JP2001332044A - 磁気ディスク装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】位置情報のサンプリング周波数以上の周波数帯
域の位置情報を取得し、機構系のゲイン特性を簡便に測
定する。 【解決手段】データを記録再生しない測定用トラックを
設け、測定用トラックには通常の位置情報の数の整数倍
の位置情報を形成する。測定用トラックに位置決めした
場合通常のサンプリングレートで位置決め制御を行う一
方でＣＰＵを経由せずに位置情報をメモリに蓄えで高周
波サンプリングレートの位置情報を取得する。また通常
のサンプリングレートの整数倍で機構系に正弦波の操作
電流値を印加し、印加したデータをメモリに蓄えてお
く。この高周波サンプリング位置情報の振幅と高周波操
作電流量値の振幅を除算することで機構系共振周波数を
精度良く簡便に測定する。

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
のヘッド位置決め制御方式に関に関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気ディスク装置では、各磁気ディスク
面に位置情報を同心円状に等間隔で記録して、所定の回
転数に応じた所定の時間間隔でその位置情報を再生復調
してヘッドの位置決め制御を行うディジタル制御方式が
多用されている。磁気ディスク装置は年々記憶容量とア
クセク性能を安価な条件下で向上させていくことが課題
とされている。これを実現するためトラックピッチは、
益々狭小化され要求される位置決め精度も必然的に狭小
化される。高い位置決め精度を実現するには位置決め制
御系の制御周波数帯域を高い周波数帯域設定し、各周波
数で高いゲインを保つことが最も有効な方法となる。

【０００３】ここでヘッド位置決め制御系の制御周波数
帯域を上げられない原因は大きく３つある。

【０００４】位置情報はデータ領域の中に埋め込まれ
るので、位置情報が多いとデータ記録領域が不足してデ
ータの記憶容量が確保できなくなる。またサンプリング
定理から位置情報のサンプル周波数の半分の周波数まで
が位置情報を正しく認識可能な周波数領域であり、この
周波数に対してヘッド位置決め制御系の制御帯域は充分
に低く設定する必要がある。これがヘッド位置決め制御
系の制御周波数帯域を拘束する一つの原因であった。

【０００５】制御回路部に使用するプロセッサの計算
速度も一つの原因である。制御回路部のプロセッサが復
調された位置情報を得た上で、所望のトラックに移動す
るシークモードの場合は移動速度の計算、速度命令の生
成、機構系に印加する操作電流値の計算があり、所望の
トラックに安定に位置決めするフォロイングモードの場
合は安定性を確保するためのディジタルフィルタ演算が
あり、シーク、フォロイング両モード共、異常判定等の
計算が必要でこれらの計算が位置情報をサンプルする所
定の時間内に終了する必要がある。一般に安価なプロセ
ッサは計算速度が低いが、安価な磁気ディスク装置を実
現するためにはこれらのプロセッサを使用せざるを得な
いこともヘッド位置決め制御系の制御周波数帯域を拘束
する一つの原因である。

【０００６】機構系はキャリッジ部、ヘッド先端部共
に共振点を持ち数ｋＨｚから10数kHz程度にあることが
多い。これに対応するため従来よりノッチフィルタが使
用されるが、これら共振周波数は固定差や温度で変化す
るため、これらを全てカバーするためにノッチフィルタ
のゲイン減衰周波数幅を大きくとる必要がある。そうす
ると位置決め制御系の位相余有が減り安定度が低下し、
振動的になるため安定性を確保するためには、これらの
周波数帯と比較し、位置決め制御系の周波数帯域は充分
に低い周波数領域に設定する必要があった。

【０００７】また、機構系に印加する操作電流値と、離
散化された位置情報から、共振特性を測定する方法が考
えられるが、サンプリング周波数の１／２の周波数のナ
イキスト周波数以上の共振成分は原理的に同定できない
事情がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】特に、前記について
は通常の位置情報のサンプリング周波数のナイキスト周
波数以上の機構系の共振成分を正確に測定して、制御系
が許容可能な周波数あるいは共振ゲインであるか、また
共振ゲインを下げるため、何らかの機構系の施策、ある
いは製造段階で適切な選別の実施、あるいは、回路系か
ら適切なノッチフィルタを設定する等の策を講じる必要
がある。

