DE68919903T2

DE68919903T2 - Positionskontrollsystem für eine Speicherplatteneinheit.

Info

Publication number: DE68919903T2
Application number: DE68919903T
Authority: DE
Inventors: Toshio Inaji; Hiromi Onodera; Noriaki Wakabayashi; Shuichi Yoshida
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1988-05-20
Filing date: 1989-05-18
Publication date: 1995-07-06
Anticipated expiration: 2009-05-19
Also published as: EP0342973B1; DE68919903D1; EP0342973A2; EP0342973A3; US5065263A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Positionssteuersystem, das einem Datenwandler erlaubt, einer Datenspur in einer Plattenspeichereinheit zu folgen, und im besonderen ein Positionssteuersystem für ein Plattenspeichersystem, bei dem ein Datenwandler mit einer hohen Geschwindigkeit zu einer gewählten Datenaufzeichnungsspur bewegt und gesteuert werden kann, um sei ne relative Position zur Datenaufzeichnungsspur zu bewahren.
Da die Leistung von Informationsaufzeichnungs/Wiedergabevorrichtungen in letzter Zeit beachtlich verbessert wurde, ist es erwünscht, daß das Datenwandler-Positionssteuersystem kompaktere Abmessungen besitzt und genauer arbeitet. Das Positionssteuersystem wirkt als eine Positionierungs-Antriebseinrichtung, die dem Aufnahme- oder Wiedergabewandler erlaubt, einer Bezugsdatenspur in einer magnetischen oder optischen Plattenspeichereinheit zu folgen. Die Kompaktheit ist zum Zweck der Erhöhung der Aufzeichnungskapazität bei einer gegebenen Größe erforderlich, und die hohe Genauigkeit wird ferner benötigt, um die Spurdichte bei Massenspeichern zu erhöhen.
Die Abweichung einer Datenspur, die während des Nachführens auftritt, wird beschrieben. Bei einem optischen Plattenspeicher wird die Amplitude der Spurabweichung infolge der Exzentrizität des Drehungsmittelpunkts nach dem Wechseln eines Plattenmediums und/oder der Abweichung einer drehenden Welle des Spindelmotors, der die Platte dreht, ungefähr mehrere zehn bis eingige dutzend zehn um betragen, was bedeutend größer ist als die Breite (etwa 1.6 um) einer zu folgenden Spur. Bei einem Diskettenlaufwerk wird eine andere Art der Spurabweichung aus der Ausdehnung oder der Schrumpfung einer Basisschicht des Plattenmediums, die durch Erwärmung verursacht wird, zusätzlich zu der gleichen Spurabweichung wie bei einem optischen Plattenspeicher herrühren. In diesem Fall ist die Amplitude der Spurabweichung eher kleiner als bei dem optischen Plattenspeicher, und die Abweichung beträgt im Betrieb einigen dutzend bis mehrere zehn um. Die Spurabweichung wird jedoch nicht vernachlässigbar sein, wenn die Breite der Spur für Massenspeicher bei einer hohen Spurdichte verringert wird.
Zwecks Minimierung einer solchen Spurabweichung haben bekannte Datenwandler-Positionssteuersysteme für Plattenspeichersysteme verschiedene Verfahren angewandt, die im Folgenden beschrieben werden.
Als erstes Beispiel wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, bei dem die Abweichung einer Spur geschätzt wird, indem ein Signal, das die Summe eines Nachführfehlersignals und eines Integrationsignals ist, das durch zweifache Integration eines Eingangssignals in die Treibereinheit, die einen Datenwandler zur Nachführbewegung betätigt, erhalten wird, zweimal differenziert wird. Das Schätzungssignal, das einer Umdrehung der Platte entspricht, wird in einem Speicher gespeichert und dann während eines Nachführmodusses ausgelesen und zu dem Eingangssignal in die Treibereinheit addiert. Mit Hilfe eines solchen resultierenden Signals kann die Spurfolgefählgkeit des Datenwandlers verbessert werden, wie z.B. in US-Patent 4,594,622 offenbart. Infolge der Schwierigkeit der Unterdrückung von Veränderungen bei der Integration oder von Rauschen, das aus der Differenzierung herrührt, wird es jedoch schwer sein, dieses Verfahren in die Praxis umzusetzen.
Als zweites Beispiel gibt es ein anderes Verfahren, bei dem durch Extrahieren eines wiederholbaren Signalanteils aus dem Nachführfehlersignal, das eine Abweichung des Datenwandlers von der Referenzdatenspur darstellt, ein Fourier-Koeffizient einer wiederholbaren Frequenz gewonnen und benutzt, um ein wiederholbares Fehlerausgleichssignal zu berechnen. Das wiederholbare Fehlerausgleichssignal wird dann zu einem Treibereingangssignal des Datenwandlers addiert. Bei Verwendung eines solchen resultierenden Signals kann die Spurfolgefähigkeit des Datenwandlers in bezug auf die Spurabweichung bei einer Plattendrehfrequenz, wie z.B. in US-Patent 4,616,276 offenbart, verbessert werden. Die Nachteile diese Verfahrens sind jedoch, daß die arithmetische Operation der Fourier-Analyse mühsam und die Unterdrückung eines nichtsynchronen Rotationsfaktors noch nicht zufriedenstellend ist.
Ein Datenwandler-Positionssteuersystem für Plattenspeichersysteme nach dem Stand der Technik hat folglich Probleme deshalb, weil die Kontrolle von Veränderungen und Rauschen, das während der Schätzung der Spurabweichung erzeugt wird, zu schwierig ist, um in der Praxis ausgeführt zu werden, oder weil die arithmetische Operation eines wiederholbaren Fehlerausgleichs mühsam ist.
EP-A-0113815 beschreibt ein Servosystem für einen Magnetplattenspeicher, bei dem Positionsinformation in den Datenspuren zusätzlich zu den Daten (Sektorservo) zur Verfügung gestellt wird. Ein Schwingspulenmotor wird als Betätigungselement der Plattendatei benutzt. Ein Modell des Schwingspulenmotors wird verwendet, um ein simuliertes Positionsfehlersignal auf der Basis des Wertes des dem Schwingspulenmotor zugeführten Stromes zu erzeugen. Dieses simulierte Fehlersignal wird mit einem Positionsfehlersignal verglichen, das aus der aufgezeichneten Positionsinformation gewonnen wird, und benutzt, um ein fortlaufendes Fehlersignal zu erzeugen, auch wenn die Positionsdaten intermittierend sind.
EP-A-0130248 beschreibt ein Spurfolge-Servosystem für einen Plattenspeicher. Bei diesem System wird eine Vorraussage der Spurexzentrizität vorwärts in die normale Rückkopplungs-Regelschleife, die das das Kopfpositionsbetätigungselement antreibt, eingespeist. Die exzentrizitätsbezogene Funktion wird durch Kombinieren von Funktionen eines Positionsfehlersignals und eines Eingangssignals des Kopfpositionsbetätigungselements gewonnen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Datenwandler-Positionssteuersystem zur Verfügung zu stellen, das die Nachführung eines Datenwandlers eines Plattenspeichersystems steuern kann, um Nachführfehler, einschließlich eines durch eine Datenspurabweichung verursachten Nachführfehlers, zu minimieren, und um eine hohe Nachführleistung mit hoher Genauigkeit und hoher Stabilität zu realisieren.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein praktisch verbessertes Datenwandler-Positionssteuersystem für Plattenspeichersysteme zur Verfügung zu stellen, bei dem während der Schätzung der Spurabweichung keine Probleme bei der Unterdrückung von Veränderungen und Rauschen auftreten und ferner der Prozeß der Berechnung erleichtert wird.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Positionssteuersystem für ein Plattenspeichersystem zur Verfügung mit einem Datenwandler zur Aufnahme und Wiedergabe von Information, die in einer gegebenen Datenspur einer Informations-Speicherplatte, die eine Vielzahl von Datenspeicherspuren besitzt, gespeichert ist, umfassend:
eine Betätigungseinrichtung zur Betätigung des Datenwandlers, um den Datenwandler zu bewegen;
eine Antriebseinrichtung zum Antreiben der Betätigungseinrichtung nach Maßgabe eines Referenzposition-Befehlssignals und des aktuellen Positionssignals;
eine Nachführfehler-Ermittlungseinrichtung zur Ermittlung einer Positionsdifferenz des Datenwandlers von einer gewünschten Datenspur und Erzeugung eines Nachführfehlersignals;
eine Spurabweichung-Schätzungseinrichtung zum Schätzen einer Abweichung einer Spur, die aus entweder Exzentrizität oder Welligkeit der Datenspur resultiert, und Erzeugen eines Optimierungssignals auf der Schätzung, und
eine zeitdiskrete Regelschleifeneinrichtung zum Steuern der Antriebseinrichtung nach Maßgabe des Nachführfehlersignals, einschließlich einer Ausgleichsposition-Berechnungseinrichtung zum Berechnen eines Ausgleichsposition-Befehlssignals aus dem Nachführfehlersignal und einer Interpolations-Berechnungseinrichtung zum Erzeugen eines Interpolationssignals, das an die Antriebseinrichtung durch Interpolation mit dem Optimierungssignal und dem Ausgleichsposition-Befehlssignal angelegt wird,
gekennzeichnet durch eine Positions-Codierungseinrichtung zum Ermitteln einer Veränderung in der Bewegung des Datenwandlers und zum Erzeugen eines aktuellen Positionssignals, das eine aktuelle Position des Datenwandlers darstellt, und dadurch, daß die Spurabweichung- Schätzungseinrichtung umfaßt:
eine erste Additionseinrichtung, die das Nachführfehlersignal und das aktuelle Positionssignal der Positions-Codierungseinrichtung aufsummiert; eine Speichereinrichtung, die eine begrenzte Zahl von Einheitsspeichern umfaßt, die vorübergehend Spurabweichung-Schätzungssignale enthalten, die Ausgängen der ersten Additionseinrichtung gemäß der Drehung der Platte entsprechen;
eine begrenzte Zahl von Ausgleicheinrichtungen, jede zum Empfangen eines Ausgangssignals eines jeweiligen Einheitsspeichers, und
eine zweite Additionseinrichtung, die Ausgangssignale der Mehrzahl von Ausgleicheinrichtungen aufsummiert, so daß sie ein Ausgangssignal der zweiten Additionseinrichtung als ein Vorschubsignal ausgeben kann.
Eine solche Einrichtung, wie oben beschrieben, bietet die folgenden Funktionen und Wirkungen.
Die Exzentrizität oder Welligkeit einer Datenspur wird durch den Spurabweichungsschätzer geschätzt, und mit seinen resultierenden Informationsdaten wird dann die Optimalwertsteuerung ausgeführt, wodurch die Spurfolgefähigkeit in der Genauigkeit und der Stabilität verbessert werden kann.
Da die Schätzung der Spurabweichung durch die Summe des Nachführfehlersignals und des von dem Positionscodierer gelieferten aktuellen Positionssignals berechnet wird, entsteht kein Problem bei der Unterdrückung von Veränderungen oder Rauschen während der Schätzung, und der Berechnungsvorgang wird somit vereinfacht.
Das an die Treibereinheit angelegte Optimierungssignal eilt in der Phase vor, um die Spurfolgefähigkeit zu verbessern.
Die aktuelle Position der Treibereinheit wird durch den Positionscodierer mit hoher Genauigkeit und Auflösung identifiziert, so daß die Minimalpositionierung möglich ist, und die Wirkung von Vibration wird durch Erhöhen der Steifigkeit vermindert. Als Folge kann die hohe Dichte von Datenspuren erhalten werden.
Das Interpolationssignal wird durch den Interpolationsrechner durch den Interpolationsvorgang eines Optimierungssignals und eines Ausgangs von dem Ausgleichspositionsrechner erzeugt und dann zu dem Referenzposition-Befehlssignal addiert, wodurch die Spurfolgefähigkeit verbessert werden kann.
Folglich wird es möglich sein, ein verbessertes Datenwandler-Positionssteuersystem für Plattenspeichersysteme zur Verfügung zu stellen.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung, die die Anordnung einer Ausführung der vorliegenden Erfindung in der Form eines Positionssteuersystems für einen Plattenspeicher zeigt.
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung eines Spurabweichungsschätzers gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
Fig. 3(a)-(c) sind Wellenformdiagramme von Signalen in dem Spurabweichungsschätzer.
Fig. 4 ist ein Blockschaltbild, das den Vorgang zur Schätzung der Spurabweichung in dem Spurabweichungsschätzer zeigt.
Fig. 5 ist ein Blockschaltbilld, das das Positionssteuersystem für einen Plattenspeicher in einem Spursuchmodus zeigt.
Fig. 6 ist ein Blockschaltbilld eines Interpolationsrechners gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
Fig. 7(a)-(c) sind Wellenformdiagramme von Signalen, die ohne Interpolationsrechnungen in dem Positionssteuersystem für einen Plattenspeicher erzeugt werden.
Fig. 8 ist ein Blockschaltbild, das einen Interpolator zur Ausführung eines ersten Interpolationsprozesses zeigt.
Fig. 9(a)-(f) sind Wellenformdiagramme von Signalen, die durch Interpolation durch den ersten Interpolationsprozeß erhalten werden.
Fig. 10 ist ein Blockschaltbild, das einen Interpolator zur Ausführung eines zweiten Interpolationsprozesses zeigt.
Fig. 11(a)-(e) sind Wellenformdiagramme von Signalen, die durch Interpolation durch den zweiten Interpolationsprozeß erhalten werden.
Fig. 12 ist ein Blockschaltbild, das einen Interpolator zur Ausführung eines dritten Interpolationsprozesses zeigt.
Fig. 13(a)-(b) sind Wellenformdiagramme von Signalen, die durch Interpolation durch den dritten Interpolationsprozeß erhalten werden.
Fig. 14(a) ist ein Blockschaltbild eines Ausgleichspositionsrechners gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
Fig. 14(b) ist ein Diagramm von Frequenzeigenschaften, das eine Übertragungsfunktion von dem Nachführfehlersignal e1 in das Ausgleichposition-Befehlssignal rd zeigt.
