-
Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Vibrationssteuerung in Datenspeichereinheiten und insbesondere auf eine Spurführung unter Vibrationsbedingungen in solchen Einheiten. Bereitgestellt werden Datenspeichereinheiten, in denen eine Spurführung in der Lage ist, den Auswirkungen von Vibrationen entgegenzuwirken.
-
In Datenspeichereinheiten wie beispielsweise Bandlaufwerken und Plattenlaufwerken bewirkt ein Stellgliedsystem eine Bewegung des Lese/Schreib-Kopfs im Verhältnis zu einer Datenspur des Speichermediums, um den Kopf an der Datenspur auszurichten. Ein Servosteuerungssystem nutzt von dem Speichermedium gelesene Servodaten, um das Stellgliedsystem so zu steuern, dass eine Kopf/Spur-Ausrichtung während des Betriebs aufrechterhalten wird. In Bandlaufwerken korrigiert das Servosteuerungssystem beispielsweise die Querposition des Kopfs im Verhältnis zu den auf dem Band in Längsrichtung verlaufenden Datenspuren sowie die Drehpositionierung, um dem Schräglauf zwischen Kopf und Band entgegenzuwirken. Ein zuverlässiger Betrieb solcher Speichereinheiten erfordert eine stabile Funktion des Servosteuerungssystems unter Vibrationsbedingungen. Üblicherweise werden Standardvibrationsprofile verwendet, um die Vibrationsspezifikationen hinsichtlich des Auftretens von Beschleunigungen zu beschreiben, unter dem die Speichereinheit weiterhin zuverlässig funktionieren muss. Die Nachfrage nach höheren Speicherdichten macht es zunehmend schwieriger, die Funktionsspezifikationen unter Vibrationsbedingungen zu erfüllen. Beispielsweise führt in Bandlaufwerken die zunehmende Dichte der Bandspuren zu einer weiteren Verengung der Toleranz beim zulässigen Spurfolgefehler während Lese/Schreib-Vorgängen, sodass eine verbesserte Spurfolgefunktion benötigt wird, um den zusätzlichen Spurfolgespielraum zu erhalten, der für einen zuverlässigen Bandbetrieb unter Vibrationsbedingungen mindestens erforderlich ist.
-
Derzeit gibt es zwei Haupttechniken zum Verbessern der Spurfolgefunktion in Vibrationsumgebungen. Eine erste bei Bandlaufwerken verwendete Technik arbeitet mit einem Umschalten zwischen zwei Spurfolge-Steuereinheiten. Eine Steuereinheit mit hoher Bandbreite weist bessere Leistungen während Vibrationen auf, ist während des Normalbetriebs jedoch weniger zuverlässig. Deshalb schaltet das Bandlaufwerk beim Erkennen einer Vibration von einer Steuereinheit mit niedriger Bandbreite auf eine Steuereinheit mit höherer Bandbreite um. Die Hauptnachteile dieses Konzepts bestehen darin, dass es auf dem Erkennen des Einsetzens einer Vibration beruht und dass es ein Übergangsverhalten während des Umschaltens zwischen den beiden Steuereinheiten gibt. Aufgrund des gemischten Steuerungskonzepts ist es auch schwierig, Stabilität und Funktionsstärke zu bewerten.
-
Eine zweite Technik zum Behandeln von Vibrationsbedingungen verwendet Beschleunigungsmesser, um die einwirkenden Vibrationen zu messen. Einige Umsetzungen dieser Technik nutzen einen Beschleunigungsmesser, der an das Stellglied am Kopf angebracht ist, beispielsweise in den Plattenlaufwerken, die in den
US-Patentschriften Nr. 6 407 876 und
5 426 545 beschrieben sind. Andere Umsetzungen dieser Technik verwenden Beschleunigungsmesser, die am Gehäuse statt am Stellglied des Laufwerks angebracht sind. Beispiele sind in der
US-Patentschrift Nr. 7 468 857 und in „Increased disturbance rejection in magnetic disk drives by acceleration feedforward control and parameter adaptation”, White und Tomizuka, Control Eng. Practice, Band 5, Nr. 6, S. 741 bis 751, 1997, beschrieben. Hier werden die Daten des Beschleunigungsmessers in einer Steuereinheit mit Vorwärtssteuerung genutzt, um die Position des Stellglieds zu korrigieren.
