JP2002542560A - ディスクドライブ・アクチュエータ制御用の適合h無限大ハードウェア制御器 - Google Patents

ディスクドライブ・アクチュエータ制御用の適合h無限大ハードウェア制御器

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JP2002542560A
JP2002542560A JP2000612939A JP2000612939A JP2002542560A JP 2002542560 A JP2002542560 A JP 2002542560A JP 2000612939 A JP2000612939 A JP 2000612939A JP 2000612939 A JP2000612939 A JP 2000612939A JP 2002542560 A JP2002542560 A JP 2002542560A
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    • G11B5/55Track change, selection or acquisition by displacement of the head
    • G11B5/5521Track change, selection or acquisition by displacement of the head across disk tracks
    • G11B5/5552Track change, selection or acquisition by displacement of the head across disk tracks using fine positioning means for track acquisition separate from the coarse (e.g. track changing) positioning means

Abstract

(57)【要約】 ディスクドライブ(100)のサーボ制御を与える装置と方法である。アクチュエータ(110)はディスク(108)の対応するアレイに隣接するヘッド(118)のアレイを支持する。ボイスコイルモータ、VCM(124)は粗いアクチュエータ位置制御を与え、マイクロアクチュエータ、MA(125)は微細な位置制御を与える。h無限大ハードウェア入出力制御器として特徴付けられるサーボエンジン154は、各VCM、MAに対して制御信号Y1(k)とY2(k)を発生して選択したヘッドに対応するディスク面上の所要トラックに追随させる。サーボエンジンは各ヘッド/ディスク組合せに適合した係数を使用し、これは、各ヘッドの出力応答を得る段階(216)と、各ヘッドの出力応答と関係する係数を選択する段階(218)と、不揮発性メモリに係数を記憶する段階(220)とにより選択される。各ヘッドが順次選択されると、適切な係数が以後サーボエンジンの揮発性メモリ(176、194)にロードされる(238)。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 (発明の技術分野) 本発明は一般に磁気データ記憶装置の分野に関係し、特に、以下には限定され
ないが、回転可能ディスク上の選択されたトラックに隣接してヘッドを保持する
ためディスクドライブ・アクチュエータに制御入力を与えるh無限大制御器に関
係する。
【0002】 (背景) ディスクドライブは現代のコンピュータ・システムとネットワークにおいて主
要データ記憶装置として使用されている。標準的なディスクドライブは、ドライ
ブの機械的部分を収容するヘッド・ディスク組立体(HDA)と、HDAを制御
するために使用される電子回路を支持するHDAの外面に取付けられたプリント
回路板(PCB)とを含む。
【0003】 標準的なHDAは、回転可能なディスクパックを形成するためスピンドルモー
タの回転ハブに軸受けされている1枚以上の堅牢な磁気記憶ディスクと、ディス
ク面上に定義されたトラックに隣接するヘッドのアレイを支持するアクチュエー
タ組立体とを含む。ボイスコイルモータ(VCM)のようなアクチュエータ・モ
ータはアクチュエータ組立体、従ってヘッドをディスク面上に回転させる。PC
B上の制御回路は、ヘッドとインターフェースしてトラックとホストコンピュー
タ間でデータを転送する読取り/書込みチャネルと、VCMを駆動してヘッド位
置制御を与えるサーボ制御系とを含む。
【0004】 より増大するレベルのデータ記憶容量を求めるディスクドライブに対する連続
する要求は、ディスクドライブ製造業者に各ディスク面に記憶されるデータ・ビ
ットの密度を増加させる方法を模索させた。現代の高性能ディスクドライブは、
平方センチ当たり数ギガビット、Gbits/cm2で計測される面ビット密度
を標準的に達成している。高記録密度は、各トラックに沿って記憶されるビット
数を増大すること、及び/または各ディスク上の単位幅当たりのトラック数を増
大することにより達成可能である。各トラックに沿ってより多くのビットを記憶
することは、対応する高周波数でデータを書込み(そして以後読取り)可能とす
る読取り/書込みチャネル電子回路の改良を一般的に必要とする。高トラック密