Eine bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung wird in der Form eines Datenwandler-Positionssteuersystems für einen Plattenspeicher mit Verweis auf die Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 ist ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Positionssteuersystems für einen Plattenspeicher. Das Element 12 ist, wie in Fig. 1 gezeigt, eine Treibereinheit, die einen Datenwandler 2 betätigt, um sich auf der Platte zu bewegen. Die Treibereinheit 12 umfaßt ein Betätigungselement 1 zum Bewegen des Datenwandlers 2, einen Positionscodierer 3, der mechanisch mit dem sich bewegenden Teil des Betätigungseiements 1 verbunden ist, um ständig ein aktuelles Positionssignal ya nach Ermittlung der Stellung des Betätigungselements 1 zu erzeugen, einen Ausgleicher 5, eine Stromversorgungsschaltung 4 zur Speisung des Betätigungselements 1 nach Maßgabe eines Ausgangs von dem Ausgleicher 5, eine Abtast- und Halteschaltung 15 zur fortlaufenden Umwandlung von zeitdiskreten Signalen ya, die aus dem Positionscodierer 3 gewonnen werden, sowie einen Vergleicher 6, der eine Differenz e2 zwischen dem Referenzposition-Befehlssignal rs und dem Ausgang der Abtast- und Halteschaltung 15 berechnet. Der Ausgleicher 5 berechnet ein Regelmaß des Betätigungselements 1 in bezug auf die Differenz e2. Eine Servoschleife, die vom Ausgang des Positionscodierers 3 über der Vergleicher 6, den Ausgleicher 5 und die Stromversorgungsschaltung 4 bis zu dem Betätigungselement 1 verläuft, bildet eine Positionsregelschleife. Der Positionscodierer 3 ist insbesondere eingerichtet, um die Aktion eines sich bewegenden Teils fortwährend zu erfassen, und sein aktuelles Positionsausgangssignal ist eine lineare Darstellung der Versetzung des Datenwandlers 2 von einer spezifischen Referenzposition innerhalb des beweglichen Bereichs. Der Ausgleicher 5 ist ferner eingerichtet, um dem Referenzposition-Befehlssignal rs schnell mit geringem Fehler zu folgen. Diese Servoschleife ist im wesentlichen ein absolutes Positionierungssystem und wird keine genaue Nachführung entlang einer Datenspur liefern, die abweichen kann, wenn sich die Platte dreht.
Durch r wird ein Maß der Exzentrzität oder Welligkeit einer gewählten Datenspur 13 auf der Platte 14 dargestellt, die sich gerade unter dem Datenwandler 2 befindet, auch als Abweichung der Spur bezeichnet, während ys eine absolute Position des Datenwandlers 2 ist. Ein Nachführfehlerdetektor 7 ermittelt einen relativen Positionsfehler e1 zwischen der Datenspur 13 und dem Datenwandler 2. Ein Ausgleichsposltionsrechner 8 erzeugt ein Ausgleichsposition-Befehlssignal rd durch Kontrollrechnung mit dem Nachführfehler el. Ein Spurabweichungsschätzer 9 schätzt die Amplitude der Spurabweichung bei Empfang sowohl des Nachführfehlersignals e1 als auch des aktuellen Positionssignals ya und erzeugt ein Optimierungssignal rc. Das Ausgleichposition-Befehlssignal rd und das Optimierungssignal rc werden dann an einen Interpolationsrechner 10 angelegt, wo ein spezifischer Interpolationsprozeß ausgeführt wird. Der Ausgang des Interpolationsrechners 10 ist ein Referenzposition-Befehlssignal rs.
Die Funktion des erfindungsgemäßen Positionssteuersystems für einen Plattenspeicher wird im Folgenden beschrieben.
Die in Fig. 1 gezeigte Ausführung verwendet ein Nachführ-Servosystem, auch als Sektor-Servosystem oder Abtast-Servosystem bezeichnet. Das System ist so eingerichtet, daß auf der Basis jedes einzeinen Teils der Servoinformation, der zur Nachführung notwendig ist und der im Grenzbereich zwischen fächerförmig auf der Platte gebildeten Sektoren eingebettet ist, ein relatives Positionssignal (ein Nachführfehlersignal) des Datenwandlers 2 in bezug auf die Zieldatenspur in einer zeitdiskreten Basis ermittelt und dann als Rückkopplung zur Positionierung in eine Closed-Loop-Anordnung eingespeist wird. Wie in Fig. 1 gezeigt, wird das System hauptsächlich durch eine zeitdiskrete Regelschleife gebildet, die dem Datenwandler 2 erlaubt, der Datenspur 13 zu folgen, wobei das Nachführfehlersignal el auf einem Minimum gehalten wird. Die zeitdiskrete Regelschleife stellt eine Servoschleife vom Datenwandler 2 über den Nachführfehlerdetektor 7, den Ausgleichspositionsrechner 8 und den Interpolationsrechner 10 bis zur Treibereinheit 12 dar. Während eine Abweichung des Datenwandlers 2 von der gewählten Datenspur 13 sich zeitlich verändert, wird die Position der Datenspur nur intermittierend in dem Sektor-Servosystem ermittelt, und das Nachführfehlersignal e1 wird daher vom Nachführfehlerdetektor 7 als zeitdiskretes Signal ausgegeben werden. Das Nachführfehlersignal e1 wird dann durch eine spezifische Regelberechnung im Ausgleichspositionsrechner 8 verarbeitet, um das Ausgleichsposition-Befehlssignal rd zu erzeugen. Der Ausgleichspositionsrechner 8 besitzt ein zeitdiskretes Verarbeitungssystem, das einen Abweichungsausgleichsfaktor oder, wenn benötigt, einen Stabilitätsausgleichsfaktor enthält, und arbeitet hauptsächlich für die Regelung des Versatzes.
Die Funktion des erfindunggsgemäßen Spurabweichungsschätzers 9 von Fig. 1 wird im Folgenden beschrieben. Der Nachführfehlerdetektor 7 ist eingerichtet, um das relative Nachführfehlersignal el des Datenwandlers 2 in bezug auf die Datenspur 13 zu ermitteln. Wenn die absolute Position des Datenwandlers 2 ys und die Position (Spurabweichung) der Datenspur r ist, wird das Nachführfehlersignal e1 erhalten aus:
e1 = r - ys ... (1)
Dann ermittelt der Positionscodierer 3 die Position des Betägigungselements 1 und erzeugt ein aktuelles Positionssignal ya. Die absolute Position ys des Datenwandlers 2 wird indirekt durch das aktuelle Positionssignal ya dargestellt, das ausgedrückt wird als:
ys ya ... (2)
Daher wird, aus den Angaben (1) und (2), der Wert r bestimmt durch:
r e1 + ya ... (3)
Die Näherungsgleichung (3) bedeutet, daß die Spurabweichung einer Datenspur aus dem Nachführfehlersignal ei und dem aktuellen Positionssignal ya geschätzt werden kann. Der Spurabweichungsschätzer 9 enthält einen Addierer, der das Nachführfehlersignal ei und das aktuelle Positionssignal ya summiert und aus der Gleichung (3) eine Schätzung der Spurabweichung berechnet. Die resultierende Schätzung rc einer Spurabweichung r wird dann als ein Optimierungssignal ausersehen. Die Optimalwertsteuerung ist ein Verfahren zum Anlegen eines äußeren Signals an die Servoschleife, wobei deren Regelbarkeit erhöht werden kann, ohne die Stabilität zu vermindern, wenn ein äußeres Signal daran angelegt worden ist. Daher versteht sich, daß die Schätzung rc der Spurabweichung r in dem Positionssteuersystem der vorliegenden Erfindung ein externes Signal außerhalb der Servoschleife oder der zeitdiskreten Regelschleife ist. Das heißt, die Eingabe dieses Signals in den Interpolationsrechner 10 steht für ein Anlegen an die Servoschleife. Folglich bleibt schließlich die Stabilität der Servoschleife zweifellos unverändert.
Der Grund, warum die Spurfolgefähigkeit durch Anlegen des Optimierungssignals rc an die Servoschleife verbessert wird, ist wie folgt. Da die Positionierungsregelschleife, die die Treibereinheit 12 bildet, ein geschlossenes Servoschleifensystem ist, das von dem Referenzposition-Befehlssignal rs beherrscht wird, haben wir:
rs ya ... (4)
Indessen wird, auf (2) verweisend, die Formel (4):
ys rs ... (5)
