CN1873782A - 双级致动器盘驱动器以及次级致动器故障检测和恢复方法 - Google Patents

Abstract

一种双级致动器盘驱动器中的方法，其用于在盘驱动器处于其正常磁道跟踪操作模式时，测试次级致动器是否已经发生故障。将次级致动器从控制环移除，并且初级致动器以磁道跟踪模式而将读取/写入头维持在数据磁道上。该伺服控制处理器生成到次级致动器的测试信号，并在读取头检测到正被跟踪的数据磁道中的PES脉冲串时接收位置错误信号(PES)。该伺服控制处理器通过从PES中解卷积初级致动器的运动，来计算次级致动器对测试信号的响应。然后比较所计算的响应和期望的响应，来确定次级致动器是否已经发生故障。可计算相干性函数来测量所计算的次级致动器频率响应的统计真实性。

Description

双级致动器盘驱动器以及次级致动器故障检测和恢复方法

相关申请

本申请涉及同时提交的同时待审的申请＿＿，其题目为“DUAL-STAGEACTUATOR DISK DRIVE WITH METHOD FOR SECONDARY-ACTUATORFAILURE DETECTION AND RECOVERY USING A RELATIVE-POSITIONSENSOR WHILE TRACK FOLLOWING”。

技术领域

本发明一般涉及磁记录硬盘驱动器，并更具体地涉及具有用于定位读取/写入头的双级致动器的盘驱动器。

背景技术

已经提出了具有用于在盘上定位读取/写入头的双级致动器的磁记录硬盘驱动器。旋转音圈电机(VCM)通常是初级致动器，而次级致动器附着到VCM且读取/写入头附着到次级致动器。伺服控制系统接收读取/写入头从数据磁道中读取的伺服定位信息，并生成到初级和次级致动器的控制信号，以便将头维持在磁道上并将它们移动到期望的磁道用于数据读取和写入。如在传统的单级致动器盘驱动器中，每个读取/写入头附着到头托架或者气承浮动块(air-bearing slider)的末端，该气承浮动块浮在旋转盘之上的气垫或气承上。该滑块附着到相对挠性的悬架上，该悬架允许该滑块在气承上“纵摇(pitch)”和“横摇(roll)”，该悬架附着到VCM致动器臂的末端。次级致动器通常为压电或者静电毫致动器(milliactuator)或微致动器(microactuator)，其位于VCM致动器臂上用于驱动悬架，或者位于悬架上的悬架和浮动块之间用于驱动浮动块，或者位于浮动块上用于仅驱动读取/写入头。

用于典型的双级致动器盘驱动器的传统伺服控制系统使用这样的控制器：其被设计为以适当的稳定性容限来确保VCM的稳定性，就象其是在没有次级致动器的情况下操作一样。然后，设计次级致动器的控制器以获得所期望的组合双级带宽。也设计次级致动器控制环和组合的双级控制环来单独地确保合适的稳定性、和与另一控制环共同确保合适的稳定性。对于上面可仅用VCM实现的带宽的有限增加，这个类型的伺服控制系统是令人满意的。

在2004年3月16日提交的题目为“MAGNETIC RECORDING DISKDRIVE WITH DUAL-STAGE ACTUATOR AND CONTROL SYSTEM WITHMULTIPLE CONTROLLERS”、被转让给与本申请相同的受让人的、共同待审的申请10/802,601中，描述了利用具有两个控制器的改进的伺服控制系统操作的双级致动器盘驱动器。一个控制器是双级控制器，其同时产生初级致动器控制信号和次级致动器控制信号，并使用：稳定性降级的初级致动器控制器设计，其具有相对高的低频开环增益；和次级致动器控制器设计，其提供了稳定性和导致带宽增加的高的中频至高频开环增益。另一个控制器是单级控制器，其仅生成初级致动器控制信号并使用稳定的只有VCM的控制器设计。如果检测到次级致动器的潜在故障，则伺服控制系统选择单级控制器。

在具有传统的伺服控制系统或者同时待审的申请中的控制系统的双级致动器盘驱动器中，次级致动器的故障将导致性能降低并可能导致数据丢失和/或盘驱动器故障。在2004年11月24日提交的题目为“DISK DRIVE WITHA DUAL-STAGE ACTUATOR AND FAILURE DETECTION ANDRECOVERY SYSTEM FOR THE SECONDARY ACTUATOR”、被转让给与本申请相同的受让人的、相关的同时待审的申请10/997,153中，通过生成到次级致动器的测试信号，并且当读取头检测到位于盘上的特定校准磁道中的测试块时测量来自读取头的校准信号，来执行次级致动器故障检测测试。如果校准信号仅指示其中故障可恢复的次级致动器的性能降低，则调整控制器参数。然而，写入包含测试块的特定校准磁道增加了伺服写入处理的时间和成本。

在2005年2月3日提交的题目为“DUAL-STAGE ACTUATOR DISKDRIVE WITH SECONDARY ACTUATOR FAILURE DETECTION ANDRECOVERY USING RELATIVE-POSITION SIGNAL”、被转让给与本申请相同的受让人的、相关的同时待审的申请11/051,392中，通过在将初级致动器偏置到测试位置(诸如突然停住或者加载/卸载斜坡)的同时生成到次级致动器的测试信号，来执行次级致动器故障检测测试。该次级致动器具有相对位置传感器，其生成指示次级致动器相对于其中性位置(neutral position)的位置的相对位置信号(RPS)。伺服控制处理器生成到次级致动器的测试信号，并响应该测试信号而从相对位置传感器接收相对位置信号(RPS)。如果RPS仅指示其中故障可恢复的次级致动器性能降低，则调整控制器参数。然而，这个恢复方法需要在可以执行测试之前将初级致动器驱动到突然停住或者加载/卸载斜坡。

所需要的是双级致动器盘驱动器和用于次级致动器故障检测和恢复的方法，其中在盘驱动器处于数据磁道上的磁道跟踪的正常操作模式时，可执行该方法。

发明内容

本发明是一种双级致动器盘驱动器中的方法，其用于在盘驱动器处于其正常磁道跟踪操作模式时，测试次级致动器是否已经发生故障。次级致动器故障测试可以按照常规日程表或者在选择的时间(诸如盘驱动器起动时)上执行。从控制环中移除次级致动器，并且初级致动器以磁道跟踪模式将读取/写入头维持在数据磁道上。然后，伺服控制处理器生成到次级致动器的测试信号，并在读取头检测到正被跟踪的数据磁道中的PES脉冲串时接收PES。伺服控制处理器通过从PES中解卷积初级致动器的运动，而计算次级致动器对测试信号的响应。然后将所计算的响应与所期望的响应比较，以便确定次级致动器是否已经发生故障。在优选实施例中，该测试包括两种测量：次级致动器静态特性的测量、和次级致动器动态特性的测量。任一种测试都可单独用于确定次级致动器故障，但是，如果次级致动器没有故障但是已经出现了次级致动器动态特性的微小改变，则动态特性测试也可以用于修改控制器参数。

静态特性测量是次级致动器“行程(stroke)”的计算(所谓行程就是作为输入到次级致动器的电压的函数的次级致动器移动量)以及所计算的行程与预定范围的可接受行程值的比较。随着从控制环中移除次级致动器、并且通过初级致动器而将读取/写入头维持在数据磁道上，例如固定偏置电压的静态测试信号被施加到次级致动器。该伺服控制处理器接收这个静态测试信号的PES响应，并生成到初级致动器的控制信号，以便在磁道上向回移动读取/写入头。初级致动器控制信号的改变可用于计算次级致动器的行程。可替换地，如果次级致动器包括相对位置传感器，则对该静态测试信号的相对位置信号(RPS)响应可用于计算次级致动器的行程。如果所计算的行程在可接受范围之外，则这是次级致动器可能已经发生故障的指示。

