JP2003304694A - データ記憶装置、回転制御装置及び回転制御方法 - Google Patents
データ記憶装置、回転制御装置及び回転制御方法Info
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- G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
- G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
- G11B5/48—Disposition or mounting of heads or head supports relative to record carriers ; arrangements of heads, e.g. for scanning the record carrier to increase the relative speed
- G11B5/58—Disposition or mounting of heads or head supports relative to record carriers ; arrangements of heads, e.g. for scanning the record carrier to increase the relative speed with provision for moving the head for the purpose of maintaining alignment of the head relative to the record carrier during transducing operation, e.g. to compensate for surface irregularities of the latter or for track following
- G11B5/596—Disposition or mounting of heads or head supports relative to record carriers ; arrangements of heads, e.g. for scanning the record carrier to increase the relative speed with provision for moving the head for the purpose of maintaining alignment of the head relative to the record carrier during transducing operation, e.g. to compensate for surface irregularities of the latter or for track following for track following on disks
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- G11B5/55—Track change, selection or acquisition by displacement of the head
- G11B5/5521—Track change, selection or acquisition by displacement of the head across disk tracks
- G11B5/5526—Control therefor; circuits, track configurations or relative disposition of servo-information transducers and servo-information tracks for control thereof
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- Control Of Electric Motors In General (AREA)
- Rotational Drive Of Disk (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 モータにおける磁石位置のばらつきを吸収し
つつコントローラの利得を上げ、外乱の影響に強い回転
制御を実現する。 【解決手段】 所定の駆動対象を回転駆動するスピンド
ルモータ3と、このスピンドルモータ3の回転駆動にお
けるパルス時間を所定の目標時間と比較してフィードバ
ックすることにより、このスピンドルモータ3の回転駆
動を制御するコントローラ121とを備えると共に、ス
ピンドルモータ3の駆動電流の波形に含まれる回転周波
数及びその高調波の成分を抑制するように、目標時間を
動的に変化させてコントローラ121による制御を補正
するピークフィルタ122を備える。
つつコントローラの利得を上げ、外乱の影響に強い回転
制御を実現する。 【解決手段】 所定の駆動対象を回転駆動するスピンド
ルモータ3と、このスピンドルモータ3の回転駆動にお
けるパルス時間を所定の目標時間と比較してフィードバ
ックすることにより、このスピンドルモータ3の回転駆
動を制御するコントローラ121とを備えると共に、ス
ピンドルモータ3の駆動電流の波形に含まれる回転周波
数及びその高調波の成分を抑制するように、目標時間を
動的に変化させてコントローラ121による制御を補正
するピークフィルタ122を備える。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ハードディスク装
置(ドライブ)などのデータ記憶装置における記録媒体
(ディスク)の回転制御に関するものである。
置(ドライブ)などのデータ記憶装置における記録媒体
(ディスク)の回転制御に関するものである。
【0002】
【従来の技術】ハードディスク装置のように回転する記
録媒体にデータを記録するデータ記憶装置(以下、ディ
スクドライブ)では、精度の高い回転制御を実現するこ
とが重要である。特に、記録媒体の大容量化に伴い、高
密度にデータが貯えられるようになると、外部からの回
転方向の振動に対しても強くしていく必要がある。
録媒体にデータを記録するデータ記憶装置(以下、ディ
スクドライブ)では、精度の高い回転制御を実現するこ
とが重要である。特に、記録媒体の大容量化に伴い、高
密度にデータが貯えられるようになると、外部からの回
転方向の振動に対しても強くしていく必要がある。
【0003】従来、3相のDC(直流)モータを使った
回転制御の場合、相に誘起される逆起電力が基準電圧と
交わるゼロクロス時間を計って回転を制御している。例
えば、1周(1回転)する間に6周期の電圧波形を出力
するモータの場合、コントローラにて各周期の時間を測
って目標時間と比較し、フィードバック値を得る方法が
考えられる。逆起電力の波形は、モータにおける磁石の
配置によって決まるので、モータが一定速度で回ってい
ても、電圧波形における6周期の各時間は同じではな
い。そこで従来は、電圧波形における6周期の各時間が
ばらついても、モータが精度良く回るように、コントロ