度の提供は、ヘッドをディスク上により正確に位置決め可能とするサーボ制御系
の改良を一般的に必要とする。
【0005】 高トラック密度を達成する努力の結果、ディスクドライブ製造業者はいわゆる
「マイクロアクチュエータ」を実装する方向にますます向かっている、これはV
CMにより与えられる粗い(1次的)位置調節に対してヘッドの微細な(2次的
)位置調節を与えるためアクチュエータ組立体に吊るされた2次モータである。
ジャーガソン他に発行された米国特許第5,657,188号により例示される
ような誘導ロータ/ステータ装置の使用、バーマン他に発行された米国特許第6
,002,549号により例示されるような圧電変換器の使用、及びブッダ他に
発行された米国特許第5,711,063号に説明されるようなマイクロエレク
トロニック・マシン(MEM)実装を含む、各種のマイクロアクチュエータ構造
が最近当該技術において提案されている。
【0006】 1次及び2次モータ(「2段アクチュエータ」とも呼ばれる)両者によるアク
チュエータ組立体の基本動作概念は比較的簡単であり、1次モータを使用してヘ
ッドを特定の範囲のトラック内に選択したヘッドを移動させ、以後2次モータが
動作してヘッドをトラックの範囲内から特定の選択トラック上に移動させる。必
要な制御信号を1次及び2次モータに与えるサーボ制御電子回路の実装は、しか
しながら、これまで難しい仕事であることが証明されている。
【0007】 現在、1つの提案された解決法は、必要な2段サーボ制御を実行するために、
広範囲のプログラム・アルゴリズムを有する高性能プログラム可能素子(ディジ
タル信号プロセッサ、すなわちDSPのような)を提供することである。このよ
うな方式は、例えば、モリスに発行された米国特許第5,978,752号によ
り説明されている。これは動作可能ではあるが、コスト的に有利な方法で高性能
1段及び2段アクチュエータの両方に実装可能であり、異なる設計構成と異なる
ヘッド/媒体組合せに容易に適合可能である丈夫でコスト的に有利な制御器解決
法に対する持続する需要がある。
【0008】 (発明の要約) 本発明はディスクドライブ・アクチュエータ制御を改良する装置と方法を提供
する。
【0009】 望ましい実施例によると、回転可能なディスクスタックの対応する数の記録面
に隣接する読取り/書込みヘッドのアレイを支持する回転可能なアクチュエータ
を有するディスクドライブが提供される。高速ハードウェア回路として特徴付け
られる、サーボエンジンがアクチュエータへの制御入力を発生してトラック追随
動作を実行し、これで選択ヘッドを対応するトラックに追随される。
【0010】 アクチュエータは、単一のアクチュエータモータ(ボイスコイルモータ、VC
Mのような)を有する1段アクチュエータとして特徴付けられるか、または代わ
りに1次アクチュエータモータ(VCM)と各ヘッドを制御可能に移動させる2
次マクロアクチュエータのアレイの両方を有する2段アクチュエータとして特徴
付けられる。モータまたは複数モータの制御入力は、ヘッドの実際の位置と、ヘ
ッドの所要位置信号と、各ヘッドに対して個別に決定されロードされるユニーク
な係数の組、すなわち表検索値とに関連して決定される。
【0011】 この係数は、各ヘッドの出力応答を得て、各ヘッドの出力応答に対する係数を
選択し、係数をディスクドライブの不揮発メモリ位置に記憶することにより選択
される。通常のドライブ動作時に各ヘッドを順次選択する際、適切な係数の組が
以後ハードウェア制御器にロードされる。
【0012】 係数の各組は、制御入力値を決定するために使用される状態方程式の中間計算
の結果を含む。このようにして、ハードウェア制御器は、入力語を直列化しこれ
らをアドレスとして使用して適切な係数をアクセスすることにより、マルチビッ
ト入力(実際の位置と所要位置)語の全長に対応するクロックサイクル数で1次
及び2次モータの制御入力に対する解法を効率的に得ることが出来る。ハードウ
ェア制御器はさらに、トラック追随動作をディスクドライブのプログラム可能プ
ロセッサから外すことを都合よく可能とし、これはディスクドライブ設計がデー
タ転送操作と速度制御シーク操作の上位レベル制御に単一のプロセッサを利用可
能とする。
【0013】 ヘッドによる異なる係数の組の使用は、ハードウェア制御器を各ヘッド/ディ
スク組合せに対して適合可能とする。すなわち、新たな各ヘッドが選択される毎
に、新たなヘッドに適切な表検索値の新たな組がハードウェア制御器にロードさ
れ、正確な適合制御を与える。さらに、2段アクチュエータは本質的に複雑な応
答特性を有し、h無限大制御器合成は2段アクチュエータ設計に付随する不確定
性を減少する有効な方法を提供する。
【0014】 サーボエンジンは、ディスク面からのサーボ信号読取りを条件付けるために使
用される復調(demod)回路のような、ディスクドライブのその他の関係回
路を収めるアプリケーション特定集積回路(ASIC)に都合よく組込まれる。
特殊目的のランダムアクセスメモリ(RAM)構成を使用して、新たな各ヘッド
が順次選択された時に係数の各組をロードするのに要する時間を著しく減少する
【0015】 本発明を特徴付けるこれらの及び各種のその他の特徴と利点は、以下の詳細な