如果所计算的行程在可接受范围之内，则进行动态特性测量。这个测量实质上是对次级致动器的装置(plant)频率响应的计算。随着从控制环中移除次级致动器、并且通过初级致动器以磁道跟踪模式维持读取/写入头，动态测试信号被施加到次级致动器，而伺服控制处理器通过从PES解卷积初级致动器的运动，来计算次级致动器对动态测试信号的响应。用于动态特性测量的测试信号是一串动态测试信号，其每个为恒定频率的正弦信号。在施加恒定频率测试信号期间，检测PES。运行从PES中移除初级致动器运动的解卷积例程，从而得到次级致动器的响应。与对应的频率一起记录所得到的响应的增益和相位。对于所述一串动态测试信号中的每个频率，重复以上步骤。这使得次级致动器的装置频率响应能够被测量。如果该响应明显地不同于期望的响应，则实际上就可以确认该次级致动器已经发生故障。如果所测量的频率响应展示了微小变化，诸如增益的微小增加或减少、或者发生最大增益的频率上的微小偏移，则调整或重新优化该控制器参数。这个重新优化步骤改变了伺服控制处理器可以访问的存储器中的控制器参数值。可以改变的参数包括：影响带宽或者稳定性容限的参数；诸如次级致动器谐振频率的特定频率的凹口(notching)；次级致动器谐振的有效阻尼；或者其它性能、鲁棒性或者稳定性量度。

作为动态特性测试的可选部分，将相干性函数用作次级致动器的频率响应测量的统计真实性的测量。相干性指示作为频率的函数的输出信号(从所测量的PES解卷积的次级致动器响应)对输入信号(动态测试信号)线性相关性。对于这串中的每个动态测试信号，计算相干性，并将所计算的相干性的加权平均值与可接受的值作比较。如果该相干性不可接受，则可以发布(post)次级致动器故障信号，并且动态特性测试终止，而无需比较该增益和期望增益值。可替换地，可以使用改善频率响应测量的技术，诸如改变输入信号的振幅，或者改变VCM控制环的带宽。

本发明可应用于具有传统双级控制器的伺服控制系统的双级致动器盘驱动器、和根据先前引证的同时待审的申请10/802,601的双级致动器盘驱动器二者，其中申请10/802,601具有双级控制器和可选择单级控制器二者。

在根据同时待审的申请10/802,601的双级致动器盘驱动器中，通过以下步骤检测次级致动器的潜在故障：要么通过提供初级和次级致动器的动态响应模型，并比较建模的头位置和所测量的头位置；要么通过用相对位置传感器测量次级致动器的相对位置，并比较该相对位置与次级致动器的建模位置。一旦检测到次级致动器的潜在故障，就选择单级控制器，初级致动器以磁道跟踪模式维持读取/写入头，并运行次级致动器故障检测和校准测试。如果次级致动器通过了静态特性测量测试和动态特性测量测试二者，则重新选择双级控制器。如果所测量的频率响应显示了从最佳频率响应的微小改变，则在重新选择双级控制器之前调整或重新优化控制器参数。

为了完全理解本发明的特征和优点，应该参考和附图一起给出的以下详细描述。

附图说明

图1A是现有技术单级致动器盘驱动器的方框图。

图1B是四个相邻磁道的伺服区段(sectors)中的现有技术伺服图案的视图，并示出了四组脉冲串的位置错误信号(PES)图案。

图2是用于仅具有单级致动器(典型地为音圈电机(VCM))的现有技术盘驱动器的开环频率响应。

图3是可用于上述现有技术盘驱动器的次级致动器的视图。

图3A是图示现有技术旋转静电微致动器、浮动块和悬架的关系和操作的分解图。

图4是用于具有稳定VCM控制器设计的双级致动器的现有技术盘驱动器的开环频率响应和图2的开环频率响应的比较。

图5是具有根据本发明的双级致动器和控制系统的盘驱动器的方框图。

图6是根据用于本发明的具有稳定性降级VCM控制器设计的双级控制器的开环频率响应、和图2的开环频率响应的比较。

图7示出了用于稳定的单级VCM控制器的VCM开环频率响应的增益、添加了次级致动器所导致的增益改进、以及利用增益已增加的稳定性降级的VCM控制器和次级致动器所导致的进一步增益改进。

图8是这个发明的控制系统的示意结构；

图9是用于这个发明的盘驱动器的操作的流程图。

图10A是可以在本发明中使用的旋转静电微致动器、其相关联的驱动电路、以及提供相对位置信号(RPS)的相对位置传感器的示意图。

图10B是示出作为本发明的次级致动器特性测试的一部分的在应用偏置电压之前和之后的磁道跟踪模式中的头的示意图。

图11是这个发明的次级致动器静态特性测量的细节的流程图。

图12是这个发明的次级致动器动态特性测量的细节的流程图。

图13是本发明的控制系统的示意结构，用于图解从对次级致动器动态特性测试信号的PES响应来解卷积次级致动器响应。

图14示出用于次级致动器动态特性测量的固定频率上的典型测试信号、和RPS响应。

图15是位于悬架和浮动块之间的典型微机电系统(MEMS)类型微致动器的装置(plant)频率响应的示例。

具体实施方式

现有技术

图1A是传统单级致动器盘驱动器的方框图，该单级致动器盘驱动器使用位于沿角度方向分隔开的伺服区段中的伺服定位信息来定位读取/写入头。一般指定为100的盘驱动器包括数据记录盘104、作为唯一的主致动器的音圈电机(VCM)110、致动器臂106、悬架107、头托架或气承浮动块108、数据记录换能器109(也称为头、记录头或者读取/写入头)、读取/写入电子仪器113、伺服电子仪器112、和伺服控制处理器115。

记录头109可以为感应读取/写入头或者感应写入头和磁阻读取头的组合，并位于浮动块108的尾端。悬架107将浮动块108支撑在致动器臂106上，使得浮动块在旋转盘104所生成的气承上“纵摇”和“横摇”。典型地，存在堆叠于盘电机所旋转的中枢(hub)上的多个盘，其中每个盘的每个表面与单独的浮动块和记录头相关联。

数据记录盘104具有旋转中心111，并以方向130旋转。盘104具有磁记录层，其具有径向分隔的同心数据磁道，其中之一如磁道118所示。因为数据磁道沿径向分组为许多环形数据区或带，将其中的三个示出为带151、152和153，所以图1A中的盘驱动器被图解为区位记录(ZBR)盘驱动器，但是本发明完全可以应用到不使用ZBR的盘驱动器，在该情况中盘驱动器将仅具有单个数据带。每个数据磁道具有指示磁道开始的参考索引121。在每个带内，还沿圆周将磁道划分为在其中存储用户数据的多个数据区段154。如果盘驱动器具有多个头，则将所有盘记录层上的相同半径处的磁道组称为“柱面(cylinder)”。

每个数据磁道还包括多个沿圆周或角度方向分隔的伺服区段。将每个磁道中的伺服区段在圆周上与其它磁道中的伺服区段对齐，使得它们一般沿径向跨越磁道而延伸，如径向伺服区段120所示。

