DE4407472C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Steuern einer Suchoperation eines bewegten Kopfes in einem Plattenlaufwerk - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Steuern einer Suchoperation eines bewegten Kopfes in einem PlattenlaufwerkInfo
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- DE4407472C2 DE4407472C2 DE19944407472 DE4407472A DE4407472C2 DE 4407472 C2 DE4407472 C2 DE 4407472C2 DE 19944407472 DE19944407472 DE 19944407472 DE 4407472 A DE4407472 A DE 4407472A DE 4407472 C2 DE4407472 C2 DE 4407472C2
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer
Suchoperation eines bewegbaren Kopfes in einem Plattenlauf
werk nach dem Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung zur Durch
führung dieses Verfahrens nach dem Anspruch 14.
Aus der US 5,132,854 ist bereits eine Vorrichtung zum
Steuern einer Spur-Suchoperation bei einem Plattenlaufwerk
mit "embedded Servo"-Sektoren bekannt. Die bekannte Vor
richtung enthält eine Einrichtung zum Erzeugen eines Posi
tionsfehlers, der eine Differenz zwischen einer Zielspur
und einer aktuellen Spur repräsentiert, ferner eine Ein
richtung zum Erzeugen eines Geschwindigkeitsbefehls als
Funktion des Positionsfehlers, eine Einrichtung zum Erzeu
gen eines Geschwindigkeitsfehlers, der eine Differenz zwi
schen dem genannten Geschwindigkeitsbefehl und der berech
neten Geschwindigkeit repräsentiert, eine Einrichtung zum
Bewegen der Magnetköpfe von der aktuellen Spur zur Ziel
spur, ansprechend auf den Geschwindigkeitsfehler, eine Ein
richtung zum Lesen der Grobpositionsinformationen (Spur
adressen) aus den "embedded Servo"-Sektoren von Zwischen
spuren zwischen der aktuellen und der Zielspur während sich
die Magnetköpfe zur Zielspur bewegen, und schließlich eine
Einrichtung zum Erzeugen der berechneten Geschwindigkeit
unter Verwendung der Grobpositionsinformationen in Kombina
tion mit Feinpositionsinformationen, die aus den Servosek
toren der Zwischenspuren gelesen wurden.
Aufgrund der Tatsache, daß bei dieser bekannten Vorrichtung
immer auch die Feinpositionsinformationen mit verwendet
werden, ergibt sich zwar auf der einen Seite ein relativ
genauer Ist-Wert aufgrund einer durchgeführten Berechnung
unter Verwendung der Grobpositionsinformationen und der
Feinpositionsinformationen, jedoch wird für den jeweiligen
Rechenvorgang verhältnismäßig viel Zeit benötigt, wodurch
die Zugriffsgeschwindigkeit insgesamt eingeschränkt wird,
mit der die Magnetköpfe zur Zielspur bewegt werden.
Darüber hinaus wird bei der bekannten Vorrichtung an
gestrebt, einen Hochgeschwindigkeitszugriff durch Erhöhen
der Samplingrate des Servosignals zu ermöglichen. Diese
Samplingrate wird dadurch erhöht, indem jede Platte in dem
Plattenstapel, welche die Servoinformationen trägt, in ra
dialer Richtung gegenüber den jeweils anderen Platten ver
setzt ist, so daß die Servoinformationen auf jeder Platte
zu unterschiedlichen Zeitpunkten gelesen werden. Durch die
ses zeitliche Versetzen der Servoinformationen kann die
Zeitverzögerung reduziert werden, die bei derartigen Syste
men auftritt, wenn Positions- und Geschwindigkeitsinforma
tionen erzeugt werden. Insgesamt führt diese Maßnahme einer
radialen Versetzung der Platten zueinander auch zu einer
genaueren Steuerung des Zugriffsvorganges.
Ein Plattenlaufwerk enthält einen Kopf, der zum
Schreiben von Daten in eine und zum Lesen von Daten aus ei
ner Festplatte verwendet wird, die eingerichtet ist, um Da
ten in konzentrischen Spuren zu speichern, wobei jede Spur
seriell angeordnete Datenbits aufweist. Die gespeicherten
Daten enthalten in vorherbestimmten Intervallen in einer
Spur aufgezeichnete Servodaten, die Positionsdaten zur Ver
wendung durch einen Kontroller im Plattenlaufwerk vorsehen
und als eingebettete Servodaten bezeichnet werden. Die
Platte kann Daten magnetisch, optisch oder magnetooptisch
speichern.
Der Kopf ist durch einen Arm mit einem Betätiger ver
bunden, der üblicherweise von einem Schwingspulenmotor an
getrieben wird. Ein vom Kontroller dem Schwingspulenmotor
zugeführter Steuerstrom bewirkt, daß der Motor den Arm be
wegt, um die radiale Position des Kopfes relativ zur Platte
einzustellen. Kopf, Arm, Betätiger und verwandte mechani
sche Elemente werden zweckmäßig als zu steuernde "Anlage"
betrachtet.
Zur Steigerung der Datenspeicherkapazität des Platten
laufwerks können mehrfache Platten vorgesehen werden, die
vertikal entlang einer Spindel angeordnet sind. Eine ent
sprechende Anzahl von Köpfen ist durch entsprechende Arme,
die in einer kammartigen Struktur angeordnet sind, mit dem
Betätiger verbunden. In einigen Systemen kann eine der
Platten, die als "Servoplatte" bezeichnet wird, nur darauf
aufgezeichnete Positionsinformationen aufweisen. Wenn so
wohl
eine dedizierte Servofläche als auch eingebettete Servoda
ten verwendet werden, wird das Servosystem des Plattenlauf
werks als "hybrides" System bezeichnet. In neueren Systemen
gibt es keine Servoplatte, das heißt, Positionsinformatio
nen werden nur von den eingebetteten Servodatenbits erhal
ten, die in den Spuren jeder Platte angeordnet sind.
Während einer Suchoperation ändert der Kontroller den
Schwingspulenmotor-Steuerstrom, um den Kopf von einer aktu
ellen Spur zu einer gewünschten Spur zu bewegen. Der Kon
troller bestimmt einen Wert für den Steuerstrom auf Basis
eines Positionsfehlersignals, das die Differenz zwischen
der aktuellen Spur und der gewünschten Spur repräsentiert.
Spezifischer dient das Positionsfehlersignal als Index für
eine Geschwindigkeitstabelle, die eine Geschwindigkeitsbahn
repräsentiert, das heißt gewünschte Geschwindigkeit gegen
über zurückzulegender Distanz. Der Steuerstrom basiert dann
auf der Differenz zwischen der gewünschten Geschwindigkeit
und der aktuellen Geschwindigkeit des Kopfes. Der Steuerbe
fehl, und daher der Strom, können auch einen Kompensations
term für eine Vorspannung, das heißt externe Kräfte, ent
halten.
In den meisten modernen Plattenlaufwerken ist die Ge
schwindigkeit des Kopfes als Meßgröße nicht verfügbar. Wäh
rend sich der Kopf beim Suchen bewegt, stehen jedoch Posi
tionsmessungen auf Basis der in den Spuren aufgezeichneten
Servodaten als Messungen zur Verfügung; und die aktuelle
Geschwindigkeit des Kopfes wird von diesen Posi
tionsmessungen, die von den Servodaten abgeleitet werden,
geschätzt.
Da die Servodaten in vorherbestimmten Intervallen auf
gezeichnet sind, wird das Intervall zwischen konsekutiven
Positionsmessungen zweckmäßig als Abtastintervall bezeich
net. Der Kontroller operiert in Echtzeit, das heißt, er muß
einen Steuerstromwert in jedem Abtastintervall bestimmen.
Zur Bestimmung des Steuerstroms ist es erwünscht, nur
kurze Zeit aufzuwenden, so daß der Steuerstrom mit minima
lem Nacheilen angelegt werden kann, wodurch mögliche Fehler
auf Grund des Anlegens eines Steuerstromes auf Basis einer
"alten" Messung, das heißt einer anderen Messung als der
momentanen Messung, minimiert werden.
Es ist erwünscht, daß die Bestimmung des Steuerstromes
eine einfache Berechnung ist, um den im Kontroller erfor
derlichen Verarbeitungsaufwand zu minimieren, wodurch die
Verwendung eines kostengünstigen Kontrollers ermöglicht
wird, oder ermöglicht wird, daß der Kontroller andere Auf
gaben steuert.
Bekannte Plattenlaufwerke, die nur eingebettete Servo
daten verwenden, und die bekannte Schätzertechniken ein
setzen, um die Treibleistung zu erhöhen, können jedoch eine
relativ komplizierte Positions- und Geschwindigkeitsschätz
technik verwenden, so daß der Kontroller und der Schätzer
relativ lange Zeit benötigen, um den Steuerstromwert für
jeden Abtastwert zu bestimmen, und folglich eine geringere
Kapazität für andere Aufgaben verfügbar haben.
Bekannte Plattenlaufwerke können auch eine komplizier
te Technik zur Fehlerkompensation im gemessenen Feinposi
tionssignal auf Grund der Suchbewegung des Kopfes erfor
dern. Eine derartige Technik involviert das Schreiben der
Servodaten auf eine bestimmte Weise zur Zeit der Herstel
lung. Eine weitere Technik involviert Software-Korrektur
algorithmen.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht
darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern einer
Suchoperation eines bewegbaren Kopfes in einem Plattenlauf
werk der eingangs genannten Art zu schaffen, durch das bzw.
durch die der gesamte Rechenaufwand für die Bewegung des
Kopfes zu einer Zielspur hin reduziert ist und dadurch der
Positioniervorgang des Kopfes schneller und trotzdem hoch
genau durchgeführt werden kann.
In Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird
diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 aufgeführten Merkmale
gelöst.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbil
dungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus
den Unteransprüchen 2 bis 13.
In Verbindung mit der Vorrichtung zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens wird die genannte Aufgabe
durch die im Anspruch 14 aufgeführten Merkmale gelöst, wo
bei vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der
erfindungsgemäßen Vorrichtung aus den Unteransprüchen 15
bis 26 hervorgehen.
Gemäß dieser Erfindung wird eine Suchoperation eines
Kopfes, der mit einem Betätiger in einem Plattenlaufwerk
verbunden ist, das eine Platte mit Spuren aufweist, welche
eingebettete Servoinformationen, die Grobpositionsinforma
tionen und Feinpositionsinformationen einschließen, enthal
ten, ohne Verwendung der Feinpositionsinformationen ge
steuert.
Ein Positionsfehler wird erzeugt, der die Differenz
zwischen einer Zielspur und einer aktuellen Spur, über wel
cher der Kopf positioniert ist, repräsentiert. Ein Ge
schwindigkeitsbefehl wird als Funktion des Positionsfehlers
vorgesehen. Der Kopf wird ansprechend auf einen Geschwin
digkeitsfehler, der die Differenz zwischen dem Geschwindig
keitsbefehl und einer Schätzung der tatsächlichen Geschwin
digkeit des Kopfes repräsentiert, bewegt. Die geschätzte
Geschwindigkeit wird unter Verwendung der Grobpositions
informationen in den Servodaten, die von den Zwischenspuren
gelesen werden, die zwischen der aktuellen Spur und der
Zielspur liegen, ohne Verwendung der Feinpositionsinfor
mationen in diesen Servodaten erzeugt.
Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile
der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden detail
lierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung hervor, die in Verbindung mit den
beigeschlossenen Zeichnungen zu lesen ist, in denen ent
sprechende Teile durch die gleichen Bezugszahlen identi
fiziert sind.
