DE69221097T2

DE69221097T2 - System zur adaptiven Steuerung eines Plattenantriebsstellgliedes

Info

Publication number: DE69221097T2
Application number: DE69221097T
Authority: DE
Inventors: Ted W Barnes; Richard B Wells
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 1991-12-18
Filing date: 1992-12-18
Publication date: 1997-11-13
Anticipated expiration: 2012-12-19
Also published as: JPH05258491A; EP0547630A2; US5257252A; JP3193491B2; EP0547630B1; EP0547630A3; DE69221097D1

Description

Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Servosteuerungssystem für einen Plattenlaufwerkskopfbetätiger und insbesondere auf ein adaptives Servosystem zum Steuern des Betätigerbetriebs.

Hintergrund der Erfindung

Dem Problem des Steuerns der Lese/Schreib-Kopfpositionierung über Speicherspuren in einem Plattenlaufwerk wurde im Stand der Technik eine große Aufmerksamkeit gewidmet. Steuerungssysteme wurden ausgedacht, um einen ausgewählten Kopf über einer Spur zu positionieren, selbst wenn Störkräfte vorhanden sind. Lager- und Wellenunvollkommenheiten bewirken, daß befestigte Platten schlagen, wenn sie sich drehen. Ein derartiges Schlagen wird Unrundheit genannt, und es werden Steuerungssysteme gemäß dem Stand der Technik entwickelt, um einen Kopf derart zu Positionieren, daß derselbe Änderungen der Spurenposition selbst beim Vorhandensein einer derartigen Unrundheit folgt.
Neben der Unrundheit machen andere Parametervariationen das Positionssteuerungsproblem zu einem schwer zu lösenden Problem. Verstärkungsvariationen, Änderungen der Resonanzamplituden und -frequenzen und andere Störungen in einem Plattenbetätigungssteuerungssystem können sich wesentlich zeitabhängig ändern. Derartige Parameter variieren ferner von Plattenlaufwerk zu Plattenlaufwerk. Beispielsweise kann die Verstärkung eines Plattenlaufwerkssteuerungssystems über große Spannen aufgrund von Temperaturvariationen, Alterungsvariationen und Variationen von Einheit zu Einheit reichen. Derartige Änderungen können bewirken, daß die "Einstellzeit" eines Kopfs wesentlich ansteigt und dieselben können folglich die Leistung eines Plattenlaufwerks verschlechtern.
Ferner werden, wenn die Systemverstärkung abfällt, sowohl die Störunterdrückung als auch die Fähigkeit der Unrundheit zu folgen reduziert.
Der Stand der Technik ist mit Kopf/Arm-Betätigersteuerungssystemen gesättigt. In dem U. S. Patent 4,135,217, erteilt an Jacques u. a., stellt ein Servosystem sowohl eine grobe als auch eine feine Positionierung bereit. Während des groben Positionierens werden gespeicherte wiederholbare Fehlerinformationen und Versatzinformationen verwendet, um Fehlersignale zu erzeugen, um die Bewegung des Kopf/Arm-Betätigers zu steuern. Nach dem groben Positionieren werden Feinpositionierungsinformationen, die Versatzinformationen und gespeicherte wiederholbare Fehlerinformationen umfassen, verwendet, um Feinpositionierungsfehlersignale zu erzeugen, um die Bewegung des Kopf/Arm-Betätigers zu steuern. In dem U. S. Patent 4,204,234, erteilt an Noble, wird ein Spurenfolgen durch zunächst Speichern von erfaßten Datensignalen erreicht. Diese Signale werden dann mit folgenden abgetasteten Signalen verglichen, und die Differenzen werden für Steuerungs zwecke verwendet.
Alaimo u. a. verwenden in dem U. S. Patent 4,630,190 eine Referenzspur, um eine Berechnung eines Positionskorrektursignals aus Fehlern zu ermöglichen, die als Folge des Plattenschlagens auftreten. Diese Korrekturwerte werden dann verwendet, um die Unrundheit während Lese/Schreib-Operationen zu kompensieren.
In dem U.S. Patent 4,412,165, erteilt an Case u. a., werden Positionsfehlersignale von einem Kopf hergeleitet, der in eine korrekte, auf der Spur liegenden Position gezwungen wird. Die Positionsfehlersignale werden dann gespeichert und als Bezugsdaten verwendet, mit denen folgende Lesesignale verglichen werden, um weitere Fehlersignale für eine Kopf/Arm-Positionskorrektur bereitzustellen.
