CN1299505A - 使盘片驱动伺服系统的稳定时间最小的方法 - Google Patents

Abstract

一种装置和方法,用于在通过伺服电路(144)进行的速度控制搜索(262)结束时,自适应地把头(120)稳定到盘片驱动器(100)的目的磁道(250)上。当头到达离开目的磁道(264)为所选择的距离时,确定头的速度并和所要求的速度(266)比较。相对于经确定的速度和所要求的速度之间的差而从稳定表(236)确定稳定电流校正值,并把它施加到(268)电流命令信号,以产生经修改的电流命令信号,使用经修改的电流命令信号把头稳定到目的磁道(270)上。然后在稳定期间,相对于所测量的位置误差而使稳定表自适应。

Description

使盘片驱动伺服系统的稳定时间最小的方法

发明领域

本发明一般涉及盘片驱动器数据存储装置领域，尤其，但是不限于，在通过自适应电流补偿的盘片驱动器搜索操作期间，降低头到目的磁道所需要的稳定时间。

发明背景

在现代计算机系统和网络中，一般把盘片驱动器作为主要的数据存储装置，由于在其中可以存储和取得大量经计算的数据的高效率和可行的价格形式。当代盘片驱动器具有以超过数千兆字节(GB)计量的数据存储容量，并可以单独地使用(如在一般的个人计算机配置中)，或可以在多驱动数据存储阵列中使用(如用互连网网络服务器或主计算机)。

典型的盘片驱动器包括多个坚固的磁性存储盘片，这些盘片在轴向上是对准的，并安排在主轴马达的附近以恒定的高速度旋转(诸如约10,000周每分)。通过读/写头的阵列以在盘片的磁道和其中安装盘片驱动器的主计算机之间传递数据。

把头安装到一个旋转致动器组件，并通过闭环伺服系统把头可控制地放置到磁道的附近。尤其，致动器组件包括音圈马达的线圈(VCM)，以致伺服系统根据头的经检测的和经估计的位置和表示所要求的头位置的命令输入，通过施加到线圈的电流而控制头的位置。

伺服系统主要地工作于一个或两个可选择的工作模式：搜索和磁道跟踪。搜索操作要求通过对头的初始加速和接着的减速使之离开初始磁道到目的磁道而把一个经选择的头从相关的盘片表面上的初始磁道移动到目的磁道。使用一种速度控制趋近法，其中通过重复地对头的速度进行估计(估计所测量到的位置)并对确定用于搜索的所要求速度轨迹的速度分布(profile)进行比较。相对于估计速度和所要求速度之间的差，在搜索期间进行对于施加到线圈的电流量的校正。

在头到达离开目的磁道为预定距离(诸如离开一个磁道)的这种时刻，伺服系统过渡到使头稳定到目的磁道上的稳定模式。此后，伺服系统进入操作的磁道跟踪模式，使头在该模式中跟踪目的磁道直到进行下一个搜索操作。

因此，盘片驱动器设计一般使用具有速度分布的近似时间最优控制以在搜索期间控制所选择的头；具有相当慢的积分的基于状态估计器的控制器以把头稳定到目的磁道；以及相似的具有相当快的积分的基于状态估计器的控制器以进行磁道跟踪。

这种趋近法的一个问题是在控制从搜索模式转换到稳定模式的这种时刻，初始速度变化可以使头相对于目的磁道产生较大的过调量或失调量，不希望地延长了把头稳定到目的磁道上所需要的时间。在现代盘片设计中，该速度变化是固有的，因为VCM的加速度常数随稳定和线圈的相对位置而改变。这些和其它的这种因素势必在搜索期间引入误差，不希望地延长了稳定时间。

典型的高性能盘片驱动器具有约8毫秒的特定搜索时间，该时间包括头越过盘片的表面移动和稳定到目的磁道上(在磁道中心的规定容差之内)所需要的时间，和当盘片相对于头旋转时所要求的数据组到达头所需要的潜在时间。重要地，在稳定阶段开始时的这种速度变化可能使搜索时间延长1到2毫秒。因为在搜索操作期间，一般不可得到盘片驱动器以在盘片和主计算机之间传递数据，用户要求不断地改进数据传递性能已经导致设计者寻找方法来改进伺服控制和减少搜索期间的稳定时间。