Dies bedeutet, daß die Position ys des Datenwandlers 2 ungefähr dem dem Referenzposition-Befehlssignal rs folgt. Dann, wenn ein entsprechendes Signal der Spurabweichung r als das Referenzposition-Befehlssignal rs gegeben ist, wird der Datenwandler 2 auf das Befehlssignal ansprechen. Besonders, wenn rs r, haben wir
ys rs r ... (6)
Dies bedeutet, daß der Datenwandler 2 auf die Spurabweichung r der Datenspur 13 mit einer befriedigenden Genauigkeit ansprechen kann. Zu dieser Zeit wird das Nachführfehlersignal e1 ein Minimum.
Die Treibereinheit 12 kann jedoch in der Praxis nicht sofort reagieren, wenn das Referenzposition-Befehlssignal rs eingegeben wird, und daher wird eine Zeitverzögerung eintreten. Das heißt, die übertragungseigenschaften der Treibereinheit 12 enthalten eine Phasenverzögerung im Grund- und Oberwellen-Frequenzband einer hauptsächlich in der Spurabweichung r der Datenspur enthaltenen Plattenumdrehungsfrequenz. Auch tritt eine andere Phasenverzögerung auf, die aus dem Abtast- und Haltevorgang der zeitdiskreten Regelschleife herrührt. Als Folge ist der Datenwandler 2 nicht imstande, einer gewünschten Datenspur mit der Genauigkeit von mehr als einem spezifischen Ausmaß zu folgen. Der Spurabweichungsschätzer 9 in dem Positionssteuersystem für Plattenspeicher der vorliegenden Erfindung ist wie im Folgenden beschrieben aufgebaut.
Fig. 2 ist ein Blockschaltbild des Spurabweichungsschätzers 9 gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung. Der Spurabweichungsschätzer umfaßt, wie Fig. 2 zeigt, einen Speicherabschnitt 21, digitale Ausgleicher K1, K2, ... Kn-1 und Kn sowie einen Addierer 22. Durch Z&supmin;¹ wird ein Einheitsspeicher dargestellt, der ein Schätzungssignal der Spurabweichung ra für eine Zeit T hält, die gleich der Abtastperiode der zeitdiskreten Regelschleife ist. Der Speicherabschnitt 21 ist daher eingerichtet, um die Spurabweichung-Schätzungssignale ra, die einer Plattenumdrehung entsprechen, durch eine Reihenschaltung von n (n ist eine positive Ganzzahl) Einheitsspeichern zu halten, wobei n der Zahl der Sektoren entspricht. Der Ausgang der letzten Stufe des Speicherabschnitts 21 ist mit dem Eingang desselben verbunden, so daß die darin gehaltenen Spurabweichung-Schätzungssignale ra jeden Einheitsspeicher rekursiv mit der Drehung der Platte synchronisiert durchlaufen können. Der Speicherabschnitt 21 kann auch durch ein Schieberegister oder dergleichen gebildet werden.
Jeder der digitalen Ausgleicher K1, K2, ... Kn-1 und Kn umfaßt Addierer und/oder Multiplizierer, um das Ausgangssignal eines Einheitsspeichers des Speicherabschnitts 21 zu verstärken oder digital zu filtern. Der Addierer 22 ist eingerichtet, um die Ausgänge der digitalen Ausgleicher zu um das Optimierungssignal rc zu erzeugen.
Die Funktion des Spurabweichungsschätzers 9 von Fig. 2 wird im Folgenden beschrieben. Wie in Fig. 2 gezeigt, werden die Spurabweichung- Schätzungssignale ra, die einer Drehung der Platte entsprechen, in den n Einheitsspeichern gespeichert und während der Nachführung aus ihren jeweiligen Einheitsspeichern zurückgewonnen. Die Schätzungssignale werden dann an ihre jeweiligen digitalen Ausgleicher angelegt und durch den Addierer 22 aufsummiert, um ein Spurabweichung- Schätzungssignal rc zu erzeugen, das gleich der tatsächlichen Spurabweichung r ist oder relativ dazu um 1 Bit in der Phase vorgerückt ist. Das Spurabweichung-Schätzungsslgnal rc wird dann zusammen mit dem Ausgangssignal rd des in Fig. 1 gezeigten Ausgleichspositionsrechners 8 an den Interpolationsrechner 10 angelegt. Wenn der Ausgang des Interpolationsrechners 10 in die Treibereinheit 12 eingegeben wird, bewegt sich das Betätigungselement 1, um eine Verzögerung in der Nachführbewegung des Datenwandlers 2 zu beseitigen.
Der Spurabweichungsschätzer 9 kann aus einer solchen Hardware, wie oben beschrieben, oder durch einen Mikroprozessor gebildet werden, der Software zur Ausführung einer ähnlichen Prozedur enthält.
Fig. 3(a)-3(c) sind Wellenformdiagramme, die das Spurabweichung-Schätzungssignal ra des Spurabweichungsschätzers von Fig. 2 und jeweilige Ausgangssignale des digitalen Ausgleichers Ki und des Addieres 22 zeigen. Der digitale Ausgleicher Ki ist ein Multiplizierer, des das Signal mit 0.1 multipliziert. Der Buchstabe i stellt die Nummer eines Einheitsspeichers dar, wie vom vorderen Teil bis i-th numeriert, und ist als i n 3/4 bestimmt. Während die digitalen Ausgleicher K1 bis Kn-1, außer Ki entfernt sind, ist Kn ein Verstärker mit der Verstärkung 1.
Nimmt man an, daß der Speicherabschnitt 21 von Fig. 2 ein Spurabweichungs-Schätzungssignal besitzt, das einer Umdrehung der Platte entspricht und ein periodisches Signal ist, das Frequenzanteile enthält, die der Drehungsfrequenz der Platte proportional sind, dann wird das Ausgangssignal eines mit i numerierten Einheitsspeichers verglichen mit dem Ausgang eines anderen mit n numerierten Einheitsspeichers 360º x (1-3/4) = 90º in der Phase bei der Frequenz in einer Umdrehung der Platte vorgerückt. Fig. 3(a) zeigt das Spurabweichung- Schätzungssignal ra. Fig. 3(b) zeigt ein durch Multiplizieren des durch Summieren der vorherigen Signale in dem Addierer 22 erhaltenen Ausgangssignals rc erhaltenes Signal. Wenn die Spurabweichung nur eine Grundfrequenz enthält, werden die Signalwellenformen von Fig. 3 jeweils beschrieben als,
Flg.3(a) : A sin (ωt)
Fig.3(b) : B cos (ωt)
Fig.3(c) : C sin (ωt+φ)
worin die Kreisfrequenz der Platendrehung ω ist.
Die Beziehung zwischen den Wellenformen wird ausgedrückt als:
C sin(ωt+φ) = A sin (ωt) + B cos (wt) ... (7)
Wenn die Koeffizienten miteinander verglichen werden, ergibt sich:
A = C cos (φ) ... (8) und
B = C sin (φ) ... (9)
Dann,
tan(φ) = B/A ... (10)
Wenn B = 0.1 A, ergibt sich aus Gleichung (10):
φ = 5.7º und C = 1.005 A
Das heißt, das Ausgangssignal rc vom Addierer 22 ist verglichen mit dem Signal ra um 5.7º in der Phase vorgerückt und in der Amplitude etwa gleich. Obwohl das Signal von Fig. 3(b) dem Signal von Fig. 3(a) um 90º voreilt, werden Veränderungen möglich sein. Die Wellenformen von Fig. 3(a)-(c) werden nur dann durch geglättete Kurvenlinien dargestellt, wenn n eine ziemlich große Zahl ist. Wenn n jedoch eine kleine Zahl ist, wird die Wellenform in einer Stufenform gezeigt.
Fig. 4 ist ein Blockschaltbild, das einen Vorgang zum Schätzen der Spurabweichung im Spurabweichungsschätzer 9 bei einer Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt, bei der das Spurabweichung-Schätzungssignal ra durch einen Addierer 41 erzeugt und ausgedrückt wird als:
ra = e1 + ya ... (11)
Ein Multiplizierer 42 multipliziert das Spurabweichung-Schätzungssignal ra mit α (α ist eine reelle Zahl und α < 1). Ein weiterer Multiplizierer 43 multipliziert das Ausgangssignal rb von der letzten Stufe des Speicherabschnitts 21 mit (1 - α). Ein Addierer 44 addiert die Ausgänge der Multiplizierer 42 und 43.