Sidman verwendet in dem US Patent 4,536,809 (siehe den Oberbegriff des Anspruchs 1) eine Trainierzeit, bei der Signale von einer Servospur erfaßt werden, um die Erzeugung eines Satzes von Fehlpositionsfehlersignalen zu erzeugen. Ein digitales Filter stellt die Phase der digitalisierten Fehlpositionssignale ein, um eine bekannte Servosteuerungssystem- und Tiefpaßfilternacheilung zu kompensieren. Dasselbe stellt ferner die Phasenvoreilungs- und die Verstärkungsbedingungen der Grundfrequenz und von ausgewählten Oberwellen ein, um eine Unterdrückung der Hochfrequenzoberwellen zu ermöglichen. Darauf erzeugt das Filter Korrektursignale aus den phasenkorrigierten Fehlpositionsfehlersignalen, wobei das System das Verfahren für eine oder mehrere Plattendrehungen wiederholt, um weiter verfeinerte Fehlpositionsfehlersignale zu erhalten. Diese Informationen werden dann gespeichert und mit Daten, auf die im folgenden zugegriffenen wird, verwendet, um ein verbessertes Spurfolgen durch den Lese/Schreib- Kopf zu ermöglichen.
Zusätzliche Servopositionskorrektur- und Servospurkompensationssysteme können in den folgenden technischen Offenbarungsbulletins von IBM gefunden werden: Griffiths u. a., "Self-Calibrating Disk Storage Apparatus", Band 19, Nr. 6, November 1976, ff. 1991, 1992; Betts, "Null Servo Pattern", Band 18, Nr. 8, Januar 1976, ff. 2656, 2657; Palmer u. a., "Packwriter Write Correction System", Band 13, Nr. 11, April 1971, S. 3505; Matla u. a., "Track Servo System Compensating Pattern Defects", Band 22, Nr. 8A, Januar 1980, ff. 3269, 3270; Santana, "Generation of Position Correction Signals for All Disk Pack Surfaces", Band 12, Nr. 11, April 1970, S. 1891; Brock u. a., "Recording Position Signals on Record Disks", Band 22, Nr. 8A, Januar 1980; und Brock u. a., "Detecting Erroneous Servo in Record Storage Apparatus", Band 21, Nr. 3, August 1978, ff. 932, 933.
Trotz der vielen Servo-Lese/Schreib-Kopfsteuerungssysteme des Stands der Technik, stellen Parametervariationen, die aufgrund der Alterung und aufgrund von Temperatur- und Umweltstörungen auftreten, immer noch Probleme bezüglich der Kopfpositionierung dar. Wie im Vorhergehenden gezeigt, können mäßige Verstärkungsvariationen wesentliche Änderungen bei der Einschwingzeit eines Kopf- und Spurpositionierungsverhaltens bewirken. Ein Echtzeitservosteuerungssystem zum Korrigieren derartiger Parametervariationen wird benötigt.
Dementsprechend ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Steuerungssystem für einen Plattenlaufwerksbetätiger zu schaffen, das als Reaktion auf Parametervariationen adaptiv ist.
Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, ein adaptives Steuerungssystem für einen Plattenlaufwerksbetätiger zu schaffen, das eine rasche und wirkungsvolle Veränderung der Servosystemparameter während einem Echtzeitbetrieb ermöglicht.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist eine Servoschleife zum Steuern eines Betätigers und eines Lesekopfes beschrieben, wobei die Servoschleife auf Trainiersignale reagiert, um zu bewirken, daß der Betätiger den Lesekopf bewegt. Ein Fehlersignal wird als Folge der Bewegung des Kopfes zu einer Plattenspur erzeugt, wobei das Fehlersignal eine weniger als optimale Positionierhandlung durch den Betätiger anzeigt. Ein kompensierendes Filter verändert die Reaktion der Servoschleife auf ein Trainiersignal, um zu bewirken, daß der Betätiger eine optimalere Positionierhandlung erzeugt, wobei das Filter eine Anfangswertfiltercharakteristik zeigt. Ein Prozessor reagiert auf ein erstes Trainiersignal, um den Anfangscharakteristikwert des Filters in eine erste Richtung zu verändern, um zu bewirken, daß das Filter bei dem ersten Trainiersignal gemäß dem veränderten Charakteristikwert handelt, und dasselbe reagiert ferner auf ein zweites Trainiersignal, um die Anfangscharakteristik des Filters in einer zweiten Richtung zu verändern, um zu bewirken, daß das Filter bei dem zweiten Trainiersignal gemäß dem veränderten Charakteristikwert handelt. Der Prozessor stellt den Anfangswert der Filtercharakteristik in einer Richtung abhängig davon, welches Trainiersignal ein Fehlersignal mit einem kleineren Wert bewirkt, ein.

Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm eines adaptiven Steuerungssystems für einen Plattenlaufwerksbetätiger, das die vorliegende Erfindung enthält.
Fig. 2 ist ein Blockdiagramm, das ausgewählte Komponenten in dem digitalen Signalprozessor zeigt, der in Fig. 1 gezeigt ist.
Fig. 3 ist eine Wellenform, die ein Stufeneingangstrainiersignal zeigt.
Fig. 4 ist eine graphische Darstellung der Ausgangsreaktion der Betätigungsvorrichtung.
Fig. 5 ist eine graphische Darstellung des Fehlersignals, das aus dem Stufeneingangssignal der Fig. 3 resultiert.
Fig. 6 ist eine graphische Darstellung des Absolutwerts des Fehlersignals der Fig. 5.
Fig. 7 ist eine graphische Darstellung des Absolutwerts des Fehlersignals der Fig. 6 nachdem dasselbe zeitgewichtet wurde.
Fig. 8 ist das Zeitintegral des zeitgewichteten Absolutwerts (ITAE) des Fehlersignals der Fig. 7.
Fig. 9 ist eine graphische Darstellung einer Parametervariationsoberfläche, die sich ergibt, wenn der Leistungsindex gegen die Parametervariation aufgetragen wird.
Fig. 10 ist ein Flußdiagramm, das die Verstärkungsparametertrainierprozedur darstellt, die mit dem System der Fig. 1 verwendet wird.
Fig. 11 ist ein Flußdiagramm einer Null-Parametertrainierprozedur, die mit dem System der Fig. 1 verwendet wird.
Fig. 12 ist ein Flußdiagramm einer Polparametertrainierprozedur.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Bezugnehmend auf Fig. 1 ist eine Plattenlaufwerksbetätigungsvorrichtung gezeigt, die einen Lese/Schreib-Kopf 10 über Servospuren 12 auf einer Platte 14 positioniert. Die Plattenlaufwerksbetätigungsvorrichtung weist einen digitalen Signalprozessor 16 auf, der in sich eingebettet sowohl eine kompensierende Filterfunktion 18 als auch eine adaptive Steuerungsfunktion 20 umfaßt. Die Filterfunktion 18 umfaßt ein Voreilnetz und ein integrierendes Netz (ein Nacheilnetz). Ein analoges Ausgangssignal des digitalen Signalprozessors 16 wird durch einen Verstärker 22 und dann zu einem Betätiger 24 zum Bewirken, daß sich der Kopf 10 zu einer Servospur 12 bewegt, gespeist.
Bei einem Plattenlaufwerk sind die Platten auf einer Spindel gestapelt, und abgetastete Servodaten von jeder Spur sind nicht perfekt mit dem entsprechenden Kopf ausgerichtet. Es tritt oftmals auf, daß eine radiale Verschiebung zwischen den Servospuren aufgrund von unterschiedlichen materiellen Ausdehnungen, die aus Temperaturvariationen und einer Materialalterung resultieren, besteht. Wenn ein Kopf auf einer anderen Platte auf die gleiche Spur ausgewählt wird, bewegt ein Betätigersteuerungssystem unter Verwendung der abgetasteten Servodaten von der Servospur den Kopf zu der neuen Datenspurmitte. Mit anderen Worten bewegt, wenn ein Kopf ausgewählt wird, das Steuerungssystem den Kopf über die Servodaten, um der radialen Verschiebung zu folgen. Diese Betätigerbewegung wird Kopfumschalteinschwingen genannt. Eine typische Reaktion auf ein halbspuriges Kopfumschalteinschwingen ist in Fig. 4 gezeigt. Auf eine ähnliche Art und Weise korrigiert das Servosystem eine mechanische Fehlposition. Das Korrektursignal positioniert den Betätiger neu, was ein Kopfumschalteinschwingen bewirkt.
Das Kopfumschalteinschwingen zeigt sich durch eine Ausgangsschwingung des Kopfs 10, die zu einem Spurfolgedetektor 26 gespeist wird, der eine Spannung erzeugt, deren positive und negative Schwingwege die Abweichungen von der Spurmitte widerspiegeln. Das Ausgangssignal des Spurfolgedetektors 26 wird in einen Summierer 28 und dann zurück in den digitalen Signalprozessor 16 zum Kompensationsfiltern gespeist. Innerhalb des digitalen Signalprozessors 16 wird ein Leistungsindex hergeleitet, um ein Maß für die Kopfeinschwingzeit des Betätigers 24 bereitzustellen. Der gewählte Leistungsindex ist das Zeitintegral des Absolutwerts des Fehlersignals (ITAE; ITAE = Integral over Time of the Absolute value of the Error signal). Der ITAE-Index wird durch den digitalen Signalprozessor 16 verwendet, um adaptiv die kompensierende Filterfunktion 18 einzustellen, derart, daß dieselbe den Wert des abgeleiteten ITAE-Index bei folgenden Kopfbewegungen (z. B. Bewegungen, die aus Trainiersignalen oder einem Kopfumschalten resultieren) reduziert.
