来确定前馈控制器的参数：算术运算结果A是通过根据传动机构和跟踪控制器相对于加速度传感器的加速度信号的开环传输特性模型来执行滤波算术运算获得的；算术运算结果C是通过将位置误差信号与算术运算结果B相加得到的；而算术运算结果B是通过根据传动机构相对于跟踪控制器的输出信号的传输特性模型来执行滤波算术运算获得的。

根据本发明的上述磁盘驱动器，其特征在于前馈控制器根据对应于干扰值的加速度值，按照伺服周期来计算一个补偿值，以此在跟踪控制器控制操作过程中吸收由干扰产生的波动，以及将补偿值加到位置误差值上并将其输入到跟踪控制器中。

根据本发明的上述磁盘驱动器，其特征在于识别单元的参数识别处理和前馈控制器的前馈控制分开地执行。

根据本发明的上述磁盘驱动器，其特征在于识别单元通过利用加速度传感器的加速度信号和位置误差值，根据传动机构的传输函数和跟踪控制器的传输函数来执行滤波算术运算。

根据本发明的上述磁盘驱动器，其特征在于进一步包括：识别处理进行计数的判断单元，其中该判断单元在识别处理的数目小于一个常数时，使识别单元为开启状态，使前馈控制器为关闭状态，以及，该判断单元在识别处理的数目大于一个常数时，使识别单元为关闭状态，使前馈控制器为开启状态。

根据本发明的上述磁盘驱动器，其特征在于进一步包括：判断单元，计算在识别的当前步骤和前一步骤之间的前馈控制器的参数的改变率，其中判断单元在改变率大于一个常数时，使识别单元为开启状态，使前馈控制器为关闭状态，而在改变率小于一个常数时，使识别单元为关闭状态，使前馈控制器为开启状态。

根据本发明的上述磁盘驱动器，其特征在于前馈控制器执行前馈控制来补偿由于干扰而产生的位置误差波动。

根据本发明的上述磁盘驱动器，其特征在于通过利用位置误差信号和由根据传动机构和跟踪控制器相对于加速度传感器的加速度信号的闭环传输特性模型而执行滤波算术运算所获得的算术运算结果，识别单元参数识别处理通过利用最小二乘法来确定前馈控制器的参数，以及前馈控制器执行前馈控制以相对于位置误差补偿由于干扰而产生的波动。

根据本发明的上述磁盘驱动器，其特征在于前馈控制器执行前馈控制以相对于跟踪控制器的输出信号补偿由于干扰而产生的波动。

根据本发明的上述磁盘驱动器，其特征在于通过利用位置误差信号和由根据相对于加速度传感器的加速度信号的闭环传输特性P/(1+C*P)而执行滤波算术运算所获得的算术运算结果，识别单元参数识别处理通过利用最小二乘法来确定前馈控制器的参数，其中P指的是传动机构的模型，C指的是跟踪控制器；以及前馈控制器执行前馈控制以相对于跟踪控制器的输出信号补偿由于干扰而产生的波动。

本发明还提供一种对磁头进行磁头定位控制使其定位到磁盘驱动器中的磁盘上的目标位置处的方法，该磁盘驱动器包括：磁盘、磁头和其上装有磁头的传动机构，该方法的特征在于它包括：根据预定伺服周期，基于磁头的当前位置和目标位置之间的位置误差，用传动机构执行跟踪控制操作；通过利用加速度传感器来检测从外部施加的干扰；通过利用加速度传感器的加速度信号由前馈控制器调整位置误差信号或跟踪控制器的输出信号来抑制干扰的影响；以及通过利用最小二乘法执行参数识别处理来确定前馈控制器的参数。

根据本发明的上述方法，其特征在于识别单元的参数识别处理和前馈控制器的前馈控制分开地执行。

根据本发明的上述方法，其特征在于识别单元通过利用加速度传感器的加速度信号和位置误差值，根据传动机构的传输函数和跟踪控制器的传输函数来执行滤波算术运算。

根据本发明的上述方法，其特征在于进一步包括：对识别处理进行计数的判断单元，其中判断单元在识别处理的数目小于一个常数时，使识别单元为开启状态，使前馈控制器为关闭状态，而在识别处理的数目大于一个常数时，使识别单元为关闭状态，使前馈控制器为开启状态。