图1B是示出包含在每个伺服区段中的伺服定位信息的示意图。图1B是区段伺服系统中常用的那个类型的传统伺服图案，并为了清楚起见而示出了大大简化了的图案，其中在伺服区段120之一中具有几个磁道(全磁道308、309、310和半磁道311，每个都具有各自的磁道中心线328、329、330和331)。伺服图案在箭头130所示的方向上相对于头109移动。将介质的两个可能磁状态指示为黑和白区。伺服图案包括四个不同的区(field)：自动增益控制(AGC)区302、伺服定时标记(STM)区306、磁道ID(TID)区304、和位置错误信号(PES)区，其中位置错误信号(PES)区305被描绘为脉冲串A-D的已知四脉冲串图案。

AGC区302是一连串规则的转变，并在所有径向位置上标称为相同。AGC区302允许伺服控制处理器115校准用于以后区的定时和增益参数。

伺服定时标记(STM)区306用作用于读取磁道标识(TID)区304和位置错误信号(PES)区305中的连续伺服信息的定时参考。也将STM称为伺服地址标记或者伺服开始标记。

TID区304包括磁道号，通常其被格雷编码并写为已记录的双位的存在或不存在。TID区304确定头109的径向位置的整数部分。

位置错误信号(PES)区305包括PES脉冲串A-D，其用于确定头的径向位置的分数部分。每个PES脉冲串包括一连串规则隔开的磁转变。径向布置这些PES脉冲串，使得转变的脉冲串为一个磁道宽并且中心线之间相隔两个磁道。因为当头在磁道中心时、来自A和B脉冲串的读回信号振幅相等，所以A和B是主脉冲串。当头是在半磁道位置时，来自C和D的振幅相等。PES脉冲串偏离它们的相邻脉冲串，使得当头在偶数编号磁道(例如，具有中心线330的磁道310)的中心时，来自脉冲串A和B的读回信号相等。例如，当头在朝向磁道309的方向偏移磁道时，来自脉冲串A的读回信号增加，而来自脉冲串B的读回信号减少，直到头在磁道中心线330和329之间的中途、来自脉冲串C和D的读回信号相等，来自脉冲串A的读回信号最大化而来自脉冲串B的读回信号最小化。当头继续在相同的方向移动时，来自脉冲串B的读回信号增加而来自脉冲串A的读回信号减少，直到头在下一个磁道(具有中心线329)的中心，来自脉冲串C的读回信号最小化，来自脉冲串D的读回信号最大化，而来自脉冲串A和B的读回信号再次相等。

再参考图1A，由读取/写入电子仪器113来读取伺服区段中的伺服定位信息，并将信号输入到伺服电子仪器112。伺服电子仪器112提供数字信号到伺服控制处理器115。伺服控制处理器115提供输出191到VCM驱动器192，该VCM驱动器控制到VCM 110的电流以便定位头109。

在伺服电子仪器112内，STM解码器160从读取/写入电子仪器113接收计时的(clocked)数据流。一旦已经检测到STM，则生成STM发现信号。该STM发现信号用于调整定时电路170，其控制剩余伺服区段的操作顺序。

在检测到STM之后，磁道标识(TID)解码器180从定时电路170接收定时信息，读取通常用格雷码编码的计时的数据流，并然后将该已解码的TID信息传递到伺服控制处理器115。随后，PES解码器190(也称为伺服解调器)在读取头检测到PES脉冲串时捕获来自读取头的模拟信号，并将位置错误信号(PES)传递到伺服控制处理器115。

伺服控制处理器115包括微处理器117，其使用PES作为控制算法的输入以生成到VCM驱动器192的控制信号191。控制算法从存储器重新调用(recalls)“控制器”116，该“控制器”116是根据正在控制的“装置”(即VCM 110)的静态和动态特性的一组参数。因为所描述的盘驱动器仅具有初级致动器(即VCM 110)，所以控制器116是“单级”控制器，并且伺服控制处理器115仅提供单个输出(即信号191)到VCM驱动器192。该控制算法实质上是矩阵乘法算法，并且控制器参数是在乘法中使用并在微处理器117可以访问的存储器中存储的系数。

设计控制器116的方法在数字伺服控制和盘驱动器伺服控制文献中是已知的。可以在频域中设计控制器，以便获得所期望的VCM 110的开环输入输出频率响应。一般可以将动态系统在任何频率上的输入输出行为分别用两个参数表示，即分别表示衰减/放大量和相移的增益(G)和相位()。动态系统的增益和相位表示系统的频率响应，并可以通过实验生成。在盘驱动器单级伺服控制系统中，控制器116必须为稳定设计。图2是用于仅具有单级致动器(即VCM 110)的盘驱动器的开环频率响应210的示例。这个系统的单级控制器116确保稳定性。例如，在增益过零点上，相位容限为大约30度，而在-180度相位上，增益容限为大约5dB。此外，在4kHZ附近的固有谐振上，相位接近为零，使得该系统是相位稳定的。

图3示出了可用于上述盘驱动器的次级致动器的一个示例，其中次级致动器是位于浮动块108和悬架107之间的旋转微致动器200。箭头202表示的微致动器200的旋转促使浮动块108旋转，并因此头109的移动是在与磁道交叉的方向上。微致动器200将头109维持在磁道上，同时VCM 110跨越磁道移动浮动块108(并因此移动头109)。其它类型的次级致动器也是公知的，诸如基于压电的致动器。此外，次级致动器可位于悬架或致动器臂上来相对于固定的致动器臂移动悬架或臂部件(如美国专利5,936,805中)，或者可位于浮动块和浮动块片(slider-segment)之间以相对于浮动块而移动头(如美国专利6,611,399中)。次级致动器还可以包括相对位置传感器，其用于测量次级致动器相对于其中性位置的位置。

图3A是微致动器200、盘驱动器悬架107、和气承浮动块108的分解图。浮动块108具有：气承表面32，其面向盘驱动器的盘；以及拖尾表面34，其支持读取/写入头109。图3A中描绘的微致动器200是在如下文献中详细描述的旋转静电微致动器：美国专利5,959,808，以及L.S.Fan et al.，“Electrostatic Microactuator and Design Considerations for HDD Applications”，IEEE Transactions on Magnetics，Vol.35，No.2，March 1999，pp.1000-1005。该旋转静电微致动器200包括在绝缘基底51上的固定和可移动部分，该绝缘基底51典型地为具有诸如聚酰亚胺、二氧化硅或者氮化硅层之类的绝缘表面层的硅衬底。将基底51安装在悬架107的末端。微致动器200的固定部分包括固定到基底51上的中心柱52和也固定到基底51上的两组固定电极53、53′。微致动器200的可移动旋转部分包括：支持框架54；将框架54连接到固定柱52的多个挠性部件或弹簧55；以及多个可移动电极，被描绘为附着到框架54的两组56、56′。可移动电极组56、56′分别与固定电极组53、53′相交错。可选地，框架54可支持浮动块108所接合的平台。通过平版印刷在基底51上形成图案、并电沉积诸如镍或铜的导电材料，而形成附着到基底51的所有元件。

施加到不动电极53的电压将在不动电极53和可移动电极56之间施加静电引力，从而使框架54逆时针旋转。施加到不动电极53′的电压将在不动电极53′和可移动电极56′之间施加静电引力，从而使框架54顺时针旋转。这样第一组不动电极53和可移动电极56与逆时针旋转相关联，而第二组不动电极53′和可移动电极56′与顺时针旋转相关联。框架54由于弹簧55的挠性而旋转(如箭头202所描绘的)，并从而移动读取/写入头109，以便维持其在盘上的数据磁道上的位置。图3A所示的旋转静电微致动器还可以包括电容传感电路形式的相对位置传感器，如在M.T.White and T.Hirano，“Use ofthe Relative-position signal for Microactuators in Hard Disk Drives”，Proceedings of the American Control Conference，Denver.Colorado，June 4-6，2003，pp.2535-2540中所描述的。