Fig. 1A ist eine Darstellung eines Abschnitts einer
Platte, bei welcher die vorliegende Erfindung verwendet
werden kann, und
Fig. 1B ist eine schematische Darstellung
der Datenfelder in einem Servorahmen in der in Fig. 1A ge
zeigten Platte;
Fig. 2 ist ein Blockbild einer Geschwindigkeitssteuer
schleife, die in einem Plattenlaufwerk gemäß der vorliegen
den Erfindung verwendet wird;
Fig. 3A ist eine graphische Darstellung, die den
Schwingspulenmotor-Steuerstrom zeigt, der in einem Platten
laufwerk gemäß der vorliegenden Erfindung während eines
Zeitintervalls erzeugt wird, und
Fig. 3B ist eine graphische
Darstellung, welche die Geschwindigkeit eines Plattenlauf
werkskopfes während dieses Zeitintervalls zeigt;
Fig. 4A und 4B sind Blockbilder, die jeweils einen Ge
schwindigkeits- und Positionsschätzer zeigen, der in der in
Fig. 2 gezeigten Geschwindigkeitssteuerschleife verwendet
werden kann;
Fig. 5A und 5B sind Flußdiagramme, die jeweils eine Ge
schwindigkeits- und Positionsschätzer-Routine gemäß der vor
liegenden Erfindung veranschaulichen;
Fig. 6A ist ein Blockbild, das eine weiters Ausführungs
form eines Geschwindigkeits- und Positionsschätzers veran
schaulicht;
Fig. 6B ist ein Blockbild, das noch eine weitere Ausfüh
rungsform eines Geschwindigkeits- und Positionsschätzers
veranschaulicht; und
Fig. 7A bis 7C sind graphische Darstellungen, auf die
bei der Diskussion der in Fig. 4A und 6 gezeigten Schätzer
bezuggenommen wird.
Ein Abschnitt einer Platte, die bei einem Plattenlauf
werk eingesetzt wird, in dem die vorliegende Erfindung Ver
wendung findet, ist in Fig. 1A gezeigt. Die Platte enthält
konzentrisch darauf angeordnete Spuren. Wie im Stand der
Technik herkömmlich ist, wird eine Spur manchmal als Zylin
der bezeichnet, der die gleichen Spuren in jeder der in
einem Stapel an der Spindel im Plattenlaufwerk angeordneten
Platten umfaßt.
In Plattenlaufwerken, die derzeit im Handel erhältlich
sind, enthält jede Spur seriell angeordnete Bits, wobei
jedes Bit so auf einem einzelnen physischen Abschnitt der
Platte aufgezeichnet wird. Beispielsweise kann in einer
Magnetplatte die Breite einer Spur etwa 0,00037 Zoll und die
Aufzeichnungsdichte etwa 67000 Bits pro Zoll betragen, so
daß ein Bereichsbit ungefähr 370 Mikrozoll × 15 Mikrozoll
einnimmt.
Die Daten werden auf einer Spur in Segment-Einheiten
mit beispielsweise 54 Segmenten pro Spur aufgezeichnet.
Jedes Segment beginnt mit einem Servorahmenabschnitt, der
bei der Herstellung des Plattenlaufwerks aufgezeichnet wird,
gefolgt von einem Datenabschnitt, der nützliche Daten, wie
Benutzerdaten, enthält. In einer Implementation der vorlie
genden Erfindung rotiert eine Platte typischerweise bei
einer Rate von 4500 UpM, was zu einem Segment mit einer
Länge von etwa 250 Mikrosekunden und einem Servorahmen mit
einer Länge von etwa 35 Mikrosekunden führt. Die Bits im
Servorahmen werden als Servobits bezeichnet und stellen
Servodaten dar.
Ein Servoabtastintervall ist das Intervall, das mit dem
Lesen eines Servorahmens beginnt und gerade vor dem Lesen
des nächsten Servorahmens endet.
Fig. 1B zeigt das Format eines Servorahmens. Ungefähr
das erste Drittel des Servorahmens enthält Bits, die verwen
det werden, um automatische Verstärkungssteuerinformationen
zu erhalten. Der nächste Bit-Satz repräsentiert eine Servo
marke, die als Sync-Referenz, um nachfolgende Servoinforma
tionen zu decodieren, und als Zeitsteuerungs-Referenz für
die Servorahmen-Geschwindigkeitssteuerung, das heißt Rota
tionssteuerung, der Platte verwendet wird. Der folgende Bit-
Satz repräsentiert eine Servorahmennummer, die in einem
Gray-Code aufgezeichnet ist; diese Bits werden hauptsächlich
in Diagnoseoperationen verwendet und bilden keinen Teil der
vorliegenden Erfindung. Nach einem kurzen Bit-Intervall, das
zweckmäßig als Leerstelle betrachtet wird, repräsentiert der
nachfolgende Bit-Satz Servo-Burst-Daten.
Typischerweise umfassen die Servo-Burst-Daten vier
Werte, gezeigt als N, N*, Q und Q*, aufgezeichnet in einem
Quadraturmuster, die gemeinsam Feinpositionsinformationen
vorsehen. Die Servo-Burst-Daten ermöglichen die Bestimmung
der tatsächlichen Position des Kopfes zwischen idealen Spur
mittenlinien mit einer Auflösung, die durch einen Analog-
Digital-Wandler (ADC) definiert wird, der in einem Platten
laufwerk-Kontroller enthalten ist, und der eine digitale Re
präsentation der Kopfposition erzeugt. Die Servo-Burst-Daten
umfassen typischerweise 8 Bits und sehen eine Auflösung von
±1/2 Spur vor. Bei der vorliegenden Erfindung werden die
Servo-Burst-Daten während des Großteils einer Suchoperation
nicht verwendet. Stattdessen werden die Servo-Burst-Daten
nur am Ende einer Suchoperation und in einem Spurverfol
gungsmodus eingesetzt, das heißt, wenn der Kopf nahe bei der
gewünschten Spur positioniert ist. Dennoch erhält der Schät
zer eine gute Suchleistung ohne die Verwendung dieser Fein
positionsinformationen, wodurch die Notwendigkeit speziali
sierter Techniken, die typischerweise im Stand der Technik
verwendet werden, entfällt.
Andere Techniken zum Vorsehen von Feinpositionsinforma
tionen sind Fachleuten bekannt. Der hier verwendete Ausdruck
"Feinpositionsinformationen" soll derartige andere Verfahren
umfassen.
Am Ende des Servorahmens befindet sich ein Bit-Satz,
der die Spur- oder Zylinderadresse repräsentiert, hier auch
als "Grob"positionsinformationen bezeichnet. Die Spuradresse
ist in einem Gray-Code dargestellt und ist lang genug, das
heißt hat genügend Bits, um jede Spur auf der Platte eindeu
tig zu identifizieren. In dieser Anmeldung soll sich im fol
genden die Bezugnahme auf Gray-Code-Bits auf die Spuradresse
beziehen. Während einer Suchoperation ermöglicht das Lesen
der Spuradressenbits die Bestimmung der tatsächlichen Spur,
über welcher der Kopf positioniert ist, mit einer Auflösung
von ±1/2 Spur.
Mit Bezugnahme auf Fig. 2 ist nun ein Geschwindigkeits
steuerschleifenabschnitt eines Plattenlaufwerks gemäß der
vorliegenden Erfindung veranschaulicht, mit Subtrahierern
105, 115, einem Geschwindigkeitsprofilgenerator 110, einer Ver
stärkerschaltung 120, Addierern 125, 145, einem Digital-
Analog-Wandler (DAC) 130, einem Transkonduktanzverstärker
132, einer Anlage 135, einem Grobpositionsdemodulator 140,
einem Feinpositionsdemodulator 150, einer Entscheidungs
schaltung 155, einem Schätzer 160, Schaltern 165, 170, 175
und einem Stromsensor 180.
Die Identifikation einer gewünschten Spur, die auch als
Zielspur bezeichnet wird, wie eine Spurnummer, wird einem
Eingang eines Subtrahierers 105 zugeführt. Eine aktuelle ab
getastete Spurposition wird dem anderen Eingang des Subtra
hierers 105 zugeführt, der eingerichtet ist, um die aktuelle
abgetastete Spurposition von der gewünschten Spurposition zu
subtrahieren, wodurch ein Positionsfehlersignal e erzeugt
wird.
Das Positionsfehlersignal e wird an den Geschwindig
keitsprofilgenerator 110 angelegt, der eingerichtet ist, um dem
Subtrahierer 115 ein entsprechendes Geschwindigkeitsbefehls
signal, das die gewünschte Geschwindigkeit des Kopfes bei
diesem Positionsfehler repräsentiert, zuzuführen. In einer
Ausführungsform dient das Positionsfehlersignal als Index
für eine Nachschlagtabelle, die eine gewünschte Geschwindig
keitsbahn repräsentiert, welcher der Plattenlaufwerkskopf
während einer Suchoperation zu folgen hat. Die gewünschte
Bahn ist definiert, so daß, wenn der Positionsfehler große
ist, der Kopf so rasch wie möglich bewegt wird, wohingegen,
wenn der Positionsfehler klein wird, die Geschwindigkeit des
Kopfes abnimmt, um den Kopf auf eine Geschwindigkeit von
Null an oder geringfügig vor der gewünschten Spur zu brin
gen, wodurch eine Überschwingung vermieden wird. In einer
weiteren Ausführungsform führt der Geschwindigkeitsgenerator
110 eine Berechnung zur Bestimmung des Geschwindigkeitsbe
fehls durch. In noch einer weiteren Ausführungsform erzeugt
der Geschwindigkeitsgenerator 110 das Geschwindigkeitsbe
fehlssignal unter Verwendung einer Nachschlagtabelle und
eines Rechenvorgangs.
Eine Schätzung der aktuellen Geschwindigkeit wird auch
dem Subtrahierer 115 zugeführt, der eingerichtet ist, um die
geschätzte aktuelle Geschwindigkeit von der gewünschten Ge
schwindigkeit zu subtrahieren, und um das Ergebnis als Ge
schwindigkeitsfehlersignal an die Verstärkerschaltung 120 zu
liefern.
Die Verstärkerschaltung 120 ist eingerichtet, um die
Amplitude des Geschwindigkeitsfehlersignals einzustellen,
wodurch die gesamte Bandbreite der Geschwindigkeitsschleife
eingestellt wird. Die Verstärkerschaltung 120 liefert das so
eingestellte Geschwindigkeitsfehlersignal an den Addierer
125. Ein Signal EXT, das einen Steuerkreis-Mittkopplungskom
pensationsterm plus einen Vorspannkraft-Kompensationsterm
repräsentiert, wird ebenfalls dem Addierer 125 zugeführt,
der eingerichtet ist, um das Geschwindigkeitsfehlersignal
mit eingestellter Amplitude und das Kompensations
termensignal zu addieren, wobei ein Steuerstromsignal U(z)
erzeugt wird, das heißt ein Steuerstromsignal, das in jedem
Abtastintervall einen unterschiedlichen Wert annehmen kann.
Das Steuerstromsignal U(z) wird an einen Digital-
Analog-Wandler 130 angelegt, der eingerichtet ist, um den
Steuerstrom U(z) in ein Analogsignal umzuwandeln und dieses
an den Verstärker 132 mit einem Transkonduktanzwert GM anzu
legen. Der Verstärker 132 wandelt das Steuerstromsignal in
einen Steuerstrom um und liefert diesen an die Anlage 135,
in der die Betätigeranordnung, die einen Schwingspulenmotor
und einen Rotationsbetätiger mit einem an einer Aufhängung
am Ende eines Betätigerarms montierten Magnetkopf enthält,
auf den Steuerstrom durch das Bewegen des Kopfes radial ent
lang der Platte anspricht.