ーラの利得を下げて、個々の周期で過剰にフィードバッ
ク値が変わらないように工夫をしている。このため、開
ループ関数のゼロクロス周波数は、モータの回転周波数
の1/15程度である。
回転制御の場合、相に誘起される逆起電力が基準電圧と
交わるゼロクロス時間を計って回転を制御している。例
えば、1周(1回転)する間に6周期の電圧波形を出力
するモータの場合、コントローラにて各周期の時間を測
って目標時間と比較し、フィードバック値を得る方法が
考えられる。逆起電力の波形は、モータにおける磁石の
配置によって決まるので、モータが一定速度で回ってい
ても、電圧波形における6周期の各時間は同じではな
い。そこで従来は、電圧波形における6周期の各時間が
ばらついても、モータが精度良く回るように、コントロ
ーラの利得を下げて、個々の周期で過剰にフィードバッ
ク値が変わらないように工夫をしている。このため、開
ループ関数のゼロクロス周波数は、モータの回転周波数
の1/15程度である。
【0004】図6は、従来のディスクドライブにおける
スピンドルモータ(DCモータ)の回転制御装置の構成
を示す図である。図6に示すように、スピンドルモータ
61の出力Yに対して磁石の位置に基づく磁界のばらつ
き(以下、単に磁石位置のばらつきと記す)の影響Rが
加え合わせられた結果である出力波形がコントローラ6
2に入力される。そして、コントローラ62の出力がス
ピンドルモータ61にフィードバックされている。
スピンドルモータ(DCモータ)の回転制御装置の構成
を示す図である。図6に示すように、スピンドルモータ
61の出力Yに対して磁石の位置に基づく磁界のばらつ
き(以下、単に磁石位置のばらつきと記す)の影響Rが
加え合わせられた結果である出力波形がコントローラ6
2に入力される。そして、コントローラ62の出力がス
ピンドルモータ61にフィードバックされている。
【0005】図6のスピンドル系(スピンドルモータ6
1)の伝達関数P(z)は、時間を出力とすると非線型系
となるが、次に数2式にて近似することができる。
1)の伝達関数P(z)は、時間を出力とすると非線型系
となるが、次に数2式にて近似することができる。
【数2】
ただし、1周(1回転)する間に6周期の電圧波形を出
力するスピンドルモータ61の場合、Tは回転時間/
6、θは2π/6である。また、krはトルク定数、J
はイナーシャである。
力するスピンドルモータ61の場合、Tは回転時間/
6、θは2π/6である。また、krはトルク定数、J
はイナーシャである。
【0006】このとき、スピンドルモータ61の回転に
対する磁石位置の影響は、次の数3式で表される。
対する磁石位置の影響は、次の数3式で表される。
【数3】
上の数3式で、スピンドルモータ61の伝達関数P(z)
はPと表記されている。また、Hはコントローラ62の
伝達関数H(z)であり、次の数4式で表される。
はPと表記されている。また、Hはコントローラ62の
伝達関数H(z)であり、次の数4式で表される。
【数4】
【0007】スピンドルモータ61が4200rpmで
回るとし、1周に6回時間をサンプルするとする。この
とき、磁石位置の影響Rの基本周波数は70Hzとな
る。したがって、70Hzの成分が十分抑えられるよう
にコントローラ62を選ぶ必要がある。例えば、PI制
御において、磁石位置の影響Rの基本周波数である70
Hzで−30dB程度のコントローラ62を設計する。
図7は、この場合における誤差関数(Rejection functi
on)を示す図である。このとき、コントローラ62は、 un=kp(tn−ttarget)+kiIn In+1=In+tn−ttarget ki=11.7 kp=1170 となる。ただし、unはスピンドル電流、tnは測定され
た時間、ttargetは目標時間である。
回るとし、1周に6回時間をサンプルするとする。この
とき、磁石位置の影響Rの基本周波数は70Hzとな
る。したがって、70Hzの成分が十分抑えられるよう
にコントローラ62を選ぶ必要がある。例えば、PI制
御において、磁石位置の影響Rの基本周波数である70
Hzで−30dB程度のコントローラ62を設計する。
図7は、この場合における誤差関数(Rejection functi
on)を示す図である。このとき、コントローラ62は、 un=kp(tn−ttarget)+kiIn In+1=In+tn−ttarget ki=11.7 kp=1170 となる。ただし、unはスピンドル電流、tnは測定され
た時間、ttargetは目標時間である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところで、スピンドル
モータにおける磁石位置のばらつきを吸収するためにコ
ントローラの利得を下げると、外乱によってモータの電
圧波形が影響を受けてもコントローラからのフィードバ
ック値が変わらず、かかる外乱の影響を打ち消すことが
難しかった。そこで本発明は、モータにおける磁石位置
のばらつきを吸収しつつコントローラの利得を上げ、外
乱の影響に強い回転制御を実現することを目的とする。
モータにおける磁石位置のばらつきを吸収するためにコ
ントローラの利得を下げると、外乱によってモータの電
圧波形が影響を受けてもコントローラからのフィードバ
ック値が変わらず、かかる外乱の影響を打ち消すことが
難しかった。そこで本発明は、モータにおける磁石位置
のばらつきを吸収しつつコントローラの利得を上げ、外
乱の影響に強い回転制御を実現することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、次のように構成されたデータ記憶装置と
して実現される。すなわち、このデータ記憶装置は、デ
ータを記録する記録媒体と、所定のヘッドを用いて記録
媒体に対してデータの読み書きを行うためにこの記録媒
体を回転駆動する駆動手段と、この駆動手段の回転駆動
におけるパルス時間を所定の目標時間と比較してフィー
ドバックすることにより、駆動手段による記録媒体の回
転駆動を制御する回転制御手段とを備え、この回転制御
手段は、駆動手段の駆動電流の波形に含まれる回転周波
数及びその高調波の成分を抑制するように、目標時間を
動的に変化させることを特徴とする。
め、本発明は、次のように構成されたデータ記憶装置と
して実現される。すなわち、このデータ記憶装置は、デ
ータを記録する記録媒体と、所定のヘッドを用いて記録
媒体に対してデータの読み書きを行うためにこの記録媒
体を回転駆動する駆動手段と、この駆動手段の回転駆動
におけるパルス時間を所定の目標時間と比較してフィー
ドバックすることにより、駆動手段による記録媒体の回
転駆動を制御する回転制御手段とを備え、この回転制御
手段は、駆動手段の駆動電流の波形に含まれる回転周波
数及びその高調波の成分を抑制するように、目標時間を
動的に変化させることを特徴とする。
【0010】より詳しくは、この回転制御手段は、以前
の制御における駆動電流に基づいて、次の制御における
前記目標時間を計算する。さらに詳しくは、前回の制御
における駆動電流とさらにその前回の制御における駆動
電流との差分を用いて、次回の制御における目標時間を