除了存在来自伺服控制处理器的被发送到次级致动器的驱动器的第二输出、以及控制器是双级控制器之外，用于具有双级致动器的盘驱动器的传统控制系统与上述类似。在双级控制系统中，VCM或者初级致动器典型地负责大振幅、低频率运动，而微致动器或者次级致动器典型地负责小振幅、高频率运动。用于硬盘驱动器双级伺服控制系统的双级控制器的设计是公知的，如在以下文献中所描述的：例如，Y.Lou et al.，“Dual-Stage Servo WithOn-Slider PZT Microactuator for Hard Disk Drives”，IEEE Transactions onMagnetics，Vol.38，No.5，September 2002，pp.2183-2185；以及T.Semba et al.，“Dual-stage servo controller for HDD using MEMS microactuator”，IEEETransactions on Magnetics，Vol.35，September 1999，pp.2271-2273。通常，双级控制器的设计以VCM控制器开始，典型地具有非常相似于单级VCM控制器的设计，诸如用于其开环频率响应210如图2所示的VCM控制器的设计。具体地，以足够的鲁棒性或者稳定性容限来确保VCM的稳定性，就像其是在没有次级致动器的情况下操作一样。然后，设计次级致动器的控制器，以便取得所期望的组合双级带宽。次级致动器控制环和组合双级控制环也被设计为单独地或者与其它控制环共同地确保足够稳定性。对于上面仅用VCM可实现的带宽有限增加，这个处理是令人满意的。

用于具有传统稳定VCM控制器设计的双级硬盘驱动器的开环频率响应的示例被示出为图4中的频率响应220，并与图2所示的频率响应210进行比较。响应220在低频处类似于响应210，但是在中频范围中具有更高的增益、和更高的带宽。对于通常的盘驱动器和对于这里描述的频率响应，低频范围一般指的是大约在300Hz之下，中频范围一般指的是大约300Hz到2kHZ，而高频范围一般指的是大约在2kHZ之上。然而，所考虑的低、中和高频范围之间的边界被更准确地链接到微致动器开始支配用单级致动器可实现的开环带宽(0dB交叉)和总频率响应的地方。这与盘驱动器的物理尺寸非常相关。

本发明

在上述双级致动器盘驱动器中，次级致动器的故障将导致性能降低并可能导致数据丢失和/或盘驱动器故障。这样，很重要的是能够检测次级致动器的实际故障，并且如果故障是可恢复的，则重新优化控制器参数。

本发明是这样的双级致动器盘驱动器，其使用由伺服控制处理器运行的次级致动器故障检测测试。该测试可以按照常规日程表或者在选择的时间(诸如盘驱动器起动时)上执行。从控制环中移除次级致动器，并且初级致动器以磁道跟踪模式将读取/写入头维持在数据磁道上。然后，伺服控制处理器生成到次级致动器的测试信号，并在读取头检测到正在跟踪的数据磁道中的PES脉冲串时接收PES。伺服控制处理器通过从PES中解卷积初级致动器的运动，而计算次级致动器对测试信号的响应。然后将所计算的响应与所期望的响应比较，以便确定次级致动器是否已经发生故障。在优选实施例中，该测试包括两种测量：次级致动器静态特性的测量、和次级致动器动态特性的测量。任一种测试都可单独用于确定次级致动器故障，但是，如果次级致动器没有故障但是次级致动器动态特性的微小改变已经出现，则动态特性测试也可以用于修改控制器参数。

静态特性测量是次级致动器“行程(stroke)”的计算(所谓行程就是作为输入到次级致动器的电压的函数的次级致动器移动量)以及所计算的行程与预定范围的可接受行程值的比较。在一个方法中，当初级致动器将读取/写入头维持在数据磁道上时，例如固定偏置电压的静态测试信号被施加到次级致动器。该伺服控制处理器接收对这个静态测试信号的PES响应，并生成到初级致动器的控制信号，以便在磁道上向回移动读取/写入头。初级致动器控制信号的改变可用于计算次级致动器的行程。在另一方法中，如果次级致动器包括相对位置传感器，则对该静态测试信号的相对位置信号(RPS)响应可用于计算次级致动器的行程。通过几次盘旋转对所计算的行程值进行求平均。如果所计算的行程在可接受范围之外，则这是次级致动器可能已经发生故障的指示。

如果所计算的行程在可接受范围之内，则进行动态特性测量。这个测量实质上是对次级致动器的装置频率响应的计算。随着初级致动器以磁道跟踪模式维持读取/写入头，动态测试信号被施加到次级致动器，而伺服控制处理器通过从PES解卷积初级致动器的运动，来计算次级致动器对动态测试信号的响应。用于动态特性测量的测试信号是一串动态测试信号，其每个为恒定频率的正弦信号。在施加恒定频率测试信号期间，检测PES。运行从PES中移除初级致动器运动的解卷积例程，从而得到次级致动器的响应。与对应的频率一起记录所得到的响应的增益和相位。对于所述一串动态测试信号中的每个频率，重复以上步骤。这使得次级致动器的装置频率响应能够被测量。如果该响应明显地不同于期望的响应，则实际上就可以确认该次级致动器已经发生故障。如果所测量的频率响应展示了微小变化，诸如增益的微小增加或减少、或者发生最大增益的频率上的微小偏移，则调整或重新优化该控制器参数。这个重新优化步骤改变了伺服控制处理器可以访问的存储器中的控制器参数值。可以改变的参数包括：影响带宽或者稳定性容限的参数；诸如次级致动器谐振频率的特定频率的凹口(notching)；次级致动器谐振的有效阻尼；或者其它参数，诸如性能、鲁棒性或者稳定性量度。

尽管完全可以将本发明应用到具有伺服控制系统的双级致动器盘驱动器，其中伺服控制系统具有如上所述的传统双级控制器，但是下面将详细描述本发明，如同先前引证的共同待审申请10/802,601中的具有改进伺服控制系统的双级致动器盘驱动器中所实现的一样。

图5是用于双级硬盘驱动器的本发明控制系统的方框图。头109从盘读取伺服图案，读取/写入电子仪器113处理来自头109的信号，而伺服电子仪器112从来自读取/写入电子仪器113的信号中生成PES，所有这些都在现有技术中进行了描述。

伺服控制处理器400从伺服电子仪器112接收PES，并提供主控制信号191到VCM驱动器192和提供次控制信号229到微致动器驱动器230。伺服控制处理器包括微处理器117，并使用双级控制器410来生成控制信号191、229。双级控制器410为稳定性降级的VCM控制器加入相对高的低频开环增益，而次级致动器控制器提供双级控制器的稳定性和高的中至高频开环增益，从而导致了带宽增加。然而，如果当盘驱动器在双级控制器410的控制下时微致动器200发生故障，则VCM 110将变得不稳定。如果微致动器200发生故障，则伺服控制处理器400切换为使用单级稳定控制器420，并仅生成到VCM驱动器192的主控制信号191。单级控制器420可以是基于频率响应210(图2)的VCM控制器、或者为在没有微致动器200的情况下也稳定的任何VCM控制器。这个稳定的VCM控制器420将很可能具有降低了的性能，但是将防止导致数据丢失的盘驱动器的严重故障。

如图5所示，微致动器200可包括相对位置传感器240，其可以用于检测微致动器的潜在故障并测量对静态测试信号的响应。传感器240测量微致动器200相对于其中性位置(并因此相对于VCM 110)的位移，并提供相对位置信号(RPS)到伺服控制处理器400。