根据本发明的上述方法，其特征在于进一步包括：判断单元，计算在识别的当前步骤和前一步骤之间的前馈控制器的参数的改变率，其中判断单元在改变率大于一个常数时，使识别单元为开启状态，使前馈控制器为关闭状态，而在改变率小于一个常数时，使识别单元为关闭状态，使前馈控制器为开启状态。

根据本发明的上述方法，其特征在于执行前馈控制的系统执行前馈控制以便补偿由于干扰而产生的位置误差波动。

根据本发明的上述方法，其特征在于通过利用位置误差信号和由根据传动机构和跟踪控制器相对于加速度传感器的加速度信号的闭环传输特性模型而执行滤波算术运算所获得的算术运算结果，识别单元参数识别处理通过利用最小二乘法来确定前馈控制器的参数；以及前馈控制器执行前馈控制以相对于位置误差补偿由于干扰而产生的波动。

附图说明

图1为一框图，示出涉及根据本发明每个实施方案的磁盘驱动器主要部分；

图2为一框图，示出涉及第一实施方案的磁头定位控制系统结构；

图3为一流程图，显示涉及第一实施方案的系统的操作；

图4显示涉及第一实施方案的FF控制系统的参数识别方法；

图5显示涉及第一实施方案的磁头定位控制系统的特性；

图6为一框图，显示该系统理论的结构；

图7显示涉及第二实施方案的磁头定位控制系统的特性；

图8和9为显示涉及第二实施方案的参数识别方法的流程图；

图10显示参数识别方法的第一修改；

图11显示参数识别方法的第二修改；

图12为一框图，示出涉及第二实施方案的磁头定位控制系统的结构；

图13和14为显示磁头定位控制系统一种结构的框图，对该系统应用了涉及第二实施方案的参数识别方法；以及

图15为一流程图，显示涉及第二实施方案的磁头定位控制系统的操作。

具体实施方式

现在将参考附图描述根据本发明的具体实施方案。

(磁盘驱动器结构)

如图1所示，根据这个实施方案的磁盘驱动器具有：用作数据存储媒介的磁盘1，主轴马达(SPM)2，执行数据读/写操作的磁头3，以及传动装置4。

通过SPM 2旋转磁盘1。磁盘1表面上具有许多同心圆形的磁轨100。每条磁轨100包括在环形方向以预定间距排列的预定数目的伺服区域100。在一个常规的读/写操作过程中，用来检测磁头定位控制系统中磁头3的位置的伺服数据记录在伺服区域中。

磁头3通常安装在一个滑动块上，读磁头和写磁头互相隔开。磁头3安装在传动装置4上，由音圈马达(VCM)5的驱动沿磁盘1的半径方向移动。VCM 5从狭义上讲即为磁头定位系统中的一个控制目标(装置(plant))，也是传动机构的主要元件。

进一步，磁盘驱动器具有读/写通道6、微控制器7、VCM驱动器8，以及加速度传感器9。读/写通道6具有包括在磁头3中的信号处理单元60，处理相应于伺服数据或读磁头所读出的用户数据的读信号或写信号。另外，读/写通道6包括位置检测单元61，从读信号中采出伺服信号并产生用来检测磁头3位置的位置检测信号。

微控制器7具有作为磁头定位控制系统主要元件的微处理器(CPU)70，以及存储微处理器所用的程序(固件)和各种控制参数的ROM 71。正如后面将要描述的，CPU 70实现构成磁头定位控制系统的反馈控制系统和前馈控制系统(FF控制系统)。FF控制系统实现补偿干扰的功能。

VCM驱动器8根据来自CPU 70的控制值(包括FF控制器所获得的补偿值)产生驱动电流并将其施加到VCM 5上。加速度传感器9检测(观测)干扰——这个干扰相应于施加到磁盘驱动器上的震动或冲击——的加速度，并输出一个加速度的检测信号到加速度信号处理单元10。加速度信号处理单元10具有一个放大来自加速度传感器9的检测信号并减小噪声的滤波器(LPF等)。A/D转换器11将加速度信号转换成数字加速度值(记做A)，并将其输出至CPU 70。

(磁头定位控制系统)

现在将参考图2至6描述涉及第一实施方案的磁头定位系统的结构和操作。

首先结合图4至6说明该系统理论的操作。

如上所述，该系统由CPU 70来实现。CPU 70从位置检测电路61获得磁头3的当前位置，同时获得磁盘1的旋转角。另外，样本数据控制系统由CPU 70实现。样本数据控制系统计算以固定时间间隔(伺服周期)输入控制目标21(VCM 5)的控制值(确定为u)。注意施加到VCM 5的最大驱动电流是由VCM驱动器8预先设定的。