Der ITAE-Index, der im folgenden beschrieben werden soll, wurde früher bei anderen Servosystemen verwendet, um ein Maß für die übergangsreaktion desselben zu liefern. Der ITAE- Index wurde zuerst durch Graham und Lathrop in "The Synthesis of Optimum Transient Response", Transactions of the American Institute of Electrical Engineers, Band 72, (1953), ff. 273-288, beschrieben. Kurz gesagt, liefert ein ITAE-Index einen einzelnen Wert, der die Reaktion eines Servosystems anzeigt, wenn eine Servohandlung auftritt. Je niedriger der ITAE-Indexwert ist, desto besser ist die Reaktionscharakteristik des Systems. Die ITAE-Indexwerte werden bei dieser Erfindung verwendet, um eine Anzeige der Einstellrichtung zu erhalten, die auf die Parameter der Servoschleife angewendet werden muß, um die Kopfumschalteinschwingzeit zu minimieren. Eine Gradientsuchroutine wird verwendet, um einen minimalen ITAE-Indexwert zu finden.
Wie es Fachleuten bekannt ist, wird eine kompensierende Filterfunktion (manchmal "Voreil"- Netz genannt) in einer Kopf/Arm-Betätigungsvorrichtung verwendet, da die Phasenverschiebung durch das ganze System hindurch eher in einer positiven als in einer negativen Rückkopplung resultieren kann. Eine positive Rückkopplung wird, außer dieselbe wird korrigiert, eine Schwingung der Betätigungsvorrichtung zur Folge haben und das Plattenlaufwerk unbetreibbar machen. Das kompensierende Filter stellt sicher, daß die Phasenverschiebungen derart sind, daß ein negativer Wert der Rückkopplung trotz Systemparametervariationen sichergestellt ist.
Um adaptiv die kompensierende Filterfunktion 18 einzustellen (d. h. sowohl das Voreil- als auch das Nacheilnetz), wird ein Trainierpulsgenerator 30 periodisch freigegeben, um ein Paar von Trainierpulsen zu erzeugen, die ihrerseits zu dem Summierknoten 28 und dann in den digitalen Signalprozessor 16 gespeist werden. Bevor ein erster Trainierpuls angelegt wird, wird ein Koeffizientenwert, der einen Parameter der Filterfunktion 18 steuert, höher eingestellt als ein Anfangskoeffizientenwert. Der Trainierpuls wird dann durch das kompensierende Filter und den Verstärker 22 an den Betätiger 24 angelegt, und derselbe bewirkt, daß sich der Kopf 10 von der Spur bewegt. Die resultierende Spurabweichung wird durch den Spurfolgedetektor 26 in ein Fehlersignal umgewandelt und wird über den Summierknoten 28 an den digitalen Signalprozessor 16 angelegt. Ein ITAE-Wert wird hergeleitet und gespeichert.
Als nächstes wird ein zweiter Trainierpuls angelegt, wobei jedoch dieses mal der Filterkoeffizient auf einen Wert eingestellt wird, der niedriger ist als der Anfangskoeffizientenwert. Wiederum bewirkt der Betätiger 24, daß sich der Kopf 10 von der Spur bewegt, was zu einer weiteren Einschwinghandlung führt. Diese Handlung wird wiederum über den Spurfolgedetektor 26 in ein Rückkopplungsfehlersignal umgewandelt, und dasselbe wird an den digitalen Signalprozessor 16 angelegt. In demselben wird ein neuer ITAE-Wert berechnet. Die zwei berechneten ITAE-Werte werden dann verglichen, es wird eine Neigung zwischen denselben hergeleitet und der Anfangskompensationsfilterkoeffizient wird in einer Richtung entgegengesetzt zu der Neigung (oder dem Gradienten) der zwei berechneten ITAE-Indexwerte modifiziert. Auf diese Art und Weise wird der Koeffizient der Filterfunktion in einer Richtung eingestellt, um die ITAE-Indexwerte während folgenden Kopfeinschwinghandlungen zu minimieren.
Bezugnehmend auf Fig. 2 sind zusätzliche Details des digitalen Signalprozessors 16 gezeigt. Ein Prozessor 40 stellt in Kombination mit einem Nur-Lese-Speicher (ROM; ROM = Read Only Memory = Nur-Lese-Speicher) 42 und einem Direktzugriffsspeicher (RAM; RAM = Random Access Memory = Direktzugriffsspeicher) 44 sowohl die Filterfunktion 18 als auch die adaptive Steuerungsfunktion 20 bereit. Eine Rückkopplung zu dem Prozessor 40 von dem Summierknoten 28 wird über einen Analog-zu-Digital-Wandler 51 zu einem Bus 52 gespeist. Das Ausgangssignal von dem Prozessor 40 wird über einen Digital-zu-Analog-Wandler 54 zu dem Verstärker 22 gespeist.