Das Funktionsprinzip der Prozedur der Spurabweichungsschätzung von Fig. 4 wird im Folgenden beschrieben. Wie in Fig. 4 gezeigt, wird die Anfangseinstellung eines Spurabweichung-Schätzungssignals in den Speicherabschnitt 21 synchron mit einer Umdrehung der Platte eingegeben, wobei α bei der ersten Umdrehung der Platte als 1 bestimmt wird. Wenn α bei der zweiten Umdrehung der Platte 0.5 ist, wird das Spurabweichung-Schätzungssignal ra in dem Multiplizierer 42 mit 0.5 multipliziert, und das Spurabweichung-Schätzungssignal rb aus dem Speicherabschnitt 21 wird in dem Multiplizierer 43 auch mit 0.5 multipliziert. Dann werden die Ausgänge der Multiplizierer 42 und 43 durch den Addierer 44 summiert und wieder in dem Speicherabschnitt 21 gespeichert. Da sich die Platte fortlaufend dreht, wird dieser Vorgang wiederholt, und das Spurabweichung-Schätzungsslgnal wird der Reihe nach berechnet werden. Der Koeffizient im Multiplizierer 43 ist 1 - α, während er im Multiplizierer 42 α beträgt, so daß die im Speicherabschnitt 21 gespeicherten Signale ständig in der Ampltude normalisiert werden können.
Diese Prozedur der Spurabweichungsschätzung besitzt ein Merkmal, wonach das im Speicherabschnitt 21 zu einem einzelnen Zeitpunkt gespeicherte Spurabweichung-Schätzungssignal ra im Verlauf der Zeit mit einer spezifischen Rate von 0.25 mal der ursprünglichen Menge bei der zweiten Umdrehung und 0.125 mal bei der dritten Umdrehung abnehmen wird. Folglich wird der verbleibende Prozentsatz von Schätzungssignalen, die bei der vergangenen Umdrehung in dem Speicherabschnitt 21 gespeichert wurden, zunehmen, wenn der Wert von α nahe Null wird.
Eine Hauptaufgabe der erfindungsgemäßen Schätzungsprozedur besteht darin, durch Wiederholen des vorerwähnten Vorgangs Amplitudenschwankungen des Spurabweichung-Schätzungssignals zu glätten und darin enthaltene Zufallsrauschfaktoren auszugleichen.
Der Spurabweichungsschätzer kann aus einer Hardware, wie oben beschrieben, oder durch einen Mikroprozessor gebildet werden, der Software zur Ausführung einer ähnlichen Prozedur besitzt.
Der Vorgang der Spurabweichungsschätzung wird in bezug auf verschiedene Besonderheiten weiter beschrieben.
In einem ersten Fall wird die Schätzung durchgeführt, wobei der Datenwandler 2 beweglich gehalten wird, um einer gegebenen Spur zu folgen. Das heißt, der Vorgang der Spurabweichungsschätzung von Fig. 4 wird ausgeführt, wobei die zeitdiskrete Regelschleife 11 in der Anordnung von Fig. 1 aktiviert gehalten wird.
In einem zweiten Fall wird die Schätzung durchgeführt, wobei die zeitdiskrete Regelschleife 11 in der Anordnung von Fig. 1 inaktiviert gehalten wird, während die absolute Position des Datenwandlers 2 durch Anlegen einer spezifizierten Anweisung an die Treibereinheit 12 unverändert bleibt. Insbesondere erzeugt der Nachführfehlerdetektor 7 ein der Spurabweichung entsprechendes Signal, und der Ausgang des Positionscodierers 3 ist ein Gleichstrom.
Nun werden für die Spurabweichungsschätzung bevorzugte Stellen auf der Platte beschrieben.
In einem ersten Fall, der den obigen Fällen gleicht, wird die Schätzung durchgeführt, wobei der Datenwandler 2 entweder beweglich gehalten wird, um einer nicht spezifizierten Spur zu folgen, oder an die Spur angrenzend festgehalten wird.
In einem zweiten Fall wird die Spurabweichungsschätzung zwischen den Spursuchvorgängen ausgeführt. Das heißt, die Schätzungsprozedur wird für eine Zeitdauer durchgeführt, wobei der Datenwandler 2 beweglich gehalten wird, um einer nicht spezifizierten Spur zu folgen, oder an die Spur angrenzend festgehalten wird, und nach Wechseln zu einer anderen Spur wird der gleiche Vorgang erneut wiederholt werden.
Zwischen die fortlaufenden Schätzungsprozeduren kann eine andere Prozedur, z.B. Schreiben von Daten auf die Platte oder Lesen von Daten von der Platte, eingefügt werden.
Der Zeitpunkt der Spurabweichungsschätzung wird nun beschrieben. Ein solcher Vorgang wie die oben beschriebene Spurabweichungsschätzung wird bei jeder der Vielzahl Spuren wiederholt und kann verwendet werden, wenn die Spurabweichung ungeachtet des Durchmessers der Platte konstant ist. Folglich wird die Prozedur nicht anwendbar sein, wenn die Platte, z.B. ein Diskette, infolge von Änderungen in der Temperatur oder der Feuchtigkeit eine elliptische Exzentrizität aufweist. Dies ist, weil jede Diskette in der elliptischen Exzentrizität, die vom Durchmesser einer Spur abhängt, verschieden ist, und ferner das Lesen und Schreiben von Daten häufige Suchoperationen überall in den Spuren, die jeweilige Durchmesser besitzen, mit sich bringt. Folglich muß die Schätzung bei jeder einzelnen Datenspur und innerhalb einer spezifischen Zeitdauer durchgeführt werden.
Bei einem Diskettenlaufwerk wird der Spindelmotor anhalten, wenn für eine bestimmte Zeitdauer nicht auf die Platte zugegriffen wird, und die Spurabweichungsschätzung sollte daher intermittierend zwischen Zugriffsoperationen durchgeführt werden. Die Spurabweichungsschätzung benötigt wenigstens eine Dauer, die einer Umdrehung der Platte entspricht, und insbesondere wird eine Glättungsperiode zur verbesserten Schätzung mit weniger Rauschen in Anspruch genommen, während die Platte weitere 2 oder 3mal entlang einer gewünschten Spur gedreht wird. Die Spurabweichungsschätzung wird vorzugsweise durchgeführt gerade nachdem der Spindelmotor zu drehen beginnt, wobei die Platte in das Diskettenlaufwerk eingesetzt ist, und bevor der Spindelmotor anhält. Wenn die Spurabweichung während einer beträchtlichen Zeit, wenn die Spindel angehalten bleibt, verändert wird, kann die Schätzung durchgeführt werden, wenn ermittelt wird, daß die Dauer zwischen dem Anhalten und dem Wiederanlauf der Spindel eine vorbestimmte Zeit übersteigt.
Die Funktion des Spurabweichungsschätzers 9 in einem Spursuchmodus wird nun beschrieben.
Fig. 5 ist ein Blockschaltbild, das das Positionssteuersystem für Plattenspeicher der vorliegenden Erfindung in dem Spursuchmodus zeigt.
Wie in Fig. 5 gezeigt, wirkt die Treibereinheit 12 als ein Hauptoperator in dem Spursuchmodus. Eine Spursuchanweisung rk und ein Ausgang rc des Spurabweichungsschätzers 9 werden an einen Adierer 51 angelegt, der wiederum seine Ausgänge an die Treibereinheit 12 sendet.
Der Speicherabschnitt 21 (nicht gezeigt) in dem Spurabweichungsschätzer 9 ist in der gleichen rekursiven Anordnung gebildet wie in Fig. 2, und der Ausgang seiner letzten Stufe wird nicht durch einen digitalen Kompensator nach außen geführt. Die Treibereinheit 12 wird nach Maßgabe des Ausgangssignals des Addierers 51 betätigt. Wenn die Spursuchanweisung rk als Positionssignal ohne einen an den Addierer 51 angelegten Ausgang des Spurabweichungsschätzers 9 eingegeben wird, bewegt sich der Datenwandler 2 als Reaktion auf die Anweisung von einer Spur zu einer anderen Spur. Wenn die Drehung der Platte während des Spursuchens eine Spurabweichung verursacht, ist die Spur, zu der der Datenwandler 2 vorrückt, nach dem Spursuchen um einen Abstand oder eine Abweichung versetzt. Wie in Fig. 5 gezeigt, wird der Ausgang rc des Spurabweichungsschätzers 9 zusammen mit der Spursuchanweisung rk an den Addierer 51 angelegt, um die nach dem Spursuchen verursachte Abweichung der Zielspur zu korrigieren.