説明を読取り、関係する図面を見ることにより明らかとなる。
【0016】 (望ましい実施例の詳細な説明) 図1を参照すると、コンピュータ化されたデータを記憶するために使用される
ディスクドライブ100の上面図が図示されている。ディスクドライブ100は
ドライブの各種機械的部分を収容するヘッド・ディスク組立体(HDA)101
を含む。プリント回路板(PCB、図示せず)は、HDA101の下側に取付け
られてディスクドライブ100を完成し、PCBはHDA101の動作を制御す
るために使用される電子回路を支持する。
【0017】 HDA101は、ディスクドライブ100の制御された内部環境のエンクロー
ジャを形成するよう協働するベースデッキ102と上部カバー104(部分的に
切開した方式で表示)とを含む。動作時に、スピンドルモータ106は、複数個
の軸方向に整合した磁気記録ディスク108を含むディスクパック107を矢印
109により指示する角度方法に回転させる。参考のため、ディスクドライブ1
00は、業界で「3・1/2インチ、低プロフィール」フォーム・ファクタと一
般的に呼称されているような、約15cm(5.75インチ)掛ける約10cm
(4インチ)掛ける2.5cm(1インチ)の全体寸法を有するものとして考え
ている。ディスク108の各々は8.4cm(3.3インチ)の公称径を有する
。しかしながら、以上の寸法は単に説明の都合上与えたものであり、特許請求の
範囲はこれらの特定寸法を有するディスクドライブには限定されない。
【0018】 ユーザー・データはアクチュエータ110の使用によりディスク108上のト
ラック(図示せず)へ書込み読取りされ、このアクチュエータ110はディスク
108と隣接するベアリング・シャフト組立体112の周りを回転する。アクチ
ュエータ110は、柔軟なサスペンション組立体116(フレクスチャ)を支持
する複数個の堅牢なアクチュエータ・アーム114を含む。ヘッド118は各フ
レクスチャ116の端部で支持される。ヘッド118は、ディスク108が動作
速度で回転している間ディスク108上で空力的に支持されるよう構成される。
【0019】 アクチュエータ110は「2段」アクチュエータとして特徴付けられ、すなわ
ちアクチュエータは粗い位置制御を与える1次アクチュエータ・モータ(ボイス
コイルモータ124)と、微細な位置制御を与える2次アクチュエータ・モータ
(マイクロアクチュエータ125)のアレイとを有する。ボイスコイルモータ(
VCM)124は、アクチュエータ・コイル126と永久磁石128を含む磁気
回路とを含み、コイル126への電流の印加は、永久磁石128の磁場と相互作
用する磁場を発生し、これによりアクチュエータ110をベアリング・シャフト
組立体112の周りに枢動させて選択したヘッドを特定の範囲のトラック内に移
動させる。
【0020】 各マイクロアクチュエータ(MA)125は、圧電変換器(PZT)電圧の印
加に応答して拡大縮小する1対の圧電変換器129を含み、これにより選択した
ヘッド118をトラックのある範囲から特定の選択トラック上に移動させる。V
CM124及びマイクロアクチュエータ125の制御信号と、ヘッド118の読
取り/書込み信号は、柔軟な回路組立体130を介してアクチュエータ110と
ディスクドライブPCBとの間を渡される。
【0021】 上部及び底部マイクロアクチュエータ125の各々は、1個のフレクスチャ1
16(従って、1個のヘッド118)を支持するが、ディスクパック107内の
中間マイクロアクチュエータ125は、2個のフレクスチャ(従って、2個のヘ
ッド118)を支持する。一度に1個のヘッド118のみが選択されることを考
えているため、選択ヘッドの所要サーボ制御を実行するためVCMと適切なマイ
クロアクチュエータ125にサーボ制御信号が発生され、新たなヘッドへの切換
えはその新たなヘッドに適切な異なるマイクロアクチュエータ125の使用を生
じる。本説明の都合上2段アクチュエータ110が与えられているが、本発明は
これに限定されるものではなく、単一のアクチュエータ・モータ124のみを有
する1段アクチュエータのディスクドライブにも容易に使用可能である。
【0022】 図2を参照してPCBの回路を以下に説明し、図2はディスクドライブが取付
けられているホストコンピュータ140と関連して図1のディスクドライブ10
0の機能ブロック線図を与える。ディジタル信号プロセッサ(DSP)142と
して特徴付けられるプログラム可能処理装置は、DSPメモリ(MEM)144
に記憶されたプログラムとホストコンピュータ140からの指令入力に応答して
ディスクドライブの最上位制御を与える。データは、インターフェース(I/F
)回路146、読取り/書込みチャネル148及び前置増幅器/ドライバ(プリ
アンプ)149を含む通信路に沿ってホストコンピュータ140とディスク10
8との間を転送される。図1に示すように、プリアンプ149はアクチュエータ
110に取付けられる。
【0023】 ヘッド位置制御は、復調器(demod)152、ハードウェア・ベースのサ
ーボ制御器(「サーボエンジン」)154、ディジタル・アナログ変換器(DA
C)156の組、及びモータ・ドライバ回路158を含む閉ループサーボ回路1
