JP2004227651A - ディスク記憶装置及びヘッド移動制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ロード／アンロード方式において、特にランプ部材の領域でのアクチュエータの速度変動を効果的に抑制できる構成を提供することにある。
【解決手段】外乱オブザーバ８３を有する２自由度制御系を利用した速度フィードバック制御システムが開示されている。当該システムは、外乱オブザーバ８３の機能を有効にして、ランプ部材の領域でのロード／アンロード動作時に発生する外乱による速度変動を補償したヘッド移動速度制御を実行する。
【選択図】 図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的にはディスク記憶装置の分野に関し、特に、ディスク面とは非接触の位置にヘッドを退避させるロード／アンロード方式のヘッド移動制御技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ハードディスクドライブを代表とするディスク記憶装置（以下ディスクドライブと称する）には、ロード／アンロード方式（またはランプロード方式）と呼ぶヘッド移動制御方式を適用したディスクドライブがある。
【０００３】
ロード／アンロード方式は、ディスク（記録メディア）の回転停止状態などの非リード／ライト動作時に、ヘッドはディスクの外周より更に外側に位置するランプ部材（パーキング・ランプとも呼ぶ）まで退避させるアンロード動作を実行する。また、この退避状態で、ホストシステムからの命令によって、ヘッドをランプ部材上の退避位置からディスク上に移動させるロード動作を実行する。
【０００４】
ディスクドライブは、ロード動作によりディスク面上に移動されたヘッドにより、ディスク上の目標位置にデータのリード／ライト動作を行う。リード／ライト動作終了後、ヘッドをディスク上からランプ部材まで退避させる。
【０００５】
このようなロード／アンロード方式に関する先行技術として、ヘッドを搭載して移動させるアクチュエータのボイスコイルモータ（ＶＣＭ）の逆起電力（Ｂ−ＥＭＦ）を検出して、アクチュエータの位置及び速度の制御を実行する方法が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−９６７０８号公報
この先行技術の方法は、ロード動作またはアンロード動作時に、ＶＣＭに発生する逆起電圧を用いてＶＣＭ速度を検出することにより、速度フィードバック制御を実行する。具体的には、ＶＣＭ逆起電力を一定間隔毎にＡ／Ｄ変換した後に、ヘッド速度値を求め、目標速度に対する速度追従誤差を求める。この速度誤差値からアクチュエータ（実際にはＶＣＭ）を駆動制御するための制御操作量を算出して、目標速度に追従するように１自由度系の速度フィードバック制御を行なうものである。
【０００７】
ところで、ロード動作またはアンロード動作時には、ヘッドを搭載しているアクチュエータの先端部と、ランプ部材とが接触した状態でヘッドが移動される。このため、ランプ部材の形状傾きなどの要因により、ロード動作またはアンロード動作時でのアクチュエータの速度が大きく変動するような事態が発生することが確認されている。このような変動には、ランプ部材でのヘッド移動速度の低下、ヘッド移動の停止、またはロード動作またはアンロード動作に不測の時間を要するなどの支障が生ずる。
【０００８】
先行技術として、ランプ部材上でのアクチュエータの速度を観測するための方法が提案されている（例えば、特許文献２を参照）。
【０００９】
【特許文献２】
特開２００１−４３６４５号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように、ロード／アンロード方式では、速度フィードバック制御を行う場合、アクチュエータの先端部とランプ部材との接触時に、アクチュエータの速度、即ちロード／アンロード速度が大きく変動することがある。先行技術により、ランプ部材上での速度観測は可能であるが、所謂速度追従誤差のみをフィードバックする１自由度制御系の速度フィードバック制御システムでは、当該速度変動を十分に抑制することは困難である。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、ロード／アンロード方式において、特にランプ部材の領域でのアクチュエータの速度変動を効果的に抑制できる構成を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の観点は、外乱オブザーバを有する２自由度制御系を利用した速度フィードバック制御により、アクチュエータとランプ部材との接触に伴なって発生する速度変動を外乱として抑制する機能を備えたディスク記憶装置に関する。