Das Blockdiagramm, das innerhalb des Kastens 46 gezeigt ist, stellt eine kompensierende Filterfunktion dar, die in Wirklichkeit durch den Prozessor 40 in Kombination mit dem ROM 42 und dem RAM 44 digital implementiert ist. Die drei Hauptkomponenten der Filterfunktion 46 sind ein Nacheilnetz 48, ein Voreilnetz 50 und ein Sperrnetz 52. Zum Zweck dieser Beschreibung wird angenommen, daß das Voreilnetz 50 und eine Null des Nacheilnetzes 48 adaptiv während des Betriebs des Systems der Fig. 1 eingestellt werden. Es ist offensichtlich, daß die Erfindung jedoch verwendet werden kann, um jeden einer Mehrzahl von Parametern einzustellen, die den Betrieb der Filterfunktion 46 steuern.
Im folgenden werden die Ausdrücke "Null" und "Pol" verwendet. Eine Null ist eine Frequenz, bei der der Betrag der Reaktion der Übertragungsfunktion, die der Filterhandlung zugeordnet ist, auf einen niedrigen Wert (vorzugsweise Null) geht. Ein Pol ist eine Frequenz, bei der der Betrag der Reaktion der Übertragungsfunktion einer Filterhandlung hoch oder bei einem Maximum ist. Das Nacheilnetz 48 ist ein Integrierglied, das einen Pol bei DC und eine Null bei etwa 100 Hz aufweist. Das Voreilnetz 50 zeigt eine Null bei etwa 300 Hz und einen Pol bei etwa 900 Hz. Das Sperrnetz 52 wird verwendet, um Resonanzen der Betätigungsvorrichtung 24 zu löschen, und dasselbe weist Pole und Nullen auf, die von etwa 3 KHz bis 6 KHz reichen. Wie im folgenden zu sehen ist, stellt der Prozessor 40 die Filterfunktionskoeffizienten derart ein, daß, wenn diese an das Voreilnetz 50 angelegt werden, dieselben die Verstärkung und die Null- und Pol-Frequenzen modifizieren.
Die Fig. 3 - 8 ermöglichen ein besseres Verständnis des ITAE-Leistungsindex, der durch den Prozessor 40 als Reaktion auf jedes zurückgekoppeltes Positionsfehlersignal von dem Spurfolgedetektor 26 reagiert. Die Fig. 3 zeigt eine Stufenfunktion 60, die als ein Trainiersignal an den Summierer 28 und daher an den Prozessor 40 über einen Analog-zu-Digital- Wandler 50 angelegt wird. Der Prozessor 40 bewirkt als Reaktion, daß der Digital-zu-Analog-Wandler 54 einen Puls 60 an den Verstärker 22 und den Betätiger 24 anlegt, um eine Kopfbewegung zu bewirken.
Ein resultierendes Positionssignal 62 (Fig. 4) geht von dem Spurfolgedetektor 26 aus. Es sei bemerkt, daß das Positionssignal 62 eine Mehrzahl von Überschwingern (positiven und negativen) bezüglich eines gewünschten Werts 64 zeigt. Das Positionssignal 62 wird in digitale Werte umgewandelt, und dasselbe wird in dem RAM 44 gespeichert. Der Prozessor 40 schreitet dann fort, um den ITAE-Indexwert für das Signal 62 zu berechnen.
Zuerst berechnet der Prozessor 40 die Fehlerwerte, die aus Differenzen zwischen dem Trainierpuls 60 und dem Positionssignal 62 resultieren. Das Positionsfehlersignal ist in der Fig. 5 bei 66 gezeigt, und dasselbe ist die Subtraktion der Wellenform 62 von der Wellenform 60. Wie zu erkennen ist, sind gewisse Fehlerwerte negativ, und wenn es ermöglicht wird, daß dieselben die positiven Fehlersignalspitzen aufheben, wird ein fehlerhafter Index resultieren. Aus diesem Grund werden absolute Fehlerwerte, wie es in Fig. 6 gezeigt ist, durch Invertieren aller negativen Fehlerwerte (wie es durch die Wellenform 68 gezeigt ist) bestimmt. Als nächstes werden die Fehlerwerte 68 der Fig. 6 zeitgewichtet. Dies wird durch Multiplizieren jedes abgetasteten absoluten Fehlerwerts mit der verstrichenen Zeit zu dem Abtastwert erreicht. Diese Handlung schwächt den Anfangsfehler und hebt die mittleren bis letzten Fehlerabweichungen hervor, die in dem Positionsfehlersignal auftreten. Diese Gewichtungshandlung ist durch eine Kurve 70 der Fig. 7 gezeigt.
Schließlich werden die zeitgewichteten absoluten Fehlerwerte des Positionsfehlersignals über die Zeit integriert, um eine Wellenform 72, die in Fig. 8 gezeigt ist, zu liefern. Wenn die Integration von 0 bis 1,5 Millisekunden vorgenommen wird, dann beträgt der ITAE-Wert etwa 13 als Reaktion auf das Anlegen eines Trainierpulses 60.