計算する。あるいは、この回転制御手段は、駆動手段に
よる記録媒体の回転駆動が定常状態になった後、一定値
に収束した目標時間を用いて駆動手段による回転駆動を
制御することができる。
の制御における駆動電流に基づいて、次の制御における
前記目標時間を計算する。さらに詳しくは、前回の制御
における駆動電流とさらにその前回の制御における駆動
電流との差分を用いて、次回の制御における目標時間を
計算する。あるいは、この回転制御手段は、駆動手段に
よる記録媒体の回転駆動が定常状態になった後、一定値
に収束した目標時間を用いて駆動手段による回転駆動を
制御することができる。
【0011】また、本発明による他のデータ記憶装置
は、データを記録する記録媒体と、所定のヘッドを用い
て記録媒体に記録されたデータの読み書きを行うために
この記録媒体を回転駆動するモータと、このモータの回
転駆動におけるパルス時間を所定の目標時間と比較して
フィードバックすることにより、モータによる記録媒体
の回転駆動を制御するコントローラと、モータの回転に
含まれる、このモータの磁石位置のばらつきの影響を補
償するための信号をコントローラに供給するデジタルフ
ィルタとを備えることを特徴とする。
は、データを記録する記録媒体と、所定のヘッドを用い
て記録媒体に記録されたデータの読み書きを行うために
この記録媒体を回転駆動するモータと、このモータの回
転駆動におけるパルス時間を所定の目標時間と比較して
フィードバックすることにより、モータによる記録媒体
の回転駆動を制御するコントローラと、モータの回転に
含まれる、このモータの磁石位置のばらつきの影響を補
償するための信号をコントローラに供給するデジタルフ
ィルタとを備えることを特徴とする。
【0012】より詳細には、このデジタルフィルタは、
コントローラによるモータの制御信号に基づいて、コン
トローラによる次の制御における目標時間を動的に変化
させる信号を前記コントローラに供給する。さらに、こ
のデジタルフィルタは、モータの駆動電流の波形に含ま
れる回転周波数とその高調波とにピークを持ち、他の周
波数では利得がほぼ0となるピークフィルタにて構成さ
れる。あるいは、このデジタルフィルタは、モータが1
回転したときに6個のパルス時間が得られる場合、z変
換により表した伝達関数F(z)が、次式で表されるフ
ィルタである。
コントローラによるモータの制御信号に基づいて、コン
トローラによる次の制御における目標時間を動的に変化
させる信号を前記コントローラに供給する。さらに、こ
のデジタルフィルタは、モータの駆動電流の波形に含ま
れる回転周波数とその高調波とにピークを持ち、他の周
波数では利得がほぼ0となるピークフィルタにて構成さ
れる。あるいは、このデジタルフィルタは、モータが1
回転したときに6個のパルス時間が得られる場合、z変
換により表した伝達関数F(z)が、次式で表されるフ
ィルタである。
【数5】
ただし、k1、k2、k3、k4、k5は定数。
【0013】また、上記の目的を達成する他の本発明
は、モータの回転駆動を制御する、次のように構成され
た回転制御装置として実現される。すなわち、この回転
制御装置は、モータの回転駆動におけるパルス時間を所
定の目標時間と比較してフィードバックすることによ
り、モータの回転駆動を制御する制御手段と、モータの
回転に含まれる、このモータの磁石位置のばらつきの影
響を補償するように制御手段を補正する補正手段とを備
える。
は、モータの回転駆動を制御する、次のように構成され
た回転制御装置として実現される。すなわち、この回転
制御装置は、モータの回転駆動におけるパルス時間を所
定の目標時間と比較してフィードバックすることによ
り、モータの回転駆動を制御する制御手段と、モータの
回転に含まれる、このモータの磁石位置のばらつきの影
響を補償するように制御手段を補正する補正手段とを備
える。
【0014】より詳細には、この補正手段は、モータに
フィードバックされるコントローラの出力に基づいて、
このコントローラによる次の制御における目標時間を動
的に変化させる。さらに、この補正手段は、モータの駆
動電流の波形に含まれる回転周波数とその高調波とにピ
ークを持ち、他の周波数では利得がほぼ0となるデジタ
ルフィルタである。
フィードバックされるコントローラの出力に基づいて、
このコントローラによる次の制御における目標時間を動
的に変化させる。さらに、この補正手段は、モータの駆
動電流の波形に含まれる回転周波数とその高調波とにピ
ークを持ち、他の周波数では利得がほぼ0となるデジタ
ルフィルタである。
【0015】また、上記の目的を達成するさらに他の本
発明は、モータの回転駆動を制御する、次のような回転
制御方法として実現される。すなわち、モータの出力パ
ルスを検出し、この出力パルスの発生間隔を測定するス
テップと、測定された出力パルスの発生間隔と所定の目
標時間とを比較して、モータの駆動電流を計算するステ
ップと、計算された駆動電流に基づいて、次の出力パル
スを検出したときに、次の出力パルスの発生間隔と比較
するための前記目標時間を計算するステップとを含むこ
とを特徴とする。
発明は、モータの回転駆動を制御する、次のような回転
制御方法として実現される。すなわち、モータの出力パ
ルスを検出し、この出力パルスの発生間隔を測定するス
テップと、測定された出力パルスの発生間隔と所定の目
標時間とを比較して、モータの駆動電流を計算するステ
ップと、計算された駆動電流に基づいて、次の出力パル
スを検出したときに、次の出力パルスの発生間隔と比較
するための前記目標時間を計算するステップとを含むこ
とを特徴とする。
【0016】さらに詳しくは、この目標時間を計算する
ステップは、モータが1回転したときに6個のパルス時
間が得られる場合、次式により次の比較のための前記目
標時間を計算する。 pn+1=2cos(π/3)pn−pn-1+un−un-1 qn+1=2cos(π2/3)qn−qn-1+un−un-1 rn+1=−rn+un−un-1 sn+1=k1pn+1+k2pn+k3qn+1+k4qn+k5r
n+1+ttarget ただし、un、un-1はそれぞれn回目およびn−1回目
の駆動電流であり、k 1、k2、k3、k4、k5は定数で
あり、ttargetは予め設定された目標時間の基準値。
ステップは、モータが1回転したときに6個のパルス時
間が得られる場合、次式により次の比較のための前記目
標時間を計算する。 pn+1=2cos(π/3)pn−pn-1+un−un-1 qn+1=2cos(π2/3)qn−qn-1+un−un-1 rn+1=−rn+un−un-1 sn+1=k1pn+1+k2pn+k3qn+1+k4qn+k5r
n+1+ttarget ただし、un、un-1はそれぞれn回目およびn−1回目
の駆動電流であり、k 1、k2、k3、k4、k5は定数で
あり、ttargetは予め設定された目標時間の基準値。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、ハ
ードディスク装置を例にして詳細に説明する。本実施の
形態では、モータが1周する間に何回か得られる回転時