【０００９】しかし、前記のようにデータ領域を確保す
るため位置情報の数は制限され、安価で低速なプロセッ
サを使用する中では、ナイキスト周波数以上の周波数帯
に機構系共振が存在することが多い。

【００１０】このような状況化において、ナイキスト周
波数以上の周波数の機構系のゲイン特性を測定するに
は、例えば、特開平９−１８０３５５号公報の様に磁気
ディスク装置の製造過程において高価なＦＦＴアナライ
ザのような測定器を使用して連続した外乱信号を機構系
に印加しその結果、機構系に流れた操作電流と、サンプ
リングされた位置情報の除算で機構系共振特性を測定す
ることが可能であるが、高価で多大な設備が必要とな
る。

【００１１】また、特開平９−１８０３５５号公報では
通常のトラックの位置情報のｎ倍の位置信号をＣＰＵを
介した割り込み処理でＦＦＴアナライザに転送しいるた
め、高速な計算能力をもつＣＰＵが必要となるが、現実
的には通常のトラックでの計算時間を位置情報のサンプ
リング間隔の50〜70%程度になるように位置情報の数と
ＣＰＵ計算能力を配分するため、必ずしも現実的ではな
かった。

【００１２】本発明の目的は、通常の位置情報が低いサ
ンプリングレートを持つ磁気ディスク装置において、そ
のナイキスト周波数以上の機構系共振成分を高価な設備
を使用せず磁気ディスク装置自身で測定可能な装置を提
供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】位置情報を得て機構系に
印加する操作電流を計算する制御回路部と、この計算結
果からＤ／Ａコンバータに所定のタイミングでデジタル
値を出力するＤ／Ａ出力制御回路部は通常の位置情報サ
ンプリング間隔の１／ｎの間隔でＤ／Ａコンバータの出
力を変化させる。この回路を使用して、所定の周波数の
正弦波を出力する。

【００１４】また、通常の動作でデータを記録再生しな
いトラックを設け、そこには位置情報を通常のトラック
の整数倍だけ等間隔に記録しておく。それぞれの位置情
報を通過する時点で通常のサンプリング間隔で位置情報
復調回路部から制御回路部に位置情報が転送され通常の
位置決め制御が行われる。その間にヘッドは通常のトラ
ックには無い余分に記録された位置情報部を通過し、位
置情報復調回路部は位置情報を復調するが、この時点で
はプロセッサは通常の位置決め制御演算を実行していて
プロセッサは位置情報を処理できないので、この位置情
報をプロサッセを経由せずに蓄えるメモリを準備し、通
常の位置情報と通常以外の位置情報をここに蓄える。こ
れによってメモリには通常の位置情報のｎ倍の等時間間
隔の位置情報が貯えられたことになる。即ち通常の位置
情報サンプリング周波数のｎ倍のサンプリングで位置情
報を取得可能になるのである。この通常サンプリング間
隔の１／ｎで取得した位置情報の振幅とと、前記の通常
サンプリング間隔の１／ｎでＤ／Ａコンバータに出力し
た正弦波の振幅を除算することで対象とする機構系の共
振特性を正確に測定できるのである。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照しながら詳細に説明する。