50により与えられる。復調器152は、ディスク108から変換されたサーボ
データを条件付けしてヘッド118の位置の指示を与える。サーボエンジン15
4は、モータ・ドライバ158により使用されるDAC156により変換される
指令信号を発生する。
【0024】 以下で詳細に説明するように、サーボエンジン154は、選択ヘッド118を
対応するトラックに追随させるトラック追随動作モード時にVCM124とMA
125の適切な指令信号を発生するよう動作する入出力ハードウェア制御器であ
る。サーボエンジン154は、アクチュエータ共振と関係する不確定性を考慮す
るためh無限大合成技術(h−infinity synthesis tec
hniques)を使用して設計されることが望ましい。サーボエンジン154
は、トラック追随制御タスクをDSP142から切り離し、DSP142を自由
にしてシーク動作(ここでは選択ヘッドが速度制御技術を使用してあるトラック
から次ぎへ移動される)に使用し、かつホストコンピュータ140とのデータの
転送用に最上位レベル制御を提供することに注意されたい。
【0025】 図3は、2つの主要ディジタル入力:信号路160のU1(k)と信号路16
2のU2(k)を受取るサーボエンジン154を示す。U1(k)入力は、復調
器152により与えられ、選択ヘッド118の位置を示す(位置誤り信号、PE
Sから得ることが望ましい)。U2(k)入力は、DSP142により与えられ
、ヘッドの所要位置を指示する。
【0026】 サーボエンジン154はこれらの入力を処理して2つの主要ディジタル出力:
信号路164のY1(k)と信号路166のY2(k)を与える。Y1(k)出
力は、VCM124の電流指令信号でアクチュエータ110の粗い位置制御を与
える。Y2(k)出力は、MA125のPZT電圧でアクチュエータ110の細
かい位置制御を与える。サーボエンジン154は、以下の公知の状態空間方程式
に従ってY1(k)とY2(k)を発生する: X(k+1)=Ac・X(k)+Bc・U(k) (1) Y(k)=Cc・X(k)+Dc・U(k) (2)
【0027】 ここでkはサーボ・サンプル、X(k)は制御器の内部状態、状態空間マトリ
クスAc、Bc、Cc、Dcは制御器の伝達関数特性を名目定義する。当該マト
リクスは図4により示される一般形式を有する。図4のマトリクスは10次であ
り、各状態を得るために必要な計算数を簡略化するため、2重対角形式に配置さ
れている。これらのマトリクスの係数を選択しロードする特定の方法は、図5及
び図6に記載した、サーボエンジン154の構造と動作の調査後に説明される。
【0028】 一般的に、サーボエンジン154は、多段入出力制御器として動作する。中間
算術演算の結果を記憶し、繰返し加算及びシフト演算により以後の出力値を得る
ために使用する。これは状態方程式(1)と(2)を回路中に乗算器を必要とす
ることなく解くことを可能とする。図5はサーボエンジン154のX(k+1)
モジュール168の概略ブロック線図を与え、これは式(1)のハードウェア解
法を与えるよう動作する。全体で10段170が並列に設けられてX(k)状態
の各々を解く。これら10段170の内の2段のみが図示され、残りの段は同様
に構成される。
【0029】 段170の各々は、U1(k)とU2(k)入力の分解能に対応するクロック
サイクル数(図示していない別のクロックから)で対応する状態を計算するよう
動作する。U1(k)とU2(k)入力は32ビット分解能を有するものと考え
られ、従って、32クロックサイクルの終了時に、段170からの出力は内部状
態ベクトルX(k+1)を含む。
【0030】 1対の32ビット・シフトレジスタ172、174が各U1(k)とU2(k
)語を受取り、直列化する(最小位ビットLSBから最高位ビットMSBへ)。
各段170は32x32ビット・ランダムアクセスメモリ(RAM)176、加
算器178、ラッチ180、丸め論理182、飽和論理184、及びシフトレジ
スタ186を含む。32ビット・カウントであることが望ましい、最高位ビット
(MSB)検出器は、レジスタ172、174をシフトしているビットを追跡し
、U1(k)とU2(k)からのMSBがシフトレジスタ172、174から出
力される時に出力線路(路187)をトグルする。
【0031】 図6は、サーボエンジン154のY(k)モジュール188の対応する概略線
図を与え、これは上記式(2)のハードウェア解法を与えるよう動作する。VC
M制御段190は、VCM指令出力Y1(k)を発生するよう動作し、MA制御
段192はMA指令出力Y2(k)を発生するよう動作する。段190、192
の各々は8192x16ビットRAM194、加算器196、ラッチ198、丸
め論理200及び飽和論理202を含む。段190、192の全体形式は、図5
の段170の形式と同様であり、同様に動作することに注意すべきである。
【0032】 再び図5を参照すると、各サーボ・サンプルで、各U1(k)とU2(k)入
力は、対応する32ビット・シフトレジスタ172、174にロードされて対応
する直列ビット出力(「U1(k)直列」と「U2(k)直列」と記載)を与え
る。U1(k)とU2(k)入力からの直列ビットは、32x32ビットRAM
