JP2005032337A

JP2005032337A - ヘッド位置決め制御方法及びディスク記憶装置

Info

Publication number: JP2005032337A
Application number: JP2003195884A
Authority: JP
Inventors: Shinsuke Akitani; 慎介秋谷
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2003-07-11
Filing date: 2003-07-11
Publication date: 2005-02-03

Abstract

【課題】ヘッドチェンジ・シーク動作時にメディア間の偏心差に伴なう外乱を抑制し、安定したヘッド位置決め制御を実現することにある。
【解決手段】ヘッドチェンジ・シーク動作時に、予め記憶した偏心学習値を使用してメディア上でのヘッドの速度を推定する。ヘッドチェンジ前後の推定速度差を求めた後、ヘッドチェンジ後の目標速度差の補正を行なうヘッド位置決め制御方法が開示されている。
【選択図】図２

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、ヘッドチェンジ・シーク動作時でのヘッド位置決め制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、ハードディスクドライブを代表とするディスクドライブでは、当該ドライブの組み立て時に、ディスク媒体（以下単にディスク）上に、例えば専用装置であるサーボトラックライタ（ＳＴＷ）により、サーボデータが記録される。サーボデータが記録されたディスクは、スピンドルモータ（ＳＰＭ）に取り付けられた状態で、ドライブの内部に組み込まれる。
【０００３】
このようなドライブの組み立て工程時に、例えばＳＴＷによるサーボデータの書込み時でのライトヘッドの位置決め精度の不良や、ＳＰＭに対してディスクを取り付けするときの位置ずれなどにより、ディスク上に構成されるトラック（サーボトラック）の形状は、ＳＰＭの中心に対して真円形状ではなく偏心を有することが確認されている。このトラック偏心の値（トラック偏心量）は、ＳＰＭの回転に同期しているため、いわゆる学習動作により測定された偏心学習値を使用することにより、次回からトラック偏心量を予測することが可能である（例えば、特許文献１を参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−１９５２０２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記の先行技術の方法は、フーリエ変換による偏心学習動作を実行して、ＳＰＭの回転数に同期した周波数成分の偏心量を求め、フィードフォワード制御を使用して偏心に追従する偏心追従フィードフォワード制御を行なう。
【０００６】
ところで、ディスクドライブでは、ディスクのディスク面（以下メディアと表記する場合がある）毎にヘッドが設けられている。即ち、例えば２枚のディスクが組み込まれている場合には、４面のメディアに対応する４個のヘッドが設けられている。通常では、トラック偏心はメディア毎に異なるため、このメディアの偏心差により、偏心成分の振幅と位相はヘッド毎に差が存在する。
【０００７】
ディスクドライブでは、各ヘッドは同一のアクチュエータ機構により、同時に移動し、アクセス対象のメディアに従って、ヘッドを切替えるヘッドチェンジが実行される。即ち、ドライブのメイン制御装置であるマイクロプロセッサ（ＣＰＵ）は、アクセス対象のメディアに対応するヘッドの位置決め制御を実行する。
【０００８】
位置決め制御では、ヘッドを目標位置（メディア上の目標トラック）まで移動させるシーク動作が含まれる。シーク動作では、ＣＰＵは、ヘッドの速度を検出し、目標速度（シーク距離に応じて算出）との誤差を補正する速度制御（フィードバック制御）を実行する。このシーク動作において、前記のような偏心追従フィードフォワード制御による補償処理が実行される。
【０００９】
しかしながら、先行技術における偏心追従フィードフォワード制御は、アクセス対象のメディアの切替えに伴なうヘッドチェンジ・シーク動作時には、目標速度の補正を実行していない。
【００１０】
即ち、前述したように、メディアの偏心差に従って、ヘッド毎に偏心成分の振幅と位相は異なる。従って、ヘッドチェンジ・シーク動作時には、偏心追従制御に必要な目標速度が異なるが、この目標速度の誤差が外乱として影響し、制御の過渡応答が生じていわゆるオーバーシュートによるセトリング悪化が発生する。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、特にヘッドチェンジ・シーク動作時にメディア間の偏心差に伴なう外乱を抑制し、安定したヘッド位置決め制御を実現することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の観点は、ヘッドチェンジ・シーク動作時に、メディア間の偏心差に伴なう目標速度の誤差を補正する機能を有するヘッド位置決め制御方法に関する。
【００１３】
本発明の観点に従ったヘッド位置決め制御方法は、ディスク媒体上のトラック偏心量に応じた偏心追従フィードフォワード制御を含むヘッド位置決め制御方法であって、位置決め制御対象であるヘッドを切替えてシーク動作を実行するヘッドチェンジ・シーク動作時に、ディスク媒体上での当該制御対象のヘッドの移動速度を、予め用意された偏心学習値を使用して推定する速度推定ステップと、前記推定されたヘッドの移動速度に基づいて目標速度を算出するステップとを有するものである。