【００１６】図１は、本発明のを実現する形態の制御回
路と制御論理が実装された磁気ディスク装置の構成の一
例を示すブロック図である。

【００１７】まず、図１で磁気ディスク装置の構成の一
例を説明する。本実施の形態の磁気ディスク装置は、磁
気ディスク９、磁気ディスク９を回転させるスピンドル
モータ11、磁気ディスク９に対する情報を記録／再生動
作を行うヘッド１、ヘッド１を指示するアーム12、アー
ム12を介してヘッド１を駆動するボイスコイルモータ等
のアクチュエータ13、ヘッド１を介したリード信号を増
幅するプリアンプ２、等を備えたＨＤＡ(HeadDiskAssem
bly)８がある。またＨＤＡ８の外部からアクチュエータ
13によるヘッド１に対するシーク(トラック間移動)、フ
ォロイング(トラック追従)等の位置決め位置決め制御を
行うＣＰＵ５、ＣＰＵ５の計算結果である制御操作量を
所定のタイミングでサンプリング間隔Ts内に整数回だけ
Ｄ／Ａコンバータ６にデジタル値を転送するＤ／Ａ出力
制御回路14がある。またＤ／Ａ出力制御回路14からのデ
ジタル値をアナログ信号に変換するＤ／Ａコンバータ
６、Ｄ／Ａコンバータ６の出力電圧をボイスコイルモー
タに印加する電流に変換するＶＣＭＡＭＰ７が接続され
ている。またプリアンプ２の増幅されたリード信号から
位置情報部の信号を復調し、位置情報を生成するＲ／Ｗ
チャネル３があり、Ｒ／Ｗチャネル３からの出力をＣＰ
Ｕ５がリードできるレジスタにセットする機能と復調さ
れた位置情報の全てをメモリ10に転送する機能をもつ制
御論理回路４等から構成される。

【００１８】図１のように所定の回転数で磁気ディスク
９が回転した場合に通常のトラックは時間領域で所定間
隔Tsで位置情報がリードされるようにサーボトラックラ
イタで位置情報が記録されており、これがヘッド１、プ
リアンプ２、Ｒ／Ｗチャネル４を介して位置情報が復調
され、この位置情報に対しＣＰＵ５で所定の演算がなさ
れてその結果が所定間隔TsでＤ／Ａコンバータ６に出力
されてヘッドの位置決め制御を行うことができる。この
ときＣＰＵ５の処理内容は位置決め制御用の演算処理時
間TcがTsに対して50%〜70%程度になるようにトラック当
たりの位置情報の数とＣＰＵ５の演算能力を配分するこ
とが多いため、位置情報間隔Ts当たり２回以上の位置情
報を処理することができない。尚、ＣＰＵの演算内容は
通常の位置決め制御系の周波数特性を保つ補償器のデジ
タルフィルタの計算、機構系共振周波数の影響を抑圧す
るノッチフィルタの計算、他異常処理等の計算内容が含
まれる。また図２のようにＤ／Ａ出力制御回路はサンプ
リング間隔Ts間に整数回だけ所定の間隔でＤ／Ａコンバ
ータへ出力するのデジタル値を変化させ、位置情報のサ
ンプリング周波数以上の周波数帯域の信号が出力可能な
構造となっている。図２の例は、サンプリング周波数の
４倍の周波数を出力する例である。本実施例では図１の
ように通常のトラックの４倍の位置情報を記録して、通
常のデータの記録再生を行わない測定用トラックを準備
しておく。勿論４倍でなくても整数倍であれば何倍でも
構わない。このトラックに位置決めする場合、通常の位
置情報S00、S10、S20を使用してフォロイングするが一
方でS00、,S01、S02、S03、S10、S11、S12、S13の位置
情報情報をＲ／Ｗチャネル３から制御論理回路５を介し
てハードウェアの動作のみで読み出してＣＰＵ５を経由
せずメモリ10に転送する。これによってメモリ10には通
常のサンプリング周波数の４倍で読み出した位置情報が
取得可能になる。

【００１９】図３に通常のサンプリング周波数の４倍サ
ンプリング周波数で取得した位置情報の一例を示す。一
方でＤ／Ａコンバータに対して図２に示すようにＣＰＵ
５で通常の位置決め制御用指令値に対して正弦波を発生
するための４回分の出力データを加算し、Ｄ／Ａ出力制
御回路14に転送し、所定の間隔とタイミングでＤ／Ａコ
ンバータ６に対してデジタル値を出力する。尚正弦波は
例えば(1)式の計算によって発生させる。

【００２０】

【数１】 y〔k〕＝a1・y〔k-1〕＋a2・y〔k-2〕+b・x〔k〕 ・・・・・・・・・・(1) a1=2cos(2πFT) 、 a2=-1 x〔k〕：1 (k＝0) 0(k≠0) y〔k〕：正弦波出力 Ｆ：発生周波数 T：1／ｎ倍のサンプリング間隔 図２の例は、４倍の出力を実施する例である。これによ
って通常のサンプリングに比べｎ倍の高サンプリングレ
ートで機構系に対して精度の良い正弦波が印加される。
これを正弦波の所定のサイクル数分だけ印加する。尚、
Ｄ／Ａコンバータ６経由で印加する正弦波データの振幅
はＣＰＵ５で計算されるので既知である。従って前記の
ｎ倍のサンプリングレートで取得した位置情報の時系列
データの振幅を検出した上で(2)式を計算する。