【００１３】
本発明の観点に従ったディスク記憶装置は、データ記録媒体であるディスクと、前記ディスク上に対してデータのリード動作またはライト動作を実行するためのヘッドを搭載し、ボイスコイルモータにより当該ヘッドを前記ディスク上の半径方向に移動させるアクチュエータと、前記ディスクの外周近傍で、ディスク面とは非接触の停止位置で前記ヘッドを保持するランプ部材と、前記ヘッドを前記ランプ部材まで退避させるアンロード動作または当該ランプ部材から前記ヘッドを前記ディスク面上にロードするロード動作時に、前記アクチュエータを駆動制御する制御手段とを具備し、前記制御手段は、前記ボイスコイルモータの逆起電力に基づいて前記ヘッドの移動速度を検知する速度検知手段と、前記移動速度と目標速度との誤差に基づいて前記アクチュエータを駆動制御するための制御操作量を算出する手段と、前記移動速度から算出した加速度値と前記制御操作量から算出した加速度値との加速度誤差値を算出する手段と、前記アンロード動作または前記ロード動作時で、前記ランプ部材の領域での前記ヘッドの移動制御時には、前記加速度誤差値に対応する外乱値に基づいた外乱補償を実行する外乱オブザーバ手段とを備えたものである。
【００１４】
このような構成により、ロード／アンロード動作において、特に、ランプ部材の領域でのヘッド移動時に発生する速度変動を抑制して、結果としてロード／アンロード速度の安定化を実現することにある。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００１６】
（ディスクドライブの構成）
本実施形態のディスクドライブは、図１に示すように、データ記録媒体であるディスク１と、スピンドルモータ（ＳＰＭ）２と、データのリード／ライト動作を実行するヘッド３と、アクチュエータ４とを有する。ディスク１は、ＳＰＭ２により回転される。ディスク１は、表面上に同心円状の多数のトラック１００が設けられている。各トラック１００には、周方向に所定の間隔で配置された所定数のサーボエリア１０１が含まれている。サーボエリア１０１は、通常でのリード／ライト動作時に、サーボシステムにより実行されるヘッド位置決め制御に必要なサーボ情報が記録されている。
【００１７】
ヘッド３は、通常ではスライダ上にリードヘッドとライトヘッドとが分離して実装されている。アクチュエータ４はヘッド３を搭載し、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）５の駆動力により当該ヘッド３をディスク１の半径方向に移動させる。アンロード動作では、アクチュエータ４は、ヘッド３を保持しているサスペンションの先端部１１がランプ部材１０に接触かつ摺動して、所定の位置で停止する。
【００１８】
ランプ部材１０は、パーキングランプとも呼ばれており、ヘッド３をディスク１面上から退避させるための部材である。ランプ部材１０は、ディスク１の外側に配置されて、ディスク１の外周近傍でサスペンションの先端部１１を保持することにより、ヘッド３の退避状態を維持する。図２は、ディスク１の外側に設けられたランプ部材１０に対して、アクチュエータ４の先端部及びヘッド３の位置関係を示す。
【００１９】
アンロード動作では、アクチュエータ４の先端部１１がランプ部材１０と接触し、当該アクチュエータ４の滑り動作により、ヘッド３がディスク面から退避する。一方、ロード動作では、アクチュエータ４は、当該先端部１１がランプ部材１０を摺動しながら、ディスク１の内周方向に移動する。これにより、ヘッド３は、ランプ部材１０の領域からディスク１上にロードされる。
【００２０】
以上のようなアセンブリ機構と共に、ディスクドライブは、マイクロコントローラ（以下ＣＰＵと表記）８をメイン要素とするヘッド位置決め制御システム（速度制御システム）を有する。プリアンプ回路６は、ヘッド３のリードヘッドから読出されたサーボ情報またはユーザデータに対応するリード信号を増幅して、リード／ライトチャネル（図示せず）に転送する。リード／ライトチャネルは、リード信号及びライト信号を処理する回路であり、サーボ情報に含まれるサーボバースト信号を抽出するサンプルホールド回路７を含む。なお、リード／ライトチャネルは、ユーザデータ信号から元の記録データを再生する処理回路を有する。
【００２１】