176の各々の5アドレス入力の内の2つとして直列的に与えられる。以前に計
算されたX1(k)とX2(k)状態も、図示するように、アドレス入力の2つ
を与えるように使用される(X3(k)とX4(k)が次の2段170のアドレ
ス入力を与える、等々)。
【0033】 RAM176は、検索表として動作して加算器178へ対応する予め計算され
た値を出力する(4符号拡張ビットがオーバーフロー用に与えられる)。加算器
178の出力は、ラッチ180により丸め論理182へラッチされ出力され、こ
の丸め論理182はLSBが落ちてビットが各繰返しでシフトされる時に丸め演
算を実行する。飽和論理184は、中間計算時のオーバーフロー条件(すなわち
、最大の2の補数から最小の2の補数値へのひっくり返り)を防止するよう動作
する。
【0034】 前の出力は右にシフトされ現在の出力に加算されているため、各検索表(RA
M176、194)からの各連続出力は以前の出力より2の因子だけ大きい。入
力U1(k)とU2(k)は、2の補数形式であるものと考えられているため、
MSBに対応する最後の出力は前の出力より2の因子だけ大きいのみならず、こ
れはまた「負の」2の因子であり、従って、各RAMのサイズを2倍にする余分
なアドレス線が追加される。これはMSB出力項を処理するための減算器の必要
性を除去する。
【0035】 例えば、最上位段170を参照すると、RAM176の5個のアドレス入力ビ
ット{A5、A4、A3、A2、A1}は順次以下のように識別される:MSB
検出器185の出力、X1(k)、X2(k)、U1(k)、U2(k)である
。最初の31クロックサイクルの間、MSB検出器出力は低状態、すなわち0で
あり、32番目のクロックサイクルで高状態、すなわち1にトグルされる。X1
(k)とX2(k)状態ビットは各々、前に計算した状態に応じて0または1の
どちらかであり、各サンプル期間の終了時に更新される。U1(k)とU2(k
)ビットは、U1(k)とU2(k)入力語の値に応じて32クロックサイクル
の各々で変動する。式(1)と図4のAc、Bcマトリクスを使用して、上部R
AM176の選択されたアドレス位置の中間計算値は以下の表1に図示される。
【0036】 4アドレス・ビットA1−A4の値は、生成される16の異なる計算の大きさ
を決定する。高MSBアドレス・ビットA5は、A1−A4アドレス・ビットに
より決定された値を負値に変換する。従って、RAM176の各々は2つの半分
部分、すなわちA1−A4の値により決定された16の異なる計算を有する「底
部」半分(A5=0)と、同じ16計算の負値を記憶する(すなわち、−1を乗
算した底部値)「上部」半分(A5=1)である。
【0037】 Y(k)モジュール190は同様に動作する。10個のX(k)状態、U1(
k)直列とU2(k)直列値、及び図5からのMSB検出ビットは、8192x
16ビットRAM194へのアドレス入力(A1−A13)として与えられる。
RAMは検索表として動作して式(2)と図4のCc及びDcマトリクスを使用
して予め計算された値を出力する。前と同様に、RAM194の底部半分は、A
1−A12アドレス・ビットにより決定され、A13(MSB)ビットはRAM
の上部半分の対応する負値をアクセスする。
【0038】 Ac、Bc、Cc、Dcマトリクスの係数は、プラント応答で考えられる不確
定性の効果を識別し減少することにより強固な制御器設計を提供するh無限大制
御器合成技術を使用して選択されることが望ましい。H無限大制御器合成技術は
、例えば、ファランガスに発行された米国特許第5,734,246号とモリス
に発行された上述の米国特許第5,978,752号により説明されている。
【0039】 図7はSERVO ENGINE ADAPTATION(サーボエンジン適
合)ルーティン210を与え、各ヘッド/ディスク組合せに対してサーボエンジ
ン154を適合させるためディスクドライブ製造時に実行されることが望ましい
段階を図示する。段階212で、ディスクドライブ100が組立てられ、組立て
られたディスクドライブは適切なコンピュータ・ベースのワークステーション(
別個には図示せず)に配置される。段階214で第1ヘッドが選択され、各ヘッ
ドの共振位置と減衰係数の不確定性のプロットを得るために、選択された入力ス
ペクトルがVCM124とMA125に入力として与えられる。入力スペクトル
は広帯域の入力信号で、増大する高周波数の正弦波形の列(「掃引正弦波」)等
でよい。
【0040】 出力応答情報は、段階216で収集され、段階216で得られたデータに基づ
いてプラント応答の不確定性の効果を最小化する初期の、強固なh無限大設計を
与える、米国マサチューセッツ州ナティックのマスワーク社から市販の「Mat
lab μ解析及び合成ツールボックス」のような、適切なh無限大制御設計ル
ーティンに段階218で与えられる。初期設計が得られると、Matlabツー
ルボックスからの別のルーティン、「STRUNCとSTRANS」を都合よく
使用して制御器マトリクスを2重対角形式に変換して制御器の次数を減少し、図
4のAc、Bc、Cc,及びDcマトリクスを生成する。段階220でRAM1
76、194の検索表の対応する予め計算した値が次に決定されディスクドライ