【００２１】

【数２】 機構系ゲイン特性＝位置信号時系列データ振幅／印加電流振幅 ・・・・・・・・・・・(2) (2)式の計算を実施することで、機構系の共振特性を測
定できるのである。この演算はメモリに必要なだけの位
置情報が蓄積された時点で、Ts-Tcなる位置決め制御用
の演算が終了して次回の位置決め制御演算が始まるまで
の余分な時間内で分割して行えば良い。この時のＣＰＵ
５の計算処理フローの一例を図４に示す。これは測定用
トラックに位置決めしたまま行ってもよいし、他のトラ
ックに移動した後に行ってもよい。尚、機構系に印加す
る周波数は予め機構系共振成分が存在するであろう周波
数領域の中で必要なだけ、周波数軸で分割したポイント
で測定する。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、通常トラックでの位置
情報サンプリング周波数以上の周波数領域の位置情報を
高価な測定機器を準備することなく、且つ磁気ディスク
装置に高速なＣＰＵを実装する必要なく、機構系の共振
周波数を正確に測定可能で、製造過程での適切な選別
や、機構系共振周波数の膨大なデータの取得が簡便に行
えて磁気ディスク装置の高い品質管理が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の形態である磁気ディス
ク装置の一例を示すブロック図である。

【図２】本発明の一実施の形態であるＤ／Ａコンバータ
への出力方式の一例を示す概念図である。

【図３】本発明の一実施形態である、高周波位置情報サ
ンプリング方式と通常の位置情報サンプリング方式の関
係の一例を示す概念図である。

【図４】本発明の一実施形態である、高周波位置情報サ
ンプリング方式と高周波操作電流印加方式による機構系
共振ゲインの測定のためのＣＰＵの処理内容の概略フロ
ーである。

【図５】本発明の一実施形態である、高周波位置情報サ
ンプリング方式とＤ／Ａ出力方式によって新たに測定可
能になる機構系ゲイン特性の周波数領域の一例を示す概
念図である。

【符号の説明】

１…ヘッド、２…プリアンプ、３…Ｒ／Ｗチャネル、４
…制御論理回路、６…Ｄ／Ａコンバータ、７…ＶＣＭＡ
ＭＰ、８…ＨＤＡ、９…磁気ディスク、１０…メモリ、
１１…スピンドルモータ、１２…アーム、１３…アクチ
ュエータ、１４…Ｄ／Ａ出力制御回路。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁気ディスクと前記磁気ディスク上のト
   ラックには等間隔に所定の数の磁気ディスクの半径方向
   の位置情報が記録された磁気ディスクと、前記位置情報
   を復調する回路部と、前記位置情報から位置決め制御を
   行うため前記位置決め機構に対して、操作電流を位置情
   報のサンプリング間隔の１／ｎ(ｎは整数)の間隔で印加
   する機能を具備した制御回路部とを含む磁気ディスク装
   置で、 複数のトラックの内の所定のトラックには前記位置情報
   が所定の数のｎ倍だけ記録され、他のトラックと比較し
   て前記ｎ倍分の高周波数帯域の位置信号を復調しこの位
   置信号から位置決め機構系の周波数特性を同定すること
   を特徴とした磁気ディスク装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の磁気ディスク装置にお
   いて、 磁気ディスクの半径方向の位置決め機構系の特性差異及
   び、複数のヘッドがある場合、各ヘッド毎に位置決め機
   構系の周波数特性を同定し、この特性から、前記制御回
   路部のパラメータを適応させ、位置決め精度を高めるこ
   とを特徴とした磁気ディスク装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の位置決め機構系の周波
   数特性を所定の時間間隔で再測定し、その結果を制御回
   路部のパラメータに適応させることを特徴とした磁気デ
   ィスク装置。