JP2000251425A - 磁気ディスク装置 - Google Patents

磁気ディスク装置

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JP2000251425A
JP2000251425A JP11047593A JP4759399A JP2000251425A JP 2000251425 A JP2000251425 A JP 2000251425A JP 11047593 A JP11047593 A JP 11047593A JP 4759399 A JP4759399 A JP 4759399A JP 2000251425 A JP2000251425 A JP 2000251425A
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JP
Japan
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magnetic head
control
magnetic disk
target
function
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English (en)
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Iwao Oshimi
巌 押味
Masato Kobayashi
正人 小林
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】短距離、中距離シークの高速化及び位置決め動
作ばらつきの低減を図る。 【解決手段】台形加速・台形指数減速軌道を用いて移動
する目標軌道追従制御器を有する磁気ディスク装置を提
供し、制御対象の特性変動に対して初期値補償を行うべ
く制御系の切り替え手段を有し、更にゲイン変動補正手
段を設けることで高速な磁気ヘッドの移動や位置決め動
作のばらつきを低減することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気ディスク装置
において、高速な磁気ヘッドの移動を行う位置決め制御
方法及びその制御系ゲインの変動補正方法に関する。
【0002】
【従来の技術】ディスク型媒体を用いた情報格納装置と
して、例えば、磁気ディスク装置がある。磁気ディスク
装置では、高記録密度化しやすい制御方法であるセクタ
サーボ又はこれに準拠したサーボ方法が一般に用いられ
ている。セクタサーボによる制御方法では、データ記録
面のセクタの先頭に記録されたサーボ情報に基づいて、
磁気ヘッドの位置決めを行っている。
【0003】データ記録面のセクタの先頭に記録された
サーボ情報に基づいた、これらのサーボ技術では、磁気
ヘッドを磁気記録媒体上の目標(トラック又はシリン
ダ)へ高速に移動させるシーク動作や、目標のトラック
を高精度に追従させるフォロイング動作を行うのに適し
ている。
【0004】このシーク動作中の磁気ヘッドの移動時間
すなわちシーク時間と、フォロイング動作中の磁気ヘッ
ドの追従精度すなわち位置決め精度は、磁気ディスク装
置の記憶容量と、目標のトラックへ磁気ディスクを高速
に移動させるアクセス性能を決定する重要な要素であ
る。
【0005】通常のシーク動作では、その開始の際は速
度制御により所定の目標速度カーブに従って磁気ヘッド
を加速し、減速して移動させる。目標トラックの近傍で
はセトリング制御に切り替えて、オーバーシュートある
いはアンダーシュートなく磁気ヘッドを目標トラックに
整定させている。
【0006】比較的長いスパン(トラック間の距離)の
シークでは、シーク時間に占めるセトリング時間の割合
が少ないので、最大加速区間と減速区間を持つ速度制御
系により高速化を図ることができる。
【0007】しかし、比較的短いスパンのシークでは、
上記の如く制御モードを切り替える方法では、シーク時
間に占めるセトリング時間の割合が大きくなる。また、
加速、減速の際の細かな応答を指定できないため、速度
制御系を用いて高速化を図ることは困難である。
【0008】そこで、制御系の切り替えを必要としな
い、目標加速度軌道と目標位置軌道を用いた制御方法が
用いられることになるが、この制御方法は、上記のよう