Während der Kopf bewegt wird, liest er die auf die
Platte geschriebenen Servodaten, wenn derartige Servodaten
darunter rotieren. Auf Basis der vom Kopf gelesenen Daten
erzeugt die Anlage 135 ein physikalisches Positionssignal,
das Servomarke, Servo-Burst und Gray-Code-Spuradresse, die
von den Servodaten repräsentiert werden, enthält. Das physi
sche Positionssignal wird an einen Grobpositionsdemodulator
140 und einen Feinpositionsdemodulator 150 angelegt.
Der Grobpositionsdemodulator 140 ist eingerichtet, um
das physikalische Positionssignal in eine digitale Form
umzuwandeln, wobei die Servomarke, die in den vom Kopf ge
lesenen Servodaten enthalten ist, zum Takten dieser Wandlung
verwendet wird, und um eine Spurnummer vom digitalisierten
physischen Positionssignal zu extrahieren. Die Spurnummer
wird als quantifiziertes Positionssignal an einen Addierer
145 geliefert.
Der Feinpositionsdemodulator 150 ist eingerichtet, um
Feinpositionsinformationen auf Basis der Servo-Burst-Daten
vom physischen Positionssignal zu extrahieren, und um ein
Feinpositionssignal an einen Schalter 165 zu liefern, der
seinen Ausgang an den Addierer 145 anlegt.
Die Entscheidungsschaltung 155 ist eingerichtet, um zu
bestimmen, ob Grobpositionsinformationen, das heißt das
quantifizierte Positionssignal, allein oder in Verbindung
mit Feinpositionsinformationen zu verwenden sind. In der
vorliegenden Ausführungsform basiert diese Mischung der
Grob- und Feinpositionsinformationen auf der Distanz von der
Zielspur. Feinpositionsinformationen werden nur dann verwen
det, wenn die Geschwindigkeit unter einer bestimmten Schwel
le liegt, wodurch sichergestellt wird, daß die Feinposi
tionsinformationen gültig sind. Wenn die Distanz des Kopfes
von der Zielspur spezifisch weniger als 20 Spuren beträgt,
steuert die Entscheidungsschaltung 155 den Schalter 165, so
daß das Feinpositionssignal dem Addierer 145 zugeführt wird.
Alternativ dazu könnte das Kriterium für die Verwendung von
Feinpositionsinformationen eine Funktion der aktuellen Ge
schwindigkeit sein.
Der Addierer 145 ist eingerichtet, um die Grobposi
tionsinformationen mit den Feinpositionsinformationen, wie
sie selektiv zugeführt werden, zu mischen, wobei ein abge
tastetes Positionssignal X1(z) erzeugt wird, das auch als
zusammengesetztes Positionssignal bezeichnet wird, das
heißt, ein zusammengesetztes Positionssignal für jedes Ab
tastintervall.
Das Steuerstromsignal U(z) wird auch einem Anschluß
175A des Schalters 175 zugeführt, der konfiguriert ist, um
das Steuerstromsignal an den Schätzer 160 während der Brems
phase eines Suchens zu liefern. Das zusammengesetzte Posi
tionssignal X1(z) wird auch an den Schätzer 160 angelegt,
der eingerichtet ist, um ein Signal, das eine geschätzte Po
sition des Kopfes X1EST(z) repräsentiert, hier auch als
vorhergesagte Position bezeichnet, und eine geschätzte Ge
schwindigkeit X2EST(z), die auch als Stromgeschwindigkeits
schätzung bezeichnet wird, zu erzeugen. Diese beiden Schät
zungen repräsentieren Werte in jedem Abtastmoment, das heißt
nach jedem physischen Positionslesen. Der Schätzer 160 ist
detailliert in Fig. 4A und 4B gezeigt und wird nachstehend
diskutiert.
Die Entscheidungsschaltung 155 steuert auch den Schal
ter 170, um entweder das vorhergesagte Positionssignal
X1EST(z) oder das zusammengesetzte Positionssignal X1(z) als
aktuelle abgetastete Position an den Subtrahierer 105 zu
liefern. Allgemein wird das zusammengesetzte Positionssignal
als aktuelles abgetastetes Positionssignal ausgewählt. Wenn
jedoch der Servorahmen unrichtig gelesen wurde, so daß die
Zeitmarke in den Servodaten nicht gefunden werden kann, oder
die aktuelle Position inkorrekt erscheint, wird die vorher
gesagte Position durch die Entscheidungsschaltung 155 als
aktuelle abgetastete Position ausgewählt. Wenn beispielswei
se die aktuelle Spur am Start eines Suchens "Spur 200" ist,
und die Zielspur "Spur 230" ist, scheint eine aktuelle Posi
tion "Spur 100" während des Suchens inkorrekt.
Der Schätzer 160 enthält ein nachstehend beschriebenes
Digitalfilter erster Ordnung, das ausgeschaltet werden kann,
wenn sich der Kopf ansprechend auf ein Steuersignal von der
Entscheidungsschaltung 155 nahe bei der Zielspur befindet;
bei einer derartigen Verwendung sollte das Ausschalten zu
mindest einen Abtastwert nach der Mischung von Feinposi
tionsinformationen mit Grobpositionsinformationen auftreten,
um zu verhindern, daß mögliche Übergangserscheinungen im
Ausgang des Schätzers 160 einen Störeffekt im Kontroller
ausgang U(z) erzeugen. Eine bevorzugte Alternative ist die
Erhöhung der Bandbreite dieses Filters um einen Faktor von
ungefähr fünf nach dem Mischen der Feinpositionsinforma
tionen mit den Grobpositionsinformationen, wie durch das
Ändern der Verstärkungskonstanten des Filters ansprechend
auf ein Steuersignal von der Entscheidungsschaltung 155.
Die Verwendung dieses Filters ermöglicht es, daß ein
Festplattenlaufwerk, bei dem die vorliegende Erfindung ver
wendet wird, nur unter Verwendung von Grobpositionsinforma
tionen eine Suchleistung erreicht, die im wesentlichen iden
tisch ist mit jener, die erzielt werden könnte, wenn konti
nuierlich variierende, d. h. kombinierte feine und grobe, In
formationen während des gesamten Suchens verfügbar sind.
Geschwindigkeitsgenerator 110, Verstärkerschaltung 120,
Entscheidungsschaltung 155 und Schätzer 160 können Software-
Routinen sein, die durch einen eingebetteten Kontroller, wie
einen Intel 196KC integrierten Steuerchip, ausgeführt
werden, oder können durch einen Digitalsignal-Verarbeitungs
steuerchip, der zur Durchführung der Kopfpositionierungs-
und Drehungssteuerfunktionen im Plattenlaufwerk dediziert
ist, wie einen TI 320C25 Chip, ausgeführt werden.
Während der Beschleunigungsphase eines Suchens ist es
erwünscht, daß das Steuerstromsignal U(z) so groß wie mög
lich ist, nämlich den Maximalwert hat, den der DAC 130 mit
der von ihm verwendeten Bitanzahl repräsentieren kann. Auf
Grund von Temperatur- und Energiezufuhrvariationen kann
jedoch der tatsächliche Strom, welcher der Spule des
Schwingspulenmotors bei diesem maximalen DAC-Wert zugeführt
wird, nur vom Steuerstromsignal nicht zuverlässig vorherge
sagt werden.
Zur Überwindung dieses Problems steuert während der Be
schleunigungsphase einer Suchoperation, vom Start des Su
chens bis die geschätzte Geschwindigkeit X2EST(z) vom Schät
zer 160 innerhalb ungefähr 75% der angeforderten, vom Ge
schwindigkeitsprofilgenerator 110 ausgegebenen Geschwindig
keit liegt, die Entscheidungsschaltung 155 den Schalter 175,
so daß ein am Anschluß 175B vorgesehenes Signal, das zum
tatsächlichen SSM-Spulenstrom proportional ist, an den
Schätzer 160 anstatt des am Anschluß 175A vorgesehenen
berechneten Steuersignals U(z) geliefert wird.
Der Stromsensor 180 ist eingerichtet, um den tatsäch
lichen Spulenstrom im Schwingspulenmotor zu fühlen, und um
das Signal proportional zum gefühlten Spulenstrom dem An
schluß 175B des Schalters 175 zuzuführen. Der Stromsensor
180 kann beispielsweise aus einem Stromfühlwiderstand, einem
Verstärker und einem Analog-Digital-Wandler bestehen.
Fig. 3A und 3B veranschaulichen eine Suchoperation, wäh
rend der Kopf von der Zielspur relativ weit entfernt ist.
Fig. 3A zeigt den Kontrollerausgang U(n) in der Zeit, wohin
gegen Fig. 3B die Geschwindigkeit des Kopfes X2(n) in der
Zeit darstellt.
In Abtastmomenten (n - 1)T, nT, (n + 1)T, (n + 2)T wird ein
Servorahmen gelesen, was zu einem physikalischen Positions
abtastwert führt. Die Kopfgeschwindigkeit wird nicht phy
sisch gefühlt, sondern kann wie in Fig. 3B gezeigt sein. Bei
spielsweise ist im Abtastmoment nT die Kopfgeschwindigkeit
X2(n). Auch ist, wie in Fig. 3A ersichtlich ist, im Abtastmo
ment nT der Kontrollerausgang U(n - 1). Nach einer Abtast-Kor
rektur-Verzögerung Δ = (1 - m) . T, definiert als das Intervall
zwischen dem Zeitpunkt, an dem die Kopfposition abgetastet
wird, d. h. Servoinformationen von der Platte gelesen werden,
und jenem, an dem ein neuer Kontrollerausgang U(n) verfügbar
ist, ändert sich die Steigung der Geschwindigkeit. Die Kon
stante m wird nachstehend diskutiert. Während des Rests des
Abtastintervalls mT bleibt der Kontrollerausgang bei U(n)
und ist die Steigung der Geschwindigkeit unverändert. Im
nächsten Abtastmoment (n + 1)T wird der nächste Servorahmen
gelesen und wird das Kontroller-Einstellverfahren wieder
holt.
Nun wird der Schätzer 160 detailliert beschrieben.
Unter Verwendung einer z-Domänennotierung, wobei z-1
eine Verzögerung eines Abtastintervalls repräsentiert,
ist U(z) der Kontrollerausgang, in niedrigstwertigen Bit (LSB)-Einheiten des Ausgangs des Digital-Analog-Wandlers 130, entsprechend dem an die Betätiger-Schwingspule angeleg ten Strom und auch der Beschleunigung des Motors in Spuren/ Abtastwert2,
ist X1(z) die abgetastete Position, in Spur-Einheiten,
ist X1EST(z) die Schätzung der aktuellen Position auf Basis früherer Informationen, in Spur-Einheiten, und
ist X2EST(z) die Schätzung der aktuellen Geschwindig keit auf Basis der abgetasteten Position und früheren Infor mationen, in Spur/Abtastwert-Einheiten,
wobei die geschätzten Variablen X1EST(z) und X2EST(z) wie folgt definiert sind:
ist U(z) der Kontrollerausgang, in niedrigstwertigen Bit (LSB)-Einheiten des Ausgangs des Digital-Analog-Wandlers 130, entsprechend dem an die Betätiger-Schwingspule angeleg ten Strom und auch der Beschleunigung des Motors in Spuren/ Abtastwert2,
ist X1(z) die abgetastete Position, in Spur-Einheiten,
ist X1EST(z) die Schätzung der aktuellen Position auf Basis früherer Informationen, in Spur-Einheiten, und
ist X2EST(z) die Schätzung der aktuellen Geschwindig keit auf Basis der abgetasteten Position und früheren Infor mationen, in Spur/Abtastwert-Einheiten,
wobei die geschätzten Variablen X1EST(z) und X2EST(z) wie folgt definiert sind:
X1EST(z) = z-1 . X1(z) + z-1 . X2EST(z) + K1 . z-1 . U(z) + K2 . z-2 . U(z) . y (Gl. 1)
X2EST(z) = C0 . (X1(z) - z-1 . X1(z) + D1 . (K1 . z-1 . U(z) + K2 . z-2 . U(z))
+ G1 . (X1(z) - X1EST(z))) + C1 . z-1 . X2EST(z) . y (Gl. 2)
Durch das Ausdrücken der Geschwindigkeit in Spur/Abtastwert-
Einheiten und des Kontrollerausgangs in Spur/Abtastwert2-
Einheiten wird die Abtastperiode aus diesen Gleichungen eli
miniert. Die Ableitung dieser Gleichungen wird nachstehend
in Verbindung mit ihrer Differenzgleichungsrepräsentation
diskutiert. Es ist klar, daß, wie oben erwähnt, das Signal
U(z) den Spulenstrom im Schwingspulenmotor anstatt eines
angeforderten Steuerstromsignals repräsentieren kann.