Die Anordnung und Funktion des Interpolationsrechners 10 in der in Fig. 1 gezeigten Ausführung der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben.
Die Ausführung von Fig. 1 verwendet ein Sektor-Servosystem, bei dem ein Konstruktionskompromiß in bezug auf die Anzahl von Sektoren geschaffen wird.
Wenn die Anzahl von Sektoren groß ist, nimmt die Abtastfrequenz in dem zeitdiskreten Regelsystem zu und wird in einem breiten Band für die Regelung zur Verfügung stehen. Im Gegensatz dazu nimmt ein Servobereichsteil der Aufzeichnungsoberfläche der Platte in der Größe zu, und die Speicherkapazität wird vermindert werden, wenn die Formatierung auf der Platte beendet ist. Foglich sollte die Zahl der Sektoren auf einem Minimum gehalten werden, um die Verfügbarkeit der Aufzeichnungsoberfläche der Platte zu erhöhen.
Wenn die Zahl der Sektoren klein ist, nimmt die Abtastfrequenz in einem Regelsystem ab und wird nur in einem schmalen Band zur Verfügung stehen. Dies erlaubt es, die Spurfolgefähigkeit mit viel Schwierigkeit zu erhöhen. Da der regelbare Bereich allgemein so eingestellt wird, daß er einige bis zehnmal der Grundfrequenz der Spurabweichung entspricht, kann eine Regelverstärkung in dem zeitdiskreten Ausgleicher für die Regelung der Spurabweichung erhöht werden. Wenn jedoch der regelbare Bereich infolge der oben beschriebenen Beziehungen begrenzt ist, wird die Regelverstärkung kaum zunehmen. Ferner wird, wenn die Zahl der Sektoren klein ist, die Länge des Abtastintervalls zunehmen, während ein bestimmtes Befehlssignal nur an das Betätigungselement angelegt wird, um den Datenwandler anzutreiben. Da die Spur die Position infolge der Spurabweichung fortlaufend verändert, wird sich aus einem beträchtlichen Maß von Spurabweichung ein "Off-Track" ergeben, auch wenn die Regelverstärkung erhöht wird.
Es wird ein Verfahren zur Erhöhung der Spurfolgefähigkeit bei einer kleinen Zahl von Sektoren zur Verfügung gestellt, bei dem das in zeitdiskreten Intervallen an die Treibereinheit 12 angelegte Referenzposition-Befehlssignal zeitlich zwischen vorangehenden und folgenden Signalen interpoliert wird. Dieses Verfahren erlaubt es, das Referenzposition-Befehlssignal zu interpolieren, um so die gleiche Wirkung wie die Erhöhung der Zahl der Sektoren zu liefern.
Fig. 6 ist ein Blockschaltbild des Interpolationsrechners 10 in einer Ausführung der vorliegenden Erfindung, in dem das Element 61 ein Addierer ist, der das Ausgleichposition-Befehlssignal rd mit dem Optimierungssignal rc kombiniert, das Element 62 ein Interpolator ist, der bei Empfang eines Ausgangs w vom Addierer 61 eine Interpolation durchführt, und das Element 63 eine Abtast-Halte-Schaltung ist, die ein zeitdiskretes Signal v des Interpolators 62 in ein stetiges Signal umsetzt. Wenn die Abtastperiode T der zeitdiskreten Regelschleife weiter mit einem minimalen Grad interpoliert wird, wird die Haltezeit Th der Abtast-Halte-Schaltung 63 ausgedrückt als:
Th < T ... (12)
Die Interpolation ist eine arithmetische Operation, bei der, wenn Werte einer Funktion f(x) an in Punkten x1, x2, ... und xm bekannt sind, ein Wert von f(x) an einem Punkt x aus den bekannten Werten von von f(x) erhalten wird. Genauer gesagt, eine Interpolation liegt vor, wenn der Wert von x zwischen dem Minimum und dem Maximum der Werte von m Punkten liegt, wird andernfalls aber als Extrapolation bezeichnet. Die Lagrangsche Interpolation ist eines der bekannten ähnlichen Verfahren.
Die Funktion und Wirkung des Interpolators 62 wird spezifisch mit Verweis auf ein einfaches Beispiel beschrieben, in dem m 2 ist, das heißt, eine Interpolation oder Extrapolation wird mit Hilfe etlicher Faktoren vorgenommen. Zur Vereinfachnung der Beschreibung wird die betreffende Prozedur nicht zwischen Interpolation und Extrapolation unterschieden und nachfolgend als "Interpolation" bezeichnet.
Fig. 7(a)-7(e) sind Wellenformdiagramme von Signalen, die die Spurabweichung r ohne durchgeführte Interpolation, den Ausgang w des Addieres 61, das Referenzposition-Befehlssignal rs, die Absolutposition ys des Datenwandlers und den wirklichen Nachführfehler es zeigen und die in dem in Fig. 1 und 6 gezeigten Positionssteuersystem für Plattenspeicher der vorliegenden Erfindung enthalten sind. Der tatsächliche Nachführfehler es ist ein bestehender Nachführfehler zwischen dem Datenwandler 2 und der Referenzdatenspur und wird erhalten aus:
es = r - ys ... (13)
Fig. 7(b) zeigt ein zeitdiskretes Signal, das auf der Abszissenachse kT (k ist eine positive Ganzzahl) bei Abtastintervallen von T bezeichnet ist.
Wie in Fig. 7(a)-7(e) gezeigt, wird das Referenzposition-Befehlssignal rs, das durch Abtasten und Halten des Ausgangs w des Addierers 61 erhalten wird, in einer breiten Stufenwellenform dargestellt. Die Datenwandlerposition ys oder eine Reaktion der Treibereinheit 12 auf das Signal rs wird ebenfalls in einer breiten Stufenwelienform dargestellt. Folglich besitzt der tatsächliche Nachführfehler eine schwingende Wellenform großer Amplitude.
Fig. 8 ist ein Blockschaltbild, das einen Interpolator zum Ausführen einer ersten Interpolationsprozedur zeigt, bei dem das Element 81 ein Abtaster ist, der in Intervallen der Periode T/m das Eingangssignal w abtastet, das in Intervallen von T Perioden abgetastet worden ist, und das Element 82 ein Digitalfilter H(z) ist, das in der Form eines Integralfilters zum Glätten eines Eingangssignals bereitgestellt wird. Sowohl der Abtaster 81 als auch das Digitalfilter 82 werden nach Maßgabe eines Interpolationsimpulses mit einer Periode T/m betätigt. Die Elemente 83 und 84 sind Multiplizierer, die das Signal mit a (a ist eine positive reelle Zahl und a < 1) bzw. mit 1 - a multiplizieren. Das Element Z&supmin;¹ ist ein Register, das Daten für die Abtastperiode T/m hält.
Der Interpolator kann, wie oben beschrieben, aus Hardware oder durch einen Mikroprozessor gebildet werden, der Software zur Ausführung einer ähnlichen Prozedur besitzt.