ＣＰＵ８は、本実施形態に関係するロード／アンロード動作時の速度制御システムのコントローラに相当する（図４を参照）。ＣＰＵ８は、サーボバースト信号及びＶＣＭ５の逆起電力検出信号を、ディジタル値に変換するためのＡ／Ｄコンバータ１２を有する。また、ＣＰＵ８は、ヘッド位置決め制御または本実施形態の速度制御時に算出した制御出力値を、アナログ値（制御電圧値）に変換するためのＤ／Ａコンバータ１３を有する。
【００２２】
ＶＣＭドライバ９は、ＣＰＵ８からの制御出力値に応じた駆動電流を生成して、ＶＣＭ５に供給する。ロード／アンロード動作時の速度制御では、ＣＰＵ８は、逆起電力検出器２０からＶＣＭ５の逆起電力の検出信号を入力し、当該検出値からヘッド３（アクチュエータ４）の移動速度値を算出する。
【００２３】
（速度制御システム）
本実施形態のディスクドライブは、ロード／アンロード動作時には、図４に示すような速度制御システムにより、ヘッド３（アクチュエータ４）の速度制御を実行する。当該速度制御システムは、外乱オブザーバ８３を含む２自由度制御系を適用した速度フィードバック制御系である。
【００２４】
ここで、ディスクドライブは、本実施形態に関係するロード／アンロード動作時にヘッド３を移動させるときの速度制御以外に、ディスク１上の目標位置（目標トラックの範囲）にヘッド３を位置決めするための位置決め制御（トラック追従制御）を実行する。
【００２５】
速度制御システムは、図４に示すように、コントローラ８０と、ゼロ次ホールダ８１と、プラント２０と、サンプラ８４と、Ａ／Ｄコンバータ１２と、速度検知部８２と、外乱オブザーバ８３とを有する。プラント２０は、制御対象であるアクチュエータ４、具体的にはＶＣＭ５に相当する。サンプラ８４は、逆起電力検出器２０からＶＣＭ５の逆起電力を一定間隔毎にサンプリングし、Ａ／Ｄコンバータ１２に供給するサンプルホールド回路に相当する。
【００２６】
速度検知部８２は、Ａ／Ｄコンバータ１２から出力される逆起電力のディジタル値から、アクチュエータ４（即ち、ヘッド３）の移動速度値（ＥＶ）を算出する。コントローラ８０は、ヘッド３の目標速度値（ＴＶ）と、速度検知部８２により検知された移動速度値（ＳＶ）との誤差（速度追従誤差）を解消するための制御操作量（ＥＣ）を算出する。ゼロ次ホールダ８１は、当該制御操作量（ＥＣ）をＶＣＭ５、即ちＶＣＭドライバ９に送出する。
【００２７】
外乱オブザーバ８３は、制御操作量ＥＣからヘッド３の加速度値（Ｃ１）を算出する加速度推定部８３０と、移動速度値（ＳＶ）からヘッド３の加速度値（Ｃ２）を算出する加速度推定部８３１と、各加速度値Ｃ１，Ｃ２の誤差値（Ｃ３）を出力する減算部８３２と、当該誤差値（Ｃ３）から外乱補償値ＤＣを算出する外乱補償部８３４とを有する。
【００２８】
本実施形態では、ロード／アンロード動作において、ランプ部材１０の領域でのヘッド移動速度制御時に、外乱補償部８３４は、制御操作量（ＥＣ）に影響する外乱を抑制するための外乱補償値ＤＣを算出する。当該外乱は、アクチュエータ４（その先端部１１）とランプ部材１０との接触に伴なって発生する速度変動要因に相当する。要するに、外乱補償部８３４は、制御操作量（ＥＣ）から当該速度変動分を解消するための外乱補償値ＤＣを算出する。
【００２９】
なお、コントローラ８０、ゼロ次ホールダ８１、速度検知部８２、及び外乱オブザーバ８３は、ＣＰＵ８（ソフトウェアを含む）により実現される構成要素である。
【００３０】
（ロード／アンロード動作）
以下図４と共に、図３及び図５を参照して、本実施形態でのディスクドライブのロード／アンロード動作及びヘッド移動の速度制御を説明する。
【００３１】
ディスクドライブでは、リード／ライト動作の開始時または終了後（電源オフ時も含む）に、ＣＰＵ８は、アクチュエータ４を駆動制御して、図３に示すように、ロード動作またはアンロード動作を実行する（ステップＳ１）。即ち、リード／ライト動作の終了後又は電源オフ時には、ディスク１上のヘッド３を、ランプ部材１０まで退避させるアンロード動作が実行される。また、リード／ライト動作の開始時には、ヘッド３をランプ部材１０からディスク１上にロードさせるロード動作が実行される。
【００３２】
ＣＰＵ８は、ロード／アンロード動作時には、図４に示す速度フィードバック制御系によりアクチュエータ４の速度制御を実行する。本実施形態では、ＣＰＵ８は、ヘッド３によりディスク１上からサーボ情報をリードできない場合にはランプ部材１０の領域でのロード／アンロード動作、またはサーボ情報をリードできる場合にはディスク面上でのロード／アンロード動作であることを判定する（ステップＳ２）。
【００３３】
ディスク面上でのロード／アンロード動作では、ＣＰＵ８は、図４に示す外乱オブザーバ８３の機能を無効にして、通常の速度制御を実行する（ステップＳ２のＹＥＳ，Ｓ５）。即ち、ＣＰＵ８は、外乱補償機能（外乱補償値ＤＣの使用）を使用しないヘッド３の速度制御、所謂１自由度制御系による速度制御を実行する（ステップＳ６）。