图6是用于具有稳定性降级的VCM控制器设计的双级控制器410的开环频率响应412、和单级稳定控制器420的频率响应210的比较。如频率响应412所示，通过放松VCM的稳定性要求可以增加低频增益，但是这损坏了鲁棒性。所得到的双级系统的开环频率响应412与图4所示的双级系统的开环频率响应220相比，在更宽的频率上具有增加了的增益。这将导致更好的抗干扰性和性能。双级系统的频率响应412具有比得上图2的单级系统的频率响应210的增益和相位容限。2.8kHz附近的相位容限是大约30度，而3.8kHz附近的增益容限是大约5dB。

图7是三种频率响应的增益部分。实线210表示稳定单级VCM控制器的VCM开环频率响应的增益。虚线220表示在添加了次级致动器(微致动器200)的情况下对响应210的改进，并且是传统的双级控制器的典型形状。其在中频的范围中，具有增加了的带宽和增加了的增益。这将导致这些频率处的改进的抗干扰性和更快的响应。然而，因为低频增益仍旧是由单级VCM控制器确定的，所以在低频处没有改进。交叉阴影线412表示利用增益增加稳定性降级的VCM控制器和次级致动器的进一步改进。这个响应也具有增加了的低频增益，并且在形状上可以比得上只具有VCM的设计的响应，但是频率上移位更高。然而，增加低频增益还将降低VCM控制器的相位容限，可能到达VCM的不稳定点。然后设计次级致动器控制器，以使该组合的系统稳定，同时增加中频至高频增益。使用次级致动器来确保该组合的系统的稳定性与使用次级致动器来增加低频增益相比，典型地明显花费更少的行程，并因此更有效地利用了有限次级致动器行程来实现具有足够抗干扰性的高带宽。

利用具有图7中的线412所表示的特性的双级控制器，次级致动器的故障导致不稳定的系统。这将导致硬盘驱动器不能操作，甚至发生丢失数据的故障。这可以通过检测次级致动器的潜在故障并切换到稳定的只具有VCM的控制器而避免。次级致动器的潜在故障通过以下方式而检测：提供初级和次级致动器的动态响应模型，并比较建模的头位置与所测量的头位置；或者，如果次级致动器具有相对位置传感器，就用相对位置传感器测量次级致动器相对于初级致动器的位置，并比较该相对位置与次级致动器的建模位置。在本发明中，在已经检测到次级致动器的潜在故障、并已经发生到只具有VCM的控制器的切换之后，由伺服控制处理器来运行次级致动器故障检测和校准测试。

在图8中示出了本发明的控制系统的示意结构。C_MACT和P_MACT分别表示微致动器控制器和装置，而C_VCM和P_VCM分别表示VCM控制器和装置。控制器C_MACT和C_VCM一起表示双级控制器410。伺服控制处理器400中的微处理器117(图5)使用控制器C_MACT和C_VCM的参数来运行控制算法，并分别生成控制信号u_MACT和u_VCM(图5中分别为229和191)。控制系统包括微致动器装置的模型430和VCM装置的模型440。可以根据微致动器和VCM的频率响应测量、有限要素模型(FEM)、或者其它公知的系统标识技术来确定这些模型。

图8示出了用于确定微致动器200的潜在故障的两种方法。在优选方法中，将所计算的微致动器控制信号u_MACT输入到微致动器模型430，并且在接点450上，将来自模型的所估计的微致动器位置y_MACT(EST)与来自传感器240的RPS进行比较。在可替换的“基于PES”方法中，将所计算的微致动器控制信号u_MACT输入到微致动器模型430，并将所计算的VCM控制信号u_VCM输入到VCM模型440。然后在接点460上，比较建模的所期望或所估计的输出y_EST和所测量的输出y_MEAS。

图9是本发明的盘驱动器的操作的流程图。流程图部分500描述用于检测次级致动器的潜在故障、并且如果检测到潜在故障就切换到只具有VCM的稳定控制器的方法，而流程图600描述下面方法：检测次级致动器的实际故障和控制器参数的可能重新优化，以使得能够切换回到具有稳定性降级VCM控制器的双级控制器。

首先参考部分500，控制系统开始(块501)并继续到使用具有稳定性降级VCM控制器的双级控制器410的操作(块505)。在块510，如果使用基于PES的方法，就测量头的位置(y_MEAS)，或者如果使用相对位置感测方法，就测量微致动器200的相对位置(RPS)。在块515中，如果使用基于PES的方法，就根据模型430、440计算所期望的或估计的头位置y_EST，以及如果使用相对位置感测方法，就根据微致动器模型430来计算所期望的或估计的相对位置(y_MACT(EST))。然后测试差值(DIFF)，以便查看其是否在预定的界限内(块520)。如果是，则控制继续(块505)。

如果DIFF在界限外，则这指示了微致动器200的潜在故障。一旦已经检测到次级致动器的潜在故障，则伺服控制处理器400从存储器中重新调用稳定VCM控制器420(图5)(块525)。这从控制环中移除了次级致动器。VCM控制器420发送控制信号到VCM 110，以便以磁道跟踪模式将头维持在数据磁道上，或者可替换地把头移动到另一个数据磁道以进行磁道跟踪(块530)。

然后，操作移动到在流程图部分600中描述的步骤。首先，可能希望确定：致使检测到潜在次级致动器故障的问题是否在单级VCM控制器420操作和次级致动器无效时继续。这个信息可用于帮助确定错误是否是由除次级致动器故障之外的其它情况所引起的。这样，作为可选过程，可以监视PES(块601)。这可以通过测量PES的统计数据(诸如标准偏差)、并将其与可接受值比较来进行(块602)。如果PES测量是在可接受值范围之外，则这指示错误是由除次级致动器故障之外的其它情况所引起，并发布系统错误(块603)。如果次级致动器具有相对位置传感器，则也可以监视RPS(块610)。如果RPS测量大，即充分大于零，同时次级致动器无效，则这指示错误可能是由次级致动器系统引起的，并且处理可以转到静态特性测量(块605)，或者可替换地直接转到动态特性测量(块620)而不需要静态特性测量，或者可替换地禁止次级致动器并发布错误(块615)而不进一步进行静态或动态特性测量的测试。

如果在比较检查(块602)中PES测量在可接受值范围之内，则这指示次级致动器有问题并执行次级致动器静态特性测量(块605)。以磁道跟踪模式维持头，将静态测试信号施加到微致动器200以计算其行程。在检查点(块610)上，如果与预定的可接受行程值相比该行程太低或太高，则次级致动器已经发生故障。通过选择只具有VCM的控制器420而禁止次级致动器，并将错误发布到盘驱动器系统(块615)。如果所计算的行程满足可接受标准，则开始次级致动器动态特性测量(块620)。

次级致动器动态特性测量测量次级致动器装置频率响应。在检查点(块625)上，如果所测量的响应明显不同于期望的结果，则通过选择单级VCM控制器420而禁止次级致动器，并将错误发布到盘驱动器系统(块630)。如果所测量的响应仅显示了微小变化，诸如微小的增益增加或降低、或者峰值频率上的微小偏移，则可以将次级致动器从潜在故障中恢复(块635)。然后调整或者重新优化控制器参数(块640)。重新选择具有稳定性降级的VCM控制器和新次级致动器控制器参数的双级控制器410(块505)，并且操作继续。作为附加特征，计数器对重新优化控制器参数的次数进行计数，这指示已经检测到次级致动器故障、但是静态和动态特性测量已经成功的次数。如果这个计数在某一时间段超过了某一域值，这指示故障变得太频繁，则终止随后的控制器参数修改，发布错误并禁止次级致动器(块630)。