如图6所示，该系统将由构成反馈控制系统的跟踪控制器(传输函数C)20在预定伺服周期(取样间隔)中计算得到的控制值输出到控制目标21，并对磁头位置进行跟踪控制使其移到磁盘上目标位置处。

另一方面，FF控制系统具有作为主要元件的前馈控制器(下文中称作FF控制器)25。FF控制器25获得加速度传感器22在某一定时观测到的干扰的加速度值(A)，由此可得到磁头的当前位置。

现在将参考图4描述确定干扰FF控制器的传输特性(F)的参数识别方法。该方法利用所谓的最小二乘法。图4含有参数识别单元40(传输函数Q)、相应于FF控制器25的识别目标41(传输函数B)，以及识别输入单元42(传输函数u)这些元件。

参数识别单元40使用识别目标41作为离散系统并以识别目标41的输入(u)和输出(y)之间的关系为基础估算传输特性。这个关系由下式(1)表示。

y(k)＝a₁y(k-1)+...+a_ny(k-n)+b₀u(k)+...+b_nu(k-n)     …(1)

这里，a为参数识别器42输出侧的系数参数，而b为参数识别器42输入侧的系数参数。k为该离散系统的步数。

进一步，在下式(2)中定义一个未知参数向量θ和一个输入/输出向量ξ(k)。

θ＝[a₁…a_nb₀…b_n]^T，ξ(k)＝[y(k-1)…y(k-n)u(k)…u(k-n)]^T  …(2)

基于该定义，式(1)可表达为下式(3)。

y(k)＝θ^Tξ(k)            …(3)

这里，时间(k-1)处的估算值被用作未知参数的估算值，并可计算识别模型，该模型可如式(4)所示。

$\hat{y}\left(k\right)={\widehat{\mathrm{\θ}}}^T(k-1)\mathrm{\ξ}\left(k\right)---\left(4\right)$

这里，θ(k)为未知参数的估算值，而θ(k-1)为时间k-1处的估算值。

识别误差可表示为下式(5)。

$e\left(k\right)=\hat{y}\left(k\right)-y\left(k\right)---\left(5\right)$

由最小二乘法对参数向量θ进行的估算可通过利用测得的到时间k时的数据y(k)、ξ(k)来计算，该计算基于下式(6)所表示的评价函数。

$J\left(k\right)=\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{(y\left(i\right)-{\mathrm{\θ}}^T\mathrm{\ξ}\left(i\right))}^2---\left(6\right)$

这里，决定了使J(k)最小的θ，并将其确定为θ(k)。

作为用以确定参数向量θ的方法，有下面几种：离线识别，它在估算值的计算中需要以往所有的数据；在线识别，根据离散系统的每个识别步骤顺序进行估算。在干扰FF控制器的传输函数(F)的识别中，数据总量较小的后者是合适的。

具体地，根据每个识别步骤，通过利用一个(2n+1)阶方形矩阵Γ(k)计算下式(7)。

$\mathrm{\Γ}\left(k\right)=\mathrm{\Γ}(k-1)-\frac{\mathrm{\Γ}(k-1)\mathrm{\ξ}\left(k\right){\mathrm{\ξ}}^T\left(k\right)\mathrm{\Γ}(k-1)}{1+{\mathrm{\ξ}}^T\left(k\right)\mathrm{\Γ}(k-1)\mathrm{\ξ}\left(k\right)}---\left(7\right)$

Γ(k)的初值为“Γ(0)＝γI”，基于正常数(γ)和单位矩阵(I)。

由式(8)计算估算值 $\widehat{\mathrm{\θ}}\left(k\right).$

$\widehat{\mathrm{\θ}}\left(k\right)=\widehat{\mathrm{\θ}}(k-1)-\frac{\mathrm{\Γ}(k-1)\mathrm{\ξ}\left(k\right)}{1+{\mathrm{\ξ}}^T\left(k\right)\mathrm{\Γ}(k-1)\mathrm{\ξ}\left(k\right)}e\left(k\right)---\left(8\right)$