なモードを切り替える制御方法に比べ、ごく短いスパン
のシーク以外では、制御系のゲインの変動などにより、
良好な整定を得られない。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】比較的短いスパンのシ
ークにおいて、従来の制御モードを切り替える制御方法
では、シーク時間に占めるセトリング時間の割合が大き
くなる。また、加速や減速の際の細かな応答を指定でき
ないため、速度制御系を用いて高速化を図ることは困難
であった。
【0010】一方、目標加速度軌道と目標位置軌道を用
いた制御系の切り替えを必要としない制御方法において
も、制御系のゲインの変動が主たる原因で、オーバーシ
ュートあるいはアンダーシュートが起こり、良好な整定
を得られない。
【0011】磁気ディスク装置の磁気ヘッドを高速に位
置決めするためには、かかる課題を解決しなければなら
ない。
【0012】本発明の一つの目的は、加速や減速に際し
磁気ヘッドの軌道を細かく設定できる、目標軌道に基づ
いた移動を行う制御方法で目標位置近傍まで移動し、目
標位置の近傍では、制御系のゲイン変動に比較的耐力の
あるセトリングモードに制御系を切り換えてヘッドを整
定させる制御方法を提供することである。
【0013】本発明の別の目的は、磁気ディスク装置の
動作環境により変化する磁気ヘッドの駆動力(制御系の
ゲイン変動)を適宜補正し、ほぼ一定の駆動力を引き出
すことで、制御系の切り替えのない目標軌道に基づく移
動を行う位置制御において、良好な整定を得ることので
きる補正機能を設けた制御方法を提供することである。
尚、モード切り替え型の制御方法においても、切り替え
条件をほぼ一定とすることで良好な整定を得ることがで
きる。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明は、情報が記録さ
れる磁気ディスク媒体と、磁気ディスク媒体との間で情
報の読み出し又は書き込みを行う磁気ヘッドと、磁気ヘ
ッドの位置を所定のサンプリング周期で検出する位置信
号検出手段と、磁気ヘッドを位置決めするための操作量
を演算し制御するプロセッサ手段と、操作量をディジタ
ル信号からアナログ信号へ変換する手段とを備えた磁気
ディスク装置において、マイクロプロセッサに、目標軌
道に基づきフィードフォワード制御量を演算するフィー
ドフォワード制御機能と、目標軌道に基づきフィードバ
ック制御量を演算するフィードバック制御機能を設けた
ものである。ここで所定のサンプリング周期とは、例え
ば、磁気ディスク円板の一定の領域において等間隔のセ
クターマーク又は同期パターンが形成されており、かか
るマーク又はパターンに起因して発生する信号の周期を
いう。また、プロセッサ手段とは、マイクロプロセッサ
や、演算機能を有する電子回路手段をいう。
【0015】そして、そのフィードフォワード制御機能
では、磁気ヘッドの位置を検出した後に少なくとも一回
の演算を行う。また、フィードバック制御機能では、磁
気ヘッドの位置を検出した後に少なくとも一回の演算を
行う。そして、マイクロプロセッサは、目標位置軌道が
台形関数であるように磁気ヘッドを加減速する。目標ト
ラック近傍では指数関数に倣って目標トラックに突入す
るよう、目標加速度軌道による磁気ヘッドの位置決め制
御を行う。ここで、「少なくとも一回」の演算としたの
は、後述のように1サンプリング中に複数回の操作量の
出力が不可能であっても、本発明を実施することができ
且つその効果を得ることができるためである。
【0016】また、シークスパン(シーク動作の際の磁
気ヘッドの移動距離)に応じて、 (1)目標軌道に基づき磁気ヘッドを位置制御により移
動させる機能 (2)目標軌道に基づく位置制御により磁気ヘッドを目
標位置近傍まで移動させ、その後に制御系をセトリング
モード及びフォロイングモードに切り替える機能 (3)シークモード、セトリングモード、フォロイング
モードの制御モードを切り替える機能を設けている。
【0017】更に、磁気ディスク装置の動作環境により
変化する、磁気ヘッドの駆動力(サーボ系のゲインの変
動)を吸収する補正手段を設けている。即ち、ある規格
化された操作量における、所定の時間間隔の磁気ヘッド
の移動距離を、予め各磁気ディスク装置毎に固有に設定
された値と比較し、その結果を用いて制御系のループゲ