近来已经建议几种方法来减少稳定时间，使用一种技术一般称之为初始值补偿。见例如Eddy等人的题为“在盘片驱动器旋转致动器中的偏差(bias)：特征、预测和补偿”(IEEE会报(工业电子学)，2424-2433页，1997年，地3期，第33卷)的文章，该文章描述用于特定控制器初始化的逆向搜索方法学。然而，该方法学把相当大的实时计算要求置于系统，限制它在通常限制处理资源的事实世界盘片驱动器应用中的实用性。

Yamaguchi等人在“具有初始值补偿的模式转换控制器的设计和它在盘片驱动伺服控制中的应用”(IFAC第13届每三年的世界会议，美国，加利福尼亚，旧金山，1996年，471-476页)，和“具有初始值补偿的模式转换控制器的设计和它在磁盘片驱动器上的头定位控制的应用”(IEEE Transactions onIndustrial Electronics，65-73页，1996年第1期，第43卷)中建议三种另外的方法。在上述文章中由Yamaguchi等人建议的前面两种方法包括稳定模式初始化时的再设置控制器(观察器)状态。虽然这种方法至少在某种程度上是可操作的，但是妨碍盘片驱动伺服系统其它的关键性任务，诸如设置在磁道检查准则，自适应地校刻增益等。Yamaguchi等人建议的第三种方法包括取消所有磁道跟踪控制器的闭环极点并把这些极点放置到所要求的位置处。然而，象Eddy等人的方法一样，该方法可能不合乎需要地复杂，在该方法中对于状态的初始值需要另外的高阶补偿器。还有，一般没有简易的方法来适应系统以考虑温度和相似因素的变化对于伺服性能的负面影响。

因此，在本技术领域中频繁地要求改进，在出现参数化的变量(它势必导出头速度误差的重要的程度)时可以自适应地优化盘片驱动器的稳定特征。

发明概要

本发明提供一种使盘片驱动器中的稳定时间最小的装置和方法。

根据一个较佳实施例，盘片驱动器配备一个头，该头可控制地定位到一个上面确定多个磁道的旋转盘片的附近。把诸如音圈马达(VCM)之类的马达可操作地耦合到头，以根据施加到马达的电流而控制头的位置。

提供一个伺服电路把头稳定到一个目的磁道上，在搜索操作的结束时刻，通过头离目的磁道的所选择距离(也称之为稳定过渡点)确定头的速度，把该速度和距离目的磁道为所选择距离上所要求的头速度相比较，把稳定电流校正值施加到一个电流命令信号中，以产生经修改的电流命令信号，并使用经修改的电流命令信号把头稳定到目的磁道。当在搜索和稳定之间头到达过渡点(这是离目的磁道的所选择的距离，诸如离开一个磁道)时，相对于经估计的头速度和位置确定稳定电流校正值。稳定电流校正值的作用是对伺服电路的响应增加一个附加的零点，相对于最低的两个极点的位置的权(即，在z-域中最接近1的两个极点)自适应地确定零点的位置。

最好，伺服电路包括一个观察器，该观察器产生头位置和速度的估计值和一个稳定表，在离目的磁道为所选择距离的过渡点处，该稳定表根据经估计的头位置和头的速度自适应地输出稳定电流校正值。此外，伺服电路最好包括一个可编程处理装置，该可编程处理装置具有使头稳定到目的磁道上的相关程序。

阅读下面详细的说明和相关的附图，作为本发明的特征的这些特点或其它各种特点和优点将成为显而易见。

附图简述

图1是根据本发明的较佳实施例构成的盘片驱动器的顶视图。

图2是图1的盘片驱动器的功能方框图。

图3是图2的伺服电路的功能方框图。

图4提供在搜索操作期间，当头从内磁道移动并稳定到目的磁道上时，盘片驱动器所选择的头的速度分布曲线图。

图5提供在相应于图4示出的搜索操作期间的电流分布曲线图，示出施加到盘片驱动器的音圈马达(VCM)线圈的电流。

图6提供在搜索的稳定阶段时头轨迹的曲线图，示出失调量(其中头到达目的磁道所费的时间太长)和过调量(其中头对目的磁道过调并提供振荡响应)两者的问题。

图7是控制图表说明，示出根据本发明较佳实施例的图3的伺服系统的操作，图7的控制图一般说明图3的数字信号处理器(DSP)的编程操作。

图8是一部分盘片驱动器所选择磁道的说明，示出根据盘片驱动器使用的一个嵌入式伺服方案的伺服块和用户数据块的相应安排。

图9是示出自适应稳定程序的流程图，表示图3的DSP的编程并更清楚地表示在搜索操作期间图7的控制图的操作。

图10提供计算机模拟结果的曲线说明，示出通过使用图7和9的控制图和程序而得到的稳定性能的提高。

详细说明

现在回到附图，特别是图1，在图1中示出根据本发明较佳实施例的盘片驱动器100的顶视图。

盘片驱动器100包括头盘片组件(HDA)101和安装到HDA101向下的一侧因而在图1中看不到的盘片驱动器印制线组件(PWA)。PWA提供控制HDA101操作所必须的电路，并在HDA101和主计算机之间传递数据，其中可以把盘片驱动器100安装在用户环境中。