如先前所述，次级致动器可包括生成RPS的相对位置传感器。可以将RPS用作PES的替换来确定导致检测到潜在次级致动器故障的问题是否继续(块601)，并作为对静态测试信号的次级致动器响应的测量(块605)。图10A是示出先前在图3A中描绘的旋转静电微致动器200的相对位置传感器240的例子的示意图。因为静电微致动器的输出力与固定和可移动电极(53和56；53′和56′)之间的电压差的平方成比例，所以将电压与力的关系线性化是可取的。图10A示出了公共差分驱动方法。在这个方法中，模拟控制电压x是到系统的输入。以两种方式处理这个电压，并将其施加到微致动器的两个输入端。在一条路径上，添加了固定的偏置电压A，接着是通过高压放大器进行固定的增益放大G，而得到电压G*(A+x)，其连接到不动电极53的微致动器的V1端。在另一条路径上，将模拟输入信号x反相，并添加相同的固定偏置电压A，并用相同的固定增益G进行放大，而得到电压G*(A-x)，其连接到不动电极53′的微致动器的V2端。由于电压V1生成逆时针方向扭矩而电压V2生成顺时针方向扭矩，所以净扭矩将是这两个扭矩之差，其与以下成比例

(G*(A+x))²-(G*(A-x))²＝4G²Ax

这个结果是与输入控制电压x成线性的扭矩。

可以通过将静电微致动器建模为两个可变电容来确定微致动器240的相对位置，即可旋转框架54相对于其中性位置的位置。当框架54在其中性位置上时，电极53和56之间的电容等于电极53′和56′之间的电容。当框架54从其中性位置移开时，一个电容增加而另一个电容减少。将传感信号V_s*sin(w_s*t)添加到驱动信号G*(A+x)的一边，并从驱动信号G*(A-x)的另一边减去，如将两个驱动信号输入线连接到相应端V1、V2的振荡器242所示意性表示的。振荡器242生成这个固定的、小振幅的、高频(例如，+/-1V，2MHz)传感信号，其被施加到微致动器的两个电容上。当在两个电容之间存在任何不平衡(意味着微致动器已经从中性位置移开)时，具有与传感信号频率相同频率的电流将出现在两个电容到地的中点(如AC电流计243所示意性示出的)。在这个特定频率上的信号振幅与电容不平衡成比例，其再与微致动器的位置成比例。通过振幅解调器244来检测处于所添加的传感信号频率的频率处的电流信号的振幅，并且输出是相对位置信号(RPS)。当两个电容相等时，振幅是零。将电容传感电路用作静电微致动器的的相对位置传感器已经在M.T.White and T.Hirano，“Use of the Relative-position signal forMicroactuators in Hard Disk Drives”，Proceedings of the American ControlConference，Denver，Colorado，June 4-6，2003，pp.2535-2540中进行了详细描述。

上述的用于静电次级致动器的相对位置感测的方法使用了用于位置感测的力生成元件，即不动和固定电极组。如果次级致动器是压电致动器，则诸如铅锆钛酸盐(lead zirconium titanate；PZT)的力生成压电材料可通过监视电荷而用于位置感测。此外，使用诸如电位计、应变仪、编码器、电容探头、以及压电材料的已知传感器并对标准位移进行积分可以感测次级致动器的相对位置。

在本发明中，次级致动器故障检测和校准测试包括两种测量：次级致动器静态特性测量和次级致动器动态特性测量。静态特性测量检查对某一恒定第一或静态测试信号的次级致动器运动量，而动态特性测量检查次级致动器运动对一个或多个频率上的第二或动态测试信号的装置频率响应。

1)次级致动器静态特性测量

图11是示出次级致动器静态特性测量(图9的块605)的细节的流程图。因为已经选择了单级或VCM控制器420(图9的块525)，所以次级致动器不是控制环的一部分，并且其输入被初始设置为中性偏置。然后，恒定输入电压作为正偏置被施加到次级致动器(块605A)，并且要么测量VCM控制信号要么测量RPS(块605B)。

图10B示意性图示了次级致动器静态特性测量。附着到初级致动器(图5中的VCM 110)悬架107支持次级致动器(微致动器200)，该次级致动器支持读取/写入头109。如图10B的左边部分所示，因为只具有VCM的控制器(图5中的420)处于磁道跟踪模式，所以头109正在跟踪数据磁道。当将正偏置电压(图9中的块605A)施加到微致动器200时，头109将移动固定量，但是由于头提供PES到只具有VCM的控制器420，所以头109将维持在磁道跟踪模式。如果微致动器包括相对位置传感器(图5中的240)，则然后RPS可以直接与偏置电压相关来计算行程。如果微致动器没有相对位置传感器，则可以从由只具有VCM的控制器420输出的控制信号(图5中的191)来确定微致动器移动量。这个控制信号是将VCM(和所附着的悬架107)维持在移位了位移D的位置上所需要的信号，如图10B的右部所示，使得将头109维持在磁道跟踪模式。由于已知VCM的特性，所以施加偏置电压之前和之后的VCM控制信号的差值是头移动量的量度。这样可以将头移动直接与所施加的偏置电压相关来计算行程。

接下来，恒定输入电压作为负偏置被施加到次级致动器(块605C)，并且以与刚才所述相同的方式来测量VCM控制信号或者测量RPS(块605D)。多次进行测量(块605B和605D)，并且计算平均值来得到准确的测量。然后，对已知的正和负电压输入计算次级致动器行程(块605E)作为所测量的次级致动器的移动。然后，在检查点610(图9)上比较所计算的行程和可接受的行程值。

2)次级致动器动态特性测量

图12是示出次级致动器动态特性测量(图9的块620)的细节的流程图。这个测量是在静态特性测量之后、并且只具有VCM的控制器以磁道跟踪模式将头维持在数据磁道上的情况下执行的。随着次级致动器从控制环中移除，次级致动器输入被初始设置为中性偏置。接下来，选择次级致动器动态测试信号的第一频率，并且以第一频率将正弦输入提供到次级致动器(块620A)。通常，正弦输入信号的振幅在整个测量期间保持恒定。然后对几个采样检测动态测试信号的PES响应(块620B)。

由于次级致动器控制器已知，所以确定次级致动器动态特性所需要的频率响应是次级致动器装置频率响应，或者等价地为次级致动器开环频率响应。然而，因为次级致动器附着到VCM初级致动器，所以对动态测试信号的位置响应是与VCM灵敏度函数卷积的次级致动器装置的频率响应结果。这样，必须从所测量的位置响应中解卷积对动态测试信号的次级致动器响应(块620C)。时域中的卷积变成频域上的相乘。为了求解次级致动器装置频率响应，用所测量的(复数值式)VCM灵敏度函数的频率响应来除在块620B中所测量(复数值式)的频率响应。在制造过程中，可以测量VCM频率响应并将其存储到盘中，作为块601(图9)的一部分测量，或者作为块620B中的附加步骤测量。解卷积是卷积的逆，并且是数字信号处理中的公知处理。解卷积之后，在620D计算微致动器响应的增益和相位，并将结果存储在表中(块620E)。图13是用于图解解卷积的本发明的控制系统的示意结构。C_MACT和P_MACT分别表示微致动器控制器和装置，而C_VCM和P_VCM分别表示VCM控制器和装置。然而，由于只具有VCM的控制器在应用次级致动器动态特性测量期间工作，所以C_MACT示出为不工作的，且仅控制信号输入是u_VCM。期望从动态测试信号输入中测量的是P_MACT。如果y是输入信号而p是位置信号，则接下来应用：

p/y＝P_MACT*[1/(1+P_VCM*C_VCM)]，

其中，1/(1+P_VCM*C_VCM)是VCM的已知敏感度函数。

图14示出固定频率上的典型动态测试信号、和从解卷积计算的典型微致动器响应。(因为图14仅仅想要示出测试信号和微致动器响应的代表性形状，所以在垂直轴上没有列出单位)。微致动器响应的振幅被示出为峰值，而相位可以被粗略地计算为测试信号和微致动器响应的过零点之间的差值。然而，为了更准确地计算测试信号频率处的增益和相位，将离散傅立叶变换(DFT)应用到输入测试信号频率处的微致动器值，以便计算增益和相位(块620D)。然后，将该输入测试频率的增益和相位存储在表中(块620E)。