其中 $\widehat{\mathrm{\θ}}\left(0\right)=0$

这里，在图6所示的系统中从干扰检测(加速度值A)到磁头位置误差(e)的传输函数可表示为下式(9)。

$\frac{e}{A}=\frac{W-\mathrm{FCP}-\mathrm{KP}}{1+\mathrm{CP}}---\left(9\right)$

其中，P为控制目标21的传输函数，而C为跟踪控制器20的传输函数。此外，W为干扰的位置波动特性，并指示从干扰值(A)到目标位置波动(r)的传输函数。在驱动器盒或磁盘1由于干扰而变形并且跟踪控制器20所跟踪的磁轨移动时产生目标位置波动(r)。而且，K为干扰的加速度波动特性，并指示从干扰值(A)到等价施加到控制值(u)上的干扰的加速度值(d)的传输函数。

为了抑制干扰(A)对磁头位置误差(e)的影响，将式(9)中的分子设为零，如此设置FF控制器25的传输函数F是足够好的，如下式(10)所示。

$F=\frac{W-\mathrm{KP}}{\mathrm{CP}}---\left(10\right)$

(包括参数识别函数的系统)

现在将参考图2、3和5描述根据上述理论的实施方案的磁头定位控制系统。

如图2所示，该系统具有识别单元27，识别用来确定FF控制器25的传输函数F的参数。该系统执行参数识别处理以及FF控制器25的控制。

识别单元27输入一个通过开环传输特性模型26从干扰值(A)所得的信号(a)到输入侧。开环输入特性模型26为具有跟踪控制器20和控制目标21每个传输函数(CPm)的滤波函数单元。此外，识别单元27输入一个通过控制目标模型28从控制值(u)所得的信号(q)到输出侧。识别单元27输入将信号(q)和位置误差信号(e)相加所得的结果。

这里，当控制目标模型Pm与控制目标的传输函数(P)相一致时，从干扰(A)到识别信号输入侧(a)的传输特性可表示为下式(11)。

a＝ACT                        …(11)

此外，从干扰(A)到识别信号的输出侧(q)的传输函数可表示为下式(12)。

q＝(W-KP)A                    …(12)

此时，由识别单元27识别的传输函数可表示为下式(13)。

$\frac{q}{a}=\frac{W-\mathrm{KP}}{\mathrm{CP}}---\left(13\right)$

也就是，正如式(10)所表示的，由识别单元27识别的传输函数与FF控制器25的传输函数(F)匹配。

图3为一流程图，示出该系统(即CPU 70)根据预定伺服周期(确定为样本k)在上半时执行控制，并在下半时执行参数识别，以确定(校正)FF控制器25的传输函数(F)。

也就是，在上半时(步骤S3和S4)，CPU 70执行跟踪控制(一些控制操作U的输入)，以通过将磁头移动到目标位置来消除位置误差(e)，如步骤S1至S4所示。此时，随着干扰(A)的施加，FF控制器25计算用来抑制干扰的补偿值，并执行将该值加到位置误差(e)上的处理(步骤S2)。

然后，CPU 70执行最小二乘法的算术计算处理，例如式(11)至式(13)所表示的，并进行参数识别处理(步骤S5至S7)。结果，CPU 70通过使用已识别参数确定FF控制器25的传输特性(F)，并将其从前值校正(步骤S8)。

图5示出在使用该系统进行FF控制器25的控制执行和识别处理时，识别参数和磁头定位精确性由于使用时间导致的改变。从图5可见，通过重复FF控制器25的识别步骤，可减小识别参数由于使用时间导致的改变，并提高磁头定位精确性。

如上所述，根据该实施方案，可能实现磁头定位控制系统，该系统根据伺服周期同时进行FF控制系统的控制执行和参数识别处理。所以，即使在系统控制执行过程中由于干扰值使用时间导致的波动而使磁头定位精度显著退化，磁头定位精度也可通过适当改变FF控制系统的识别参数(即传输函数F)得以自动提高。

简言之，通过反馈控制系统执行跟踪控制并通过FF控制系统执行干扰补偿的磁头定位控制系统采用了这样的模式：它一并驱动FF控制系统的控制执行以及确定FF控制系统传输函数的参数识别处理。所以，由于FF控制系统的传输函数可根据干扰波动而校正，可能避免磁头定位中的暂时退化。结果，由于干扰补偿操作在磁头定位控制的执行过程中没有被打断，可实现稳定的和精确的磁头定位控制。

换句话说，在该实施方案中，即使在磁头定位控制的执行过程中发生了干扰波动，也可在不停止控制执行的情况下执行参数识别处理。所以，可能避免干扰波动而导致的磁头定位精度的暂时退化。