ブに記憶される。これらの表値の1つの適切な位置は、ディスクの通常のデータ
記録面を超えた選択されたディスク上のガード・ドラック上である。
【0041】 決定段階222は、選択ヘッド118が最後のヘッドであるかどうかを問合せ
し、そうでない場合、段階224で次のヘッドが選択され、段階226で過程が
終了するまで、各ヘッドに対して順次過程が繰返される。同一の制御器係数を全
ヘッドに使用可能であるとも考えられるが、各ヘッドに異なる係数を選択するこ
とが望ましい。図8を参照して以下に説明するように、通常動作時の各ヘッド切
換え操作で対応する検索表値がサーボエンジン154に次いでロードされる。
【0042】 図8は、DISC DRIVE OPERATION(ディスクドライブ動作
)ルーティン230を与え、ディスクドライブ100の動作時に実行される段階
を一般的に図示する。ドライブが非動作状態から動作状態へ移行する段階232
の初期化(スピンアップ)時に、図7の段階220で全てのヘッドに対して記憶
された表値をガード・トラックから検索し、段階234により示すようにDSP
メモリ(図2の144のような)に記憶される。段階236で以後第1ヘッドが
選択され、適切な表値が段階238でメモリ144からサーボエンジン154に
転送される。
【0043】 段階240は、ヘッド切換え操作後に速度制御シークが最初に発生し、上述し
たように、前記シークはDSP142により直接実行されて選択ヘッドを選択ト
ラック上に移動させるものと考える。以後、段階242でディスクドライブ10
0はトラック追随動作モードに入り、サーボエンジン154は上述したように動
作してヘッド118を選択トラック上に保持する。特に、ヘッド118が選択ト
ラックを追随する時、サーボデータが周期的に変換され、サーボエンジン154
にU1(k)入力として与えられ、DSP142は同様に所要位置入力U2(k
)を与える。サーボエンジン154は、各サーボ・サンプルkに対して、新たな
内部状態X(k+1)とVCM124とMA125の制御出力Y1(k)、Y2
(k)の組を与えるよう動作する。この動作は、決定ブロック244により指示
されるように、新たなヘッドが必要とされるまで続行し、その後段階246で新
たなヘッドが選択されてルーティンは図示のように復帰する。
【0044】 サーボエンジン154は、ディスク面からのサーボ信号読取りを条件付けるた
めに使用される復調(demod)回路152のような、ディスクドライブ10
0のその他の関連回路を収容するアプリケーション特定集積回路(ASIC)に
含まれることが望ましい。これにより図5と図6のRAM素子176、194の
特殊目的ランダムアクセスメモリ(RAM)の実装は、新たな各ヘッド118を
順次選択した時に係数の各組をロードするのに要する時間を著しく減少すること
を可能とする。図9はこの構成の機能ブロック線図を与える(全体を250で記
す)。
【0045】 基本配置は図示のように上部及び底部半分に分割されたメモリ・モジュール2
52を含む。32x32ビットRAM176に対しては、底部半分(16x32
)はアドレス00000−01111に対応し、上部半分(16x32)はアド
レス10000−11111に対応し、8192x16ビットRAM194に対
しては、底部半分(4096x16)はアドレス0000000000000−
0111111111111に対応し、上部半分(4096x16)はアドレス
1000000000000−1111111111111に対応する。上述し
たように、上部半分の内容は底部半分の内容の負値である。
【0046】 複数ビット・アドレス入力がアドレス・デコード論理254に与えられて読取
り及び書込み動作時にメモリ位置をアクセスする。特殊データ・ロード論理ブロ
ック256は、メモリ・モジュール252へのデータの書込みを制御する。特に
、書込み動作時に、メモリ・モジュール252の底部半分に書込まれるべきデー
タは、ブロック256に連続的に与えられる。これに応答して、ブロック256
は入力データを底部半分の各メモリ位置へ書込み、かつ同時に入力データの負値
を計算して負値をメモリ・モジュール252の上部半分の対応する位置へ書込む
。このようにして、メモリ・モジュール252の内容は、こうしない場合に通常
必要とされる時間の名目上半分でロードされる。サーボエンジン154は2個の
8194x16RAM194と10個の32x32RAM176を含み、これら
のRAMの各々の内容が各ヘッド切換えにより再ロードされるため、これは顕著
な動作上の利点を提供可能である。
【0047】 回路250はさらに、読取り動作時に出力データがメモリ・モジュール252
からロードされる出力レジスタ258を含む。制御論理260は回路250の動
作を制御し、書込み付勢、チップ選択及びクロック信号のような従来の入力を使
用する。
【0048】 以上の説明から、本発明は従来技術に対していくつかの利点を与えることが明
らかである。第1に、表値を記憶するためのRAMの使用は制御器を各ヘッド/
ディスク組合せに適合可能である。すなわち、新たな各ヘッドが選択される度に
、新たなヘッドに適切な表検索値の新たな組がサーボエンジンにロード可能であ