HDA100包括安装各种盘片驱动器元件的基板102。已经在图1中省略以暴露内部感兴趣的元件的顶盖结合基板102形成盘片驱动器100的一个内部环境，其中有可控制的空气压力、湿度和清洁度水平。

提供主轴马达104使盘片堆106以恒定的高速度旋转，用盘片夹把盘片106紧固到马达104上。可以理解，在传统的方式中，在每个盘片106的表面确定多个名义上同心的磁道(没有分开示出)。

为了访问磁道，提供可控制可定位的致动器组件110，它根据施加到音圈马达(VCM)的线圈(在113处示出它的一部分)的电流而围绕盒式轴承组件旋转。致动器组件110包括多个臂116，相应的弯曲组件118从这些臂伸出。在弯曲组件118的远端提供头120，并通过由盘片106的旋转设定的气流建立的空气轴承把所述头支撑在盘片106上方。最好头120的特征是磁阻(MR)头。提供锁定组件122，当对盘片驱动器100去激励时它保证头在盘片106的最里面直径处的起落(landing)区(未示出)上。通量电流组件124提供致动器组件110和盘片驱动器PWA(如上所述，安装在盘片驱动器100的向下的一侧)之间的电气通信路径。

图2提供可操作地连接到主计算机140的图1的盘片驱动器100的功能方框图。如图2所示，用于控制HDA101的电路包括主轴控制电路142、伺服控制电路144和读/写通道146，所有这些都可操作地连接到系统处理器150。可以理解，系统处理器150以已知的方式与这些电路交换信息并控制这些电路的操作，但是有如下所述的例外。此外，示出连接到读/写通道146和系统处理器150的接口电路152，接口电路152作为对于盘片驱动器的数据接口和缓冲器。接口电路152包括序列发生器(未分开示出)，所述序列发生器包括在读/写通道146操作期间用于建立变化定时序列的硬件。

主轴控制电路142控制主轴马达104(图1)的旋转速度。根据头120读出的伺服信息把电流施加到致动器线圈113而使伺服控制电路144(这里也称之为“伺服电路”)控制头120相对于盘片106的位置。读/写通道146的工作是根据从接口电路152提供给通道的用户数据把数据写入盘片106，通过对数据编码和串行化，并产生由头使用的写入电流，以使盘片106上所选择的一部分磁道磁化。

相应地，当头在盘片106上所选择的磁道上方通过时，读/写通道146取得上述存储数据，通过从头120产生的读出信号对数据解码。系统处理器150根据存储在存储器(MEM)154中的程序来控制盘片驱动器100的各种操作，所述存储器最好包括诸如动态随机存取存储器(DRAM)之类的易失性存储器件和诸如快闪存储器之类的非易失性存储器件。

现在参考图3，其中示出图2的伺服电路144的功能方框图。如图3所表示，由所选择的头120读出伺服信息并通过前置放大器电路(“preamp”)156放大。最好把前置放大器156放置在HDA 101中并安装到致动器组件110的电路板上，如图1所示。把经放大的读出信号送到解调器电路158(“demodulator”或“demod”)，该解调器使信号达到所要求的状态(包括模数转换)并将信号提供给数字信号处理器(DSP)160。

下面将根据本发明的较佳实施例更详细地讨论DSP 160的操作。然而，一般DSP160从来自解调器158的信号产生指示头相对于盘片106的位置的位置误差信号(PES)。根据所产生的PES和系统控制器150(图2)提供给DSP160的控制输入，DSP160把校正信号输出到线圈驱动器162，接着该驱动器把电流施加到线圈113以调节头120的位置。

现在参考图4，其中示出一族速度分布的曲线图象(一般表示在170处)，在头120从内磁道移动并稳定到目的磁道的搜索操作期间，每个速度分布确定所选择的头120所要求的轨迹。速度分布族170相对于指示磁道(以走向的磁道处理，磁道“0”是目的磁道)的x-轴172和指示头120的速度的y-轴174而标绘。