(第二实施方案)

第二实施方案涉及包括参数识别单元的系统，该单元根据具有反馈控制系统和FF控制系统的磁头定位控制系统中磁盘驱动器的使用过程中观测到的干扰来校正FF控制系统的传输函数。

根据该实施方案的磁头定位控制系统理论的操作与图6所示的系统类似。应当指出，该系统可采用这样一种模式：它通过使用FF控制系统，补偿来自跟踪控制器20对控制输入值的干扰(A)的影响。在此情形中，对于从干扰检测(加速度值A)到磁头位置误差(e)的传输函数，式(9)右边那项的分子为“W-KP-FP”。进一步，对于FF控制器25的传输函数F，式(10)右边那项的分母为“P”。

此外，该系统中用来确定FF控制器25传输函数(F)的参数识别方法与基于式(1)至(8)结合图4描述的方法类似。

这里，参数识别单元40执行像图8和9的流程图中所示的那样的识别处理步骤(此例中的k)，并估算FF控制器25的传输函数(F)。

也就是，参数识别单元40获得识别目标41的输入(u)和输出(y)(步骤S11或S100)。之后，参数识别单元40执行式(2)的计算(步骤S12或S110)。

然后，它执行式(4)和式(5)的计算(步骤S13或S120)。此外，它执行式(8)的计算(步骤S14或S130)。而且，它根据每个识别步骤执行式(7)的计算(步骤S15或S140)。

这里，如果识别步骤的数目(N)大于一个充分大的常数(S)，侧参数识别单元40终止识别处理(步骤S16中的YES)。否则，参数识别单元40继续识别步骤(S16中的NO，S17)。另外，参数识别单元40可基于来自参数已估算值的前样(k-1)的一些改变(改变速率v)判断识别处理的终点(图9所示的方法)。

也就是，参数识别单元40计算下式(14)(步骤S150)。

$v=|\widehat{\mathrm{\θ}}\left(k\right)-\widehat{\mathrm{\θ}}(k-1)|---\left(14\right)$

如果改变速率(v)比常数(z)足够小，侧参数识别单元40终止识别处理(步骤S160中的YES)。否则，参数识别单元40继续识别步骤(步骤S160中的NO，以及步骤S170)。

(参数识别方法的修改)

图10为示出参数识别方法第一修改的框图。第一修改相当于在参数识别单元202的输入侧(b)提供输入滤波器204(传输函数H)的情形。

输入滤波器204为一个离散系统，由式(1)表示。传输函数表示为下式(15)。

$\frac{y\left(k\right)}{u\left(k\right)}=\frac{b_0{Z}^n+b_i{Z}^{n-1}\·\·\·+b_{n-1}Z+b_n}{z^n-a_1{Z}^{n-1}\·\·\·-a_{n-1}Z-a_n}---\left(15\right)$

这里，如图10所示，，如果输入滤波器204处在输入侧(b)，则参数识别单元202识别如下式(16)表示的一个传输函数。

$B=\mathrm{HQ},Q=\frac{B}{H}---\left(16\right)$

另外，图11为示出参数识别方法第二修改的框图。第二修改相当于在识别目标201的输出侧(a)提供输出滤波器205(传输函数J)的情形。

输出滤波器205为一个离散系统，由式(1)表示。参数识别单元202识别如下式(17)表示的一个传输函数。

Q＝BJ                          …(17)

如上所述，通过安置输入/输出滤波器204和205，参数识别单元202可识别不同于识别目标201的离散系统的传输函数。

通常，在基于最小二乘法的参数识别中，收敛速度根据识别目标的频率特性而改变，在频率元素接近于积分元素时，收敛时间变得很长。因此，通过使用已知的信息来构建识别输入/输出滤波器204和205并通过使用参数识别单元202来仅估算高频元素是切实有效的方法。

进一步，在参数识别中，算术运算处理的总量基于式(1)所表示的离散系统的阶数来确定，且算术运算的总量随参数估算数量的平方而增加。这样，将识别目标201的已知信息加到输入/输出滤波器204和205上来进行识别，通过仅仅识别识别目标201的未知特性而降低了阶数，从而减少了一些算术运算。

这里，假设Bm为识别目标201的已知部分而Bn为其未知部分，识别目标201的传输函数B如下式(18)所示。

B＝B_mB_n                      …(18)

当给出输入滤波器204时，可获得如下式(19)所表示的关系。

H＝B_m                        …(19)