Die Konstanten C0, C1, D1, G1, K1 und K2 sind Konstan
ten, die ausgewählt wurden, um eine zufriedenstellende
Schätzerleistung zu ergeben und mit der Dynamik der gesteu
erten Anlage übereinzustimmen.
C0 und C1 sind Filterkonstanten, wobei C1 = 1 - C0,
die für eine Bandbreite von etwa 300 Hz ausgewählt werden,
wenn nur quantifizierte Grobpositionsinformationen ver
fügbar sind, und für eine höhere Bandbreite von etwa 1 bis
2 kHz ausgewählt werden, wenn Feinpositionsinformationen
zur Verfügung stehen. In einer Ausführungsform der vorlie
genden Erfindung ist C0 etwa 0,35.
D1 ist als Funktion der Abtastrate des Systems, der
Bandbreite des Schätzers und anderer Parameter eingestellt.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist D1
etwa 2,5.
G1 ist eine Rückführungskorrekturkonstante, die zwi
schen 0,5 und etwa 0,7 angesichts von Simulationsergebnis
sen und experimentellen Ergebnissen eingestellt ist, um die
Geschwindigkeitsschätzung auf Basis der Abweichung der vor
hergesagten Position von der zusammengesetzten Position zu
korrigieren.
Die Konstanten K1 und K2 werden ausgewählt, um den
Kontrollerausgang über die Abtastperiode aufzuteilen. Bei
Definition der Variablen wie folgt:
DAC ist die Verstärkung des Digital-Analog-Wandlers 130 in Volt pro niedrigstwertiges Bit (LSB),
GM ist die Transkonduktanzverstärkung des Schwing spulen-Treiberverstärkers 132 in Ampere/Volt,
KT ist die Drehmomentkonstante des Schwingspulen motors in Newtonmeter/Ampere,
J ist die Trägheit der Kopf-Arm-Anordnung in kg-m2,
TPI ist der Wert für Spuren pro Zoll der Platte,
KP ist eine Konstante, die beim Strom-Einschalten kalibriert wird, die Beschleunigungskonstante der Anlage repräsentiert und angegeben ist durch
DAC ist die Verstärkung des Digital-Analog-Wandlers 130 in Volt pro niedrigstwertiges Bit (LSB),
GM ist die Transkonduktanzverstärkung des Schwing spulen-Treiberverstärkers 132 in Ampere/Volt,
KT ist die Drehmomentkonstante des Schwingspulen motors in Newtonmeter/Ampere,
J ist die Trägheit der Kopf-Arm-Anordnung in kg-m2,
TPI ist der Wert für Spuren pro Zoll der Platte,
KP ist eine Konstante, die beim Strom-Einschalten kalibriert wird, die Beschleunigungskonstante der Anlage repräsentiert und angegeben ist durch
KP = CAC . GM . (KT/J) . L . TPI . T2,
T ist die Abtastperiode,
Δ ist die Abtast-Korrektur-Verzögerung,
m ist eine als
Δ ist die Abtast-Korrektur-Verzögerung,
m ist eine als
definierte Konstante mit einem Wert von etwa 1/2 in
einer Ausführungsform,
ergibt sich:
ergibt sich:
K1 = 0,5 . KP . m
K2 = 0,5 . KP . (1 - m)
Der Nominal- und Worst-Case-Wert der Beschleunigungs
konstante KP werden aus den vorgegebenen Werten des Plat
tenlaufwerks berechnet. Auf Grund von Produktionstoleranzen
und/oder Temperaturvariationen wird beim Strom-Einschalten
eine Kalibrierung durchgeführt, das heißt adaptiv während
der Operation des Plattenlaufwerks, oder während der Her
stellung als Teil eines Fabrikskalibriervorgangs. Die Kali
brierung involviert die Beschleunigung des Betätigers wäh
rend eines festgelegten Zeitraums unter Verwendung eines
Konstantstroms und die Messung der entsprechenden zurückge
legten Distanz. Dann wird die Beschleunigungskonstante aus
der gemessenen Distanz berechnet. In einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist KP etwa 0,015 Spuren/Abtast
wert2/LSB.
Bei korrekter Auswahl der oben diskutierten Konstanten
ist die geschätzte Geschwindigkeit X2EST(z) eine genaue
Schätzung der tatsächlichen Geschwindigkeit des Kopfes so
gar unter nachteiligen Bedingungen, wie einer Fehlberech
nung der Anlagenbeschleunigungskonstante KP oder Fehlkali
brierung in den Vorspannkräften, die auf die Kopf-Arm-An
ordnung wirken. Mit anderen Worten ist ein System gemäß der
vorliegenden Erfindung robust. Der Rückführungskorrektur
term G1 . (X1(z) - X1EST(z)) in der vorliegenden Erfindung
spielt eine Schlüs
selrolle bei der Robustheit des Schätzers, da er verhindert,
daß Änderungen der Betätigercharakteristiken, die von den
zum Einstellen der Konstanten verwendeten Werten verschieden
sind, zu einem Fehler führen.
Ferner ist die geschätzte Position X1EST(z) eine genaue
Vorhersage der wahren Position des Kopfes im nächsten Ab
tastmoment unter allen wichtigen dynamischen Bedingungen,
das heißt während der Beschleunigung, des konstanten Ge
schwindigkeitsleerlaufs, der Bremsung und einer sich ändern
den Bremsrate. Insbesondere kann ein Kopfpositionierungssy
stem, bei dem die vorliegende Erfindung verwendet wird,
einer Schrittfunktion im Kontrollerausgang standhalten und
wiederhergestellt werden; eine derartige Wiederherstellung
tritt typischerweise innerhalb von zwei Abtastperioden auf.
Wie durch Ansicht von Fig. 4A hervorgeht, ist der Schät
zer 160 eine direkte Implementation der Gl. 1 und 2. Der
Schätzer 160 umfaßt Eingangsanschlüsse 205, 210; Verzögerun
gen 215, 225
und 270; Subtrahierer 220, 235; Addierer 245,
255, 280; Vervielfacher 230, 240, 250, 275; einen Schalter 260
und Ausgangsanschlüsse 265, 285.
Das zusammengesetzte Positionssignal X1(z) wird an den
Eingangsanschluß 205 geliefert und dann an die Verzögerung
215, den Subtrahierer 220 und den Subtrahierer 235. Das Ver
zögerungselement 215 ist eingerichtet, um ein verzögertes
Positionssignal z-1 . X1(z - 1) oder X1(z - 1), das heißt X1(z)
vom vorhergehenden Abtastintervall, dem Addierer 280 und dem
Subtrahierer 220 zu liefern.
Der Steuerbefehl U(z) wird an einen Eingangsanschluß
210 und dann an die Verzögerung 225 geliefert, der den Steu
erbefehl für die beiden vorherigen Abtastintervalle reprä
sentierende gespeicherte Werte enthält. Die Verzögerung 225
ist eingerichtet, um den vorherigen Steuerbefehlswert z-1.
U(z) mit einer Konstante K1 zu multiplizieren, den Steuerbe
fehlswert von den vorherigen beiden Abtastwerten z-2 . U(z)
mit einer Konstante K2 zu multiplizieren, die multiplizier
ten Werte zu addieren und das Ergebnis als historisches Be
fehlssignal an den Vervielfacher 230 und den Addierer 280 zu
liefern.
Die geschätzte Geschwindigkeit von einem vorherigen Ab
tastintervall z-1 . X2EST(z) wird von einer Vezögerung 270 an
den Addierer 280 geliefert.
Der Addierer 280 ist eingerichtet, um die ihm zugeführ
ten Signale, nämlich das verzögerte zusammengesetzte Posi
tionssignal z-1 . X1(z), das vorherige geschätzte Geschwindig
keitssignal z-1 . X2EST(z) und das historische Befehlssignal
K1 . z-1 . U(z) + K2 . z-2 . U(z), zu addieren, wobei ein vorhergesag
tes Positionssignal X1EST(z) erzeugt wird, und wobei das
vorhergesagte Positionssignal an einen Ausgangsanschluß 285
und an den Subtrahierer 235 angelegt wird.
Wie ersichtlich ist, hängt der Wert für das vorherge
sagte Positionssignal X1EST(z) von Messungen bis zum und
einschließlich des vorherigen Abtastwerts ab. Bei Verwendung
der Terminologie von Franklin, Powell and Workman, Digital
Control of Dynamic Systems, 2. Aufl., Addison Wesley 1990,
§ 6.3, ist das Signal X1EST(z) ein "Vorhersage"-Schätzer.
Wenn spezifischer der Steuerstrom U(z) für das nte Ab
tastintervall an die Anlage angelegt wird, kann das ge
schätzte vorhergesagte Positionssignal X1EST(n + 1) für das
nächste Abtastintervall sofort erhalten werden, bevor der
nächste physikalische Abtastwert von der Anlage erhalten
wird. Während dieses Zeitraums, der als Vorausberechnungs
zeitraum bezeichnet wird, können auch das gewichtete histo
rische Befehlssignal D1 . (K1 . z-1 . U(z) + K2 . z-2 . U(z)) und die
gewichtete verzögerte Geschwindigkeitsschätzung C1 . z-1.
X2EST(z) erhalten werden.
Demgemäß müssen während des Nicht-Vorausberechnungs-
oder In-line-Abschnitts eines Abtastintervalls nur zwei Sub
traktions-, zwei Multiplikations- und zwei Additionsfunk
tionen durchgeführt werden, was eine kurze Abtast-Korrektur-
Verzögerung Δ leichter macht. Auf Grund anderer notwendiger
Berechnungen, die hier nicht diskutiert werden, hatte die
Abtast-Korrektur-Verzögerung Δ in einer Implementation der
vorliegenden Erfindung einen Wert von etwa der Hälfte des
Abtastintervalls.
Der Subtrahierer 235 ist eingerichtet, um das vorherge
sagte Positionssignal X1EST(z) vom zusammengesetzten Posi
tionssignal X1(z) zu subtrahieren und das Ergebnis als Posi
tionsdifferenz an den Vervielfacher 240 anzulegen, der ein
gerichtet ist, um die Positionsdifferenz mit einer Konstante
G1 zu multiplizieren, und um das Ergebnis als gewichtetes
Differenzsignal, auch als Rückführungskorrektursignal be
zeichnet, an einen Addierer 245 anzulegen.