如图4所示，当头趋近目的磁道时减速轨迹部分176指示头120所要求的速度，对于速度分布族170，减速轨迹部分176基本上是共同的。减速轨迹部分176伸展到最大速度V_MAX(由虚线178表示)，这是当头移动到目的磁道时头120得到的最大速度。如图4所示，减速轨迹部分176在标为X₄的磁道处遇到V_MAX线178，这是所选择的离开目的磁道0的磁道数。

图4进一步示出不同的加速轨迹部分180、182和184(分别开始于磁道X₁、X₂和X₃)。当盘片驱动器100完成从磁道X₁到磁道0的搜索操作时，头120沿部分180加速，沿在V_MAX处的线178滑行，然后沿部分176减速到目的磁道0。相似地完成从磁道X₂的搜索，除了因为磁道X₂比磁道X₁更接近磁道0而头120在V_MAX处(即，沿线178)花费较少的时间。在某些情况下，搜索长度可以足够地短以致头120不到达最大速度V_MAX，诸如一般由加速部分184所示。即，从磁道X₃到磁道0搜索，沿部分184对头120加速直到头到达减速部分176，此后使头减速到目的磁道0。

可以理解，使用控制位置和速度的方法可以完成相当短的搜索，以致这里考虑的控制速度的搜索是相当长的搜索(诸如60磁道或更多)。在这方面，不应该把图4的x-轴172考虑为必须画成定标的(即，磁道0和1之间的相对距离不必定以在轴上的其余磁道的相对空间来指示)。然而，可以理解，这里讨论的速度趋近只是提供说明而不是限制。

图5提供在从磁道X₁到磁道0的搜索期间施加到线圈113的电流分布186的一般的说明。相对于指示磁道的x-轴188(术语趋向磁道)和指示电流幅度的y-轴190来标绘电流分布186。从图4和5可以看到，最初施加大量的电流(如在分布186的192处所示)以加速头120趋向目标磁道0。一旦头12C到达V_MAX(部分178)，头维持这个速度就只需要相当小的电流，如曲线186所示。当检测到磁道X₄时(即，头到达图4的减速部分176的开始处)，把相应的相反极性的大电流量施加到线圈113以使头减速到磁道0。

当磁道离开目的磁道0达到所选择的距离时(诸如在图4中所示，离开一个磁道)，伺服电路144从搜索模式过渡到稳定模式，并试图在尽可能短的时间内把头120稳定到目的磁道0。如图4所示，在离开目的磁道0为一个磁道之处，应期望头120具有速度V_S。

然而由于在现代盘片驱动器设计中的各种固有的影响，在该过渡点处可能发生速度误差，或是造成失调量(如图6中的失调稳定轨迹曲线195所示)，或是造成过调量(如图6中的过调稳定轨迹曲线196所示)。在图6中相对于一般指示所消逝的搜索时间的x-轴197和指示位置(图6的y-轴198上的“0”相应于图4和5的目的磁道0的中心)的y-轴198来标绘两种曲线195、196。当头120在磁道1处的实际速度太低时，产生图6的失调轨迹曲线195，造成头120没有足够的速度以到达关于磁道0的中心(诸如磁道宽度的±10％)的预定门限值(捕捉极限)定义的范围(在该范围内可以安全地中心都和写操作)。同样，当头120在磁道1处的实际速度太高时，产生图6的过调轨迹曲线195，造成头120进入太快并关于磁道0的中心作不希望有的振荡。

为了减小这种过调和失调情况，已经提供图7，它示出根据本发明的较佳实施例构成的图2和3的伺服电路144的控制方框图。可以理解，图7一般表示图3的DSP160的程序，并表示根据较佳实施例的DSP160的功能方面。

参考图7，其中示出整套装置块200，表示盘片驱动器100的有关的机械方面，包括头120、线圈113、盘片106、音圈马达114和解调器158。整套装置200接收在信号路径202上的电流命令信号I_CMD，把所选择的头(未示出)定位于整套装置200的所选择磁道(也未示出)的附近。根据在磁道上的伺服信息，整套装置200产生在信号路径204上输出的PES。

图7的控制图还示出一个观察器206，该观察器是基于整套装置模块的，名义上具有和整套装置200相同的输入/输出响应特征。熟悉本技术领域的人员会理解，观察器206分别产生在信号路径208、210和212上的位置估计X_EST、速度估计V_EST和偏差估计W_EST，它们相应于头位置、头速度和偏差力的估计。偏差力估计W_EST考虑作为弯曲组件(诸如图1的124)作用在致动器上的结果的弹簧力、作用在头上的空气阻力等。