インを補正する機能である。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図面を
引用して説明する。
【0019】図1は、本発明による磁気ディスク装置の
位置決め系の一実施例を示すブロック図である。情報を
磁気的に記録するための磁気ディスク円板1は、複数の
記録面を有する。各記録面には磁気ヘッド3を所望の位
置に位置決めするための位置情報が予め記録されている
(一例を図2に示す)。
【0020】この磁気ディスク円板1は、スピンドルモ
ータ2により一定回転数で回転する。このディスク円板
1に対向する位置に浮上する磁気ヘッド3により位置情
報を検出し、磁気ヘッド3を所望の位置に位置決めした
後にデータの記録再生を行う。磁気ヘッド3を所望の位
置に位置決めするための位置情報は、磁気ヘッド3によ
り再生され、位置信号検出回路部5を介してマイクロプ
ロセッサ6に送られる。
【0021】このマイクロプロセッサ6において、位置
信号に基づき磁気ヘッド3の位置決めを行う制御系の演
算を実行し、操作量設定回路7を介して、ディジタル・
アナログ変換回路8により、操作量をアナログ信号に変
換する。次に、このアナログ信号は、ボイスコイルモー
タ4を駆動するための、VCM駆動回路9に送られ、磁
気ヘッド3の位置決めが行われる。尚、後述のように、
サンプリング間隔Tはn分割してマイクロプロセサによ
り操作量を設定できる。このことから時刻tでサンプリ
ングした位置情報に基づき、それぞれ、時刻t+T/
n,t+2T/n,・・・t+(n−1)T/nにおい
て、未来の位置情報を予測して演算することも可能であ
る。
【0022】マイクロプロセッサ6で演算される制御機
能(図3では制御器として示す)は、磁気ヘッドを高速
に移動させる速度制御機能であるシーク制御、磁気ヘッ
ドを目標位置に位置決めし整定させる位置制御機能であ
るセトリング制御機能、及び、磁気ヘッドを目標位置に
追従させる位置制御機能であるフォロイング制御機能、
目標軌道に基づく位置制御機能である、目標軌道制御機
能で構成されている。
【0023】目標軌道制御機能は、目標軌道から目標加
速道軌道を生成するフィードフォワード制御機能部と目
標軌道への追従制御を行うフィードバック制御部によっ
て構成されている(図6)。
【0024】ここで、台形加速・台形指数減速軌道の生
成方法の一例を示す。
【0025】台形加速・台形指数減速軌道は、台形軌道
で加速し、台形軌道で減速し、最後は指数関数で目標位
置に突入する軌道である。これは加減速が対象となる3
次関数の軌道に比べ、上底部、下底部が存在することで
最大加速度amax、最小加速度aminの値が小さ
く、また時刻T〜T、及び指数部の時定数cを調整
することで加減速を非対称に設計できる。このため磁気
ヘッドを移動させるアクチュエータ機構の共振周波数付
近で、目標軌道へ追従させるための制御系への投入パワ
ーを抑えることができる。目標加速度軌道は図9に示す
式1から式5で示すことができる。
【0026】時刻t=Tにおいて、目標速度が零とな
り、かつ目標位置が予め設定した目標位置となるよう
に、上式の最大加速度amaxと最小加速aminを算
出する。更に目標位置軌道は上式を時間で二回積分する
ことで算出することができる。これらの軌道は磁気ヘッ
ド移動中に演算してもよい。本実施例においては、事前
にこれらを求めておきテーブルとして記憶媒体に規格化
して格納し、移動開始に際し目標位置までの距離に応じ
て複数用意されたテーブルのいずれかを選択し、補正し
て移動をおこなう。
【0027】また、これらの目標軌道生成においては、
時間間隔(磁気ヘッドにより位置信号を取得するための
サンプリングの間隔)をn(nは自然数)分割した軌道
生成が可能である。このため、1つのサンプリングの時
間間隔に複数の操作量をディジタル・アナログ変換回路
に出力することが可能である操作量設定回路が設けられ
ている。磁気ヘッドを駆動する操作量を増やすことで、
パワーアンプの出力電流を滑らかにでき、磁気ヘッド移
動中の振動の低減や、磁気ヘッド移動の高速化が実現で
きる。
【0028】サンプリング間隔Tを分割する態様は、単
に演算機能上でn分割するのみならず、次の方法でも可
能である。例えば、円板2枚(4面)、磁気ヘッド4本
を搭載した装置において、ある磁気ヘッド(円板面)を