-
Gemäß einer Ausführungsform eines Aspekts der Erfindung wird eine Datenspeichereinheit bereitgestellt, die aufweist:
ein Gehäuse der Einheit;
einen Lese/Schreib-Kopf zum Lesen und Schreiben von Daten auf einer Datenspur eines Speichermediums, das im Gebrauch von dem Gehäuse der Einheit getragen wird;
ein an das Gehäuse der Einheit angebrachtes Stellgliedsystem zum Bewirken einer Bewegung des Lese/Schreib-Kopfs im Verhältnis zur Datenspur, um den Kopf an der Datenspur auszurichten, wobei das Stellgliedsystem eine Vielzahl von Freiheitsgraden zum Bewirken der Bewegung aufweist;
eine Steuereinheit zum Steuern des Stellgliedsystems, um die Bewegung zu bewirken;
mindestens einen am Gehäuse der Einheit bereitgestellten Gehäuse-Vibrationssensor, um ein Signal zu erzeugen, das Vibrationen des Gehäuses anzeigt; und
mindestens einen am Stellgliedsystem bereitgestellten Stellgliedsystem-Vibrationssensor, um ein Signal zu erzeugen, das Vibrationen des Stellgliedsystems anzeigt;
wobei die Steuereinheit in der Lage ist, die Signale von dem Gehäuse- und dem Stellglied-Vibrationssensor zu verarbeiten, um mindestens ein Kopplungssignal abzuleiten, das eine Vibrationskopplung zwischen den Freiheitsgraden anzeigt, und um das Stellgliedsystem in Abhängigkeit von dem mindestens einen Kopplungssignal und dem Signal von dem mindestens einen Gehäuse-Vibrationssensor zu steuern.
-
Speichereinheiten, in denen diese Erfindung verkörpert ist, verwenden Sensoren, beispielsweise Beschleunigungsmesser, sowohl am Gehäuse der Einheit als auch am Stellgliedsystem. Die Signale von diesen Sensoren, die Vibrationen des Gehäuses der Einheit bzw. des Stellgliedsystems anzeigen, werden von der Steuereinheit verarbeitet, um mindestens ein Kopplungssignal zu erhalten, das eine Vibrationskopplung zwischen verschiedenen Freiheitsgraden des Stellgliedsystems anzeigt. Dieses Kopplungssignal wird dann von der Steuereinheit zusammen mit dem oder den Vibrationssignal(en) des Gehäuses verwendet, um das Stellgliedsystem so zu steuern, dass die Kopf/Spur-Ausrichtung bewirkt wird. Dies wird, wie weiter unten ausführlicher erörtert, in geeigneter Weise über ein Konzept einer kombinierten Vorwärtssteuerung umgesetzt. Auf diese Weise können in Ausführungsformen dieser Erfindung Kopplungswirkungen zwischen den verschiedenen Freiheitsgraden des Stellgliedsystems geschätzt und vom Servosteuerungssystem berücksichtigt werden. Beispielsweise können auf diese Weise Kopplungswirkungen zwischen dem auf die Querposition und dem auf den Schräglauf bezogenen Freiheitsgrad in Bandlaufwerken geschätzt und in geeigneter Weise durch die Spurfolge-Steuereinheit behandelt werden. Infolgedessen kann eine verbesserte Spurfolgefunktion unter Vibrationsbedingungen erreicht werden, die einen zuverlässigeren Betrieb bei erhöhten Speicherdichten ermöglicht.
-
Das Gehäuse der Einheit, an dem der oder die Vibrationssensor(en) bereitgestellt werden, weist den Hauptteil der Einheit auf, im Verhältnis zu dem das Stellgliedsystem die Kopf/Spur-Ausrichtungsbewegung bewirkt. Selbstverständlich kann das Gehäuse selbst eine Anzahl von Bestandteilen aufweisen, beispielsweise einen Rahmen und/oder umschließende Elemente zusammen mit verschiedenen anderen im Wesentlichen ortsfesten Bauteilen, im Verhältnis zu denen der Kopf und/oder das Speichermedium zum Steuern der Ausrichtung bewegt werden.
-
Die verschiedenen Freiheitsgrade der Bewegung des Stellgliedsystems hängen im Allgemeinen von der jeweiligen Art und der Ausgestaltung der Speichereinheit, des Speichermediums, des Kopfs und des Stellgliedsystems ab. Die jeweilige Anzahl und Anordnung von Vibrationssensoren, die in einem bestimmten System verwendet werden, hängen ebenfalls von der Ausgestaltung des Systems ab. In einem Bandlaufwerk, das für die Kopf/Band-Ausrichtungsbewegung Translations- und Rotationsfreiheitsgrade aufweist, kann ein einziger Sensor jeweils am Gehäuse und Stellgliedsystems ausreichen, wie weiter unten erläutert werden wird. Zusätzliche Sensoren könnten in Systemen mit nur zwei Freiheitsgraden jedoch beispielsweise zum Zweck einer verbesserten Genauigkeit/Mittelung oder zum Erkennen unterschiedlicher Bewegungen in verschiedenen Dimensionen verwendet werden. Systeme mit mehr als zwei Freiheitsgraden und zusätzlichen Kopplungswirkungen können zusätzliche Sensoren verwenden, um diesen zusätzlichen Parametern Rechnung zu tragen. Die jeweilige Art und Weise, in der die Sensorsignale von Gehäuse und Stellglied verarbeitet werden, um das oder die gewünschten Kupplungssignal(e) abzuleiten, können dementsprechend verschieden sein. Die grundlegenden Funktionsprinzipien von Einheiten, in denen die Erfindung verkörpert ist, gehen jedoch aus der hier vorliegenden Beschreibung hervor, und geeignete Umsetzungen für ein bestimmtes System werden für den Fachmann ohne Weiteres ersichtlich sein.