間に比例するパルス時間を、目標時間と比較して、フィ
ードバックする方式において、駆動電流に回転周波数と
その高調波成分が乗らないように(これらの成分の値が
0となるように)、目標時間を変化させていく。これに
より、モータにおける磁石位置のばらつきの影響がフィ
ードバックされなくなるため、コントローラの利得を上
げることが可能となり、外乱に強い(影響を受けにく
い)回転制御を実現する。
ードディスク装置を例にして詳細に説明する。本実施の
形態では、モータが1周する間に何回か得られる回転時
間に比例するパルス時間を、目標時間と比較して、フィ
ードバックする方式において、駆動電流に回転周波数と
その高調波成分が乗らないように(これらの成分の値が
0となるように)、目標時間を変化させていく。これに
より、モータにおける磁石位置のばらつきの影響がフィ
ードバックされなくなるため、コントローラの利得を上
げることが可能となり、外乱に強い(影響を受けにく
い)回転制御を実現する。
【0018】図1は、ハードディスク装置1の主要部を
示すブロック図である。ハードディスク装置1は、スピ
ンドルモータ3によって回転駆動される磁気ディスク2
上を磁気ヘッド4がシークしかつ所定のトラック(位
置)に留まって磁気ディスク2に対してデータを書き込
み、または磁気ディスク2に書き込まれたデータを読み
出すデータ記憶再生装置である。磁気ディスク2は、必
要に応じて単数または複数搭載されるが、図1において
は、単数の例を示している。
示すブロック図である。ハードディスク装置1は、スピ
ンドルモータ3によって回転駆動される磁気ディスク2
上を磁気ヘッド4がシークしかつ所定のトラック(位
置)に留まって磁気ディスク2に対してデータを書き込
み、または磁気ディスク2に書き込まれたデータを読み
出すデータ記憶再生装置である。磁気ディスク2は、必
要に応じて単数または複数搭載されるが、図1において
は、単数の例を示している。
【0019】磁気ディスク2は、ハードディスク装置1
が動作しているとき、スピンドルモータ3のスピンドル
軸を中心にして回転駆動され、ハードディスク装置1が
非動作のとき、回転停止(静止)する。磁気ヘッド4
は、アクチュエータ5の先端部に磁気ディスク2の表裏
面に対応して2つ保持されており、磁気ディスク2に対
してデータの書き込みおよび読み出しを実行する。アク
チュエータ5は、デジタル/アナログ変換器(DAC)
7及びボイス・コイル・モータ(VCM)ドライバ8を
介してMPU(Micro Processing Unit)12に制御さ
れたボイス・コイル・モータ(VCM)6によって駆動
される。
が動作しているとき、スピンドルモータ3のスピンドル
軸を中心にして回転駆動され、ハードディスク装置1が
非動作のとき、回転停止(静止)する。磁気ヘッド4
は、アクチュエータ5の先端部に磁気ディスク2の表裏
面に対応して2つ保持されており、磁気ディスク2に対
してデータの書き込みおよび読み出しを実行する。アク
チュエータ5は、デジタル/アナログ変換器(DAC)
7及びボイス・コイル・モータ(VCM)ドライバ8を
介してMPU(Micro Processing Unit)12に制御さ
れたボイス・コイル・モータ(VCM)6によって駆動
される。
【0020】リード/ライト回路11は、データの読み
/書き処理を実行する。つまり、HDC(ハードディス
ク・コントローラ)13を介してホスト・コンピュータ
から転送された書き込みデータを書き込み信号(電流)
に変換して磁気ヘッド4に供給する。磁気ヘッド4は、
この書き込み電流に基づいて磁気ディスク2に対してデ
ータの書き込みを実行する。一方、磁気ディスク2から
読み出した読み出し信号(電流)をデジタル・データに
変換してHDC13を介してホスト・コンピュータに出
力する。
/書き処理を実行する。つまり、HDC(ハードディス
ク・コントローラ)13を介してホスト・コンピュータ
から転送された書き込みデータを書き込み信号(電流)
に変換して磁気ヘッド4に供給する。磁気ヘッド4は、
この書き込み電流に基づいて磁気ディスク2に対してデ
ータの書き込みを実行する。一方、磁気ディスク2から
読み出した読み出し信号(電流)をデジタル・データに
変換してHDC13を介してホスト・コンピュータに出
力する。
【0021】HDC13は、ハードディスク装置1のイ
ンターフェースとしての機能を有している。その機能の
1つとして、ホスト・コンピュータから転送された書き
込みデータを受けると共にリード/ライト回路11に転
送する。また、リード/ライト回路11から転送される
読み出しデータをホスト・コンピュータに転送する。さ
らに、ホスト・コンピュータからの指示コマンド等を受
けてMPU12に転送する。MPU12は、ハードディ
スク装置1の制御を担う。その機能として、本実施の形
態では、スピンドルモータ3を制御し、磁気ディスク2
の高精度な回転制御を行う。
ンターフェースとしての機能を有している。その機能の
1つとして、ホスト・コンピュータから転送された書き
込みデータを受けると共にリード/ライト回路11に転
送する。また、リード/ライト回路11から転送される
読み出しデータをホスト・コンピュータに転送する。さ
らに、ホスト・コンピュータからの指示コマンド等を受
けてMPU12に転送する。MPU12は、ハードディ
スク装置1の制御を担う。その機能として、本実施の形
態では、スピンドルモータ3を制御し、磁気ディスク2
の高精度な回転制御を行う。
【0022】図2は、本実施の形態によるハードディス
ク装置1における回転制御装置の構成を示す図である。
図2を参照すると、本実施の形態による回転制御装置
は、駆動手段であるスピンドルモータ3と、MPU12
にて実現される回転制御手段としてのコントローラ12
1及びピークフィルタ(デジタルフィルタ)122とを
備える。図示のように、スピンドルモータ3の出力(出
力波形)Yは、外乱Vと磁石位置のばらつきの影響Rと
が加え合わされ、その結果である出力波形が、さらに補
正手段であるピークフィルタ122の出力信号と加え合
わされて制御手段であるコントローラ121に入力され
る。そして、コントローラ121の出力(制御信号)が
スピンドルモータ3及びピークフィルタ122にフィー
ドバックされている。なお、コントローラ121の出力
は、DAC7を介してスピンドルモータ3を制御する
が、図2ではDAC7が省略されている。
ク装置1における回転制御装置の構成を示す図である。
図2を参照すると、本実施の形態による回転制御装置
は、駆動手段であるスピンドルモータ3と、MPU12
にて実現される回転制御手段としてのコントローラ12
1及びピークフィルタ(デジタルフィルタ)122とを
備える。図示のように、スピンドルモータ3の出力(出
力波形)Yは、外乱Vと磁石位置のばらつきの影響Rと
が加え合わされ、その結果である出力波形が、さらに補
正手段であるピークフィルタ122の出力信号と加え合
わされて制御手段であるコントローラ121に入力され
る。そして、コントローラ121の出力(制御信号)が
スピンドルモータ3及びピークフィルタ122にフィー