基準にサーボ情報を、サンプリング間隔T/4毎にずら
してサーボライトしておく。つまり仮にHD#0面を基
準にするとHD#0面のサーボ情報のサンプリング間隔
はTとなるが、その間にT/4ずつずれたHD#1面、
HD#2面、HD#3面のサーボ情報を取得することが
できる。この場合には、見かけ上のサンプリング周期T
を短縮すること(4分割)が可能となる。
【0029】このようにして本来のサンプリング周期T
の期間に更に3つの位置情報を得て演算することが可能
となる。これらの実現には、各磁気ヘッドの相対オフセ
ット量を知る(学習)必要があり、リードライトのための
電子回路(R/W IC)や、R/Wチャネルの高機能
化、プロセッサ手段の高速演算処理化が必要である。
【0030】本実施例において短距離シークとは、トラ
ック密度が約10,000(Track/Inch)の磁気ディスク
装置において、16トラックまでのシークをいう。また
同一の装置で、17〜128トラックシークを中距離シ
ーク、128トラックを越えるシークを長距離シークと
した。
【0031】図3にシーク距離に応じて選択される制御
系のブロック図を示す。16トラック以下の短距離シー
クでは目標軌道制御(位置制御)機能が選択される。目
標軌道制御(位置制御)機能のブロック図を図6に示
す。
【0032】中距離シークの際には、まず目標軌道制御
(位置制御)機能が選択され、目標位置近傍まで移動
し、その後セトリング制御(位置制御)機能に切り替え
て目標位置に整定させ、更にフォロイング制御(位置制
御)機能に切り替えて目標位置での追従を行う。
【0033】長距離シークは、シーク制御(速度制御)
機能、セトリング制御(位置制御)機能、フォロイング
制御(位置制御)機能の順で、各機能を切り替えて移動
を行う。比較的短いスパンの磁気ヘッドの移動について
は、上記の如く目標軌道に基づいた移動を行う位置制御
機能で高速化の実現ができる。
【0034】中距離の移動を行うシークについて上記の
目標軌道に基づいた移動を行う位置制御機能では、磁気
ディスク装置の動作環境により変化する磁気ヘッド駆動
力(制御系のループゲインの変動)の影響が大きい。よ
って目標軌道近傍までは、目標軌道に基づいた移動を行
う位置制御機能で移動し、その後、目標位置に位置決め
し整定させる位置制御機能に切り替える制御方法を設け
た。
【0035】この制御方法では、複数の制御機能を切り
替える際に、制御対象の特性変動に対して初期値補償を
行うことで、ループゲインの変動の影響を低減できる。
【0036】これらは、目標軌道に基づく移動を行う位
置制御機能で、磁気ヘッドが移動する際の振動を低減
し、かつ制御系の切り替えの際に制御対象の特性変動に
対して初期値補償を行うことで、磁気ヘッドの移動の高
速化を図るものである。尚、複数の制御系を切り替える
際に、制御対象の特性変動に対して初期値補償を行う技
術は、特開平3−288913号公報により若干の開示
がなされている。
【0037】更に、本発明に係る磁気ディスク装置で
は、磁気ヘッドの移動機構を制御する制御系のループゲ
インの変動の影響を低減する手段を設けた。即ち、目標
軌道に基づく磁気ヘッドの移動を行う位置制御機能は、
磁気ディスク装置の動作環境の影響を受け易い。動作環
境により磁気ヘッドを駆動する力、アクチュエータ制御
系のループゲインが変動し易いため、かかる手段を設け
た。
【0038】磁気ディスク装置におけるループゲインに
は、ボイスコイルモータのゲイン、パワーアンプのゲイ
ン、磁気ヘッドの等価質量、位置検出ゲイン等が関係す
る。ループゲインは、かかる要素の製造公差、部品公差
により統計上の分散を有する。これら初期状態の分散を
同定する技術に関し、特開平5−266619号公報に
開示がある。
【0039】次に、ゲイン補正方法の一例を示す。
【0040】磁気ディスク装置の製造段階では、環境温
度、電源電圧等、動作環境をほぼ一様に保った状態で、
基準となる磁気ディスク装置毎の磁気ヘッド駆動能力を
測定し、その結果を磁気ディスク装置のディスク記録媒
体やメモリ等に格納する。
【0041】マイクロプロセッサから磁気ヘッドを駆動
するための操作量が送出されると、その操作量は、操作
量設定回路、ディジタル・アナログ変換回路、VCM駆
動回路を経由してVCMに与えられる。そしてVCMが