此外，提供基准发生器214，它提供用于整套装置200的表示所要求的位置、速度和电流设置的位置基准X_REF、速度基准V_REF和电流基准I_REF信号。分别在路径216、218和220上输出这些信号，并且具有一般根据伺服电路的特定操作模式(诸如磁道跟踪或搜索)的值。将会理解，在搜索期间，速度基准V_REF一般相应于适当的速度分布(诸如参考图4的上述讨论)。总和接点222确定作为位置基准X_REF和位置估计X_EST之间的差的位置误差X_ERR，如所示。相同地，总和接点224确定作为速度基准V_REF和速度估计V_EST之间的差的速度误差V_ERR。把位置误差X_ERR提供给具有定标增益K_V的增益块228，以致输出量通过总和接点230相加。

把总和接点230的输出进一步在总和接点232处和偏差估计_ESTW和电流基准I_REF相加。把总和接点232的输出总和通过功能路径233提供给总和接点234，该接点还接收稳定表块236的输入，在下面将更详细地描述。然而此时应注意，在信号路径238上提供总和接点234的输出作为到观察器206的控制输入，并且是一个表示施加到整套装置200的电流量的电流校正输入。考虑整套装置200的操作中的额定变量，还把总和接点234的输出提供给具有增益K_p的增益块240，以致它的输出包括在理解202速度电流命令I_CMD。将会理解，可以用传统的方式来调节增益K_p以保证观察器206保持整套装置200的正确的模型。

最后，通过总和接点242把在信号路径204上的PES和在路径208上的位置估计X_EST相加，以产生作为在路径240上输入到观察器206的观察器误差O_ERR信号。

相应地，最初控制图7的控制系统的一般操作(缺少稳定表236的选择操作)如下：

X_ERR=X_REF-X_EST                         (1)

V_ERR=V_REF-V_EST                         (2)

O_ERR=PES-X_EST                          (3)

I_CMD=(X_ERRK_N+V_ERRK_p+I_REF+W_EST)(K_p)     (4)

为了促进方式的讨论，其中图7的稳定表块236(“表”)工作以自适应地提高整套装置200的稳定性能，首先简单地参考图8将是有帮助的，该图示出从盘片106所选择的磁道250的一部分。盘片驱动器100采用嵌入式伺服方案，以致当使用数据块254存储用户数据时，周期性地把伺服块252安排在相同的盘片表面上。伺服块252包含伺服电路144使用的伺服信息，并在制造盘片驱动器期间写入，以致安排成多个径向伸展的，象轮辐的楔形。此后在盘片驱动器格式化操作期间在相邻的伺服块252之间产生数据块254，并在接着的盘片驱动器读和写操作期间访问，以在数据块254和主计算机140之间传递数据(图2)。

当依次由头120读出每个伺服块252时产生PES(图7的路径204)。观察器206的特征是多速率，其中在逐次的PES值之间提供所选择的位置、速度和偏差估计数(诸如4)。这里把观察器产生这些估计时的速率称为伺服电路144的取样速率，一般使用识别符k来表示一个特定的取样。相应地，带有在取样k之后的下一个取样(k+1)的经估计的位置、速度和偏差可以由下列一般关系式表示：

其中X_EST(k+1)、V_EST(k+1)和W_EST(k+1)是对于取样(k+1)的经估计的位置、速度和偏差；X_EST(k)、V_EST(k)和W_EST(k)是对于取样(k)的经估计的位置、速度和偏差；A和B是说明整套装置200的矩阵；u(k)是在路径233上的电流校正信号(通过总和块232输出)；以及L是观察器206的增益。

如上所提供，搜索操作一般包括搜索模式和跟随着的稳定模式。在搜索模式期间，使用合适的速度分布以控制头120向目的磁道移动的轨迹。根据施加到VCM 114(诸如上述图5所表示)的电流，最初使头120加速，然后减速(诸如上述图4所表示)，接着受到电流命令信号(诸如在图7中的路径233上的总加块232的输出)的控制。还有，在搜索模式期间，稳定表236不提供输出，以致伺服电路144一般根据上述等式(1)到(4)而工作。

在头到达稳定过渡点的这个时刻(诸如离开目的磁道为一个磁道)，开始稳定模式，以致稳定表236输出稳定电流校正值以产生如下的经修改的电流命令信号：

u_A(k)=u(k)+Δu(0)          (6)