Die Funktion, die durch die Kurve 72 dargestellt wird, kann folgendermaßen mathematisch dargestellt werden:
Dabei gilt:
e = der Fehler zwischen der gewünschten und der tatsächlichen Reaktion (d. h. das Positionsfehlersignal, wenn ein Stufentrainierpuls angelegt wird)
t = Zeit
T = die obere Integrationszeit
J = der skalare ITAE-Leistungsindex, der aus einem Stufeneingangssignal resultiert
Man erinnert sich, daß für jedes Paar von Trainierpulsen ein Parameter des kompensierenden Filters (d. h. ein Parameter in einem Voreilnetz) eingestellt wird, zunächst auf einen Wert, der höher ist als der Anfangswert desselben, und bei dem nächsten Trainierpuls auf einen Wert, der niedriger ist als der Anfangswert desselben. Der Filterparameter wird dann in einer Richtung eingestellt, die entgegengesetzt zu der Neigung der Oberfläche zwischen den zwei resultierenden ITAE-Indizes ist, die aus den erfaßten Positionsfehlersignalen hergeleitet wurden. In Fig. 9 ist eine repräsentative Oberfläche 80 gezeigt, die die Variationen, eines ITAE-Index J als Reaktion auf Parametereinstellungen in einer exemplarischen kompensierenden Filterfunktion (Voreilnetz) darstellt.
Durch Einstellen des Filterparameters P auf einen Wert Pi resultiert ein ITAE-Wert Ji für die Anfangsparametereinstellung. Durch Modifizieren des Filterparameters Pi nach oben durch einen Betrag δ resultiert ein ITAE-Wert Jhi. Eine Reduzierung des Werts von Pi durch einen Betrag δ resultiert in einem ITAE-Wert Jlo. Die Neigung zwischen Jhi und Jlo ist etwa gleich der folgenden Gleichung: Neigung
Sobald die Neigung der Oberfläche 80 zwischen Jlo und Jhi bekannt ist, kann dann der Parameter P eingestellt werden. Derselbe muß in einer Richtung entgegengesetzt zu der Steigung der Oberfläche 80 eingestellt werden. Folglich wird der Parameter P eingestellt, um den ITAE-Indexwert zu minimieren. Der Einstellbetrag sieht wie folgt aus:
wobei:
µ = der Lernfaktor; 0 - µ - 1
λp = eine Konstante, die aus der Oberfläche 80 hergeleitet und im folgenden definiert wird
Pi = aktueller Parameterwert
Pi+1 = aktualisierter Parameterwert
µ ist ein Lernfaktor, der von einem kleinen Wert (z. B. 0,1 bis zu einem Wert gleich 1 eingestellt werden kann.
λp ist eine Konstante, die für eine spezielle Parameteroberfläche 80 hergeleitet wird. Dieselbe ist proportional zu der Rate der Änderung der Neigung der Oberfläche 80 und wird als eine Konstante hergeleitet, wenn die ungefähre Form der Oberfläche 80 angegeben ist. Wenn folglich die Oberfläche 80 steile Seiten und einen relativ spitzen Scheitelpunkt aufweist, wird der Wert von λ größer gemacht, um das Anlegen von kleinen Einstellstufen des Parameters P zu bewirken. Wenn andererseits die Seiten der Oberfläche 80 flach sind, dann wird λ kleiner gemacht, um größere Korrekturwerte zu ermöglichen, die sich schneller hin zu einem Oberflächenminimum bewegen.
Wendet man sich nun den Flußdiagrammen der Fig. 10, 11 und 12 zu, wird der Betrieb des Systems der Fig. 1 beschrieben. Zunächst für eine Einstellung eines Verstärkungsparameters in der kompensierenden Filterfunktion 18 (mit einer Voreilnetztypologie) und zweitens für eine Einstellung eines Pols oder einer Null der kompensierenden Filterfunktion 18 (unter Verwendung der Voreilkompensation). In der Fig. 10 stellt das Flußdiagramm die Verstärkungsparametertrainierprozedur dar, bei der ein Paar von Trainierpulsen an das Servonetz durch den digitalen Signalprozessor 16 angelegt wird. Wie es oben gezeigt ist, wird die Verstärkung des Voreilnetzes 50 (siehe Fig. 2) durch Ändern eines Verstärkungskoeffizienten, der an dasselbe durch den Prozessor 40 angelegt wird, eingestellt. Wie es in einem Kasten 100 der Fig. 10 gezeigt ist, speichert der Prozessor 40 den Anfangsstromkoeffizientenwert, der die Verstärkung des Filters ki bestimmt. Dann erhöht der Prozessor 40 den Verstärkungskoeffizientenwert, um eine Erhöhung der Verstärkung von +δk (Kasten 102) vorzunehmen. Ein Stufeneingangstrainierpuls wird an den Kopfbetätiger 24 angelegt, es wird ein Positionsfehlersignal erzeugt und es wird ein entsprechender ITAE-Indexwert J&sub1; berechnet und gespeichert (Kasten 104).