此外，当给出输出滤波器205时，可获得如下式(20)所表示的关系。

$J=\frac{1}{B_n}---\left(20\right)$

因此，参数识别单元202可仅估算识别目标201的未知部分Bn。当已知部分Bm稳定时，如式(19)所表示的，应用了输入滤波器204的方法是有效的。另一方面，当已知部分Bm不稳定而“1/Bm”稳定时，如式(20)所表示的，应用了输出滤波器205的方法是有效的。

(包括参数识别器的磁头定位控制系统)

图12为示出包括参数识别单元83主要部分的框图，参数识别单元83执行如上所述的参数识别方法。

该系统具有这样的结构：由干扰观测单元(传感器)82观测(检测)到的干扰(加速度值A)被通过输入滤波器84(传输函数H)施加到参数识别单元83上来进行识别。另一方面，向参数识别单元83施加一个指示磁头位置和目标位置(R)之间位置误差(e)的信号。

这里，作为用作识别目标的FF控制系统(实际上即FF控制器88)，采取了这样一个系统：它采用了补偿从跟踪控制器80输出的控制值(u)的模式。在该系统中，输入滤波器84的传输函数H可表示为下式(21)。

$H=\frac{P}{1+\mathrm{CP}}---\left(21\right)$

基于式(21)、式(16)和从干扰(A)到该系统位置误差(e)的传输函数“(W-KP)/(1+CP)”，可获得如下式(22)表示的关系式。

$Q=\frac{B}{H}=\frac{W-\mathrm{KP}}{1+\mathrm{CP}}\·\frac{1+\mathrm{CP}}{P}=\frac{W-\mathrm{KP}}{P}---\left(22\right)$

也就是，这个算术运算结果(Q)匹配FF控制器88的传输函数F(F＝(W-KP)/P)。在式(21)中，已知跟踪控制器80的传输函数C。此外，控制目标81的传输函数P也是一个通过与干扰的加速度波动特性K或磁盘驱动器中的干扰的位置波动特性W进行比较就可容易获得的值。

而且，在采用通过使用FF控制系统(FF控制器88)补偿位置误差(e)的模式的系统中，输入滤波器84的传输函数H可表示为下式(23)。

$H=\frac{\mathrm{CP}}{1+\mathrm{CP}}---\left(23\right)$

基于式(23)、式(16)和从干扰(A)到位置误差(e)的传输函数“(W-KP)/(1+CP)”，可获得如下式(24)表示的关系式。

$Q=\frac{B}{H}=\frac{W-\mathrm{KP}}{1+\mathrm{CP}}\·\frac{1+\mathrm{CP}}{\mathrm{CP}}=\frac{W-\mathrm{KP}}{\mathrm{CP}}---\left(24\right)$

也就是，这个算术运算结果匹配FF控制器88由式(10)表示的传输函数F。

图13和14为示出包括参数识别单元83和FF控制器88的磁头定位控制系统结构的框图。

图13所示的系统由FF控制器88补偿从跟踪控制器80输出的控制值(u)。另一方面，图14所示的系统通过使用FF控制器88补偿位置误差(e)。两个系统都具有这样的结构：识别终点判断单元87通过参数识别单元83控制FF控制器传输函数(F)的识别处理，并在识别之后控制FF控制器88的控制执行。

现在将参考图15的流程图描述图13或图14中示出的系统的操作。

当磁盘驱动器的磁头定位控制(伺服控制)操作开始时，系统(即CPU 70)通过加速度传感器9(干扰观测部分82)观测(检测)磁头当前位置和目标位置(R)之间的位置误差(e)以及干扰(加速度值A)(步骤S200)。这里，在第一样本(伺服周期)中，采取了FF控制系统的识别模式(步骤S210中的YES)。

在该模式中，如图13或14所示，来自FF控制器88的输出处在关状态。而且，来自参数识别单元83的输出处在开状态。

跟踪控制器80基于观测到的位置误差(e)执行跟踪控制算术运算，并计算控制值(u)(步骤S230)。参数识别单元83执行诸如式(21)或式(23)所表示的那样的滤波算术运算(步骤S240中的YES，以及步骤S250)。然后，参数识别单元83执行如图8或图9所示的识别处理步骤，并判断参数识别处理的终点(步骤S260和S270)。

在识别过程完成时，参数识别单元83校正FF控制器88的参数，并刚好识别适合于干扰的传输函数(F)(步骤S280)。然后，FF控制器88的控制执行模式从下一样本开始，且来自FF控制器88的输出进入开状态。另外，来自参数识别单元83的输出处在关状态(步骤S290)。