-
Das Stellgliedsystem kann im Allgemeinen einen oder mehrere Stellgliedmechanismen aufweisen, aus denen dieses System besteht, beispielsweise zum Bewegen des Kopfs und/oder Speichermediums mit unterschiedlichen Genauigkeitsgraden in einem bestimmten Freiheitsgrad für den Ausrichtungsvorgang. Beispielsweise können für eine bestimmte Dimension grobe und feine Stellgliedmechanismen bereitgestellt werden. Grundsätzlich könnte das Stellgliedsystem den Kopf und/oder das Speichermedium bewegen, um die Kopf/Spur-Ausrichtung zu bewirken. Üblicherweise ist der Lese/Schreib-Kopf jedoch am Stellgliedsystem angebracht, und die relative Bewegung für die Kopf/Spur-Ausrichtung wird zumindest teilweise durch die Bewegung des Kopfs ausgeführt. Für eine gute Abschätzung der Kopplung zwischen verschiedenen Freiheitsgraden beinhaltet die Einheit in diesem Fall vorzugsweise einen ersten Stellglied-Vibrationssensor, der so angeordnet ist, dass er die Vibrationen des Stellgliedsystems erkennt, die auf den Kopf übertragen wird. Dieser Sensor stellt somit ein gutes Maß der vom Kopf erfahrenen Vibrationen bereit. Die Einheit beinhaltet vorzugsweise auch einen ersten Gehäuse-Vibrationssensor, der sich am Gehäuse im Bereich des Kopfs befindet, um die Vibrationen des Gehäuses zu erkennen, welche auf den Kopf übertragen werden. Dieser Sensor stellt somit ein gutes Maß der einwirkenden Vibrationen bereit. Wie weiter oben angedeutet, können gegebenenfalls abhängig von der Ausgestaltung der Einheit weitere Sensoren, bereitgestellt werden.
-
Die Steuereinheit kann in der Lage sein, ein Kopplungssignal in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem Signal von dem Stellglied-Vibrationssensor und dem Signal von dem Gehäuse-Vibrationssensor abzuleiten. Ein solches Kopplungssignal kann von dieser Differenz direkt oder indirekt abhängen, beispielsweise über eine direkte Subtraktion von Signalen oder nach einem Verarbeiten der Signale in irgendeiner Weise. In bevorzugten Ausführungsformen weist die Steuereinheit eine Vorwärtssteuerungslogik zum Erzeugen eines Steuersignals zum Steuern des Stellgliedsystems auf, wobei die Steuerungslogik in der Lage ist, eine erste Korrektur auf das Steuersignal abhängig von dem Signal von einem Gehäuse-Vibrationssensor und eine zweite Korrektur des Steuersignals abhängig von einem Kopplungssignal anzuwenden.
-
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nun als Beispiel unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, auf denen:
-
1 eine schematische Darstellung eines Bandlaufwerks ist, in dem die Erfindung verkörpert ist;
-
2 die beiden Freiheitsgrade der Bewegung für die Kopf/Band-Ausrichtung in dem Bandlaufwerk von 1 zeigt;
-
3 eine schematische Darstellung eines Servosteuerungssystems in dem Bandlaufwerk ist;
-
4 die Kopplung zwischen den beiden Freiheitsgraden in dem Spurfolge-Steuerungssystem veranschaulicht;
-
5 die Frequenzgänge der Stellgliedmechanismen für jeden Freiheitsgrad darstellt;
-
6a und 6b Ergebnisse von Messungen an dem Laufwerk unter Vibrationsbedingungen darstellen;
-
7 eine schematische Darstellung eines Querposition-Steuerungssystems für das Laufwerk von 1 ist;