Fig. 9(a)-9(f) sind Wellenformdiagramme von durch die erste Interpolationsprozedur interpolierten Signalen (wo m = 2). Wie in Fig. 9(b) gezeigt ist ein durch einen schwarzen Punkt bezeichnetes Abtastsignal der nicht interpolierte Eingang w(kT). Ein interpoliertes Signal wird durch einen weißen Punkt dargestellt. Das Abtastsignal w(k T/m) wird dann an das Digitalfilter 82 angelegt, das nach Maßgabe des Interpolationsimpulses der Periode T/m betätigt wird. Das durch das Digitalfllter 82 geglättete Signal v wird durch die Abtast-Halte-Schaltung 63 von Fig. 6 gehalten, um ein Signal rs auszugeben, das verglichen mit dem Signal rs von Fig. 7(c) eine kleine Stufenwellenform besitzt. Der tatsächliche Nachführfehler es wird folglich eine kleine Amplitude und eine gemäßigte Wellenform aufweisen. Durch Erhöhen der Interpolationspunkte m wird außerdem der Ausgang es im Frequenzgang glatt und in der Amplitude weiter kleiner werden. Der Ausgang w des zeitdiskreten Ausgleichers wird zu einem beachtlichen Grad abgetastet und durch das digitale Integralfilter geführt, wodurch die Spurverfolgbarkeit verbessert werden kann.
Fig. 10 ist ein Blockschaltbild, das eine andere Anordnung eines Interpolators zur Ausführung einer zweiten Interpolationsprozedur zeigt, bei der das Element 101 ein synchron mit einem Sektorermittlungsimpuls betätigtes Register ist, das das Eingangssignal w für eine Periode T hält. Das Element 102 ist ein Addierer, der eine Differenz zwischen dem aktuellen Eingang w(kT) und dem Registerausgang w((k-1)T) berechnet. Ferner ist das Element 103 ein Multiplizierer, der den Ausgang des Addierers 102 mit 1/m (m = 2) multipliziert, und das Element 104 ist ein weiterer Addierer, das als Reaktion auf einen Interpolationsimpuls betätigt wird und den aktuellen Eingang w(kT) und den Ausgang des Multiplizierers 103 summiert.
Der Interpolator kann, wie oben beschrieben, aus Hardware oder durch einen Mikroprozessor gebildet werden, der Software zur Ausführung einer ähnlichen Prozedur besitzt.
Fig. 11(a)-11(e) sind Wellenformdiagramme von durch die zweite Interpolationsprozedur interpolierten Signalen. Wie in Fig. 11(b) gezeigt, ist ein durch einen schwarzen Punkt bezeichnetes Abtastsignal der nicht interpolierte Eingang w(kT). Eine Interpolation wird durchgeführt, bei der die Signalwerte (dargestellt durch die weißen Punkte) durch Teilen der Verlängerung (dargestellt durch die unterbrochene Linie), die sich über die Spitze des momentanen Abtastsignals w(kT) durch die Spitze des vorangehenden Abtastsignals w((k-1)T) erstreckt, durch die Zahl in in der folgenden Abtastperiode erhalten werden.
Der interpolierte Ausgang v (dargestellt durch sowohl die schwarzen als auch die weißen Punkte) wird durch die Abtast-Halte-Schaltung 63 von Fig. 6 gehalten, um ein in Fig. 11(c) gezeigtes Signal rs auszugeben, wo der schraffierte Bereich das Ergebnis der Interpolation darstellt. Insbesondere besitzt das Signal rs verglichen mit dem von Fig. 7(c) eine kleine Stufenwellenform, und der Frequenzgang ys der Treibereinheit 12 nimmt verglichen mit dem von Fig. 7(d) eine gemäßigte Wellenform an. Der tatsächliche Nachführfehler es wird folglich eine kleine Amplitude und eine gemäßigte Wellenform aufweisen. Durch Erhöhen der Interpolationspunkte m wird außerdem der Ausgang es in seinem Frequenzgang glatt und in der Amplituder weiter kleiner werden. Die Spurverfolgbarkeit kann daher durch Interpolation des Signals w verbessert erden.
Eine weitere Anordnung des Interpolators wird nun beschrieben, bei der das zeitdiskrete Signal w vorübergehend durch Lernen oder in bezug auf eine wiederholbare Periode zum Zweck einer arithmetischen Interpolationsoperation gehalten wird, die dann in der ersten und zweiten Interpolationsprozedur mit entweder dem aktuellen zeitdiskreten Ausgang w oder dem vor mehreren Abtastperioden erzeugten zeitdiskreten Ausgang durchgeführt wird.
Fig 12 ist ein Blockschaltbild, das einen Interpolator zur Ausführung einer dritten Interpolationsprozedur zeigt, bei dem das Element 121 ein Speicherabschnitt ist, der synchron mit einem Sektorermittlungsimpuls betätigt wird, um ein Signal w entsprechend einer Umdrehung der Platte zu halten. Das Element 122 ist ein Addierer, der eine Differenz zwischen dem Ausgang x(kT) und dem Ausgang x((k+1)T) berechnet. Ferner ist das Element 123 ein Multiplizierer, der den Ausgang des Addierers 122 mit 1/m (m = 2) multipliziert, und das Element 124 ist ein weiterer Addierer, der als Reaktion auf einen Interpolationsimpuls betätigt wird, um den momentanen Eingang w(kT) und den Ausgang des Multiplizierers 123 zu summieren.
Der Interpolator kann, wie oben beschrieben, aus Hardware oder durch einen Mikroprozessor gebildet werden, der Software zur Ausführung einer ähnlichen Prozedur besitzt.
Fig. 13(a)-13(b) sind Wellenformdiagramme von durch die dritte Interpolationsprozedur interpolierten Signalen. Fig. 13(a) zeigt ein zeitdiskretes Signal, das durch Lernen oder in bezug auf eine wiederholbare Periode in den Speicherabschnitt 121 eingegeben wird. Wie in Fig. 13(b) gezeigt, ist ein durch den schwarzen Punkt gekennzeichnetes Signal das in den Interpolator in Echtzeit eingegebene zeitdiskrete Signal w(kT). Die Interpolation erfolgt gemäß dem in dem Speicherabschnitt 121 gespeicherten Abtastsignal, wobei ein geneigter Teil (dargestellt durch die unterbrochene Linie) zwischen der aktuellen Abtastzeit und der folgenden Abtastzeit aus dem in dem Speicherabschnitt 121 gespeicherten Abtastsignal erhalten und zur Interpolation der folgenden Abtastperiode (dargestellt durch den weißen Punkt) verwendet wird. Dieser Vorgang wird auf jeder Abtasteingabe zur Interpolation in Übereinstimmung mit einer Umdrehung der Platte ausgeführt.
Das interpolierte Signal v wird dann durch die Abtast-Halte-Schaltung 63 von Fig. 6 gehalten, um ein Signal rs auszugeben. Das Signal rs wird an die Treibereinheit 12 angelegt, und die Spurverfolgbarkeit kann daher so gut wie bei der ersten oder zweiten Interpolationsprozedur verbessert werden.
Fig. 14(a) ist ein Blockschaltbild eines Ausgleichspositionsrechners 8 in einer Ausführung der vorliegenden Erfindung, bei der das Element Z&supmin;¹ ein Einheitspeicher ist, der ein zeitdiskrtetes Signal der Abtastzeit T hält, das Element Ha(z) ein digitales Tiefband-Ausgleichsfilter ist, das Element Hb(z) ein rekursives Digitalfilter und das Element LPF ein Tiefpaßfilter ist, das zur Stabilisierung in dem rekursiven Digitalfilter enthalten ist.
Ferner werden die Multiplizierer L1, L2,... L4 zur Verfügung gestellt, um das Eingangssignal mit einem Koeffizienten zu multiplizieren. Fig. 14(b) zeigt die Frequenzeigenschaften einer Übertragungsfunktion von dem Nachführfehler el in das Ausgleichposition-Befehlssignal rd. Während f0 eine Drehfrequenz der Platte ist, ist in dem Oberwellen-Freguenzanteil, der eine Multiplikation der Grundfrequenz f0 mit einer Ganzzahl ist, offensichtlich eine hohe Verstärkung vorhanden.
Die Anordnung des Ausgleichspositionsrechners ist nicht auf das oben erwähnte System begrenzt und kann aus einem Tiefband-Ausgleicher gebildet werden, der imstande ist, die Verstärkung eines in dem Nachführfehlersignal enthaltenen Niederfrequenzanteils wesenlichtlich zu erhöhen.