【００３４】
一方、ランプ部材１０の領域でのロード／アンロード動作では、ＣＰＵ８は、外乱オブザーバ８３を使用する速度制御、所謂２自由度制御系による速度制御を実行する（ステップ２のＮＯ，Ｓ３，Ｓ４）。以下、ロード動作時での速度制御を説明する。当然ながら、当該速度制御は、アンロード動作時にも適用できる。
【００３５】
コントローラ８０は、目標速度値（ＴＶ）と、速度検知部８２により検知された移動速度値（ＳＶ）との誤差（速度追従誤差）に基づいて制御操作量（ＥＣ）を算出する。これにより、アクチュエータ４はディスク１の外周方向に移動し、ランプ部材１０の位置で退避されているヘッド３をディスク面上にロードさせるロード動作を開始する。
【００３６】
ここで、ランプ部材１０は、前述したように、ヘッド３をディスク面と非接触状態で保持（退避）するための機構であり、振動や衝撃を受けたときヘッド３がディスク面上に飛び出ないように凹凸部が設けられている。ロード動作では、アクチュエータ４は、その先端部１１がランプ部材１０と接触した状態で滑り移動する。このため、当該凹凸部により、アクチュエータ４は、外乱力の影響を受けることになる。この外乱力が発生すると、ヘッド３の移動速度が大きく変動する要因となる。
【００３７】
そこで、ＣＰＵ８は、前述の外乱オブザーバ８３による外乱補償機能により、当該外乱力による速度変動を吸収するように、２自由度制御系による速度制御を実行する。（ステップ２のＮＯ，Ｓ３，Ｓ４）。このような２自由度制御系による速度制御により、ロード動作では、ヘッド３は安定した移動速度でディスク面上まで移動することになる。
【００３８】
一方、アンロード動作では、ヘッド３をディスク面上からランプ部材１０まで退避させる場合に、アクチュエータ４の先端部１１とランプ部材１０とが接触する瞬間に大きな外乱力による速度変動が発生しやすい。そこで、ＣＰＵ８は、外乱オブザーバ８３による外乱補償機能により、当該外乱力による速度変動を吸収するように、２自由度制御系による速度制御を実行する。従って、アンロード動作では、ヘッド３は安定した移動速度でランプ部材１０の位置に退避されることになる。
【００３９】
以上要するに本実施形態によれば、ロード／アンロード動作時に、ランプ部材１０の領域でのヘッド移動速度制御を行なう場合に、アクチュエータ４とランプ部材１０との接触に伴なう外乱力による速度変動を抑制することが可能となる。従って、ロード／アンロード動作時に、ランプ部材１０の領域でのヘッド移動速度の安定化を図ることができる。
【００４０】
なお、ディスク面上でのロード／アンロード動作時に、外乱オブザーバ８３の機能を有効（ＯＮ）にして、２自由度制御系による速度制御を実行してもよい。この場合、アクチュエータ４とランプ部材１０との接触に伴なう外乱以外の外乱を測定し、当該外乱オブザーバ８３により外乱補償を行なうことが可能である。
【００４１】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、ディスクドライブに適用するロード／アンロード方式において、特にランプ部材の領域でのアクチュエータの速度変動を効果的に抑制できる構成を提供できる。従って、ランプ部材の領域でのロード／アンロード動作におけるヘッド移動速度を安定化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に関するディスクドライブの要部を示すブロック図。
【図２】本実施形態に関するランプ部材とアクチュエータとの位置関係を説明するための図。
【図３】本実施形態に関するロード／アンロード動作を説明するための図。
【図４】本実施形態に関する速度制御システムの要部を示すブロック図。
【図５】本実施形態に関するロード／アンロード動作を説明するためのフローチャート。
【符号の説明】
１…ディスク、２…スピンドルモータ（ＳＰＭ）、３…ヘッド、
４…アクチュエータ、５…ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）、６…プリアンプ回路、
７…サンプルホールド回路、８…マイクロコントローラ（ＣＰＵ）、
９…ＶＣＭドライバ、１０…ランプ部材、１１…先端部、
１２…Ａ／Ｄコンバータ、１３…Ｄ／Ａコンバータ、２０…逆起電力検出器。

Claims (6)

1. データ記録媒体であるディスクと、
   前記ディスク上に対してデータのリード動作またはライト動作を実行するためのヘッドを搭載し、ボイスコイルモータにより当該ヘッドを前記ディスク上の半径方向に移動させるアクチュエータと、