-
8 Messungen von Vibrationssensoren darstellt, die in dem Laufwerk von 1 verwendet werden; und
-
9 Ergebnisse zeigt, die mit dem Steuerungssystem von 7 erhalten wurden.
-
1 ist eine vereinfachte schematische Darstellung eines beispielhaften Bandlaufwerks, in dem die Erfindung verkörpert ist, und stellt wesentliche Elemente dar, die an der zu beschreibenden Funktion beteiligt sind. Das Laufwerk 1 weist ein Laufwerkgehäuse 2 mit einem Schlitz 3 zum Einlegen einer Bandkassette auf, die schematisch in 4 angedeutet ist. Im Betrieb befördert ein (nicht dargestelltes) Magnetband- und Bandführungssystem das Magnetband 5 von der Kassette 4 an einem Lese/Schreib-Kopf 6 vorbei, um Daten auf den in Längsrichtung verlaufenden Datenspuren auf dem Band zu lesen und zu schreiben. Der Lese/Schreib-Kopf 6 ist an einem Stellgliedsystem 7 angebracht, das seinerseits am Gehäuse 2 der Einheit angebracht ist. In dem Laufwerk 1 werden zwei Vibrationssensoren zum Erkennen von Vibrationen im Betrieb bereitgestellt. Ein Gehäuse-Vibrationssensor in Form des Beschleunigungsmessers 8 ist am Laufwerkgehäuse 2 angebracht, um ein Signal zu erzeugen, das Vibrationen des Laufwerkgehäuses anzeigt. Ein Stellglied-Vibrationssensor in Form des Beschleunigungsmessers 9 ist am Stellgliedsystem 7 angebracht, um ein Signal zu erzeugen, das Vibrationen des Stellgliedsystems anzeigt. Anordnung und Funktion der Beschleunigungsmesser 8, 9 werden weiter unten noch ausführlicher erörtert.
-
Das Stellgliedsystem 7 von Laufwerk 1, das beispielsweise auf einem Magnetbandlaufwerk LTO (linear Tape Open) von IBM oder einem unternehmensspezifischen Magnetbandlaufwerk beruhen kann, weist zwei Freiheitsgrade zum Bewirken einer Bewegung des Kopfs 6 im Verhältnis zum Band 5 auf, um den Kopf an einer Datenspur auszurichten. (IBM ist eine Marke der International Business Machines Corporation). Insbesondere ist das Stellgliedsystem 7 funktionsmäßig in der Lage, eine Translationsbewegung des Kopfs 6 in einer Querrichtung im Verhältnis zu der in Längsrichtung verlaufenden Datenspur zu bewirken und ebenso eine Drehbewegung des Kopfs 6, um dem Schräglauf zwischen dem Kopf und dem Band entgegenzuwirken. Dies wird schematisch in 2 veranschaulicht, die den Kopf 6 im Verhältnis zu einer in Längsrichtung verlaufenden Datenspur 10 auf dem Band 5 darstellt. (In der Praxis enthält der Kopf 6 üblicherweise mehrere Lese/Schreib-Elemente für gleichzeitige Lese/Schreib-Vorgänge auf mehreren parallelen Datenspuren auf dem Band 5. Um das zu beschreibende System zu verstehen, reicht es jedoch aus, die Funktion in Bezug auf eine einzige Spur zu betrachten.) Die Translationsbewegung durch das Stellgliedsystem justiert die Querposition des Kopfs senkrecht zur Datenspur. Die Drehbewegung justiert den Winkel θ zwischen der Kopfausrichtung und der Querrichtung des Bands, um den zwischen dem Kopf und dem Band im Betrieb auftretenden Schräglauf zu beheben. Der Schräglaufwinkel θ ist im Betrieb idealerweise gleich null. Die Justierungen von Querposition und Drehung (Schräglauf) werden durch jeweilige Stellglieder des Stellgliedsystems 7 zum Bewegen des Kopfs 6 bewirkt. Die einzelnen Stellgliedmechanismen entsprechen einer allgemein bekannten Form, und viele von ihnen weisen mehrere Stellglieder auf, die unterschiedliche Grade einer Bewegungsgenauigkeit bereitstellen. Das Querposition-Stellglied weist zum Beispiel üblicherweise ein Grobstellglied und ein Feinstellglied für Grob- bzw. Feinjustierungen auf.
-
Das Laufwerk 1 beinhaltet ein Servosteuerungssystem zum Steuern des Stellgliedsystems 7 (nachfolgend einfach als das „Stellglied” bezeichnet), um eine geeignete Bewegung des Kopfs 6 zu bewirken, sodass die Kopf/Spur-Ausrichtung aufrechterhalten wird. Das Servosteuerungssystem ist schematisch in 3 dargestellt. Während Lese/Schreib-Vorgängen lesen Servosensoren am Kopf 6 Daten, die in starr zugeordneten Servospuren auf dem Band 5 aufgezeichnet sind. Die sich daraus ergebenden Servolesesignale werden von einer Servosteuereinheit 12 empfangen, die eine Steuerungslogik zum Umsetzen der Querposition- und der Schräglauf-Steuerungsfunktionen aufweist. Die Servosteuereinheit 12 in dieser Darstellung beinhaltet den Servokanal zum Verarbeiten der Servolesesignale, um Schätzungen des aktuellen Querpositionsfehlers und des Schräglaufwinkels von Band zu Kopf zu erhalten. Die Servosteuereinheit erzeugt dann Steuersignale uy und us zum Steuern des Stellglieds 7, um geeignete Korrekturen am Querposition- bzw. am Schräglauf-Freiheitsgrad zu bewirken.