ドバックされている。なお、コントローラ121の出力
は、DAC7を介してスピンドルモータ3を制御する
が、図2ではDAC7が省略されている。
【0023】図2に示す構成において、スピンドルモー
タ3の伝達関数P(z)は上記数1式で近似され、コント
ローラ121の伝達関数H(z)は上記数3式で表され
る。また、ピークフィルタ122の伝達関数F(z)は次
の数6式で表される。
タ3の伝達関数P(z)は上記数1式で近似され、コント
ローラ121の伝達関数H(z)は上記数3式で表され
る。また、ピークフィルタ122の伝達関数F(z)は次
の数6式で表される。
【数6】
【0024】モータが4200rpmで回り、1周に6
回時間をサンプルする場合、このモータにおける磁石位
置の影響Rの基本周波数は70Hzとなる。したがって
この場合、本実施の形態で用いられるピークフィルタ1
22は、モータの回転周波数とその高調波(今の例では
70Hz、140Hz、210Hz)でピークを持ち、
他の周波数では利得がほぼ0であるフィルタとなる。上
記数6式に基づいて、このピークフィルタ122は次の
ようになる。 pn+1=2cos(π/3)pn−pn-1+un−un-1 qn+1=2cos(π2/3)qn−qn-1+un−un-1 rn+1=−rn+un−un-1 sn+1=k1pn+1+k2pn+k3qn+1+k4qn+k5r
n+1+ttarget k1=−1.94328×10-7 k2=3.88657×10-7 k3=−3.88657×10-7 k4=1.94328×10-7 k5=1.94328×10-7 上式において、sは目標時間、p、q、rは各高調波に
対応するピークであり(各々添え字省略)、pは数6式
の第1項の分母を計算し、qは数6式の第2項の分母を
計算し、rは数6式の第3項の分母を計算している。そ
して、sの更新に伴い、次に説明するコントローラ12
1のフィードバックを受けて、次のターゲットである目
標時間が計算される。また、p、q、rの各計算におい
て、un−un-1という項を設けてスピンドル電流の差分
を取っているのは、目標時間sの計算からスピンドル電
流の直流成分を除去するためである。これにより、モー
タの正しい回転周波数を得ることができる。
回時間をサンプルする場合、このモータにおける磁石位
置の影響Rの基本周波数は70Hzとなる。したがって
この場合、本実施の形態で用いられるピークフィルタ1
22は、モータの回転周波数とその高調波(今の例では
70Hz、140Hz、210Hz)でピークを持ち、
他の周波数では利得がほぼ0であるフィルタとなる。上
記数6式に基づいて、このピークフィルタ122は次の
ようになる。 pn+1=2cos(π/3)pn−pn-1+un−un-1 qn+1=2cos(π2/3)qn−qn-1+un−un-1 rn+1=−rn+un−un-1 sn+1=k1pn+1+k2pn+k3qn+1+k4qn+k5r
n+1+ttarget k1=−1.94328×10-7 k2=3.88657×10-7 k3=−3.88657×10-7 k4=1.94328×10-7 k5=1.94328×10-7 上式において、sは目標時間、p、q、rは各高調波に
対応するピークであり(各々添え字省略)、pは数6式
の第1項の分母を計算し、qは数6式の第2項の分母を
計算し、rは数6式の第3項の分母を計算している。そ
して、sの更新に伴い、次に説明するコントローラ12
1のフィードバックを受けて、次のターゲットである目
標時間が計算される。また、p、q、rの各計算におい
て、un−un-1という項を設けてスピンドル電流の差分
を取っているのは、目標時間sの計算からスピンドル電
流の直流成分を除去するためである。これにより、モー
タの正しい回転周波数を得ることができる。
【0025】また、コントローラ121は次のようにな
る。 un=kp(tn−sn)+kiIn In+1=In+tn−sn ki=117 kp=11700 従来のコントローラ62と比較すると、従来は目標時間
ttargetが固定であったのに対し、本実施の形態では、
目標時間snがピークフィルタ122により随時更新さ
れていく。なお、上記各式において、係数k(k1〜
k5、ki、kp)は、図2に示した制御系(回転制御装
置)の安定を考慮して設定されている。この系の安定に
関しては、例えば次の文献や特許第3177120号公
報(USP 5,822,147)に記載されている。文
献:木坂正志、小澤豊「高次繰り返し誤差補償法」1995
信学ソ大、C-361、1995
る。 un=kp(tn−sn)+kiIn In+1=In+tn−sn ki=117 kp=11700 従来のコントローラ62と比較すると、従来は目標時間
ttargetが固定であったのに対し、本実施の形態では、
目標時間snがピークフィルタ122により随時更新さ
れていく。なお、上記各式において、係数k(k1〜
k5、ki、kp)は、図2に示した制御系(回転制御装
置)の安定を考慮して設定されている。この系の安定に
関しては、例えば次の文献や特許第3177120号公
報(USP 5,822,147)に記載されている。文
献:木坂正志、小澤豊「高次繰り返し誤差補償法」1995
信学ソ大、C-361、1995
【0026】図3は、図2に示した制御系における外乱
Vからコントローラ121の入力Xへの伝達関数(Erro
r rejection function)を示す図である。図3におい
て、本実施の形態における伝達関数を実線で、ピークフ
ィルタ122を持たない従来の制御系における伝達関数
を破線で示している。これらを比較すると、従来の制御
系では周波数2Hz以上では利得の値が0dB付近にな
ってしまい外乱を抑圧できないのに対し、本実施の形態
では周波数20Hz程度の外乱まで抑圧できることがわ
かる。これは、コントローラ121における係数
(k i、kp)が従来の10倍になっていることに起因す
る。また、図3を参照すると、本実施の形態における伝
達関数は、20Hzを越えた後で利得の値が0dBを越
えているが、70Hz、140Hz、210Hzの位置
にそれぞれピークを持ち、利得の値が0dBを大きく下
回っている。このため、これら高調波における磁石位置
の影響を受けずに、上記のようにコントローラ121の
利得を大きく引き上げることが可能となっている。
Vからコントローラ121の入力Xへの伝達関数(Erro
r rejection function)を示す図である。図3におい
て、本実施の形態における伝達関数を実線で、ピークフ
ィルタ122を持たない従来の制御系における伝達関数
を破線で示している。これらを比較すると、従来の制御
系では周波数2Hz以上では利得の値が0dB付近にな
ってしまい外乱を抑圧できないのに対し、本実施の形態
では周波数20Hz程度の外乱まで抑圧できることがわ
かる。これは、コントローラ121における係数
(k i、kp)が従来の10倍になっていることに起因す
る。また、図3を参照すると、本実施の形態における伝
達関数は、20Hzを越えた後で利得の値が0dBを越
えているが、70Hz、140Hz、210Hzの位置
にそれぞれピークを持ち、利得の値が0dBを大きく下