Der Vervielfacher 230 ist eingerichtet, um das histo
rische Befehlssignal mit einer Konstante D1 zu multiplizie
ren, und um das Ergebnis als gewichtetes historisches Be
fehlssignal an den Subtrahierer 220 anzulegen.
Der Subtrahierer 220 ist eingerichtet, um das zusammen
gesetzte Positionssignal vom vorherigen Abtastintervall vom
zusammengesetzten Positionssignal für das aktuelle Abtast
intervall zu subtrahieren, und um das Ergebnis zum gewich
teten historischen Befehlssignal zu addieren, wobei ein
Aggregatsignal erzeugt wird, das an den Addierer 245 ange
legt wird.
Der Addierer 245 ist eingerichtet, um das Aggregatsi
gnal und das gewichtete Positionsdifferenzsignal zu addie
ren, und um das Ergebnis als Zwischensignal an einen Schal
ter-Eingangsanschluß 260A und an einen Vervielfacher 250 zu
liefern, der eingerichtet ist, um das Zwischensignal mit
einer Konstante C0 zu multiplizieren. Das gewichtete Zwi
schensignal wird an einen Addierer 255 angelegt.
Der Schalter 160 wird durch ein Steuersignal von der
Entscheidungsschaltung 155 von Fig. 2 gesteuert. Wenn Fein
positionsinformationen in das zusammengesetzte Positionssi
gnal gemischt werden und ein Filtern nicht notwendig ist,
wird das gewichtete Zwischensignal vom Schalter-Eingangsan
schluß 260A dem Ausgangsanschluß 265 als geschätztes Ge
schwindigkeitssignal X2EST(z) zugeführt.
Das vom vorhergehenden Abtastintervall z-1 . X2EST(z) er
zeugte geschätzte Geschwindigkeitssignal wird von der Ver
zögerungsschaltung 270 an den Vervielfacher 275 geliefert,
der es mit einer Konstante C1 multipliziert und das Ergebnis
als gewichtetes verzögertes geschätztes Geschwindigkeits
signal an den Addierer 255 anlegt.
Die Verzögerungsschaltung 270 und die Vervielfacher 275
und 250 umfassen ein Digitalfilter erster Ordnung.
Der Addierer 255 ist eingerichtet, um das gewichtete
verzögerte geschätzte Geschwindigkeitssignal zum gewichteten
Zwischensignal zu addieren, und um das Ergebnis einem Schal
ter-Eingangsanschluß 260B zuzuführen. Wenn nur Grobposi
tionsinformationen verwendet werden, das heißt für den Groß
teil des Suchens, ist eine Ausgangsfilterung erforderlich,
und der Schalter 260 wird gesteuert, so daß das an den
Schalter-Eingangsanschluß 260B angelegte Signal an den Aus
gangsanschluß 265 als geschätztes Geschwindigkeitssignal
X2EST(z) geliefert wird. Alternativ dazu kann ein Filtern
verwendet werden, auch wenn Feinpositionsinformationen ein
gesetzt werden; und in diesem Fall kann ein Filter mit höhe
rer Bandbreite verwendet werden, als wenn nur Grobpositions
informationen eingesetzt werden.
Wie ersichtlich ist, hängt der Wert für X2EST(z) von
Messungen bis zum und einschließlich des aktuellen Abtast
werts ab. Bei Verwendung der Terminologie von Franklin,
Powell and Workman ist das geschätzte Geschwindigkeitssignal
X2EST(z) ein "aktuelles" Schätzersignal.
Ein Schätzer gemäß der vorliegenden Erfindung ist
relativ einfach, da sich jede seiner Positions- und Ge
schwindigkeitsschätzungen auf einen bestimmten Abtastmoment
beziehen und nicht versucht wird, Werte nach der Abtast-Kor
rektur-Verzögerung aufzulösen, das heißt, wenn der Steuerbe
fehl angelegt wird. Wie oben diskutiert, ist jedoch die Ab
tast-Korrektur-Verzögerung in der Auswahl der Gewichtungs
konstanten enthalten.
Die korrekte Auswahl der Konstante D1 ermöglicht es,
daß ein Schätzer gemäß der vorliegenden Erfindung auch an
gesichts einer großen Abtast-Korrektur-Verzögerung ohne die
Notwendigkeit der Schätzung von Werten nach der Abtast-Kor
rektur-Verzögerung genaue Ergebnisse vorsieht.
Nun wird mit Bezugnahme auf Fig. 4B eine weitere Imple
mentation eines Geschwindigkeits- und Positionsschätzers
gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Bei Einsetzen der Gl. 1 in Gl. 2 ergibt sich folgendes:
X2EST(z) = C0 . (1 + G1) . (X1(z) - z-1 . X1(z))
+ C0 . (D1 - G1) . (K1 . z-1 . U(z) + K2 . z-2 . U(z))
+ (C1 - C0 . G1) . (z-1 . X2EST(z)) . y ... (Gl. 3)
Gl.3 kann vereinfacht werden, indem die Konstanten zusammen
gruppiert werden, wobei sich ergibt:
X2EST(z) = A.(X1(z) - z-1.X1(z)) + B.(K1.z-1.U(z) + K2 . z-2.U(z)) + E . (z-1.X2EST(z)) ... (Gl. 4)
Gl. 4 repräsentiert eine Summierung der Differenz zwischen
aufeinanderfolgenden Positionsabtastwerten und der Summe
aufeinanderfolgender Ausgangsbefehle, wobei dann der sum
mierte Wert mit einem Tiefpaß erster Ordnung mit dem Koeffi
zienten E gefiltert wird. Die Abtast-Korrektur-Verzögerung
ist in den K1- und K2-Termen enthalten, so daß der histori
sche Befehlsterm K1 . z-1 . U(z) + K2 . z-2 . U(z) analog zum Spulen
strom während einer Abtastperiode ist, und der Term X1(z) -
z-1 . X1(z) ist ein Digitaldifferenzierglied. Der Rückfüh
rungskorrekturterm G1 . (X1(z) - X2EST(z)) von Gl. 2 wird in
der gesamten Gl. 3 verteilt und in den Konstanten A, B und E
von Gl. 4 reflektiert.
Gl. 1 und 4 können zusammen implementiert werden, wie in
Fig. 4B gezeigt; diese Implementation hat den Vorteil eines
kleineren Prozessorberechnungsaufwandes relativ zum Schätzer
von Fig. 4A, da sie nur eine Multiplikations-, eine Addi
tions- und eine Subtraktionsoperation während des In-line-
Abschnitts eines Abtastintervalls erfordert.
Der in Fig. 4B gezeigte Schätzer 160B umfaßt Eingangsan
schlüsse 405, 410; Verzögerungsschaltungen 415, 435, 450;
einen Subtrahierer 420; Addierer 430, 460; Vervielfacher
425, 440, 455; und Ausgangsanschlüsse 445, 465. Die Kompo
nenten des Schätzers 160B sind eingerichtet, um auf eine
Weise zu operieren, die allgemein jener des Schätzers von
Fig. 4A ähnlich ist, und der Kürze halber wird eine Beschrei
bung hiervon weggelassen. Während des zeitkritischen In-line-
Abschnitts eines Abtastintervalls, um ein geschätztes Ge
schwindigkeitssignal X2EST(z) zu erzeugen, müssen nur ein
Subtrahierer 420, Vervielfacher 425 und Addierer 430 ope
rieren. Die übrigen Komponenten des Schätzers 160B, nämlich
die Verzögerungsschaltungen 415, 435, 450, Vervielfacher
440, 455 und der Addierer 460 können während des weniger
zeitkritischen Vorausberechnungsabschnitts eines Abtast
intervalls operieren.
Zur Erleichterung einer Software-Implementation des
Schätzers werden Gl. 1 und 2 als Differenzgleichungen wie
folgt umgeschrieben:
X1EST(n + 1) = X1(n) + X2EST(n) + K1 . U(n) + K2 . U(n - 1) . y ... (Gl. 5)
X2EST(z) = C0 . (X1(n) - X1(n - 1) + D1 . (K1 . U(n - 1)
+ K2 . U(n - 2)) + G1 . (X1(n) - X1EST(n)))
+ C1 . X2EST(n - 1) . y ... (Gl. 6)
Nun wird die Ableitung dieser Gleichungen mit Bezugnah
me auf Fig. 3A und 3B beschrieben.
Das vollständige geschlossene Schleifensystem, das den
Schätzer und Kontroller umfaßt, ist mit einer guten Stabili
tätsspanne ausgebildet, das heißt mit geringen Änderungen des
Schwingspulenmotor-Steuerstromes bei der Verfolgung eines
Geschwindigkeitsprofils vom konstanten Bremstyp. Demgemäß
sind Inkrementaländerungen der Beschleunigung während eines
Abtastintervalls klein. Während des Großteils des Suchens
ändert sich die Beschleunigung nicht rasch während eines
Abtastintervalls, so ist eine gute Schätzung der Inkremen
taländerung der Position während des Abtastintervalls (mitt
lere Geschwindigkeit) . (Abtastperiode), und eine neue Posi
tion wird angegeben durch:
X1(n + 1) = X1(n) + 0,5.(X2(n + 1) + X2(n)).y ... (Gl. 7)
In einer vorteilhaften Ausführungsform werden, auch wenn
sich die Beschleunigung rasch ändert, die erhaltenen
Schätzerübergangserscheinungen in zwei Abtastperioden
wiederhergestellt. Da die Geschwindigkeit in
Einheiten/Abtastwert ist, muß die Abtastperiode nicht in die
Gleichungen eingesetzt werden.
Gl. 7 wird umgeschrieben als:
X1(n + 1) = X1(n) + X2(n) + 0,5 . (X2(n + 1) - X2(n)) . y ... (Gl. 8)
Der Term 0,5.(X2(n + 1) - X2(n)) repräsentiert die stückweise
Inkrementaländerung der Geschwindigkeit auf Grund der Be
schleunigung während des Abtastintervalls, die ihrerseits
durch folgendes angegeben wird:
X2(n + 1) - X2(n) = KP . m . U(n) + KP . (1 - m) . U(n - 1) . y ... (Gl. 9)
Das Kombinieren von Gl. 8 und 9 ergibt folgendes:
X1(n + 1) = X1(n) + X2(n) + 0,5 . (KP . m . U(n) + KP . (1 - m) . U(n - 1)) . y ... (Gl. 10)
Bei der Verwendung von X2EST(n) als X2(n), K1 = 0,5 . KP . m und
K2 = 0,5 . KP . (1 - m) ist Gl. 10 identisch mit Gl. 5.
Ein Flußdiagramm für eine diese Gleichungen implemen
tierende Software-Routine ist in Fig. 5A gezeigt. Die Schrit
te 300 bis 365 umfassen den In-line-Abschnitt der Schätzer-
Routine, das heißt die Berechnung der geschätzten Geschwin
digkeit X2EST(n) gemäß Gl. 6, wohingegen die Schritte 370 bis
399 den Vorausberechnungsabschnitt der Schätzer-Routine
umfassen.
In Schritt 305 erfolgt ein Test, ob Feinpositionsinfor
mationen zu verwenden sind. Wenn nicht, werden die Grobposi
tionsinformationen allein als zusammengesetzte Position ein
gesetzt. Wenn dieser Test mit ja beantwortet wird, werden in
Schritt 310 die Feinpositionsinformationen gelesen und mit
den Grobpositionsinformationen kombiniert, um die zusammen
gesetzte Position zu erzeugen.