-
In einem idealen System wären der Querposition- und der Schräglauf-Freiheitsgrad vollkommen unabhängig voneinander, wodurch die Bewegung in einer Dimension nicht durch die Bewegung in der anderen beeinflusst würde. Die Beschreibung der Eigenschaften eines in ein Laufwerk integrierten Stellglieds zeigt jedoch, dass eine Kopplung zwischen den beiden Freiheitsgraden besteht. Dies wird in 4 veranschaulicht, bei der es sich um eine schematische Darstellung der mechanischen Eigenschaften des Querposition-Steuerungssystems handelt. Hier stellt Ky die Übertragungsfunktion der Querposition(transversal position, TP-)Steuerungslogik dar, die durch den Block 20 der Servosteuereinheit 12 dargestellt ist. Die TP-Steuereinheit 20 empfängt ein Positionsfehlersignal (positional error signal, PES), das in der Servosteuereinheit 12 aus der gemessenen Querposition ym des Kopfs im Verhältnis zum Band, wie aus den Servolesesignalen abgeleitet, und der gewünschten oder Ziel-Querposition yt berechnet wird. Die Eigenschaften des Stellglieds 7, der das TP-Stellglied 21 und das Schräglauf-Stellglied 22 aufweist, sind in der Figur durch die vier mit Gyy, Gys, Gss und Gsy beschrifteten Blöcke dargestellt. Gyy stellt die Übertragungsfunktion des TP-Stellglieds 21 als Antwort auf das Querposition-Steuersignal uy von der TP-Steuereinheit 20 dar. Gys stellt die Übertragungsfunktion des TP-Stellglieds 21 als Antwort auf das Schräglauf-Steuersignal us dar, das von der Servosteuereinheit 12 in 3 erzeugt wird. Die positionsbezogenen Ausgaben der Blöcke Gyy und Gys werden summiert, um eine Querposition y zu erzeugen, die der Störung dy ausgesetzt ist, welche durch die seitliche Bandbewegung im Betrieb verursacht wird, um die endgültige Querposition des Kopfs im Verhältnis zum Band anzugeben. Die Eigenschaften des Schräglauf-Stellglieds 22 als Antwort auf die Steuersignale us und uy sind in ähnlicher Weise durch die Übertragungsfunktionen Gss und Gsy dargestellt, wobei sie einen Schräglaufwinkel θ ergeben, welcher der durch den Schräglauf des Bands bedingten Störung dθ ausgesetzt ist, um die endgültige Drehposition des Kopfs im Verhältnis zum Band zu erzeugen. Die schattierten Blöcke Gys und Gsy in dieser Figur stellen somit die Kopplungswirkungen im Stellglied 7 dar. Die verschiedenen Übertragungsfunktionen in 4 können durch geeignete Messungen innerhalb des Laufwerks gekennzeichnet werden, und die für diese Messungen erhaltenen Frequenzgänge in einem beispielhaften Laufwerk 1 sind in 5 dargestellt.
-
Das Servosteuerungssystem im Laufwerk 1 muss so gestaltet sein, dass es im Betrieb auch beim Auftreten von Vibrationen voll funktionsfähig bleibt, beispielsweise aufgrund von außen einwirkender Vibrationen oder Stöße oder aufgrund des internen Betriebs von Teilen des Laufwerks selbst. Die in 1 gezeigten Beschleunigungsmesser 8, 9 werden zu diesem Zweck bereitgestellt, und die Ausgaben dieser Beschleunigungsmesser werden in einer besonderen Weise vom Servosteuerungssystem für eine hochwirksame Vibrationsunterdrückung genutzt. Die Funktionalität zur Vibrationsunterdrückung wird im Folgenden unter besonderer Bezugnahme auf die Querposition-Steuerung in dem Servosystem beschrieben.