磁気ヘッドを移動させることになる。そこで、磁気ヘッ
ドの移動中に、所定の時間間隔で磁気ヘッドの移動距離
を測定できる。
【0042】本実施例においては、磁気ヘッドのシーク
中の加速区間に、マイクロプロセッサから規格化した一
定の操作量を制御系に与え、加速区間内の規定時間で磁
気ヘッドの移動距離を測定することとした。具体的な補
正方法は初期状態(製造段階)での移動距離をdx_r
ef、初期状態でのゲイン係数をk_refとし、その
後(具体的には装置出荷後)に測定された移動距離をdx
_real、補正後のゲイン係数をk_realとする
と、補正後のゲイン係数k_realは図9の式6で示
すことができる。
【0043】本実施例による移動距離測定例を図7に示
す。マイクロプロセッサから一定操作量を操作量設定回
路、ディジタル・アナログ変換回路、VCM駆動回路を
介してVCMに与えると、図7上段に示すようなVCM
電流が流れ、磁気ヘッドは図7下段に示すように移動す
る。磁気ヘッド移動中の規定時間T(t〜t)間
の磁気ヘッド移動距離dxを測定する。ここでマイクロ
プロセッサから一定操作量を与えることは、磁気ディス
ク装置の動作環境により変化する磁気ヘッド駆動力(ゲ
イン変動)のみならずディジタル・アナログ変換回路、
VCM駆動回路などの変動をも含めて移動距離dxを測
定することになる。
【0044】これは磁気ヘッド位置決め制御系における
操作量当たりの磁気ヘッド駆動力を測定していることと
なり、式6なるゲイン補正を行うことで、磁気ヘッド位
置決め系の操作量当たりの磁気ヘッド駆動力をほぼ一定
に保つことができる。つまり、ループゲインを補正し、
磁気ヘッド駆動力をほぼ一定に保つことで目標軌道追従
性を向上し、制御系の切り替え条件をそろえることでよ
り安定的な切り替え動作が実現できる。ここで「一定に
保つ」とは、ループゲインを補正することで、ゲインば
らつきをある狭い範囲に追い込むことである。また、本
実施例においてはマイクロプロセッサからの操作量を一
定とし、かつ加速区間で移動距離を測定したが、マイク
ロプロセッサからの操作量が規格化された値であれば一
定値にこだわる必要はなく、移動距離の測定も加速区間
に限る必要もない。更に、本実施例においていくつか具
体的な数値を用いて説明したがこれれはあくまでも一例
に過ぎない。
【0045】
【発明の効果】本発明では、磁気ヘッド位置決め系にお
いて、目標軌道に基づくフィードフォワード制御量を演
算するフィードフォワード制御機能と、目標軌道に基づ
きフィードバック制御量を演算するフィードバック制御
機能からなる目標軌道制御(位置制御)機能を設け、移
動距離に応じて短距離シークでは目標軌道制御(位置制
御)、中距離シークでは目標軌道制御(位置制御)、セ
トリング制御(位置制御)、フォロイング制御(位置制
御)と切り替える制御方法を用いることで各制御機能の
特徴を生かし、短距離、中距離シーク時間の短縮が可能
である。
【0046】特に、中距離シークでは台形加速・台形指
数減速軌道を用いて移動し、セトリング制御(位置制
御)に切り替える手段を設けたこと、かかるセトリング
制御(位置制御)は、制御対象の特性変動に対して初期
値補償を行うこと、更に制御系のループゲインの変動を
補正する機能を設け、磁気ヘッドを駆動する力をほぼ一
定に保つことで制御系の切り替え条件をそろえること、
により高速な磁気ヘッドの移動や、位置決め動作のばら
つき低減を図ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の磁気ディスク装置に関する位置決め系
の一実施例を示すブロック図である。
【図2】本発明の一実施例による位置情報パターンの構
成図である。
【図3】本発明の一実施例の位置決めにおける可変構造
制御系のブロック図である。
【図4】本発明の一実施例のシーク制御(速度制御)系
のブロック図である。
【図5】本発明の一実施例のセトリング/フォロイング
制御(位置制御)系のブロック図である。
【図6】本発明の一実施例の目標軌道制御(位置制御)
系のブロック図である。
【図7】本発明の一実施例のゲイン補正に関する移動距
離測定例を示す図である。
【図8】磁気ディスク装置の機構部の外観図である。
【図9】式1から式6を示す図である。
【符号の説明】
1…ディスク円板、 2…スピンドルモータ、 3