在控制执行模式中，FF控制器88执行控制算术运算，并补偿控制值(u)中由于干扰(A)或位置误差(e)而产生的波动(步骤S210中的NO，以及步骤S220)。另外，在控制执行模式中，CPU 70执行磁头定位精度的估计。如果它确定精度变坏了，则将处理从下一样本切换到识别模式的再执行(步骤S300和S310)。

如上所述，根据该实施方案的系统，在对磁盘驱动器的实际伺服控制中，分别执行确定FF控制系统传输函数的参数识别模式和FF控制系统的控制执行模式。因此，FF控制系统的传输函数(识别参数)可根据磁盘的操作环境、每个产品机械上的不一致等进行校正。

结果，在磁头定位控制系统中，可是现对干扰有效的补偿函数。在实际磁盘驱动器的操作环境中，可以稳定地确保涉及干扰的磁头定位精度的提高。

图7示出该系统的一个优点，并显示了识别参数(特性300)和磁头定位精度(特性301)使用时间导致的改变。TP代表时间上的一个点，此时在FF控制系统中识别处理过程70的判断终止。换句话说，TP指示了这样一个时间点：此时FF控制系统的参数(传输函数)得以校正。图7示出，从时间点TP开始，磁头定位精度在控制执行操作71中得以提高(特性301)。

在使用磁盘驱动器时，具有这样一种结构的磁头定位控制系统执行该处理来识别作为适合观测到的干扰的FF控制系统传输函数的参数。换句话说，参数识别模式可独立于FF控制系统的控制执行模式而执行，且可校正参数。因此，可校正FF控制系统的传输特性，以克服使用过程中环境的改变或每个产品机械上的不一致。这样，在实际操作环境中，可稳定地确保涉及干扰的磁头定位精度的提高。

Claims (21)

1.一种磁盘驱动器，其特征在于它包括：

磁头，在磁盘媒介上目标位置处读/写数据；

传动机构，其上装有磁头并将磁头移动到目标位置；以及

磁头定位控制系统，对磁头进行磁头定位控制使其定位到目标位置，

其中磁头定位控制系统包括：

跟踪控制器，基于磁头当前位置和目标位置之间的位置误差与传动机构一起执行控制操作，传动机构根据预定的伺服周期来移动被确定为控制目标的磁头；

加速度传感器，用于检测从外部施加的干扰的加速度；

前馈控制器，通过利用加速度传感器的加速度信号调整位置误差信号或跟踪控制器的输出信号来抑制干扰的影响；以及

识别单元，通过利用最小二乘法执行参数识别处理来确定前馈控制器的参数。

2.根据权利要求1的磁盘驱动器，其特征在于识别单元的参数识别处理和前馈控制器的前馈控制根据伺服周期同时执行。

3.根据权利要求1的磁盘驱动器，其特征在于识别单元通过利用加速度传感器的加速度信号、位置误差值和跟踪控制器的输出信号，根据传动机构的传输函数和跟踪控制器的传输函数来执行滤波算术运算。

4.根据权利要求1的磁盘驱动器，其特征在于前馈控制器根据对应于干扰值的加速度值来计算一个补偿值，以在跟踪控制器控制操作过程中吸收由干扰产生的波动。

5.根据权利要求1的磁盘驱动器，其特征在于通过利用如下所示的算术运算结果A和算术运算结果C，识别单元的参数识别处理通过利用最小二乘法来确定前馈控制器的参数：

算术运算结果A是通过根据传动机构和跟踪控制器相对于加速度传感器的加速度信号的开环传输特性模型来执行滤波算术运算获得的；

算术运算结果C是通过将位置误差信号与算术运算结果B相加得到的；而

算术运算结果B是通过根据传动机构相对于跟踪控制器的输出信号的传输特性模型来执行滤波算术运算获得的。

6.根据权利要求1的磁盘驱动器，其特征在于前馈控制器根据对应于干扰值的加速度值，按照伺服周期来计算一个补偿值，以此在跟踪控制器控制操作过程中吸收由干扰产生的波动，以及