In Schritt 315 wird die Gültigkeit der zusammengesetz
ten Position, oder der Positionsabtastwert, geprüft, bei
spielsweise unter Verwendung eines Hardware-Bits. Wenn die
zusammengesetzte Position nicht gültig ist, wird sie in
Schritt 320 durch die Schätzung der aktuellen Position er
setzt, die während des Vorausberechnungsabschnitts des vor
herigen Abtastintervalls erhalten wird.
Gl. 6 kann umgeschrieben werden als:
X2EST(n) = f + g,
worin
g = C1 . X2EST(n - 1)
f = C0 . e
e = a + c + d
d = D1 . (K1 . U(n - 1) + K2 . U(n - 2))
c = G1 . b
b = X1(n) - X1EST(n)
a = X1(n) - X1(n - 1)
f = C0 . e
e = a + c + d
d = D1 . (K1 . U(n - 1) + K2 . U(n - 2))
c = G1 . b
b = X1(n) - X1EST(n)
a = X1(n) - X1(n - 1)
Es ist leicht ersichtlich, daß in Schritt 325 der Wert a er
halten wird; in Schritt 330 der Wert b erhalten wird; in
Schritt 335 der Wert c erhalten wird; in Schritt 340 der
Wert d erhalten wird; in Schritt 345 der Wert e erhalten
wird; in Schritt 350 der Wert f erhalten wird; in Schritt
355 der Wert g erhalten wird; und in Schritt 360 der Wert
X2EST(n) erhalten wird.
In Schritt 365 wird der Wert X2EST(n) zu einer Steuer
gesetz-Routine geleitet, die ausgeführt wird, und der erhal
tene Kontrollerausgang U(n) wird zum Digital-Analog-Wandler
als Korrekturwert geführt. Die Steuergesetz-Routine umfaßt
die Funktionen des Geschwindigkeitsprofilgenerators 110, des
Subtrahierers 115, der Verstärkerschaltung 120 und des
Addierers 125 von Fig. 2.
Der Vorausberechnungsabschnitt des Abtastintervalls be
ginnt in Schritt 370 durch das Erhalten des Kontrolleraus
gangs U(n). In Schritt 375 wird ein historischer Befehls
signalterm h erhalten. Die geschätzte Position für das näch
ste Abtastintervall X1EST(n + 1) wird in Schritt 380 erhalten.
In jedem der Schritte 385 und 390 wird eine Multiplikation
durchgeführt, D1 . h bzw. C1 . X2EST(n), und das Ergebnis gespei
chert. In Schritt 395 werden Werte im Speicher verschoben,
um das neue Abtastintervall zu reflektieren, und die
Vorausberechnungs-Routine endet in Schritt 399.
Ähnlich können zur Erleichterung der Software-Implemen
tation die Gl. (1) und (4) als folgende Differenzgleichungen
umgeschrieben werden:
X1EST(n + 1) = X1(n) + X2EST(n) + K1 . U(n) + K2 . U(n - 1) . y ... (Gl. 11)
X2EST(n) = A . (X1(n) - X1(n - 1)) + B . (K1 . U(n - 1) + K2 . U(n - 2)) + E . X2EST(n - 1) . y ... (Gl. 12)
Der Zweckmäßigkeit halber wurde Gl. 5 als Gl. 11 wiederholt.
Ein Flußdiagramm für eine diese Gleichungen implemen
tierende Software-Routine ist in Fig. 5B gezeigt. Die
Schritte 500 bis 565 umfassen den In-line-Abschnitt der
Schätzer-Routine, das heißt die Berechnung der geschätzten
Geschwindigkeit X2EST(n) gemäß Gl. 12, wohingegen die
Schritte 570 bis 599 den Vorausberechnungsabschnitt der
Schätzer-Routine umfassen.
Die Schritte 500 bis 520 sind ähnlich den Schritten 300
bis 320 in Fig. 5A und werden der Kürze halber nicht be
schrieben.
Gl. 12 kann umgeschrieben werden als:
X2EST(n) = m + p + q,
worin
m = A . a
a = X1(n) - X1(n - 1)
p = B . (K1 . U(n - 1) + K2 . U(n - 2))
q = E . X2EST(n - 1)
m = A . a
a = X1(n) - X1(n - 1)
p = B . (K1 . U(n - 1) + K2 . U(n - 2))
q = E . X2EST(n - 1)
Es ist ersichtlich, daß in Schritt 525 der Wert a erhalten
wird; in Schritt 530 der Wert m erhalten wird; in Schritt
535 der Wert p erhalten wird; in Schritt 540 der Wert q er
halten wird; und in Schritt 545 der Wert X2EST(n) erhalten
wird.
Die Schritte 565 bis 599 sind ähnlich den Schritten 365
bis 399 in Fig. 5A und werden der Kürze halber nicht be
schrieben.
Eine weitere Ausführungsform eines Schätzers gemäß der
vorliegenden Erfindung ist als Schätzer 160A in Fig. 6A ge
zeigt, die eine Implementation der folgenden Gleichungen
ist:
Die Konstante G2 repräsentiert die Integratorverstärkung und
hat einen Wert von beispielsweise 0,215.
Der Schätzer 160A unterscheidet sich vom in Fig. 4A ge
zeigten Schätzer 160 durch den Einschluß von Vervielfachern
251, 276, von Schaltern 253, 277, eines Integrators 290 und
einer Verzögerungsschaltung 292.
Die Schalter 253, 277 sind eingerichtet, um durch die
Ausführung des Steueralgorithmus in der Entscheidungsschal
tung 155 von Fig. 2 umgeschaltet zu werden, so daß, wenn nur
Grobpositionsinformationen verwendet werden, jeweils die
Konstanten C0, C1 der Vervielfacher 250, 275 ausgewählt
werden und eine Filterbandbreite von etwa 300 Hz vorgesehen wird;
wohingegen, wenn Feinpositionsinformationen eingesetzt
werden, jeweils die Konstanten C0', C1' der Vervielfacher
251, 276 ausgewählt werden und eine Filterbandbreite von
ungefähr 1,5 kHz vorgesehen wird.
Der Integrator 290 ist eingerichtet, um das Positions
differenzsignal X1(z) - X1EST(z) zu integrieren, und um ein
integriertes Differenzsignal vorzusehen, das beim Erhalten
des geschätzten Positionssignals X1EST(z) und des geschätz
ten Geschwindigkeitssignals X2EST(z) verwendet wird. Die
Verzögerungsschaltung 292 ist eingerichtet, um ein verzöger
tes integriertes Differenzsignal vorzusehen.
Andere Unterschiede zwischen dem Schätzer 160A und dem
Schätzer 160 sind, daß die Verzögerungsschaltung 225A Ge
wichtungskonstanten K1' und K2' enthält, wobei K1' =
K1/0,5 = KP . m, und K2' = K2/0,5 = KP . (m - 1), und daß der Ver
vielfacher 230 eine Konstante D1' = D1 . 0,5 verwendet. Ein
Addierer 295 ist eingerichtet, um das verzögerte integrierte
Differenzsignal und das modifizierte historische Befehls
signal zu kombinieren, und um das Ergebnis an einen Verviel
facher 297 zu liefern, der das ihm zugeführte Signal mit 0,5
multipliziert. Ferner addiert der Addierer 245A auch das
integrierte Differenzsignal vom Integrator 290, um ein Zwi
schensignal zu erzeugen. Die Verwendung des Integrators 290
reduziert den Fehler des Positionsschätzersignals nahe bei
der Zielspur, wenn Feinpositionsinformationen verwendet
werden, bei Vorliegen einer Fehlkalibrierung der Treib
vorspannkraft. Der Integrator hat wenige Vorteile, wenn
Grobpositionsinformationen allein eingesetzt werden.
Die Vorspannkraft-Kalibrierung wird in der Fabrik oder
unmittelbar nach dem Spin-up durchgeführt. Kalibrierwerte
werden in einer Tabelle als Funktion der Kopfposition ge
speichert. Vor der Kalibrierung oder ansonsten auf Grund der
Speicherung zumindest eines fehlerhaften Kalibrierwertes in
der Tabelle kann jedoch eine Verschlechterung der Positions-
und Geschwindigkeitsschätzungen auftreten. Spezifisch muß
ein Teil des angelegten Positioniererstroms die Vorspann
kraft am Betätiger überwinden, anstatt eine Beschleunigung
zu erzeugen. Wenn die Vorspannkraft in der gleichen Richtung
wie die Beschleunigung verläuft, wird eine größere Beschleu
nigung erzeugt als dem Befehlsausgang entspricht. Wenn die
Vorspannkraft in einer anderen Richtung als der Beschleuni
gungsrichtung verläuft, wird eine geringere Beschleunigung
erzeugt als dem Befehlsausgang entspricht. In beiden Fällen
tritt ein Fehler auf.
Eine weitere Ausführungsform des Schätzers gemäß der
vorliegenden Erfindung ist als Schätzer 160C in Fig. 6B ge
zeigt. Der Schätzer 160C entspricht im allgemeinen dem
Schätzer 160B in Fig. 4B mit dem Zusatz eines Integrators und
ist eine Implementierung der folgenden Gleichungen:
Die Konstanten G3 und G4 werden durch Trial-and-error einge
stellt, um eine optimale Leistung zu erhalten, ausgehend von
den Werten G3 = G2 . C0 und G4 = 0,5 . G2.
Der Schätzer 160C in Fig. 6B unterscheidet sich vom
Schätzer 160B in Fig. 4B durch den Einschluß eines Subtrahie
rers 475, eines Integrators 480, von Vervielfachern 485, 495
und einer Verzögerungsschaltung 490. Der Integrator 480
integriert das Positionsdifferenzsignal X1(z) - X1EST(z) und
sieht ein integriertes Positionsdifferenzsignal vor, das
beim Erhalten des geschätzten Positionssignals X1EST(z) und
des geschätzten Geschwindigkeitssignals X2EST(z) verwendet
wird. Die Verzögerungsschaltung 490 und die Vervielfacher
485 und 495 sind eingerichtet, um auf ähnliche Weise wie
oben beschriebene ähnliche Elemente zu funktionieren.
Fig. 7A bis 7C zeigen die Wirkung des Weglassens und
Hinzufügens des Integrators 290 beim in Fig. 6A gezeigten
Schätzer 160A für die Situation, wo eine physikalische
Worst-Case-Vorspannung an eine Simulation des Plattenlauf
werks ohne Verwendung einer Kalibrierkorrektur des Ausgangs
des Digital-Analog-Wandlers angelegt wird. Dies entspricht
einer 100% Fehlkalibrierung der erwarteten Worst-Case-Vor
spannkraft für das Plattenlaufwerk.
Fig. 7A zeigt den Positionierermotorstrom für ein Suchen
von 100 Spuren mit maximaler Vorspannkraft. Die in Fig. 7A
dargestellte Kurve gibt die maximale Beschleunigung an, die
sich über einige Abtastwerte zur maximalen Bremsung ändert.
An der mit F angegebenen vertikalen Linie beginnt der
Schätzer, Feinpositionsinformationen zu verwenden. An der
mit M bezeichneten vertikalen Linie geht das Plattenlaufwerk
vom Suchmodus zum Spurverfolgungsmodus. Eine getrennte Spur
verfolgungs-Positionsschleife, die über den Umfang der vor
liegenden Erfindung hinausgeht, hält den Kopf in Position
gegen die Vorspannkraft, daher wird der Befehlsstrom im sta
tionären Zustand versetzt.