回っている。このため、これら高調波における磁石位置
の影響を受けずに、上記のようにコントローラ121の
利得を大きく引き上げることが可能となっている。
【0027】図4は、本実施の形態によるコントローラ
121及びピークフィルタ122を実現するMPU12
の動作を説明するフローチャートである。図4に示すよ
うに、MPU12は、スピンドルモータ3の出力パルス
(出力波形)を入力すると(ステップ401)、この出
力パルスの発生間隔(パルス時間)tnを測定する(ス
テップ402)。そして、MPU12は、測定されたパ
ルス時間tnを用いて現時点でのスピンドル電流unを計
算しDAC7へ送信すると共に、次回のパルス入力時に
おけるスピンドル電流un+1の計算に用いるIn+1を計算
する(ステップ403)。また、次回のスピンドル電流
unを計算するために用いる目標時間sn+1を計算する
(ステップ404)。
121及びピークフィルタ122を実現するMPU12
の動作を説明するフローチャートである。図4に示すよ
うに、MPU12は、スピンドルモータ3の出力パルス
(出力波形)を入力すると(ステップ401)、この出
力パルスの発生間隔(パルス時間)tnを測定する(ス
テップ402)。そして、MPU12は、測定されたパ
ルス時間tnを用いて現時点でのスピンドル電流unを計
算しDAC7へ送信すると共に、次回のパルス入力時に
おけるスピンドル電流un+1の計算に用いるIn+1を計算
する(ステップ403)。また、次回のスピンドル電流
unを計算するために用いる目標時間sn+1を計算する
(ステップ404)。
【0028】次に、本実施の形態で用いられるピークフ
ィルタ122が、正しく磁石位置のばらつきの影響を補
償するかを示す。図5は、図2に示した制御系における
定常状態でのスピンドル電流を示す図である。図5にお
いて、負荷電流(スピンドル電流)として60mAの電
流をスピンドルモータ3に流す結果が得られることが望
ましいものとする。また、本実施の形態にて得られるス
ピンドル電流を実線で、従来の制御系において得られる
スピンドル電流を破線で示す。
ィルタ122が、正しく磁石位置のばらつきの影響を補
償するかを示す。図5は、図2に示した制御系における
定常状態でのスピンドル電流を示す図である。図5にお
いて、負荷電流(スピンドル電流)として60mAの電
流をスピンドルモータ3に流す結果が得られることが望
ましいものとする。また、本実施の形態にて得られるス
ピンドル電流を実線で、従来の制御系において得られる
スピンドル電流を破線で示す。
【0029】ここでは、磁石位置のばらつきによるゼロ
クロス時間のずれに基づき、正確に回転している場合
は、1周の間に6回、パルス時間を測る。所定の測定
(図示の場合)で、以下のパルス時間(msec)が得
られるとする。 0.002143 0.002262 0.002333 0.002429 0.0025 0.002619
クロス時間のずれに基づき、正確に回転している場合
は、1周の間に6回、パルス時間を測る。所定の測定
(図示の場合)で、以下のパルス時間(msec)が得
られるとする。 0.002143 0.002262 0.002333 0.002429 0.0025 0.002619
【0030】ピークフィルタ122がない従来の制御系
の場合、上記の値は一定値ttargetと比較される。この
場合、6番目のパルス時間が長いので、この時点でモー
タの回転が遅いと判断して、次のサイクルで、モータの
回転を上げるために1番目に大きな電流を流し、その後
は速めの値(短いパルス時間)が続くので電流を流さな
い、という動作を繰り返す。これは、1周の間に速く回
るところと遅いところと(ワウフラッタ)が現れること
を意味する。これに対し、ピークフィルタ122を入れ
た本実施の形態は、ゼロクロスのずれを補償するよう
に、ターゲット値snが変わるため、60mAのスピン
ドル電流を流し続けることができ、一定の回転が得られ
ることとなる。
の場合、上記の値は一定値ttargetと比較される。この
場合、6番目のパルス時間が長いので、この時点でモー
タの回転が遅いと判断して、次のサイクルで、モータの
回転を上げるために1番目に大きな電流を流し、その後
は速めの値(短いパルス時間)が続くので電流を流さな
い、という動作を繰り返す。これは、1周の間に速く回
るところと遅いところと(ワウフラッタ)が現れること
を意味する。これに対し、ピークフィルタ122を入れ
た本実施の形態は、ゼロクロスのずれを補償するよう
に、ターゲット値snが変わるため、60mAのスピン
ドル電流を流し続けることができ、一定の回転が得られ
ることとなる。
【0031】上述した回転制御装置は、スピンドルモー
タ3の出力パルスを入力するたびに、図4に記載した処
理手順にてスピンドル電流を計算した。しかしながら、
スピンドルモータ3の回転が定常状態になった後は、更
新されるべき目標時間も一定値に収束する。そこで、ス
ピンドルモータ3の回転が定常状態になった後は、毎回
目標時間を計算するのではなく、定常状態で算出された
目標時間の値をメモリ等に記憶しておき、記憶された目
標時間の値を用いて回転制御を行うことができる。
タ3の出力パルスを入力するたびに、図4に記載した処
理手順にてスピンドル電流を計算した。しかしながら、
スピンドルモータ3の回転が定常状態になった後は、更
新されるべき目標時間も一定値に収束する。そこで、ス
ピンドルモータ3の回転が定常状態になった後は、毎回
目標時間を計算するのではなく、定常状態で算出された
目標時間の値をメモリ等に記憶しておき、記憶された目
標時間の値を用いて回転制御を行うことができる。
【0032】なお、上記の例では、ハードディスク装置
1におけるディスクの回転に用いられるスピンドルモー
タ3の回転制御を例として説明したが、CD−ROMド
ライブやその他、高精度な回転を要する各種のモータの
回転制御において一般的に用いることができるのは言う
までもない。この場合、上述した高調波の周波数(70
Hz、140Hz、210Hz)は4200rpmで回
るモータを例とした場合の値であり、実装においては、
各種モータの回転速度や構造に基づいて適切な値が選択
されることとなる。
1におけるディスクの回転に用いられるスピンドルモー
タ3の回転制御を例として説明したが、CD−ROMド
ライブやその他、高精度な回転を要する各種のモータの
回転制御において一般的に用いることができるのは言う
までもない。この場合、上述した高調波の周波数(70
Hz、140Hz、210Hz)は4200rpmで回
るモータを例とした場合の値であり、実装においては、
各種モータの回転速度や構造に基づいて適切な値が選択
されることとなる。
【0033】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
モータにおける磁石位置のばらつきを吸収しつつコント
ローラの利得を上げ、外乱の影響に強い回転制御を実現
することができる。
モータにおける磁石位置のばらつきを吸収しつつコント
ローラの利得を上げ、外乱の影響に強い回転制御を実現
することができる。