り、正確な適合制御を与える。第2に、2段アクチュエータは本質的に複雑な応
答特性を有し、h無限大制御器方式は2段アクチュエータ設計と関連する不確定
性を減少する有効な方法を提供する。第3に、RAM176、194の各々の追
加アドレス線の使用は、MSBを処理するための減算論理の必要性を削除すると
共に、各ヘッド切換え時の高速なデータ・ロード操作を容易にすることによりハ
ードウェアを簡単化する。望ましい実施例は2段アクチュエータに向けられてい
るが、1段アクチュエータのようなその他の解決法は容易に構想され、この場合
図6のY(k)モジュール190は1出力段のみを利用する。
【0049】 要約すると、本発明はディスクドライブ2段アクチュエータの制御入力を発生
する装置と方法に向けられている。望ましい実施例によると、ディスクドライブ
100は、ヘッド118を回転可能なディスク108に隣接して保持するために
使用される1次及び2次アクチュエータ・モータ124、125を有する2段ア
クチュエータ110を含む。h無限大ハードウェア制御器154は、実際の位置
信号と、所要位置信号及び各選択されたヘッドの係数のユニークな組とに関係す
る制御入力を発生する。係数は、各ヘッドの出力応答を得て(段階216)、各
ヘッドの出力応答と関係する係数を選択し(段階218)、ディスクドライブの
不揮発性メモリ位置に係数を記憶する(段階220)ことにより得られる。通常
のドライブ動作時に各ヘッドを順次選択する時係数の適切な組が以後ロードされ
る(段階238)。
【0050】 添付した請求の範囲では、以上の説明と整合する、用語「ハードウェア」を明
瞭に理解して、メモリに記憶され処理装置(図2のDSP142のような)によ
り利用されるプログラム可能な段階に従って論理演算を実行する「ファームウェ
ア」または「ソフトウェア」と比較されるような、回路のハード的配線の相互接
続(図5と図6のサーボエンジン154のような)に従って論理演算を実行する
回路を記述する。方法の段階は請求の範囲では英数字的に指定されているが、請
求の範囲は図示の順序には必ずしも限定されない。
【0051】 本発明は上述したかつそれ自身に本質的な目的と利点を達成するよう十分適合
されていることは明らかである。本望ましい実施例は本開示の目的用に記述され
ているが、当業者自身には容易に示唆される、かつ添付の請求の範囲に開示し定
義するような本発明の要旨に包含される多数の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の望ましい実施例に従って制御される2段アクチュエータを有するディ
スクドライブの上面図である。
【図2】 2段アクチュエータのマイクロアクチュエータ(MA)とボイスコイルモータ
(VCM)へサーボ制御入力を証明するハードウェア・サーボエンジンを含む、
図1のディスクドライブの制御回路の機能ブロック図である。
【図3】 図2のサーボエンジンの各入力と出力を示す簡略化したブロック線図である。
【図4】 図3のサーボエンジンの動作を制御するAc、Bc、Cc、Dc状態マトリク
スを示し、状態マトリクスの係数は本発明の望ましい実施例に従って選択される
【図5】 図3のサーボエンジンの望ましい構成を図示する一般化された概略図である。
【図6】 図3のサーボエンジンの望ましい構成を図示する一般化された概略図である。
【図7】 SERVO ENGINE ADAPTATION(サーボエンジン適合)ル
ーティンの流れ図で、ディスクドライブ製造時に、望ましくはヘッド毎に、図4
の状態マトリクスの適切な係数を選択するため本発明の望ましい実施例に従って
実行される段階を図示する。
【図8】 DISC DRIVE OPERATION(ディスクドライブ動作)ルーテ
ィンの流れ図で、本発明の望ましい実施例に従って図1のディスクドライブの動
作時に実行される段階を図示する。
【図9】 特殊目的ランダムアクセスメモリ(RAM)構成の機能ブロック図で、これは
新たな各ヘッドが順次選択された時に係数の組をこれらの素子にロードするのに
必要な時間を著しく減少するため図5及び図6の回路に示したRAM素子に有効
に使用される。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 対応する回転可能なディスク面に隣接する複数個のヘッドを
    支持するディスクドライブ・アクチュエータへ制御入力を与える方法において、
    アクチュエータは制御入力に応答してアクチュエータを回転させるアクチュエー
    タ・モータを有し、上記方法は、 複数個のヘッドから選択された各ヘッドに対して、順次に、 (a)選択したヘッドの出力応答を得る段階と、 (b)選択したヘッドの出力応答に関係するh無限大ハードウェア制御器の係
    数を選択する段階と、 (c)ディスクドライブの不揮発性メモリ位置に係数を記憶する段階と、 以後、ディスクドライブ動作時に、 (d)複数個のヘッドから選択したヘッドへ切換える段階と、 (e)選択したヘッドに対応する係数をh無限大ハードウェア制御器の揮発性
    メモリ位置にロードする段階と、 (f)h無限大ハードウェア制御器を使用してアクチュエータ・モータの制御
    入力を発生し、選択したヘッドを対応するディスク面と所要の関係に保持する段