将补偿值加到位置误差值上并将其输入到跟踪控制器中。

7.根据权利要求1的磁盘驱动器，其特征在于识别单元的参数识别处理和前馈控制器的前馈控制分开地执行。

8.根据权利要求7的磁盘驱动器，其特征在于识别单元通过利用加速度传感器的加速度信号和位置误差值，根据传动机构的传输函数和跟踪控制器的传输函数来执行滤波算术运算。

9.根据权利要求1的磁盘驱动器，其特征在于进一步包括：

对识别处理进行计数的判断单元，

其中该判断单元在识别处理的数目小于一个常数时，使识别单元为开启状态，使前馈控制器为关闭状态，以及，该判断单元在识别处理的数目大于一个常数时，使识别单元为关闭状态，使前馈控制器为开启状态。

10.根据权利要求7的磁盘驱动器，其特征在于进一步包括：

判断单元，计算在识别的当前步骤和前一步骤之间的前馈控制器的参数的改变率，

其中判断单元在改变率大于一个常数时，使识别单元为开启状态，使前馈控制器为关闭状态，而在改变率小于一个常数时，使识别单元为关闭状态，使前馈控制器为开启状态。

11.根据权利要求1的磁盘驱动器，其特征在于前馈控制器执行前馈控制来补偿由于干扰而产生的位置误差波动。

12.根据权利要求8的磁盘驱动器，其特征在于通过利用位置误差信号和由根据传动机构和跟踪控制器相对于加速度传感器的加速度信号的闭环传输特性模型而执行滤波算术运算所获得的算术运算结果，识别单元参数识别处理通过利用最小二乘法来确定前馈控制器的参数，以及

前馈控制器执行前馈控制以相对于位置误差补偿由于干扰而产生的波动。

13.根据权利要求7的磁盘驱动器，其特征在于前馈控制器执行前馈控制以相对于跟踪控制器的输出信号补偿由于干扰而产生的波动。

14.根据权利要求7的磁盘驱动器，其特征在于通过利用位置误差信号和由根据相对于加速度传感器的加速度信号的闭环传输特性P/(1+C*P)而执行滤波算术运算所获得的算术运算结果，识别单元参数识别处理通过利用最小二乘法来确定前馈控制器的参数，其中P指的是传动机构的模型，C指的是跟踪控制器；以及

前馈控制器执行前馈控制以相对于跟踪控制器的输出信号补偿由于干扰而产生的波动。

15.一种对磁头进行磁头定位控制使其定位到磁盘驱动器中的磁盘上的目标位置处的方法，该磁盘驱动器包括：磁盘、磁头和其上装有磁头的传动机构，该方法的特征在于它包括：

根据预定伺服周期，基于磁头的当前位置和目标位置之间的位置误差，用传动机构执行跟踪控制操作；

通过利用加速度传感器来检测从外部施加的干扰；

通过利用加速度传感器的加速度信号由前馈控制器调整位置误差信号或跟踪控制器的输出信号来抑制干扰的影响；以及

通过利用最小二乘法执行参数识别处理来确定前馈控制器的参数。

16.根据权利要求15的方法，其特征在于识别单元的参数识别处理和前馈控制器的前馈控制分开地执行。

17.根据权利要求16的方法，其特征在于识别单元通过利用加速度传感器的加速度信号和位置误差值，根据传动机构的传输函数和跟踪控制器的传输函数来执行滤波算术运算。

18.根据权利要求15的方法，其特征在于进一步包括：

对识别处理进行计数的判断单元，

其中判断单元在识别处理的数目小于一个常数时，使识别单元为开启状态，使前馈控制器为关闭状态，而在识别处理的数目大于一个常数时，使识别单元为关闭状态，使前馈控制器为开启状态。

19.根据权利要求16的方法，其特征在于进一步包括：

判断单元，计算在识别的当前步骤和前一步骤之间的前馈控制器的参数的改变率，

其中判断单元在改变率大于一个常数时，使识别单元为开启状态，使前馈控制器为关闭状态，而在改变率小于一个常数时，使识别单元为关闭状态，使前馈控制器为开启状态。

20.根据权利要求15的方法，其特征在于执行前馈控制的系统执行前馈控制以便补偿由于干扰而产生的位置误差波动。

21.根据权利要求15的方法，其特征在于通过利用位置误差信号和由根据传动机构和跟踪控制器相对于加速度传感器的加速度信号的闭环传输特性模型而执行滤波算术运算所获得的算术运算结果，识别单元参数识别处理通过利用最小二乘法来确定前馈控制器的参数；以及

前馈控制器执行前馈控制以相对于位置误差补偿由于干扰而产生的波动。

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