Fig. 7B zeigt den Geschwindigkeitsschätzerfehler. Die
durchgehende Linie bezeichnet das Fehlen des Integrators
290, das heißt die Operation des Schätzers 160, wohingegen
die punktierte Linie die Verwendung des Integrators 290 an
gibt, das heißt die Operation des Schätzers 160A. Die Stör
impulsreaktion ist etwas unterschiedlich, jedoch nicht von
besonderer Bedeutung. Im Spurverfolgungsmodus wird die Ge
schwindigkeitsschätzung nicht verwendet, so hat der Wert von
Null des Geschwindigkeitsschätzerfehlers am rechtesten Teil
von Fig. 7B keine Signifikanz.
Der Vorteil des Integrators ist in Fig. 7B und 7C er
sichtlich, welche die Geschwindigkeits- bzw. Positionsschät
zerfehler zeigen. Die durchgehenden Linien bezeichnen das
Fehlen des Integrators 290. Insbesondere sind ohne einen
Integrator ein Geschwindigkeitsschätzerfehler nach der Linie
F in Fig. 7B und ein Positionsschätzerfehler von etwa 1/20
Spur in Fig. 7C dargestellt.
Alle Geschwindigkeitsschätzerfehler im stationären Zu
stand können einen im wesentlichen nachteiligen Einfluß auf
die Ausregelleistung des Laufwerks ausüben, da ein Übergang
zum Spurverfolgungsmodus, der zu schnell ist, ein exzessives
Überschwingen und eine daraus folgende Erhöhung der gesamten
Suchzeit bewirken kann. Andererseits kann ein Übergang, der
zu langsam ist, eine Blockierung verursachen.
Ein Positionsschätzerfehler ist nur wichtig, wenn
schlechte Positionsinformationen, entweder Gray-Code- oder
Positions-Bursts, von der Platte gelesen werden. In diesem
Fall wird die gelesene Position durch die Schätzung der Po
sition ersetzt, und, wenn fehlerhaft, bewirkt diese, daß ein
inkorrekter Kontrollerbefehl erzeugt wird, was ähnliche Wir
kungen wie die oben beschriebenen haben kann.
Die Verwendung des Integrators eliminiert im wesentli
chen diese Fehler im stationären Zustand und vermeidet diese
Folgen.
Obwohl erläuternde Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung, und verschiedene Modifikationen davon, hier de
tailliert mit Bezugnahme auf die beigeschlossenen Zeich
nungen beschrieben wurden, ist es klar, daß die Erfindung
nicht auf diese präzisen Ausführungsformen und die beschrie
benen Modifikationen beschränkt ist, und daß verschiedene
Änderungen und weitere Modifikationen darin durch einen
Fachmann durchgeführt werden können, um vom Umfang oder
Grundgedanken der Erfindung, wie in den beiliegenden
Ansprüchen definiert, abzuweichen.
Claims (26)
1. Verfahren zum Steuern einer Suchoperation eines beweg
baren Kopfs in einem Plattenlaufwerk von dem Typ, der eine
Platte mit Spuren aufweist, welche eingebettete Servoinfor
mationen, die Grobpositionsinformationen und Feinpositions
informationen einschließen, enthalten, welches Verfahren
die Schritte umfaßt:
Erzeugen eines Positionsfehlers, der eine Differenz zwischen einer Zielspur und einer aktuellen Spur, über wel cher der Kopf positioniert ist, repräsentiert,
Vorsehen eines Geschwindigkeitsbefehls als Funktion des Positionsfehlers,
Erzeugen eines Geschwindigkeitsfehlers, der eine Dif ferenz zwischen dem Geschwindigkeitsbefehl und einer ge schätzten Geschwindigkeit des Kopfes repräsentiert,
Bewegen des Kopfes von der aktuellen Spur zur Zielspur ansprechend auf den Geschwindigkeitsfehler,
Lesen der Servoinformationen von einer Zwischenspur auf der Platte zwischen der aktuellen Spur und der Ziel spur, während sich der Kopf zur Zielspur bewegt, und
Erzeugen der geschätzten Geschwindigkeit unter Verwen dung der Grobpositionsinformationen in den Servoinformatio nen, die von der Zwischenspur gelesen werden, ohne Verwen dung der Feinpositionsinformationen in den Servoinformatio nen.
Erzeugen eines Positionsfehlers, der eine Differenz zwischen einer Zielspur und einer aktuellen Spur, über wel cher der Kopf positioniert ist, repräsentiert,
Vorsehen eines Geschwindigkeitsbefehls als Funktion des Positionsfehlers,
Erzeugen eines Geschwindigkeitsfehlers, der eine Dif ferenz zwischen dem Geschwindigkeitsbefehl und einer ge schätzten Geschwindigkeit des Kopfes repräsentiert,
Bewegen des Kopfes von der aktuellen Spur zur Zielspur ansprechend auf den Geschwindigkeitsfehler,
Lesen der Servoinformationen von einer Zwischenspur auf der Platte zwischen der aktuellen Spur und der Ziel spur, während sich der Kopf zur Zielspur bewegt, und
Erzeugen der geschätzten Geschwindigkeit unter Verwen dung der Grobpositionsinformationen in den Servoinformatio nen, die von der Zwischenspur gelesen werden, ohne Verwen dung der Feinpositionsinformationen in den Servoinformatio nen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, welches ferner die Schritte
umfaßt: Bilden einer abgetasteten Position von den Grob
positionsinformationen in den Servoinformationen, Schätzen
einer vorhergesagten Position des Kopfes relativ zur Plat
te, und Bilden einer nächsten aktuellen Spurposition unter
Verwendung der abgetasteten Position, wenn die nach
folgenden Servoinformationen nicht fehlerhaft sind, und un
ter Verwendung der vorhergesagten Position, wenn die Ser
voinformationen fehlerhaft sind.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem beim Schritt
des Schätzens einer vorhergesagten Position die Grobpositi
onsinformationen, die von der Zwischenspur gelesen werden,
ohne Verwendung der Feinpositionsinformationen in den Ser
voinformationen eingesetzt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem der Schritt des
Lesens von Servoinformationen von der Platte in Abtastin
tervallen wiederholt wird, während sich der Kopf quer über
die Platte bewegt, und während die eingebetteten Servoin
formationen von der Platte gelesen werden, wobei jedes Ab
tastintervall einen In-line-Abschnitt und einen Vorausbe
rechnungsabschnitt enthält; und bei welchem der Schritt des
Erzeugens der geschätzten Geschwindigkeit während des In-
line-Abschnitts auftritt, und die vorhergesagte Position
während des Vorausberechnungsabschnitts geschätzt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 2, welches ferner den Schritt
umfaßt: Vergleichen der nächsten aktuellen Spurposition und
der vorhergesagten Position, um ein Rückführungskorrektur
signal zu erzeugen, und bei welchem der Schritt des Erzeu
gens der geschätzten Geschwindigkeit auf das Rückführungs
korrektursignal anspricht.
6. Verfahren nach Anspruch 5, welches ferner den Schritt
umfaßt: Integrieren des Rückführungskorrektursignals, um
ein integriertes Korrektursignal zu erzeugen, und bei wel
chem der Schritt des Erzeugens der geschätzten Geschwindig
keit auf das integrierte Korrektursignal anspricht.
7. Verfahren nach Anspruch 1, welches ferner den Schritt
umfaßt: Verwenden der Feinpositionsinformationen in den
Servoinformationen, die aus der Zwischenspur ausgelesen
werden, wenn die aktuelle Position des Kopfes innerhalb un
gefähr 20 Spuren von der Zielspur liegt, um die Geschwin
digkeit des Kopfes in der aktuellen Position zu schätzen.
8. Verfahren nach Anspruch 7, bei welchem der Schritt des
Erzeugens der geschätzten Geschwindigkeit innerhalb einer
vorherbestimmten Bandbreite operiert, und welches ferner
den Schritt umfaßt: Erhöhen der vorherbestimmten Bandbrei
te, wenn die aktuelle Position des Kopfes innerhalb unge
fähr 20 Spuren von der Zielspur liegt.
9. Verfahren nach Anspruch 1, welches ferner die Schritte
umfaßt: Erzeugen eines Steuerbefehls ansprechend auf den
Geschwindigkeitsfehler, Speichern zumindest eines vorhe
rigen Wertes des Steuerbefehls als gespeicherte vorherige
Steuerbefehlsdaten, Speichern zumindest eines vorherigen
Wertes der geschätzten Geschwindigkeit als gespeicherte ge
schätzte Geschwindigkeitsdaten, und Speichern zumindest ei
nes vorherigen Wertes der aktuellen Spurposition als ge
speicherte vorherige Spurdaten; und bei welchem der Schritt
des Bewegens des Kopfes auf den Steuerbefehl anspricht; und
der Schritt des Erzeugens der geschätzten Geschwindigkeit
auf die gespeicherten vorherigen Steuerbefehlsdaten, die
gespeicherten vorherigen geschätzten Geschwindigkeitsdaten
und die gespeicherten vorherigen Spurdaten anspricht.
10. Verfahren nach Anspruch 9, bei welchem der Schritt des
Erzeugens der geschätzten Geschwindigkeit umfaßt: Verglei
chen der gespeicherten vorherigen Spurdaten und aktuellen
Spurpositionsdaten, um Spurdifferenzdaten zu erzeugen; Mul
tiplizieren der Spurdifferenzdaten mit einem vorherbe
stimmten Wert, um gewichtete Spurdifferenzdaten zu erzeu
gen; und Kombinieren der gewichteten Spurdifferenzdaten,
der gespeicherten vorherigen Steuerbefehlsdaten und der ge
speicherten geschätzten Geschwindigkeitsdaten, um die ge
schätzte Geschwindigkeit zu erzeugen.
11. Verfahren nach Anspruch 9, welches ferner den Schritt
umfaßt: Schätzen einer vorhergesagten Position des Kopfes,
während er sich quer über die Platte bewegt; und bei wel
chem der Schritt des Erzeugens der geschätzten Geschwindig
keit umfaßt: Vergleichen der gespeicherten vorherigen Spur
daten mit den aktuellen Spurpositionsdaten, um Spurdiffe
renzdaten zu erzeugen, Vergleichen der aktuellen Spur
positionsdaten mit der vorhergesagten Position, um Positi
onsdifferenzdaten zu erzeugen, Multiplizieren der Positi
onsdifferenzdaten mit einem ersten Wert, um Rückführungs
korrekturdaten zu erzeugen, Kombinieren der Spurdifferenz
daten, der Rückführungskorrekturdaten und der gespeicherten
vorherigen Steuerbefehlsdaten, um ein Zwischensignal zu er
zeugen, Multiplizieren des Zwischensignals mit einem zwei
ten Wert, um ein gewichtetes Zwischensignal zu erzeugen,
und Kombinieren des gewichteten Zwischensignals und der ge
speicherten vorherigen geschätzten Geschwindigkeitsdaten,
um die geschätzte Geschwindigkeit zu erzeugen.
12. Verfahren nach Anspruch 9, welches ferner den Schritt
umfaßt: Schätzen einer vorhergesagten Position des Kopfes,
während er sich quer über die Platte bewegt, durch das Kom
binieren der gespeicherten vorherigen Spurdaten, der ge
speicherten vorherigen Steuerbefehlsdaten und der gespei
cherten geschätzten Geschwindigkeitsdaten.
13. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem jede Suchopera
tion eine Beschleunigungsphase und eine Bremsphase enthält,
und bei welchem der Schritt des Bewegens des Kopfes die
Schritte einschließt: Vorsehen eines Strombefehls als Funk
tion des Geschwindigkeitsfehlers, und Liefern eines tat
sächlichen Stromes an einen Motor des Plattenlaufwerks an
sprechend auf den Strombefehl, an den Motor zum Bewegen
des Kopfes; und bei welchem beim Schritt des Erzeugens der
geschätzten Geschwindigkeit der Wert des tatsächlichen
Stromes während der Beschleunigungsphase verwendet wird,
und der Wert des Strombefehls während der Bremsphase ein
gesetzt wird.