【図1】 本実施の形態によるハードディスク装置の主
要構成を示すブロック図である。
要構成を示すブロック図である。
【図2】 本実施の形態によるハードディスク装置にお
けるスピンドルモータの回転制御装置の構成を示す図で
ある。
けるスピンドルモータの回転制御装置の構成を示す図で
ある。
【図3】 図2に示した制御系における外乱Vからコン
トローラの入力Xへの伝達関数を示す図である。
トローラの入力Xへの伝達関数を示す図である。
【図4】 本実施の形態によるコントローラ及びピーク
フィルタを実現するMPUの動作を説明するフローチャ
ートである。
フィルタを実現するMPUの動作を説明するフローチャ
ートである。
【図5】 図2に示した制御系における定常状態でのス
ピンドル電流を示す図である。
ピンドル電流を示す図である。
【図6】 従来のディスクドライブにおけるスピンドル
モータの回転制御装置の構成を示す図である。
モータの回転制御装置の構成を示す図である。
【図7】 70Hzで−30dB程度の利得を得るコン
トローラにおける誤差関数を示す図である。
トローラにおける誤差関数を示す図である。
1…ハードディスク装置、2…磁気ディスク、3…スピ
ンドルモータ、4…磁気ヘッド、5…アクチュエータ、
6…VCM(ボイス・コイル・モータ)、7…DAC
(デジタル/アナログ変換器)、11…リード/ライト
回路、12…MPU、13…HDC(ハードディスク・
コントローラ)、121…コントローラ、122…ピー
クフィルタ
ンドルモータ、4…磁気ヘッド、5…アクチュエータ、
6…VCM(ボイス・コイル・モータ)、7…DAC
(デジタル/アナログ変換器)、11…リード/ライト
回路、12…MPU、13…HDC(ハードディスク・
コントローラ)、121…コントローラ、122…ピー
クフィルタ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 木坂 正志
神奈川県藤沢市桐原町1番地 日本アイ・
ビー・エム株式会社 藤沢事業所内
Fターム(参考) 5D109 KA04 KA20 KB04 KD08 KD46
KD50
5H550 AA10 BB06 DD04 FF03 GG03
HB02 JJ03 JJ06 JJ16 JJ26
KK06 LL06 LL14 LL22 MM17
Claims (13)
- 【請求項1】 データを記録する記録媒体と、 所定のヘッドを用いて前記記録媒体に対してデータの読
み書きを行うために当該記録媒体を回転駆動する駆動手
段と、 前記駆動手段の回転駆動におけるパルス時間を所定の目
標時間と比較してフィードバックすることにより、前記
駆動手段による前記記録媒体の回転駆動を制御する回転
制御手段とを備え、 前記回転制御手段は、前記駆動手段の駆動電流の波形に
含まれる回転周波数及びその高調波の成分を抑制するよ
うに、前記目標時間を動的に変化させることを特徴とす
るデータ記憶装置。 - 【請求項2】 前記回転制御手段は、以前の制御におけ
る前記駆動電流に基づいて、次の制御における前記目標
時間を計算することを特徴とする請求項1に記載のデー
タ記憶装置。 - 【請求項3】 前記回転制御手段は、前回の制御におけ
る前記駆動電流とさらにその前回の制御における前記駆
動電流との差分を用いて、次回の制御における前記目標
時間を計算することを特徴とする請求項1に記載のデー
タ記憶装置。 - 【請求項4】 前記回転制御手段は、前記駆動手段によ
る前記記録媒体の回転駆動が定常状態になった後、一定
値に収束した前記目標時間を用いて前記駆動手段による
回転駆動を制御することを特徴とする請求項1に記載の
データ記憶装置。 - 【請求項5】 データを記録する記録媒体と、 所定のヘッドを用いて前記記録媒体に記録されたデータ
の読み書きを行うために当該記録媒体を回転駆動するモ
ータと、 前記モータの回転駆動におけるパルス時間を所定の目標
時間と比較してフィードバックすることにより、前記モ
ータによる前記記録媒体の回転駆動を制御するコントロ
ーラと、 前記モータの回転に含まれる当該モータの磁石位置のば
らつきの影響を補償するための信号を前記コントローラ
に供給するデジタルフィルタとを備えることを特徴とす
るデータ記憶装置。 - 【請求項6】 前記デジタルフィルタは、前記コントロ
ーラによる前記モータの制御信号に基づいて、当該コン
トローラによる次の制御における前記目標時間を動的に
変化させる信号を前記コントローラに供給することを特
徴とする請求項5に記載のデータ記憶装置。 - 【請求項7】 前記デジタルフィルタは、前記モータの
駆動電流の波形に含まれる回転周波数とその高調波とに
ピークを持ち、他の周波数では利得がほぼ0となるフィ
ルタであることを特徴とする請求項5に記載のデータ記
憶装置。 - 【請求項8】 前記デジタルフィルタは、z変換により
表した伝達関数F(z)が、モータが1回転したときに
6個のパルス時間が得られる場合、次式で表されるフィ
ルタであることを特徴とする請求項5に記載のデータ記
憶装置: 【数1】 ただし、k1、k2、k3、k4、k5は定数。 - 【請求項9】 モータの回転駆動を制御する回転制御装
置において、 前記モータの回転駆動におけるパルス時間を所定の目標
時間と比較してフィードバックすることにより、前記モ
ータの回転駆動を制御する制御手段と、 前記モータの回転に含まれる当該モータの磁石位置のば
らつきの影響を補償するように前記制御手段を補正する
補正手段とを備えることを特徴とする回転制御装置。 - 【請求項10】 前記補正手段は、前記モータにフィー
ドバックされる前記コントローラの出力に基づいて、当
該コントローラによる次の制御における前記目標時間を
動的に変化させることを特徴とする請求項9に記載の回
転制御装置。 - 【請求項11】 前記補正手段は、前記モータの駆動電
流の波形に含まれる回転周波数とその高調波とにピーク
を持ち、他の周波数では利得がほぼ0となるデジタルフ
ィルタであることを特徴とする請求項9に記載の回転制
御装置。 - 【請求項12】 モータの回転駆動を制御する回転制御
方法であって、 前記モータの出力パルスを検出して当該出力パルスの発
生間隔を測定するステップと、 測定された前記出力パルスの発生間隔と所定の目標時間
とを比較して、前記モータの駆動電流を計算するステッ
プと、 計算された前記駆動電流に基づいて、次の出力パルスを
検出したときに当該次の出力パルスの発生間隔と比較す
るための前記目標時間を計算するステップとを含むこと
を特徴とする回転制御方法。 - 【請求項13】 モータが1回転したときに6個のパル
ス時間が得られる場合、前記目標時間を計算するステッ
プは、次式により次の比較のための前記目標時間を計算
することを特徴とする回転制御方法: pn+1=2cos(π/3)pn−pn-1+un−un-1 qn+1=2cos(π2/3)qn−qn-1+un−un-1 rn+1=−rn+un−un-1 sn+1=k1pn+1+k2pn+k3qn+1+k4qn+k5r
n+1+ttarget ただし、un、un-1はそれぞれn回目およびn−1回目
の駆動電流であり、k 1、k2、k3、k4、k5は定数で