-
Der Gehäuse- und der Stellglied-Beschleunigungsmesser 8, 9 sind am Gehäuse bzw. dem Stellglied so angeordnet, dass sie Vibrationen in Richtung der Querbewegung des Kopfs 6 erkennen. In dieser bestimmten Ausführungsform handelt es sich bei den Beschleunigungsmessern 8, 9 um im Nanometerbereich arbeitende MEMS-(mikro-elektromechanische Systeme-)Beschleunigungsmesser mit digitalem Ausgang, die einen dreidimensionalen Betrieb bereitstellen, der sensorische Achsen in drei zueinander rechtwinkeligen Richtungen bereitstellt. Der Gehäuse-Beschleunigungsmesser 8 befindet auf dem Laufwerkgehäuse 2 im Bereich des Kopfs 6, wie in 1 angegeben, damit er Vibrationen des Gehäuses erkennt, die auf den Kopfs übertragen werden. Das Ausgangssignal des Gehäuse-Beschleunigungsmessers 8 stellt somit ein gutes Maß der einwirkenden Vibrationen bereit, die sich auf das Laufwerkgehäuse in der Nähe der Kopfposition ausbreiten. Der Stellglied-Beschleunigungsmesser 9 ist an das Stellglied 7 so angebracht, dass er die Vibrationen des Stellglieds erkennt, die auf den Kopf übertragen werden. Dieser Beschleunigungsmesser ist zwar zur Vereinfachung der Darstellung in 1 über dem Stellglied 7 dargestellt, er ist jedoch vorzugsweise unten an dem Feinstellglied-Mechanismus des Querposition-Stellglieds in diesem Beispiel angebracht. Das Ausgangssignal des Stellglied-Beschleunigungsmessers 9 stellt somit ein gutes Maß der Gesamtvibrationen bereit, die auf das Stellglied einwirken und die sich auf den Kopf ausbreiten.
-
Um die Vibrationswirkungen im Laufwerk 1 zu veranschaulichen, zeigt 6a ein Schaubild der Beschleunigungs-Leistungsspektraldichte (power spectral density, PSD) über der Frequenz auf der Grundlage von Beschleunigungsmesser-Messungen in einem beispielhaften Laufwerk 1. Das Laufwerk war auf einen Rütteltisch montiert, der angetrieben wurde, um das Laufwerk 1 in Vibration zu versetzen, auf welchem ein weiterer Beschleunigungsmesser montiert war, um die einwirkenden Vibrationen zu messen. Die drei Kurven in 6a entsprechen Messungen von dem Rütteltisch-Beschleunigungsmesser („Rütteltisch”), dem Gehäuse-Beschleunigungsmesser 8 („Laufwerk”) und dem Stellglied-Beschleunigungsmesser 9 („Stellglied”). Es ist zu sehen, dass der Gehäuse-Beschleunigungsmesser 8 gut die einwirkenden Vibrationen misst, die bei Frequenzen bis ungefähr 100 Hz stark ausgeprägt sind. Der Stellglied-Beschleunigungsmesser 9 misst auch die zusätzlichen Wirkungen auf das Stellglied, die durch die oben erörterte Kopplung zwischen dem Schräglauf- und dem Querposition-Freiheitsgrad bedingt sind. Die Wirkung dieser Vibrationskopplung wird wie in 6b veranschaulicht auch im Positionsfehlersignal-(PES-)Spektrum bei 100 bis 200 Hz sichtbar.
-
Die Servosteuereinheit im Laufwerk 1 verarbeitet die Signale vom Gehäuse- und vom Stellglied-Beschleunigungsmesser 8, 9 um eine Vibrationssteuerung bereitzustellen, die den oben beschriebenen Kopplungswirkungen Rechnung trägt. 7 ist ein schematisches Blockschaubild, welches das Querposition-Steuerungssystem 30 unter Vibrationsbedingungen kennzeichnet, wobei die Form der Querposition-(TP-)Steuereinheit gezeigt wird, die in der Servosteuereinheit 12 von 3 verwendet wird. Die TP-Steuereinheit, die allgemein in 31 gezeigt ist, weist eine Vorwärtssteuerungslogik zum Umsetzen eines kombinierten Konzepts einer Vorwärtssteuerung auf, das den Kopplungswirkungen Rechnung trägt. Die TP-Steuereinheit 31 erzeugt ein Querposition-Steuersignal uy zum Steuern einer Bewegung des Kopfs in Querrichtung durch das Stellglied 7, wie oben beschrieben. Die TP-Steuereinheit enthält den Funktionsblock 33 mit der Übertragungsfunktion Ky, welche die grundlegende Querpositionsteuerung als Antwort auf das Positionsfehlersignal PES umsetzt, wie bereits für 4 beschrieben. Die Steuereinheit 31 enthält zwei weitere Funktionsblöcke 34 und 35 mit den Übertragungsfunktionen KFFv bzw. KFFc. Block 34 berücksichtigt als Eingabe das Beschleunigungssignal aD, das vom Beschleunigungsmesser 8 ausgegeben wird, und wendet eine erste Korrektur auf das Steuersignal uy in Abhängigkeit vom Signal aD an. Block 35 berücksichtigt als Eingabe ein Kopplungssignal aC und wendet eine zweite Korrektur auf das Steuersignal uy in Abhängigkeit von diesem Kopplungssignal an. Das Kopplungssignal aC wird von der Steuereinheit 31 abgeleitet und zeigt die Kopplung zwischen dem Schräglauf- und dem Querposition-Freiheitsgrad an. Insbesondere empfängt die Steuereinheit 31 von dem Stellglied-Beschleunigungsmesser 9 sowohl das Beschleunigungssignal aD als auch das Beschleunigungssignal aA und leitet das Kopplungssignal aC in Abhängigkeit von der Differenz zwischen den beiden Beschleunigungssignalen ab. In diesem einfachen Beispiel wird das Kopplungssignal aC durch eine direkte Subtraktion des Gehäuse-Beschleunigungsmessersignals aD von dem Stellglied-Beschleunigungsmessersignal aA erzeugt. 8 stellt die Beschleunigung über dem Frequenzspektrum dar, die den Signalen aA, aD und aC auf der Grundlage von Messungen an einem beispielhaften Laufwerk 1 entspricht. Das sich daraus ergebende Kopplungssignal aC stellt ein gutes Maß für die Wirkung der Vibrationskopplung auf das Stellglied und den Kopf bedingt durch die Schräglauf/Querposition-Kopplung bereit. Die Steuereinheit 31 steuert das Stellglied 7 somit in Abhängigkeit von dem Kopplungssignal aC und dem Gehäuse-Beschleunigungssignal aD sowie dem Positionsfehlersignal PES.