Claims

1. Positionssteuersystem für ein Plattenspeichersystem (11) mit einem Datenwandler (2) zur Aufnahme und Wiedergabe von Information, die in einer gegebenen Datenspur einer Informations-Speicherplatte (14), die eine Vielzahl von Datenspeicherspuren besitzt, gespeichert ist, umfassend:

eine Betätigungseinrichtung (1) zur Betätigung des Datenwandlers, um den Datenwandler zu bewegen;

eine Antriebseinrichtung (12) zum Antreiben der Betätigungseinrichtung nach Maßgabe eines Referenzposition-Befehlssignals und des aktuellen Positionssignals;

eine Nachführfehler-Ermittlungseinrichtung (7) zur Ermittlung einer Positionsdifferenz des Datenwandlers von einer gewünschten Datenspur und Erzeugung eines Nachführfehlersignals;

eine Spurabweichung-Schätzungseinrichtung (9) zum Schätzen einer Abweichung einer Spur, die aus entweder Exzentrizität oder Welligkeit der Datenspur resultiert, und Erzeugen eines Optimierungssignals auf der Schätzung, und

eine zeitdiskrete Regelschleifeneinrichtung (2, 7, 8, 10) zum Steuern der Antriebseinrichtung nach Maßgabe des Nachführfehlersignals, einschließlich einer Ausgleichsposition-Berechnungseinrichtung (8) zum Berechnen eines Ausgleichsposition-Befehlssignals aus dem Nachführfehlersignal und einer Interpolations-Berechnungseinrichtung (10) zum Erzeugen eines Interpolationssignals, das an die Antriebseinrichtung durch Interpolation mit dem Optimierungssignal und dem Ausgleichsposition-Befehlssignal angelegt wird,

gekennzeichnet durch eine Positions-Codierungseinrichtung (3) zum Ermitteln einer Veränderung in der Bewegung des Datenwandlers und zum Erzeugen eines aktuellen Positionssignals, das eine aktuelle Position des Datenwandlers darstellt, und dadurch, daß die Spurabweichung- Schätzungseinrichtung (9) umfaßt:

eine erste Additionseinrichtung (41), die das Nachführfehlersignal und das aktuelle Positionssignal der Positions-Codierungseinrichtung aufsummiert; eine Speichereinrichtung (21), die eine begrenzte Zahl von Einheitsspeichern umfaßt, die vorübergehend Spurabweichung-Schätzungssignale enthalten, die Ausgängen der ersten Additionseinrichtung gemäß der Drehung der Platte entsprechen;

eine begrenzte Zahl von Ausgleicheinrichtungen (K1, K2, ... Kn), jede zum Empfangen eines Ausgangssignals eines jeweiligen Einheitsspeichers, und

eine zweite Additionseinrichtung (22), die Ausgangssignale der Mehrzahl von Ausgleicheinrichtungen aufsummiert, so daß sie ein Ausgangssignal der zweiten Additionseinrichtung als ein Vorschubsignal ausgeben kann.

2. Positionssteuersystem nach Anspruch 1, bei dem die Ausgleichsposition-Berechnungseinrichtung (8) eine Niederfrequenz-Ausgleicheinrichtung enthält, um eine Verstärkung von Niederfrequenzanteilen, die in dem Nachführfehlersignal enthalten sind, zu erhöhen.

3. Positionssteuersystem nach Anspruch 1, bei dem die Ausgleichsposition-Berechnungseinrichtung (8) ein rekursives Digitalfilter enthält, um eine hohe Unterdrückungsverstärkung sowohl bei den Grundals auch den Oberwellen-Frequenzanteilen einer in dem Nachführfehlersignal enthaltenen Plattenumdrehungsfrequenz zu haben.

4. Positionssteuersystem nach Anspruch 1, bei dem die Positions-Codierungseinrichtung (3) adaptiert ist, um ein aktuelles Positionssignal auszugeben, das eine Versetzung des Datenwandlers von einem Referenzpunkt linear in einem gesamten beweglichen Bereich des Datenwandlers darstellt.

5. Positionssteuersystem nach Anspruch 1, bei dem die Antriebseinrichtung (12) eine Vergleichseinrichtung (6) umfaßt, die ein Abweichungssignal erzeugt, das einer Differenz zwischen dem Referenzpositionssignal und dem aktuellen Positionssignal der Positions-Codierungseinrichtung entspricht, sowie eine Stromversorgungseinrichtung (4), die als Reaktion auf ein Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung einen elektrischen Strom an die Betätigungseinrichtung anlegt.

6. Positionssteuersystem nach Anspruch 1, bei dem die Spurabweichung-Schätzungseinrichtung (9) ein gegebenes Spurabweichung-Schätzungssignal während der vorangehenden Mehrzahl von Umdrehungen der Platte nach Maßgabe sowohl des dem Ausgang der ersten Additionseinrichtung (41) entsprechenden Signals als auch des vorübergehend in der Speichereinrichtung (21) gespeicherten Schätzungssignals erzeugt und glättet.

7. Positionssteuersystem nach Anspruch 6, bei dem die Spurabweichung-Schätzungseinrichtung (9) weiter eine Multipliziereinrichtung (43) enthält, um das dem Ausgang der Speichereinrichtung (21) entsprechende Signal mit einer Konstante zu multiplizieren, sowie eine Additionseinrichtung (44), um das dem Ausgang der ersten Additionseinrichtung (41) entsprechende Signal und ein einem Ausgang der Multipliziereinrichtung entsprechendes Signal zu summieren, und ein einem Ausgang der Additionseinrichtung (44) entsprechendes Signal an die Speichereinrichtung anlegt.

8. Positionssteuersystem nach Anspruch 6, bei dem die Spurabweichung-Schätzungseinrichtung (9) ein Spurabweichung-Schätzungssignal während der vorangehenden Mehrzahl von Umdrehungen der Platte in bezug auf jede der Spuren auf der Platte erzeugt und glättet.

9. Positionssteuersystem nach Anspruch 6, bei dem die Spurabweichung-Schätzungseinrichtung (9) Spurabweichung-Schätzungssignale während der vorangehenden Mehrzahl von Umdrehungen der Platte in bezug auf eine Vielzahl der Spuren auf der Platte erzeugt und glättet.

10. Positionssteuersystem nach Anspruch 1, bei dem die Spurabweichung-Schätzungseinrichtung (9) eine Schätzung der Spurabweichung wenigstens entweder gerade nach einem Anlaufen der Drehung der Platte oder gerade vor einem Anhalten der Drehung der Platte durchführt.

11. Positionssteuersystem nach Anspruch 1, bei dem die Spurabweichung-Schätzungseinrichtung (9) eine Schätzung der Spurabweichung durchführt, wenn eine Dauer zwischen einem Anhalten und einem Wiederanlauf der Drehung der Platte eine vorbestimmte Zeit übersteigt.

12. Positionssteuersystem nach Anspruch 1, bei dem die Spurabweichung-Schätzungseinrichtung (9) den vorübergehend in der begrenzten Zahl von Einheitsspeichern der Speichereinrichtung (21) gespeicherten Spurabweichung-Schätzsignalen erlaubt, sich als Reaktion auf die Drehung der Platte während eines Spursuchvorgangs zwischen den Einheitsspeichern rekursiv zu bewegen, und auch den Ausgang der Speichereinrichtung an die Antriebseinrichtung (12) anlegt.

13. Positionssteuersystem nach Anspruch 1, bei dem die Interpolations-Berechnungseinrichtung (10) eine Additionseinrichtung (61), um das Optimierungssignal und das Ausgleichsposition-Befehlssignal zu summieren, eine Speichereinrichtung (101) zum Speicheren eines Ausgangssignals der Additionseinrichtung (61), sowie eine Berechnungseinrichtung (102, 103, 104) umfaßt, die wenigstens eine Summierungsfunktion zur Interpolation nach Maßgabe des Ausgangssignals der Additionseinrichtung (61) und eines Ausgangssignals der Speichereinrichtung (101) besitzt.

14. Positionssteuersystem nach Anspruch 1, bei dem die Interpolations-Berechnungseinrichtung (10) eine Speichereinrichtung (121) zum Halten eines wenigstens entweder dem Ausgleichsposition-Befehlssignal oder dem Optimierungssignal entsprechenden Signals durch Lernen oder hinsichtlich einer wiederholbaren Periode sowie eine Berechnungseinrichtung (122, 123, 124) umfaßt, die wenigstens eine Summierungsfunktion zur Interpolation nach Maßgabe eines Ausgangssignals der Speichereinrichtung (121) besitzt.