其中u_A(k)是在路径238上的总加块234输出的经修改的电流命令信号(图7)，并用于控制到VCM 114的电流的应用；u(k)是提供给在路径233上的总加块234的电流命令信号；以及Δu(0)是由稳定表236提供给在路径237上的总和接点234的稳定电流校正值。可以理解，在Δu(0)中的取样基准“0”表示稳定模式的第一取样(即，可以考虑当到达稳定过渡点时，在稳定模式的第一取样处k复位到“0”)。

虽然下面将更详细地讨论稳定表236产生Δu(0)校正值的方式，一般在此时刻应注意在稳定过渡点处相对于经估计的位置X_EST和经估计的速度V_EST确定校正值。此外，如图7所示，相应于在路径204上的PES提供的反馈，自适应地控制稳定表236的工作。

可以理解，电流命令信号的修改(即，在稳定期间u_A(k)的产生)造成伺服系统响应的修改。换言之，表236的工作特征可以是把附加的零点放到系统响应中以提高稳定性能。为了更充分地说明这一点，下面模数整套装置200的离散-时间状态空间模型：

x_d(k+1)=A_dx_d(k)+B_du(k)      (7)

y(k)=C_dx_d(k)                (8)

具有取样速率k时，状态x_d(即，位置X和速度Y)、输出y、输入u和矩阵A_d、B_d和C_d描述整套装置。盘片驱动器设计者通常采用这种离散-时间状态空间模型；例子见1997年9月16日对Tremaine发布的美国专利第5,668,680号，该专利已转让给本发明的受让人。相应地，可以把观察器模型表述为：

x_c(k+1)=A_dx_c(k)+B_du(k)+L_c[v(k+1)-C_dx_c(k+1)(9)

其中，x(k)是{X_EST，V_EST}的矩阵。可以把控制器的模型表述为：

          u_c(k)=-K_cx_c(k)                             (10)

给出单边z一变换为：

         $X\left(z\right)=\underset{k=0}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}x\left(k\right)z^{-k}------\left(11\right)$

因此，

     Z[x(k+1)]=z[X(z)-x(O)]                               (12)

以及

     U(z)=-K_cx_c(z)+Δu(O)                         (13)

其中

     Δ(O)=u(O)+K_cx_c(0)                           (14)

其中△u(0)是上述等式(6)的稳定电流校正值。

取等式(7)到(10)的z-变换，代入等式(13)并解Y(z)，产生如下：

Y(z)=C_d[z]-Ad·B_dK_c(zl-A_c)^-1L_cC_dA_d]^-1·[zX_d(0)-B_dK_c(zl-A_c)^-1zX_c(0)]+[l-B_dK_c(zl-A_c)^-1]B_cΔu(O)                                                  (15)

其中

       A_c=A_d-LC_dA_d-B_dK_c                           (16)

在稳定过渡点处，使X_d(0)=X_c(O)。把z=z₁代入等式(15)，带z₁的系统响应的零，

    Y(z₁)=0                                (17)

此外，从等式(15)，识别一个1×2矩阵M(具有项M₁，M₂)和定标n并和等式(17)组合产生MX_c(0)-nΔu(0)=0                  (18)

以致 $\mathrm{\Δu}\left(O\right)=\frac{M{X}_c\left(O\right)}{n}=K_{\mathrm{SX}}{X}_{\mathrm{EST}}\left(O\right)+K_{\mathrm{SV}}{V}_{\mathrm{EST}}\left(O\right)----\left(19\right)$

具有由K_SX=M₁/n和K_SV=M₂/n确定的稳定增益K_SX和K_SV。稳定表236根据等式(20)确定稳定电流校正值Δu(0)。即，最好在每个稳定过渡点处，把经估计的位置和速度X和V提供给稳定表236，作为对此的响应，稳定表输出合适的稳定电流校正值Δu(0)。当然，上述分析中的各项与所给出的盘片驱动器设计的偏置有关。可以使用诸如Math Works,Inc.of Natick,Massachusetts,USA的Matlab之类的众知的数字软件以得到表236的适当的值。

将会理解Δu(0)的作用是把一个零(z₁)放在Y(z)的分子中。一种设计方法可以是选择零z₁，以致取消最慢的磁道跟踪模式控制器的闭环极点，和上述Yanaguchi等人所建议的相似。然而，一个重要的问题是这种方法产生一种相当复杂的设计，和对于盘片驱动器参数变化敏感和无标准的谐振。