-
Die Eigenschaften des Stellglieds 7 in dem TP-Steuerungssystem 30 sind in 7 durch die Blöcke 37, 38 und 39 mit den Übertragungsfunktionen Gyy, Gya bzw. Gysa dargestellt. Gyy stellt die grundlegende Übertragungsfunktion des TP-Stellglieds 21 als Antwort auf das Querposition-Steuersignal uy dar. Gya stellt die Übertragungsfunktion des TP-Stellglieds 21 als Antwort auf die einwirkenden Vibrationen dar, wie sie durch das Beschleunigungsmessersignal aD gemessen werden. Dies führt zur Justierung da der Querposition-Ausgabe yG von Block 37. Gysa stellt die Übertragungsfunktion des TP-Stellglieds 21 als Antwort auf die durch das Kopplungssignal ac dargestellte Wirkung der Vibrationskopplung dar. Dies ergibt die Justierung dc der Ausgabe yG von Block 37. Die sich daraus ergebende Position y ist einer weiteren Störung dLTM ausgesetzt, die durch die seitliche Bandbewegung bedingt ist, um die endgültige Querposition des Kopfs im Verhältnis zum Band anzugeben.
-
Die Vorwärtsführungs-Logikblöcke 34 und 35 der Steuereinheit 31 sind so ausgestaltet, dass sie den Folgen der einwirkenden Vibrationen und der Vibrationskopplung entgegenwirken. Zum Ableiten der Funktionen KFFv und KFFc können die Übertragungsfunktionen Gyy, Gya und Gysa der Stellgliedblöcke 37, 38 und 39 genutzt werden. Diese Übertragungsfunktionen können auf der Grundlage von Messungen innerhalb des Laufwerks geschätzt werden. Die Blöcke 34 und 35 der Steuereinheit können dann auf der Grundlage des Modells der Übertragungsfunktionen ausgestaltet werden, die mit einem geforderten Genauigkeitsgrad, beispielsweise KFFv = –Gyy –1Gya, erhalten werden. Im Allgemeinen könnten die Logikfunktionsblöcke der Steuereinheit 31 als Software oder Hardware oder als Kombination davon umgesetzt werden, beispielsweise über eine Kombination von Software und digitalen Schaltungen. Geeignete Umsetzungen werden für den Fachmann ohne Weiteres ersichtlich sein. Digitale Schaltkreise, die beispielsweise auf einer Digitalfilterschaltung einer allgemein bekannten Form beruhen, könne ohne Weiteres zum Umsetzen einer gewünschten Übertragungsfunktion ausgestaltet werden.
-
In einer grundlegenden Umsetzung der Steuereinheit
31 können die Vorwärtssteuerungsblöcke
34 und
35 einfach als Verstärker mit fester Verstärkung umgesetzt werden.