あり、ttargetは予め設定された目標時間の基準値。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002102371A JP2003304694A (ja) | 2002-04-04 | 2002-04-04 | データ記憶装置、回転制御装置及び回転制御方法 |
US10/405,306 US7006321B2 (en) | 2002-04-04 | 2003-04-01 | Data storage apparatus, rotation control apparatus, and rotation control method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002102371A JP2003304694A (ja) | 2002-04-04 | 2002-04-04 | データ記憶装置、回転制御装置及び回転制御方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003304694A true JP2003304694A (ja) | 2003-10-24 |
Family
ID=29388921
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002102371A Pending JP2003304694A (ja) | 2002-04-04 | 2002-04-04 | データ記憶装置、回転制御装置及び回転制御方法 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US7006321B2 (ja) |
JP (1) | JP2003304694A (ja) |
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JP2005218154A (ja) * | 2004-01-27 | 2005-08-11 | Hitachi Global Storage Technologies Netherlands Bv | 記憶装置の制御方法、モータ制御方法及び記憶装置 |
US7330326B2 (en) * | 2004-03-09 | 2008-02-12 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Recordable disk rotational speed error correction circuit |
US7268968B2 (en) * | 2004-09-30 | 2007-09-11 | Hitachi Global Storage Technologies Netherlands B.V. | Vibration suppression for servo control |
US7436610B1 (en) | 2005-10-20 | 2008-10-14 | Western Digital Technologies, Inc. | Disk drive employing different zone boundaries across disk surfaces |
US7599139B1 (en) | 2007-06-22 | 2009-10-06 | Western Digital Technologies, Inc. | Disk drive having a high performance access mode and a lower performance archive mode |
US7872822B1 (en) | 2007-06-26 | 2011-01-18 | Western Digital Technologies, Inc. | Disk drive refreshing zones based on serpentine access of disk surfaces |
US7649704B1 (en) | 2007-06-27 | 2010-01-19 | Western Digital Technologies, Inc. | Disk drive deferring refresh based on environmental conditions |
US8174780B1 (en) | 2007-06-27 | 2012-05-08 | Western Digital Technologies, Inc. | Disk drive biasing a refresh monitor with write parameter of a write operation |
US7672072B1 (en) | 2007-06-27 | 2010-03-02 | Western Digital Technologies, Inc. | Disk drive modifying an update function for a refresh monitor in response to a measured duration |
US7945727B2 (en) * | 2007-07-27 | 2011-05-17 | Western Digital Technologies, Inc. | Disk drive refreshing zones in segments to sustain target throughput of host commands |
US7518819B1 (en) | 2007-08-31 | 2009-04-14 | Western Digital Technologies, Inc. | Disk drive rewriting servo sectors by writing and servoing off of temporary servo data written in data sectors |
US7974029B2 (en) * | 2009-07-31 | 2011-07-05 | Western Digital Technologies, Inc. | Disk drive biasing refresh zone counters based on write commands |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2926909B2 (ja) * | 1990-06-26 | 1999-07-28 | ソニー株式会社 | デイスクドライブ装置 |
JP3415288B2 (ja) * | 1993-11-09 | 2003-06-09 | 株式会社東芝 | 情報記録再生装置 |
JP3177120B2 (ja) | 1995-06-01 | 2001-06-18 | インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレ−ション | 位置制御装置及び方法 |
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