相应地，在一个较佳实施例中，假定最慢的和第二最慢的极点是p₁和p₂，谐振附加的零z₁，以致

    z₁=αp₁+(1-α)p₂                                    (20)

其中α是从零到一(即，0≤α≤1)变化的权值。尤其，对于不同的α值(诸如从0到1，使用0.1的分辨率)选择一组不同的位置和速度稳定增益KSX和K_SV。此后，相应于α的特定值(诸如α=0.5)选择稳定增益K_SX和K_SV的初始组。如果，从PES(在图7中的路径204)稳定性能比最佳要差(即，检测到某些过调量和失调量)，则对于下一个搜索可以增加表(例如，使用对于α=0.6的稳定增益)。为了进一步说明表236的操作，图9示出用自适应稳定搜索程序260，表示根据较佳实施例的伺服电路144执行的步骤。

在步骤262处，盘片驱动器100开始搜索操作的搜索模式，由此使所选择的一个头120从初始磁道移向目的磁道。为了清楚起见，假定初始磁道相应于磁道X₁(图4)而目的磁道是磁道0(图4)。在步骤262期间，最初对头加速，然后根据图5的电流曲线减速，以致头120名义上跟踪图4的速度分布180、178和176确定的轨迹。

如判定步骤264所示，当头120从磁道X₁移动到磁道0时，伺服电路144不断地确定头的位置(使用经估计的位置X_EST)直到头120到达离开磁道0一个磁道的稳定模式过渡点的这种时刻。

当到达稳定模式过渡点时，伺服电路144确定经估计的位置X_EST和经估计的速度V_EST，步骤266，并输出合适的稳定电流校正值Δu(0)，以把头120稳定到目的磁道，步骤270。在稳定期间，如步骤272所示，把PES(图7的路径204)提供给稳定表236以通过调节稳定增益K_SX和K_SV组来提高稳定性能。最后，图9的程序在274处结束，此后伺服电路工作于磁道跟踪模式直到接到执行下一个搜索(使用K_SX和K_SV的新的值)的命令。

已经结束上述伺服电路144的讨论，现在参考图10，该图示出计算机模拟图7的控制图的操作的结果。尤其，图10表示一未补偿的稳定曲线280和一经补偿的曲线290，两者都是相对于指示所消逝的稳定时间(毫秒)的x-轴292和指示位置的y-轴294而标绘的。

在y-轴294上的“0”标志相应于目的磁道的中心。虚线296和298指示离开磁道中心位置±10％(相对于磁道宽度)，在读和写期间，当头120超过这些边界时，表明操作故障条件。

如图10所示，与未经补偿的稳定曲线280相比较，使用图7的控制图的结果是基本上对经补偿的曲线290降低稳定时间。当曲线280得到约2毫秒(2 msec)的稳定时间时，曲线290得到小于1毫秒(1 msec)的稳定时间。因此，本发明不但得到基本上比一般在正常情况下得到的稳定性能提高的稳定性能，而且还进一步有利地操作以自适应地适应大的参数变量，这些参数变量会导致图5所示的失调型和过调型而不希望地使稳定时间延长1毫秒或更多。

如从上述讨论可见，本发明关联着各种优点(如上述实施例)。首先，与上述Eddy等人和Yamaguchi等人的方法相比，系统相当简单地在诸如160这样的DSP中执行。第二，可以使用加权值α作为自适应参数以补偿在盘片驱动器性能特征中的变量(诸如温度变量等)。例如，当配置图7的控制图以致正确地模拟整套装置的响应时(以致使谐振最小)，可以选择加权值α以致接近于1，否则，可以选择加权值以致接近于0。此外，在稳定操作期间，本发明易于适应多个取样的值进入(即，不但可以使用Δu(0)，而且还可以使用Δu(1)，等)。

概括地说，本发明针对一种用于使盘片驱动器中的稳定时间最小的装置和方法(诸如100)。盘片驱动器包括一个头(诸如120)，它邻近一个在其上确定多个磁道(诸如250)的旋转盘片(诸如106)，以及一个马达(诸如114)，它根据施加到马达的电流可控制地使头定位。