    階と、 を含む方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の方法において、段階(d)の選択されたヘッ
    ドは第1ヘッドとして特徴付けられ、さらに、 (g)第1ヘッドから第2ヘッドへ切換える段階と、 (h)第2ヘッドに対応する係数をh無限大ハードウェア制御器の揮発性メモ
    リ位置にロードする段階と、 (i)h無限大ハードウェア制御器を使用してアクチュエータ・モータの制御
    入力を発生し、第2ヘッドを対応するディスク面と所要の関係に保持する段階と
    、 を含む方法。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の方法において、得る段階(a)は、 (a1)アクチュエータに入力制御プロフィールを印加して、選択したヘッド
    の対応する位置変動を決定して選択したヘッドの出力応答を得る段階と、 を含む方法。
  4. 【請求項4】 請求項1記載の方法において、係数を選択する段階(b)は
    、 (b1)h無限大ハードウェア制御器が関係式CcX(k)+DcU(k)に
    従って出力Y(k)と関係式AcX(k)+BcU(k)に従って次の状態X(
    k+1)とを発生するようにマトリクスの組Ac、Bc、Cc、及びDcを選択
    する段階であって、ここでkはサンプル期間であり、X(k)は現在の状態であ
    り、U(k)はヘッドの実際の入力と所要位置を表している前記段階と、 (b2)X(k)とU(k)の値の各組合せに対して係数の組を計算する段階
    と、 を含む方法。
  5. 【請求項5】 請求項1記載の方法において、アクチュエータは、アクチュ
    エータ・モータが粗い位置制御を与える1次モータと微細な位置制御を与える2
    次モータとを含むような2段アクチュエータとして特徴付けられ、制御入力は1
    次モータと2次モータの両方に発生される方法。
  6. 【請求項6】 ディスクドライブにおいて、 複数個の軸方向に整合した回転可能なディスクを含むディスクパックと、 ディスクの対応する面に隣接して支持された複数個のヘッドと、アクチュエー
    タを回転させるアクチュエータ・モータと、を含むアクチュエータと、 ディスクへのデータの転送を制御するプログラム可能なプロセッサと、 ヘッドとプログラム可能なプロセッサに応答するh無限大ハードウェア制御器
    であって、アクチュエータ・モータへの制御入力を発生して選択したヘッドを対
    応する面に対して所要の関係に保持し、h無限大ハードウェア制御器は選択した
    ヘッドから実際の位置信号と、プログラム可能プロセッサから所要位置信号と、
    選択したヘッドのユニークな係数の組とを受取って制御入力を発生し、異なる係
    数の組が複数個のヘッドの各々に対してh無限大ハードウェア制御器にロードさ
    れる、前記h無限大ハードウェア制御器と、 を含むディスクドライブ。
  7. 【請求項7】 請求項6記載のディスクドライブにおいて、アクチュエータ
    は2段アクチュエータとして特徴付けられ、アクチュエータ・モータは粗い位置
    制御を与える1次モータとして特徴付けられ、アクチュエータはさらに微細な位
    置制御を与える2次アクチュエータ・モータを含み、制御入力は1次アクチュエ
    ータ・モータと2次アクチュエータ・モータに印加されるディスクドライブ。
  8. 【請求項8】 請求項6記載のディスクドライブにおいて、係数の各組が記
    憶される不揮発性メモリ素子をさらに含み、h無限大制御器は、複数個のヘッド
    の各々が順次選択された時に異なる係数の組の各々を一時的に記憶する少なくと
    も1つの揮発性メモリ素子を含むディスクドライブ。
  9. 【請求項9】 請求項6記載のディスクドライブにおいて、実際の位置信号
    と所要位置信号は各々複数ビット・ディジタル語として特徴付けられ、h無限大
    ハードウェア制御器は、 実際の位置信号と所要位置信号とを各々受取り直列化して、少なくとも一つの
    揮発性メモリ素子へのアドレス入力として使用される各々の直列化ビット・スト
    リームを形成する一対のシフトレジスタと、 をさらに含むディスクドライブ。
  10. 【請求項10】 請求項6記載のディスクドライブにおいて、揮発性メモリ
    素子は特殊目的ランダムアクセスメモリを含み、この特殊目的ランダムアクセス
    メモリは、 Xメモリ位置の第1の半分とXメモリ位置の第2の半分とに配置された2Xメ
    モリ位置のメモリ・モジュールと、 メモリ・モジュールに結合されたデータロード回路であって、X値の入力列を
    受取り、X値の入力列の各々に対応するX負値を発生し、メモリ・モジュールの
    第1半分にX値の入力列の各値を書込み、特殊目的ランダムアクセスメモリに与
    えられたものの2倍のデータが書込まれるように、メモリの第2半分にX負値の
    対応する値が同時に書込まれる、前記データロード回路と、 を含むディスクドライブ。
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