9 veranschaulicht Ergebnisse für eine solche Umsetzung, bei der die Übertragungsfunktionen K
FFv = –1 und K
FFc = +1 verwendet werden. Die drei in dieser Figur dargestellten Kurven vergleichen das in drei unterschiedlichen Steuerungsszenarios erhaltene PES-Spektrum. Die mit „mit FF2” beschriftete Kurve gibt die Ergebnisse an, die unter Verwendung der Steuereinheit
31 mit K
FFv = –1 und K
FFc = +1 erhalten wurden. Die mit „mit FF1” beschriftete Kurve gibt die Ergebnisse an, die nur mit Block
34 für die Vorwärtssteuerung in der Steuereinheit
31 erhalten wurden, d. h. unter Ausschluss des von Block
35 umgesetzten Kopplungsterms (K
FFv = –1 und K
FFc = 0). Die mit „ohne FF” beschriftete Kurve gibt die Ergebnisse ohne Vorwärtssteuerung an (K
FFv = 0 und K
FFc = 0). Die Standardabweichung des Positionsfehlersignals in jedem Fall ist wie folgt:
| ohne FF | 194 nm |
| mit FF1 | 186 nm |
| mit FF2 | 155 nm. |
-
Es ist zu sehen, dass selbst bei einer so einfachen Umsetzung der Terme KFFv und KFFc durch eine Berücksichtigung der Kopplung zwischen dem Schräglauf- und dem Querposition-Freiheitsgrad das Konzept der kombinierten Vorwärtssteuerung der Steuereinheit 31 eine wesentliche Verbesserung der PES-Funktion bereitstellt. Komplexere Umsetzungen der Steuerblöcke 34 und 35 können nach Bedarf ausgestaltet werden, um ein gewünschtes Funktionsniveau bereitzustellen. Im Allgemeinen kann jedoch eine verbesserte Funktion hinsichtlich der Standardabweichung des PES-Signals sowie hinsichtlich der Verringerung von PES-Spitzenwerten erwartet werden, die zu einem Abbruch von Lese/Schreib-Vorgängen führen können.
-
Beim Betrieb wurde der Schwerpunkt zwar auf die obige Steuerung der Querposition gelegt, das kombinierte Vorwärtssteuerungssystem kann aber auch in gleicher Weise für die Schräglaufdimension umgesetzt werden, um die Auswirkungen der Vibrationskopplung auf das Schräglauf-Steuerungssystem zu berücksichtigen. In einer solchen Ausführungsform kann beispielsweise eine Sensorachse der Beschleunigungsmesser 8, 9 genutzt werden, um die Vibrationen in Querrichtung zu erkennen, wobei die beiden weiteren Achsen zum Erkennen von Drehbewegungen genutzt werden. Alternativ könnten zusätzliche Beschleunigungsmesser für die Rotationsmessungen genutzt werden. Einige Beispiele weiterer möglicher Alternativen und Abwandlungen werden weiter unten angegeben.
-
Zum Ableiten des obigen Kopplungssignals wird zwar eine direkte Subtraktion der Beschleunigungsmessersignale verwendet, im Allgemeinen könnte das Kopplungssignal aber nach dem Verarbeiten der Gehäuse- und Stellgliedsignale in irgendeiner Weise abgeleitet werden, beispielsweise nach einem Gewichten durch Anwenden bestimmter Verstärkungen auf die Signale oder nach einem Mittelungsverfahren, wenn mehrere Signale von zusätzlichen Beschleunigungsmessern verfügbar sind.
-
In der bevorzugten Ausführungsform werden zwar MEMS-Beschleunigungsmesser verwendet, im Allgemeinen könnten aber auch andere Sensoren verwendet werden, um Signale bereitzustellen, die die zu messenden Vibrationen anzeigen. Wenn in das Stellgliedsystem beispielsweise eine in einem Magnetfeld bewegliche Schwingspule eingebaut ist, verursacht die vibrationsbedingte Bewegung der Spule eine in der Spule zu induzierende Gegen-EMK, und diese könnte als Messgröße für die Vibrationen erkannt werden.
-
Eine Umsetzung wurde zwar für ein Bandlaufwerk beschrieben, doch das System der kombinierten Vorwärtssteuerung kann selbstverständlich auch auf andere Speichereinheiten angewendet werden, beispielsweise auf Plattenlaufwerke, wo ähnliche Erwägungen Anwendung finden. Systeme mit mehr als zwei Freiheitsgraden und zusätzlichen Kopplungswirkungen können zusätzliche Sensoren verwenden, und zusätzliche Kopplungssignale können abgeleitet und von dem Steuerungssystem verwendet werden. Im Allgemeinen können die Anzahl und die Positionierung von Sensoren, die in einem bestimmten System verwendet werden, von der jeweiligen Art und der Ausgestaltung der Speichereinheit, des Speichermediums, des Kopfs und des Stellgliedsystems abhängen, und die jeweilige Art und Weise, in der die Gehäuse- und Stellglied-Sensorsignale verarbeitet werden, um das eine oder mehrere gewünschte Kopplungssignal(e) abzuleiten, kann dementsprechend unterschiedlich sein. Geeignete Umsetzungen für ein bestimmtes System werden für den Fachmann ersichtlich sein.
-
Es versteht sich, dass viele weitere Änderungen und Abwandlungen an den beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne vom Geltungsbereich der Erfindung abzuweichen.