14. Vorrichtung zum Steuern einer Suchoperation eines be
wegbaren Kopfes in einem Plattenlaufwerk von dem Typ, der
eine Platte mit Spuren aufweist, welche eingebettete Servo
informationen, die Grobpositionsinformationen und Feinposi
tionsinformationen einschließen, enthalten, welche Vorrich
tung umfaßt:
eine Einrichtung zum Erzeugen eines Positionsfehlers, der eine Differenz zwischen einer Zielspur und einer aktu ellen Spur, über welcher der Kopf positioniert ist, re präsentiert,
eine Einrichtung zum Vorsehen eines Geschwindigkeits befehls als Funktion des Positionsfehlers,
eine Einrichtung zum Erzeugen eines Geschwindigkeits fehlers, der eine Differenz zwischen dem Geschwindigkeits befehl und einer geschätzten Geschwindigkeit des Kopfes re präsentiert,
eine Einrichtung zum Bewegen des Kopfes von der aktu ellen Spur zur Zielspur ansprechend auf den Geschwindig keitsfehler,
eine Einrichtung zum Lesen der Servoinformationen von einer Zwischenspur auf der Platte zwischen der aktuellen Spur und der Zielspur, während sich der Kopf zur Zielspur bewegt, und
eine Einrichtung zum Erzeugen der geschätzten Ge schwindigkeit unter Verwendung von lediglich der Grobposi tionsinformationen in den Servoinformationen, die von der Zwischenspur gelesen werden, ohne Verwendung der Feinposi tionsinformationen in den Servoinformationen.
eine Einrichtung zum Erzeugen eines Positionsfehlers, der eine Differenz zwischen einer Zielspur und einer aktu ellen Spur, über welcher der Kopf positioniert ist, re präsentiert,
eine Einrichtung zum Vorsehen eines Geschwindigkeits befehls als Funktion des Positionsfehlers,
eine Einrichtung zum Erzeugen eines Geschwindigkeits fehlers, der eine Differenz zwischen dem Geschwindigkeits befehl und einer geschätzten Geschwindigkeit des Kopfes re präsentiert,
eine Einrichtung zum Bewegen des Kopfes von der aktu ellen Spur zur Zielspur ansprechend auf den Geschwindig keitsfehler,
eine Einrichtung zum Lesen der Servoinformationen von einer Zwischenspur auf der Platte zwischen der aktuellen Spur und der Zielspur, während sich der Kopf zur Zielspur bewegt, und
eine Einrichtung zum Erzeugen der geschätzten Ge schwindigkeit unter Verwendung von lediglich der Grobposi tionsinformationen in den Servoinformationen, die von der Zwischenspur gelesen werden, ohne Verwendung der Feinposi tionsinformationen in den Servoinformationen.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, welche ferner eine Ein
richtung zum Bilden einer abgetasteten Position von den
Grobpositionsinformationen in den Servoinformationen, eine
Einrichtung zum Schätzen einer vorhergesagten Position des
Kopfes relativ zur Platte, und eine Einrichtung zum Bilden
einer nächsten aktuellen Spurposition unter Verwendung der
abgetasteten Position, wenn die nachfolgenden Servoinforma
tionen nicht fehlerhaft sind, und unter Verwendung der vor
hergesagten Position, wenn die Servoinformationen fehler
haft sind, umfaßt.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, bei welcher die Einrich
tung zum Schätzen einer vorhergesagten Position auf die
Grobpositionsinformationen, die von der Zwischenspur gele
sen werden, ohne Verwendung der Feinpositionsinformationen
in den Servoinformationen anspricht.
17. Vorrichtung nach Anspruch 15, bei welcher die Einrich
tung zum Lesen von Servoinformationen operierbar ist, um
Servoinformationen wiederholt in Abtastintervallen zu le
sen, während sich der Kopf quer über die Platte bewegt, und
während die Eingebetteten Servoinformationen von der Platte
gelesen werden, wobei jedes Abtastintervall einen In-line-
Abschnitt und einen Vorausberechnungsabschnitt enthält; und
bei welcher die Einrichtung zum Erzeugen der geschätzten
Geschwindigkeit während des In-line-Abschnitts operiert,
und die Einrichtung zum Schätzen einer vorhergesagten Posi
tion während des Vorausberechnungsabschnitts operiert.
18. Vorrichtung nach Anspruch 16, welche ferner eine Ein
richtung zum Vergleichen der nächsten aktuellen Spurpositi
on und der vorhergesagten Position, um ein Rückführungskor
rektursignal zu erzeugen, umfaßt, und bei welcher die Ein
richtung zum Erzeugen der geschätzten Geschwindigkeit auf
das Rückführungskorrektursignal anspricht.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, welche ferner eine Ein
richtung zum Integrieren des Rückführungskorrektursignals,
um ein integriertes Korrektursignal zu erzeugen, umfaßt,
und bei welcher die Einrichtung zum Erzeugen der geschätz
ten Geschwindigkeit auf das integrierte Korrektursignal an
spricht.
20. Vorrichtung nach Anspruch 14, welche ferner eine Ein
richtung zum Verwenden der Feinpositionsinformationen in
den Servoinformationen, die von der Zwischenspur gelesen
werden, wenn die aktuelle Position des Kopfes innerhalb un
gefähr 20 Spuren von der Zielspur liegt, um die Geschwin
digkeit des Kopfes in der aktuellen Position zu schätzen,
umfaßt.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, bei welcher die Einrich
tung zum Erzeugen der geschätzten Geschwindigkeit innerhalb
einer vorherbestimmten Bandbreite operiert, und welche fer
ner eine Einrichtung zum Erhöhen der vorherbestimmten Band
breite, wenn die aktuelle Position des Kopfes innerhalb un
gefähr 20 Spuren von der Zielspur liegt, umfaßt.
22. Vorrichtung nach Anspruch 14, welche ferner eine Ein
richtung zum Erzeugen eines Steuerbefehls ansprechend auf
den Geschwindigkeitsfehler, eine Speichereinrichtung zum
Speichern zumindest eines vorherigen Wertes des Steuerbe
fehls als gespeicherte vorherige Steuerbefehlsdaten, zum
Speichern zumindest eines vorherigen Wertes der geschätzten
Geschwindigkeit als gespeicherte geschätzte Geschwindig
keitsdaten, und zum Speichern zumindest eines vorherigen
Wertes der aktuellen Spurposition als gespeicherte vorheri
ge Spurdaten umfaßt; und bei welcher die Einrichtung zum
Bewegen des Kopfes auf den Steuerbefehl anspricht; und die
Einrichtung zum Erzeugen der geschätzten Geschwindigkeit
auf die gespeicherten vorherigen Steuerbefehlsdaten, die
gespeicherten vorherigen geschätzten Geschwindigkeitsdaten
und die gespeicherten vorherigen Spurdaten anspricht.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, bei welcher die Einrich
tung zum Erzeugen der geschätzten Geschwindigkeit eine Ein
richtung zum Vergleichen der gespeicherten vorherigen Spur
daten und aktuellen Spurpositionsdaten, um Spurdifferenzda
ten zu erzeugen; eine Einrichtung zum Multiplizieren der
Spurdifferenzdaten mit einem vorherbestimmten Wert, um ge
wichtete Spurdifferenzdaten zu erzeugen; und eine Einrich
tung zum Kombinieren der gewichteten Spurdifferenzdaten,
der gespeicherten vorherigen Steuerbefehlsdaten und der ge
speicherten geschätzten Geschwindigkeitsdaten, um die ge
schätzte Geschwindigkeit zu erzeugen, umfaßt.
24. Vorrichtung nach Anspruch 22, welche ferner eine Ein
richtung zum Schätzen einer vorhergesagten Position des
Kopfes, während er sich quer über die Platte bewegt, um
faßt; und bei welcher die Einrichtung zum Erzeugen der ge
schätzten Geschwindigkeit eine Einrichtung zum Vergleichen
der gespeicherten vorherigen Spurdaten mit den aktuellen
Spurpositionsdaten, um Spurdifferenzdaten zu erzeugen, eine
Einrichtung zum Vergleichen der aktuellen Spur
positionsdaten mit der vorhergesagten Position, um Positi
onsdifferenzdaten zu erzeugen, eine Einrichtung zum Multi
plizieren der Positionsdifferenzdaten mit einem ersten
Wert, um Rückführungskorrekturdaten zu erzeugen, eine Ein
richtung zum Kombinieren der Spurdifferenzdaten, der Rück
führungskorrekturdaten und der gespeicherten vorherigen
Steuerbefehlsdaten, um ein Zwischensignal zu erzeugen, eine
Einrichtung zum Multiplizieren des Zwischensignals mit ei
nem zweiten Wert, um ein gewichtetes Zwischensignal zu er
zeugen, und eine Einrichtung zum Kombinieren des gewichte
ten Zwischensignals und der gespeicherten vorherigen ge
schätzten Geschwindigkeitsdaten, um die geschätzte Ge
schwindigkeit zu erzeugen, umfaßt.
25. Vorrichtung nach Anspruch 22, welche ferner eine Ein
richtung zum Schätzen einer vorhergesagten Position des
Kopfes, während er sich quer über die Platte bewegt, durch
das Kombinieren der gespeicherten vorherigen Spurdaten, der
gespeicherten vorherigen Steuerbefehlsdaten und der gespei
cherten geschätzten Geschwindigkeitsdaten umfaßt.
26. Vorrichtung nach Anspruch 14, bei welcher jede Such
operation eine Beschleunigungsphase und eine Bremsphase
enthält, und bei welcher die Einrichtung zum Bewegen des
Kopfes eine Einrichtung zum Vorsehen eines Strombefehls als
Funktion des Geschwindigkeitsfehlers, und eine Einrichtung
zum Liefern eines tatsächlichen Stromes an einen Motor des
Plattenlaufwerks ansprechend auf den Strombefehl, an den
Motor zum Bewegen des Kopfes, umfaßt; und bei welcher die
Einrichtung zum Erzeugen der geschätzten Geschwindigkeit
den Wert des tatsächlichen Stromes während der Beschleu
nigungsphase verwendet, und den Wert des Strombefehls wäh
rend der Bremsphase einsetzt.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US5896793A | 1993-05-05 | 1993-05-05 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4407472A1 DE4407472A1 (de) | 1994-11-17 |
DE4407472C2 true DE4407472C2 (de) | 1999-12-16 |
Family
ID=22020004
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19944407472 Expired - Fee Related DE4407472C2 (de) | 1993-05-05 | 1994-03-06 | Verfahren und Vorrichtung zum Steuern einer Suchoperation eines bewegten Kopfes in einem Plattenlaufwerk |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0721708A (de) |
DE (1) | DE4407472C2 (de) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5132854A (en) * | 1988-09-19 | 1992-07-21 | Hitachi, Ltd. | High speed seek sector servo magnetic disk drive unit |
-
1994
- 1994-03-06 DE DE19944407472 patent/DE4407472C2/de not_active Expired - Fee Related
- 1994-05-06 JP JP9451894A patent/JPH0721708A/ja active Pending
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5132854A (en) * | 1988-09-19 | 1992-07-21 | Hitachi, Ltd. | High speed seek sector servo magnetic disk drive unit |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE4407472A1 (de) | 1994-11-17 |
JPH0721708A (ja) | 1995-01-24 |
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