在图12所示的方法中，在递增到下一输入频率之前对每个输入频率执行解卷积(块620C)。可替换地，可以在已经测试所有输入频率之后对每个频率执行解卷积。对相干性的计算也同样如此，下面将对其进行描述。

在块620F中，作为本发明方法的可选部分，可以计算相干性。相干函数γ2是频率响应测量的统计真实性的量度。其指示作为频率的函数的输出信号(从所测量的PES解卷积的次级致动器响应)对输入信号(动态测试信号)的线性相关性。其具有位于0和1之间的值，其中0指示没有相干性，而1指示完全相干。弱相干典型地是噪声对所测量信号的影响结果，或者为系统中的可能非线性。相干函数是数字信号处理中公知的计算，并由以下等式给出：

${\mathrm{\γ}}^2=\frac{{\left|G_{\mathrm{xy}}\right|}^2}{G_{\mathrm{xx}}{G}_{\mathrm{yy}}}$

其中G_xy是输入和输出信号的交叉功率谱，G_xx是输入信号的功率谱，而G_yy是输出信号的功率谱。在块620G中，将所计算的相干性存储在存储器中。

然后，选择动态测试信号的下一个输入频率(块620H)，并且处理返回到块620A。重复从块620A至620G的步骤，直到测试到一连串动态测试信号中的所有期望频率为止。为了便于DFT计算，可以选择盘转动频率的倍数。

在已经测试了所有的期望频率之后，测试所计算的相干性(块620I)。再次针对预定的可接受相干性值而测试先前为每个输入频率计算的相干性的平均值或加权平均值。可以在制造或设计期间实验性地确定例如大于0.8的任何值的可接受值。如果该相干性不可接受，则计数器递增，并且如果在块620K还没有达到最大计数，则增加动态测试信号的振幅，或者可替换地通过改变单个增益值来降低VCM带宽(块620L)，并且在块620A启动新的一串动态测试信号。如果相干性继续不可接受(块620I)，并且已经进行了最大数目的振幅增加或VCM带宽改变，则块620K上的判决将禁止次级致动器并发布错误(块630)。如果在任何时候相干性都可接受，则方法移动到块620J。上面的描述假设动态测试信号的振幅始于低值，而VCM带宽始于高值。可替换地，如果相干性不可接受，则动态测试信号的振幅可以始于高值并降低，而VCM带宽可以始于低值并增加。

在块620J，在已经测试了所有期望频率并且相干性可接受之后，搜索表格以获得最大增益值及其对应频率。在已经获得最大增益值之后，根据图12所示的细节来执行检查点(图9中的块625)。检查最大增益值来确定其是否在预定值的可接受范围之内(块625A)。例如，如果最大增益太低，例如不在静态增益之上的至少20db，这是微致动器实际故障的指示(块630)。存在其中运动过度的潜在微致动器故障模式，在这个情况下最大增益值可能太高。如果最大增益值是在可接受增益值的范围之内，则将发生最大增益处的测量频率与预定的可接受范围作比较(块625B)。例如，如果最大增益出现在距微致动器的已知谐振频率大于1kHz处，则这是微致动器实际故障的指示(块630)。然而，如果发生最大增益处的频率是在可接受界限内，则可以重新优化控制器参数(块640)。这个重新优化可以采取预先计算参数的查找表形式，或者可以通过使用自适应方案来实时执行。可以调整控制器，以获得如期望带宽或稳定容限之类的特征、诸如微致动器谐振之类的特定频率凹口、微致动器谐振的有效阻尼的设计、或者其它性能、鲁棒性、或稳定性度量。然而，如果与最佳值相比仅存在最小差值或者基本上没有差值，则控制可返回到块505(图9)，而不重新优化控制器参数。

图15示出了位于悬架和浮动块之间的典型微机电系统(MEMS)类型微致动器的装置频率响应的一个示例。这个类型的微致动器的运动对于低频处的30V输入为大约1微米。因此对于静态特性测试，对15V输入将预期0.5微米的运动。如果所测量的输出在静态特性测量期间小于大约0.2微米或者大于大约1微米，则这将很可能指示微致动器故障。在服务器类盘驱动器中，轴电机频率在167Hz和250Hz之间，并且伺服区段抽样频率当前为50kHz或之上。因此，对于动态特性测量，这串输入测试信号的可接受合适频率范围将是大约200Hz到10kHz。这样，作为一个示例，图13的第一正弦测试信号可以在167Hz处，随后的测试信号以167Hz增量递增，直到最后测试信号达到大约10kHz位置。这个类型的微致动器也具有大约2kHz的谐振频率，因此，如果动态特性测量的最大增益小于大约1kHz或者大于大约3kHz，则这将可能指示微致动器故障。

尽管已经结合优选实施例具体示出和描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行形式和细节上的各种改变。因此，所公开的发明应该仅仅被看作是说明性的，并且其范围的限定如所附权利要求中所指明。

Claims (22)

1.一种用于操作双级致动器盘驱动器的方法，该盘驱动器包括(a)可旋转磁记录盘，具有多个包括伺服定位信息的同心数据磁道；(b)记录头，可跨越该盘移动，该头能够读取数据磁道中的数据和伺服定位信息；(c)音圈电机(VCM)，用于移动所述头；(d)连接到该VCM的次级致动器，所述头连接到该次级致动器；以及(e)伺服控制处理器，响应由头读取的伺服信息，并包括(i)用于同时生成VCM控制信号和次级致动器控制信号的双级控制器，以及(ii)用于仅生成VCM控制信号的可选择单级控制器，该处理器实现的方法包括：

如果检测到次级致动器的潜在故障，则选择单级控制器；

从该单级控制器生成VCM控制信号，以使得该头跟踪数据磁道；

生成到次级致动器的动态测试信号；

响应该动态测试信号而接收来自正被跟踪的数据磁道中的伺服定位信息的位置错误信号(PES)；

从该PES中计算次级致动器对动态测试信号的响应；以及

如果所计算的响应在期望响应范围之外，则发布次级致动器故障信号。

2.根据权利要求1的方法，其中生成动态测试信号的步骤包括生成具有固定振幅和固定频率的动态测试信号，并且其中从该PES计算次级致动器响应的步骤包括从PES解卷积VCM的频率响应从而计算次级致动器的频率响应。