提供一个伺服电路，通过确定在距离目的磁道为所选择的距离处的头的速度(诸如通过264、266)，把该速度和头在距离目的磁道为所选择的距离处所要求的速度相比较，把稳定电流校正值施加到电流命令信号以产生相对于经估计的位置和经估计的速度的经修改的电流命令信号(诸如通过268)，以及使用经修改的电流命令信号把头稳定到目的磁道(诸如通过270)，在搜索操作结束的时刻，伺服电路把头稳定到目的磁道。应用稳定增益的作用是把附加的零点增加到伺服电路的响应中，最好相对于最接近响应的两个极点位置的权来确定零点的位置。

最好，伺服电路包括观察器(诸如206)，它产生头位置和速度的估计和一个稳定表(诸如236)，该稳定表根据头在离开目的磁道为所选择的距离处的经估计的速度而输出稳定增益。此外，伺服电路最好包括可编程处理器件(诸如160)，该器件具有相关的程序以把头稳定到目的磁道。

对所附的权利要求来说，应把符合上述讨论的术语“信号”理解为包括模拟和数字两种表达。术语“电路”应理解为包括硬件和软件/固件型的两种实施。

短语“可编程处理器件”应理解为描述可以在相关的程序中执行指令的任何种类型的可编程处理器，诸如DSP160。虽然以特定次序的步骤来提供下面某些方法的权利要求，应该容易地理解，所要求的本发明的权利不限于所示出的次序，除非在权利要求的术语中特别指出。

应该清楚，本发明较佳地适合于得到上述的结果和优点和其中所固有的结果和优点。而当前已经描述的较佳实施例是对本揭示来说的，可以进行各种改变，对于熟悉本技术领域的人员来说，容易作出对这种改变的建议，而且这包括在所揭示的本发明的精神中，并如在所附的权利要求书中所定义。

Claims (9)

1．一种用于在具有一邻近于其上确定多个磁道的旋转盘片的头；一用于控制头相对于盘片的定位的马达；以及一提供头的经估计的位置和经估计的速度的观察器的盘片驱动器中，将所述头从初始磁道移动到目的磁道的方法，所述方法包括下列步骤：

(a)通过把相当于指示头的轨迹的电流命令信号的电流施加到马达而开始一个搜索模式，以把头移向目的磁道；以及

(b)通过把相对于经修改的电流命令信号的电流施加到马达而把头稳定到目的磁道，所述经修改的电流命令信号是由电流命令信号和稳定电流校正值的总和确定的，所述稳定电流校正值是相对于在离开目的磁道为预定距离处头的经估计的位置和经估计的速度确定的。

2．如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步相对于在离开目的磁道为预定距离处头的所要求的速度和所要求的位置来确定稳定电流校正值。

3．如权利要求2所述的方法，其特征在于，由稳定表提供稳定电流校正值，当头到达离开目的磁道为预定的距离时，所述稳定表选择性地输出稳定电流校正值。

4．如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述稳定电流校正值的特征是作为一个总和，它是头的经估计的位置和稳定位置增益值的积和头的经估计的速度和稳定速度增益值的积的总和。

5．如权利要求3所述的方法，其特征在于，进一步相对于位置误差信号来确定稳定电流校正值，所述位置误差信号指示当头稳定到目的磁道时所测量到的头的位置。

6．如权利要求3所述的方法，其特征在于，稳定电流校正值的操作是把一个附加的零点增加到盘片驱动器的响应。

7．一种盘片驱动器包括：

头，它邻近于其上确定多个磁道的旋转盘片；

可操作地耦合到头的马达，根据施加到马达上的电流，所述马达可控制地使头定位；以及

可操作地耦合到头和马达的伺服电路，所述伺服电路：

(a)在搜索模式期间，根据伺服电路产生的指示在搜索模式期间的头的轨迹的电流命令信号，把电流施加到马达上，以把头从初始磁道移向目的磁道；以及

(b)在搜索模式结束时刻，通过相对于由一个总和确定的经修改的电流命令信号而使头稳定到目的磁道，所述总和是电流命令信号和稳定电流校正值的总和，所述稳定电流校正值是当头到达离开目的磁道为所选择的距离时，相对于头的经估计的位置和经估计的速度而确定的。

8．如权利要求7所述的盘片驱动器，其特征在于，伺服电路包括：

观察器，它产生头的经估计的位置和速度；以及

可操作地耦合到观察器的稳定表，所述稳定表根据在离开目的磁道为所选择的距离处的头的经估计的位置和速度而输出稳定电流校正值。

9．如权利要求7所述的盘片驱动器，其特征在于，所述伺服电路包括可编程处理器件，所述可编程处理器件具有相关的程序以把头稳定到目的磁道。

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