…磁気ヘッド、4…ボイスコイルモータ(VCM)、
5…位置信号検出回路、6…マイクロプロセッサ、
7…操作量設定回路、8…D/A変換回路、 9…
VCM駆動回路、10…ディスクコントローラ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5D042 LA01 MA01 5D088 BB11 PP01 RR08 SS20 TT03 UU01 5D096 TT03

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】情報が記録される磁気ディスク円板と、該
    磁気ディスク円板との間で情報の読み出し又は書き込み
    を行う磁気ヘッドと、該磁気ヘッドの位置に対応する信
    号を所定のサンプリング周期で検出する信号検出手段
    と、該磁気ヘッドを前記磁気ディスク円板上の目標位置
    へ移動又は位置決め制御する操作量を演算するプロセッ
    サ手段とを備えた磁気ディスク装置において、 磁気ヘッドの目標軌道に基づきフィードフォワード制御
    を行うフィードフォワード制御機能と、磁気ヘッドの目
    標軌道に基づきフィードバック制御を行うフィードバッ
    ク制御機能を設けたことを特徴とする磁気ディスク装
    置。
  2. 【請求項2】請求項1記載の磁気ディスク装置におい
    て、前記フィードフォワード制御機能又は前記フィード
    バック制御機能は、前記磁気ヘッドにより位置信号を取
    得した後、次の位置信号の取得までの間に、少なくとも
    一回の演算を行うことを特徴とする磁気ディスク装置。
  3. 【請求項3】請求項1記載の磁気ディスク装置におい
    て、前記目標軌道に基づく制御機能は、台形関数で加速
    し、台形関数で減速し、目標トラックの近傍で該目標ト
    ラックへ指数関数で突入することを特徴とする請求項1
    に記載の磁気ディスク装置。
  4. 【請求項4】請求項1記載の磁気ディスク装置におい
    て、更に、前記プロセッサ手段は、磁気ヘッドを目標ト
    ラックに移動させる際に速度制御を行うシーク制御機能
    と、該目標トラックの軌道に追従する位置制御を行うフ
    ォロイング制御機能と、該目標トラックに整定させる位
    置制御を行うセトリング機能を設けたことを特徴とする
    磁気ディスク装置。
  5. 【請求項5】情報が記録される磁気ディスク円板と、該
    磁気ディスク円板との間で情報の読み出し又は書き込み
    を行う磁気ヘッドと、該磁気ヘッドの位置に対応する信
    号を所定のサンプリング周期で検出する信号検出手段
    と、該磁気ヘッドを前記磁気ディスク円板上の目標位置
    へ移動又は位置決め制御する操作量を演算するプロセッ
    サ手段であって、磁気ヘッドを目標トラックに移動させ
    る際に速度制御を行うシーク制御機能と、該目標トラッ
    クの軌道に追従する位置制御を行うフォロイング制御機
    能と、該目標トラックに整定させる位置制御を行うセト
    リング機能と、目標軌道に基づいた位置制御を行う目標
    軌道制御機能を有するものと、該操作量をディジタル・
    アナログ変換する手段とを備えた磁気ディスク装置にお
    いて、 前記磁気ヘッドを、目標位置トラックの近傍までシーク
    制御機能により移動し、その後、前記セトリング機能、
    フォロイング制御機能を切り替えることを特徴とする磁
    気ディスク装置。
  6. 【請求項6】請求項1又は請求項5記載の磁気ディスク
    装置において、前記プロセッサ手段は、所定の時間間隔
    で前記磁気ヘッドを移動させ、その移動に対応する信号
    に基づいて、前記操作量を補正することを特徴とする磁
    気ディスク装置。
  7. 【請求項7】請求項6記載の磁気ディスク装置におい
    て、前記補正は、ある規格化された操作量に対し、所定
    の時間間隔で前記磁気ヘッドを移動させ、その距離に対
    応する信号を、予め設定した信号と比較し、その移動に
    係る制御機能のループゲインを補正することを特徴とす
    る磁気ディスク装置。
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