3.根据权利要求2的方法，还包括计算所计算的次级致动器频率响应的相干性，并且其中如果该相干性小于预定值，则发布次级致动器故障信号。

4.根据权利要求2的方法，还包括：

生成一串动态测试信号，这串中的每个动态测试信号都位于与这串中的其它动态测试信号不同的频率处；

从为这串中的每个动态测试信号接收的PES中计算次级致动器的响应；以及

记录来自每个所计算的次级致动器响应的增益和对应的频率；其中如果最大记录增益在预定范围之外，则发布次级致动器故障信号。

5.根据权利要求4的方法，还包括：

对于这串中的每个动态测试信号，计算所计算的次级致动器频率响应的相干性；

计算所计算的相干性的平均值；以及

如果该平均值小于预定值，则发布次级致动器故障信号。

6.根据权利要求4的方法，还包括：

(a)对于这串中的每个动态测试信号，计算所计算的次级致动器频率响应的相干性；

(b)计算所计算的相干性的平均值；

(c)如果该平均值小于预定值，则改变这串中的每个动态测试信号的振幅；

(d)从为这串中的每个振幅改变了的动态测试信号接收的PES中计算该次级致动器的响应；

(e)重复步骤(a)至(d)达到预定的最大次数；以及

(f)如果已经达到最大数目，则发布次级致动器故障信号。

7.根据权利要求4的方法，还包括：如果最大记录增益在预定范围之内，则如果最大记录增益处于预定频率范围之外的记录频率上，就发布次级致动器故障信号。

8.根据权利要求7的方法，还包括：如果最大记录增益处于所述预定频率范围之内的记录频率上，则根据所记录的增益和对应的频率而修改双级控制器的参数。

9.根据权利要求8的方法，还包括：如果该双级控制器参数在预定时间段内已被改变了多于预定次数，则发布次级致动器故障信号。

10.根据权利要求4的方法，还包括记录来自所计算的次级致动器响应中的每一个的相位。

11.根据权利要求1的方法，还包括，在已经选择了所述单级控制器之后、并且头正在磁道跟踪、但是在生成动态测试信号之前：

生成到次级致动器的静态测试信号；

响应到次级致动器的静态测试信号而测量VCM控制信号中的改变；

根据静态测试信号和VCM控制信号中的改变来计算次级致动器的行程；

如果所计算的行程在预定行程范围之外，则发布次级致动器故障信号；以及

如果所计算的行程在所述预定行程范围之内，则生成动态测试信号。

12.根据权利要求1的方法，其中该盘驱动器包括用于检测次级致动器相对于其中性位置的位置的相对位置传感器，并且，还包括，在已经选择了所述单级控制器之后、并且头正在磁道跟踪、但是在生成动态测试信号之前：

生成到次级致动器的静态测试信号；

响应所述静态测试信号而从相对位置传感器中接收相对位置信号(RPS)；

根据静态测试信号和RPS来计算次级致动器的行程；

如果所计算的行程在预定行程范围之外，则发布次级致动器故障信号；以及

如果所计算的行程在所述预定行程范围之内，则生成动态测试信号。

13.根据权利要求1的方法，还包括，在已经选择了所述单级控制器之后、并且头正在磁道跟踪、但是在生成动态测试信号之前：

接收来自正被跟踪的数据磁道中的伺服定位信息的位置错误信号(PES)；

如果所接收的PES是在预定可接受范围之外，则发布系统错误信号；以及

如果所接收的PES是在所述预定可接受范围之内，则生成动态测试信号。

14.根据权利要求1的方法，其中该盘驱动器包括用于检测次级致动器相对于其中性位置的位置的相对位置传感器，并且，还包括，在已经选择了所述单级控制器之后、并且头正在磁道跟踪、但是在生成动态测试信号之前：

在数据磁道正被跟踪的同时，从相对位置传感器接收相对位置信号(RPS)；以及

如果RPS充分地不同于零，则要么生成动态测试信号、要么可替换地发布次级致动器故障信号。

15.根据权利要求1的方法，其中该次级致动器是静电微致动器。

16.根据权利要求1的方法，其中该次级致动器是压电致动器。

17.一种用于操作双级致动器盘驱动器的方法，该盘驱动器包括(a)可旋转磁记录盘，具有多个包括伺服定位信息的同心数据磁道；(b)记录头，可跨越该盘移动，该头能够读取数据磁道中的数据和伺服定位信息；(c)音圈电机(VCM)，用于移动该头；(d)连接到该VCM的次级致动器，所述头连接到该次级致动器；以及(e)伺服控制处理器，响应由头读取的伺服信息，并包括(i)用于同时生成VCM控制信号和次级致动器控制信号的双级控制器，以及(ii)用于仅生成VCM控制信号的可选择单级控制器，该处理器实现的方法包括：

如果检测到次级致动器的潜在故障，则选择单级控制器；

从单级控制器生成VCM控制信号，以使得该头跟踪数据磁道；

生成到一串动态测试信号，这串中的每个动态测试信号具有不同于这串中的其它动态测试信号的固定频率；

响应这串中的每个动态测试信号，而接收来自正被跟踪的数据磁道中的伺服定位信息的位置错误信号(PES)；

通过从为这串中的每个动态测试信号接收的PES中解卷积VCM的频率响应，而根据该PES计算次级致动器的响应，从而计算次级致动器的频率响应；

记录来自每个所计算的次级致动器响应的增益和对应频率；以及

如果最大记录增益在预定范围之外，则发布次级致动器故障信号。

18.根据权利要求17的方法，还包括，如果最大记录增益在预定范围之内，则如果最大记录增益在预定频率范围之外的记录频率上，就发布次级致动器故障信号。

19.根据权利要求17的方法，还包括：

对于这串中的每个动态测试信号，计算所计算的次级致动器频率响应的相干性；

计算所计算的相干性的平均值；以及

如果该平均值小于预定值，则发布次级致动器故障信号。

20.根据权利要求17的方法，还包括，在已经选择了所述单级控制器之后、并且该头正在磁道跟踪、但是在生成动态测试信号之前：

生成到次级致动器的静态测试信号；

响应到次级致动器的静态测试信号，而测量VCM控制信号中的改变；

根据静态测试信号和VCM控制信号中的改变，来计算次级致动器的行程；

如果所计算的行程在预定行程范围之外，则发布次级致动器故障信号；以及

如果所计算的行程在所述预定行程范围之内，则生成这串动态测试信号。

21.一种磁记录盘驱动器，包括：

可旋转磁记录盘，具有多个包括伺服定位信息的同心数据磁道；

记录头，可跨越该盘移动，该头能够读取数据磁道中的数据和伺服定位信息；

音圈电机(VCM)，用于移动该头；

连接到该VCM的次级致动器，所述头连接到该次级致动器；以及

伺服控制处理器，响应由头读取的伺服信息，并包括(i)用于同时生成VCM控制信号和次级致动器控制信号的双级控制器，(ii)用于仅生成VCM控制信号的单级控制器，以及(iii)处理器可以读取的指令程序，该程序用于执行包括如下动作的方法：

检测次级致动器的潜在故障；

从单级控制器生成VCM控制信号，以使得该头跟踪数据磁道；

生成到次级致动器的一串动态测试信号，这串中的每个动态测试信号具有不同于这串中的其它动态测试信号的固定频率；

响应这串中的每个动态测试信号，而从正被跟踪的数据磁道中的伺服定位信息中接收位置错误信号(PES)；

通过从为这串中的每个动态测试信号接收的PES中解卷积VCM的频率响应，来根据该PES计算次级致动器的响应，从而计算次级致动器的频率响应；

记录来自每个所计算的次级致动器响应的增益和对应频率；以及

如果最大记录增益在预定范围之外，则发布次级致动器故障信号。

22.根据权利要求21的盘驱动器，其中所述程序包括用于执行还包括如下行动的方法的指令：

对于这串中的每个动态测试信号，计算所计算的次级致动器频率响应的相干性；

计算所计算的相干性的平均值；以及

如果该平均值小于预定值，则发布次级致动器故障信号。

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