   前記ディスクの外周近傍で、ディスク面とは非接触の停止位置で前記ヘッドを保持するランプ部材と、
   前記ヘッドを前記ランプ部材まで退避させるアンロード動作または当該ランプ部材から前記ヘッドを前記ディスク面上にロードするロード動作時に、前記アクチュエータを駆動制御する制御手段とを具備し、
   前記制御手段は、
   前記ボイスコイルモータの逆起電力に基づいて前記ヘッドの移動速度を検知する速度検知手段と、
   前記移動速度と目標速度との誤差に基づいて前記アクチュエータを駆動制御するための制御操作量を算出する手段と、
   前記移動速度から算出した加速度値と前記制御操作量から算出した加速度値との加速度誤差値を算出する手段と、
   前記アンロード動作または前記ロード動作時で、前記ランプ部材の領域での前記ヘッドの移動制御時には、前記加速度誤差値に対応する外乱値に基づいた外乱補償を実行する外乱オブザーバ手段と
   を具備したことを特徴とするディスク記憶装置。
2. 前記制御手段は、
   前記アンロード動作または前記ロード動作時に、前記ディスク面上の領域での前記ヘッドの移動制御時には、前記外乱オブザーバ手段の機能を無効にして、前記アクチュエータの駆動制御を実行することを特徴とする請求項１に記載のディスク記憶装置。
3. ディスクの外周側の近傍であってディスク面とは非接触の停止位置でヘッドを保持し、前記ヘッドを前記停止位置から前記ディスク面上にロードさせるロード動作または前記ディスク面上からまで前記ヘッドを移動させるアンロード動作を実行するディスク記憶装置であって、
   前記ヘッドを搭載し、ボイスコイルモータにより前記ヘッドを移動させるアクチュエータと、
   前記ロード動作または前記アンロード動作時に、前記アクチュエータを駆動制御する制御手段とを具備し、
   前記制御手段は、
   前記ボイスコイルモータの逆起電力を一定間隔で取得して、前記ヘッドの移動速度を検知する速度検知手段と、
   前記ヘッドの目標速度と前記移動速度との差を算出する速度誤差算出手段と、前記速度誤差算出手段からの算出値に基づいて、前記アクチュエータの駆動制御に必要な制御操作量を算出する手段と、
   前記移動速度から前記ヘッドの加速度値を算出する第１の加速度算出手段と、前記制御操作量から前記ヘッドの加速度値を算出する第２の加速度算出手段と、
   前記第１及び第２の加速度算出手段から算出された各加速度値の誤差に相当する外乱値に基づいて、外乱補償値を算出する外乱オブザーバ手段と、
   前記アンロード動作または前記ロード動作時で、前記ランプ部材の領域での前記ヘッドの移動制御時には、前記外乱補償値を使用した速度追従制御を実行する２自由度制御系手段と
   を具備したことを特徴とするディスク記憶装置。
4. 前記制御手段は、
   前記アンロード動作または前記ロード動作時に、前記ディスク面上の領域での前記ヘッドの移動制御時には、前記外乱オブザーバ手段の機能を無効にして、１自由度制御系による前記アクチュエータの駆動制御を実行することを特徴とする請求項３に記載のディスク記憶装置。
5. ディスクに対してヘッドによりデータのリード動作またはライト動作を実行するディスク記憶装置に適用し、
   前記ディスクの外周近傍の位置に設けられたランプ部材まで前記ヘッドを退避させるアンロード動作時または当該ランプ部材から前記ヘッドを前記ディスク面上にロードするロード動作時に、前記ヘッドを搭載したアクチュエータを駆動制御するヘッド移動制御方法であって、
   前記アクチュエータのボイスコイルモータの逆起電力に基づいて前記ヘッドの移動速度を検知するステップと、
   前記移動速度と目標速度との誤差に基づいて前記アクチュエータを駆動制御するための制御操作量を算出するステップと、
   前記移動速度から算出した加速度値と前記制御操作量から算出した加速度値との加速度誤差値を算出するステップと、
   前記アンロード動作または前記ロード動作時で、前記ランプ部材の領域での前記ヘッドの移動制御時には、前記加速度誤差値に対応する外乱値に基づいた外乱補償を実行するステップと
   を具備したことを特徴とするヘッド移動制御方法。
6. 前記アンロード動作または前記ロード動作時に、前記ディスク面上の領域での前記ヘッドの移動制御時には、前記外乱補償機能を無効にして、１自由度制御系による前記アクチュエータの駆動制御を実行するステップをさらに有することを特徴とする請求項５に記載のヘッド移動制御方法。

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