Als nächstes wird der Verstärkungskoeffizientenwert verändert, um eine Abnahme des Verlusts von -δk zu liefern (Kasten 106). Es wird wiederum ein Stufeneingangstrainierpuls an den Kopfbetätiger 24 angelegt, und der berechnete ITAE- Index J&sub2; wird gespeichert (Kasten 108). Unter der Annahme, daß der ITAE-Index Jk schon für die Anfangsfilterverstärkung ki berechnet wurde, werden die ITAE-Indizes J&sub1; und J&sub2; für sowohl die Erhöhung des Verstärkungskoeffizienten als auch für die Abnahme des Verstärkungskoeffizienten wie folgt berechnet (Kasten 110):
J&sub1; = Jk (ki + δk)
J&sub2; = Jk (ki - δk)
Die Neigung der ITAE-Indexoberfläche zwischen den ITAE-Indizes J&sub1; und J&sub2; wird wie folgt berechnet (Kasten 112):
Sobald die Neigung für die ITAE-Indexoberfläche berechnet ist, wird ein neuer Verstärkungsparameter ki+1 durch Einstellen des Koeffizienten, der die Verstärkung ki verursacht hat, in einer Richtung entgegengesetzt zu der Richtung der Neigung der ITAE-Oberfläche bestimmt. Diese Einstellung ist in einem Kasten 114 gezeigt, und kann wie folgt ausgedrückt werden:
Man wird sich aus dem vorhergehenden erinnern, daß λk eine hergeleitete Konstante für die ITAE-Oberfläche (bezüglich der Verstärkung) ist, die aus der Änderungsrate der Neigung hergeleitet wird.
Die Prozedur wird solange wiederholt, bis ein minimaler ITAE-Indexwert bestimmt ist.
Wendet man sich nun der Fig. 11 zu, so wird die Null-Parametertrainierprozedur dargestellt. Es ist offensichtlich, das das Polparametertrainieren im wesentlichen identisch ist. Wie bei dem Verstärkungsparametertrainieren bewirkt die Prozedur einen Anfangskoeffizientenwert, der einen Null-Ort zi bestimmt, der für einen späteren Zugriff gespeichert werden soll (Kasten 120).
Die Null-Ort-Frequenz wird dann durch Inkrementieren des Null-Frequenz-bestimmenden Koeffizienten durch einen Betrag von +δz erhöht (Kasten 122). Die Trainierprozedur, die in einem Kasten 124 gezeigt ist, wird dann ausgeführt. Die Null-Ort-Frequenz wird dann durch einen Betrag von -δz gesenkt und es tritt erneut eine Trainierhandlung auf (Kästen 126, 128). Die ITAE-Indizes, die den zwei neu hergeleiteten Null-Orten entsprechen, werden berechnet, wie es in einem Kasten 130 gezeigt ist, und die Neigung wird zwischen denselben, wie es in einem Kasten 132 gezeigt ist, berechnet. Schließlich wird durch die Verwendung der in einem Kasten 134 gezeigten Funktion ein neuer Null-Parameter zi+1 berechnet und für zi eingesetzt. Dieses Verfahren wird wiederholt, bis ein minimaler ITAE-Indexwert resultiert.
Fig. 12 zeigt die Polparametertrainierprozedur, und dieselbe ist identisch zu der Fig. 11, ausgenommen, daß Polwerte anstatt Null-Werten gestört werden.
Aus dem Vorhergehenden ist offensichtlich, daß die Filterfunktion, die in Fig. 1 gezeigt ist, auf eine sehr genaue Art und Weise trainiert werden kann, um das Positionsfehlersignal, daß aus einer Bewegung der Kopfbetätigungsvorrichtung 24 resultiert, zu reduzieren. Die Verwendung des ITAE- Index liefert einen einzigen Leistungsanzeiger, der auf eine präzise Art und Weise modifiziert werden kann, um eine optimale kompensierende Filtereinstellung zu erreichen. Außerdem kann jeder Parameter der Filterfunktion einzeln oder zusammen mit anderen Parametern eingestellt werden, um eine optimale Filterhandlung zu ermöglichen.
Es ist offensichtlich, daß die vorhergehende Beschreibung lediglich die Erfindung darstellt. Zahlreiche Alternativen und Modifikationen können durch Fachleute, ohne von der Erfindung abzuweichen, ausgedacht werden. Es können beispielsweise, obwohl der ITAE-Index hierin beschrieben wurde, andere Indizes verwendet werden, z. B. ein effektiver Fehler, ein integrales absolutes Fehlerkriterium u. a. Indizes (siehe Ogata, Modern Control Engineering, (1970) Seiten 296 - 301). Dementsprechend soll die vorliegende Erfindung alle derartigen Alternativen, Modifikationen und Variationen, die in den Bereich der beigefügten Ansprüche fallen, umfassen.

Claims

1. Ein adaptives Steuerungssystem zur Verwendung in einem Plattenlaufwerk zum Steuern eines Betätigers (24) und eines Lesekopfes (10), wobei das Steuerungssystem folgende Merkmale aufweist:

eine Einrichtung (30) zum Anlegen von Trainiersignalen (60) an eine Servoschleife, wobei der Betätiger auf ein Trainiersignal reagiert, um den Lesekopf zu bewegen;

eine Spurfehlereinrichtung (26) zum Erzeugen eines Fehlersignals bei einer Bewegung des Kopfes zu einer Spur auf einer Platte, wobei das Fehlersignal manchmal eine weniger als optimale Positionierhandlung durch den Betätiger anzeigt;

eine steuerbare Filtereinrichtung (46) zum Bewirken, daß der Betätiger eine optimalere Positionierhandlung erzeugt, wobei die steuerbare Filtereinrichtung (46) eine Filtercharakteristik eines Anfangswerts zeigt;

gekennzeichnet durch

eine Prozessoreinrichtung (40), die auf ein erstes Trainiersignal reagiert, um einen charakteristischen Wert der Filtereinrichtung (46) in einer ersten Richtung von dem Anfangswert aus zu verändern, um zu bewirken, daß die Filtereinrichtung (46) auf das erste Trainiersignal gemäß dem veränderten charakteristischen Wert handelt, und die ferner auf ein zweites Trainiersignal reagiert, um den charakteristischen Wert der Filtereinrichtung (46) in einer zweiten Richtung von dem Anfangswert aus zu verändern, um zu bewirken, daß die Filtereinrichtung auf das zweite Trainiersignal gemäß dem veränderten charakteristischen Wert handelt, wobei die Prozessoreinrichtung (40) auf Fehlersignale reagiert, die aus dem ersten und dem zweiten Trainiersignal resultieren, um den Anfangswert der Charakteristik der Filtereinrichtung (46) in der ersten oder zweiten Richtung abhängig davon, welches Trainiersignal die Erzeugung eines Fehlersignals mit einem niedrigeren Wert bewirkt, einzustellen.

2. Das adaptive Steuerungssystem gemäß Anspruch 1, bei dem die steuerbare Filtereinrichtung (46) durch die Prozessoreinrichtung (40) konfiguriert wird, wobei die Prozessoreinrichtung (40) die steuerbare Filtereinrichtung (46) durch Einstellen von Koeffizienten, die die Handlung der Filtereinrichtung (46) steuern, verändert.

3. Das adaptive Steuerungssystem gemäß Anspruch 2, bei dem die Prozessoreinrichtung (40) durch Herleiten für jedes Fehlersignal, das als Reaktion auf ein Trainiersignal erzeugt wird, eines Zeitintegrals des Absolutwerts des Fehlersignals (ITAE), und durch Bestimmen einer Neigung zwischen mehreren hergeleiteten ITAEs bezüglich der veränderten Filterkoeffizienten bestimmt, welches Fehlersignal einen niedrigeren Wert aufweist, wobei dieselbe ferner die Filtereinrichtung (46) durch Modifizieren eines Filterkoeffizienten in einer Richtung entgegengesetzt zu der bestimmten Neigung einstellt.

4. Das adaptive Steuerungssystem gemäß Anspruch 3, bei dem die Prozessoreinrichtung (40) die Filterkoeffizienten durch einen Lernfaktor modifiziert.

5. Das adaptive Steuerungssystem gemäß Anspruch 4, bei dem der Lernfaktor ferner um eine Konstante reduziert ist, deren Wert aus der Änderungsrate der Neigung zwischen den mehreren hergeleiteten ITAE-Werten hergeleitet wird.

6. Das adaptive Steuerungssystem gemäß Anspruch 5, bei dem die Trainiersignale Stufenfunktionen mit gleichem Wert sind.

7. Das adaptive Steuerungssystem gemäß Anspruch 3, bei dem die Filtercharakteristik ein Koeffizient ist, der einen Verstärkungswert bestimmt.

8. Das adaptive Steuerungssystem gemäß Anspruch 3, bei dem die Filtercharakteristik ein Koeffizient ist, der eine Nullfrequenzposition bestimmt.

9. Das adaptive Steuerungssystem gemäß Anspruch 3, bei dem die Filtercharakteristik ein Koeffizient ist, der eine Polfrequenzposition bestimmt.

10. Ein Plattenlaufwerk, das den Betätiger (24) und den Lesekopf (10) aufweist, und das ferner ein adaptives Steuerungssystem gemäß einem der Ansprüche 1 - 9 aufweist.