【００１４】
【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。
【００１５】
図１は、本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である。
【００１６】
本実施形態のディスクドライブは、便宜的に２枚のディスク１と、各ディスク面（メディア）１Ａ〜１Ｄに対応する４個のヘッド３Ａ〜３Ｄとを有する。ヘッド３Ａ〜３Ｄは、それぞれヘッド番号Ｈ０〜Ｈ３が割り当てられており、同一のアクチュエータ４に搭載されている。アクチュエータ４は、ボイルコイルモータ（ＶＣＭ）５によりディスク１の半径方向に移動可能になっている。
【００１７】
ディスク１はＳＰＭ２に取り付けられて、高速回転している。ＳＰＭ２及びＶＣＭ５は、それぞれＳＰＭドライバ７及びＶＣＭドライバ６により駆動される。ＳＰＭドライバ７及びＶＣＭドライバ６は、ＣＰＵ１０により出力される制御操作量をＤ／Ａコンバータ８，９により変換される電圧信号に従って、駆動電流を制御される。
【００１８】
ディスクドライブは、ディスク１及びヘッドを含むドライブ機構と共に、ＣＰＵ１０を含む制御・回路系を有する。制御・回路系は、ＣＰＵ１０がアクセスするメモリ１１〜１３と、ディスクコントローラ１４と、バッフアメモリ１５と、ヘッドアンプ１６と、リード／ライト（Ｒ／Ｗ）チャネル１７と、サーボ処理回路１８と、Ａ／Ｄコンバータ１９とを有する。
【００１９】
ＣＰＵ１０は、シーク動作時のフィードバック制御（速度制御）及び偏心追従フィードフォワード制御を含む本実施形態のヘッド位置決め制御を行なうメイン要素である。メモリは、後述する偏心学習値などのヘッド位置決め制御に使用する制御情報を格納するフラッシュＥＥＰＲＯＭ１１と、ＣＰＵ１０のワークメモリであるＲＡＭ１２と、ＣＰＵ１０のプログラムを格納するＲＯＭ１３を含む。
【００２０】
ディスクコントローラ１４は、ディスクドライブとホストシステムとのインターフェースであり、リード／ライトデータやコマンドの転送を制御する。バッフアメモリ１５は、ディスクコントローラ１４によりアクセスされるＤＲＡＭであり、リード／ライトデータを一時的に格納する。
【００２１】
ヘッドアンプ１６は、ヘッド３Ａ〜３Ｄとの間でリード／ライト信号を入出力するプリアンプである。Ｒ／Ｗチャネル１７は、リード／ライト信号を処理する信号処理回路であり、データ及び本実施形態に関係するサーボデータを処理する。具体的には、Ｒ／Ｗチャネル１７は、ヘッドにより読出されたサーボデータ信号からセクタパルス、セクタデータ、シリンダデータ（トラックアドレス）、サーボバーストデータなどを抽出する。
【００２２】
サーボ処理回路１８はゲートアレイからなり、Ｒ／Ｗチャネル１７から抽出されたセクタデータやシリンダデータを入力し、ＣＰＵ１０に送出する。また、サーボ処理回路１８は、サーボバーストデータをデコードするためのタイミング信号をＲ／Ｗチャネル１７に供給する。Ａ／Ｄコンバータ１９は、Ｒ／Ｗチャネル１７から抽出されたサーボバーストデータ信号をディジタル値に変換して、ＣＰＵ１０に出力する。
【００２３】
（本実施形態の動作原理）
以下、主として図２のフローチャートを参照して、本実施形態のヘッド位置決め制御の動作原理を説明する。
【００２４】
まず図２に示すように、ホストシステムからシーク命令を受信すると、ディスクドライブでは、アクセス対象の目標位置を示すシリンダデータ、セクタアドレス、及びヘッド番号（Ｈ０〜Ｈ３）が設定される。ヘッド番号が設定されると、対応するメディア（ディスク面１Ａ〜１Ｄ）が特定される。
【００２５】
Ｒ／Ｗチャネル１７は、ヘッドにより読出されたサーボデータ信号からセクタパルスを抽出し、ディスクコントローラ１４に出力する。このセクタパルスが検出されると、ＨＤＣ１４からＣＰＵ１０へ割り込み信号が送出される。これに応じて、ＣＰＵ１０は、割り込み処理を開始し、サーボデータに基づいて制御操作量を算出し、Ｄ／Ａコンバータ８を介してＶＣＭドライバ６の駆動電流を設定する。このＶＣＭドライバ６からの駆動電流により、ＶＣＭ５が駆動されて、アクチュエータ４がヘッド３Ａ〜３Ｄを黙秘用位置に向かって移動させる。ヘッドの移動に伴なって、設定されたメディア上から次の位置に記録されたサーボデータがヘッドから読出されることにより、ＣＰＵ１０はフィードバック制御を実行することになる。
【００２６】
ここで、ヘッド位置決め制御では、通常のオントラック制御（トラック追従制御）時に、ヘッドはトラック偏心に追従している。このため、ＣＰＵ１０は、観測できる情報としては偏心を含むトラック位置からの位置誤差のみであり、メディアから見たヘッドの速度情報を観測することはできない。
【００２７】
そこで、ＣＰＵ１０は、図２のサンプル０に示すように、セクタアドレスをサーボ処理回路１８から取得すると、フラッシュＥＥＰＲＯＭ１１に予め格納されているセクタアドレス毎の偏心学習値を使用して、例えばヘッド３Ａ（ヘッド番号Ｈ０とする）のメディア上での速度を推定する（ステップＳ１〜Ｓ３）。
【００２８】
具体的には、偏心学習値は、位置誤差量をフーリエ変換して求めたメディアの回転周期に同期した正弦波の係数（Ｋ１，Ｋ２）、及びセクタアドレス毎の正弦波テーブル値（ｓｉｎ（ｘ）、ｃｏｓ（ｘ））として、フラッシュＥＥＰＲＯＭ１１に格納されている。
【００２９】
ここで、ＣＰＵ１０が算出する制御操作量は、ＶＣＭ５に供給する駆動電流値に比例してるので、ヘッドの加速度（ａｃｃ）に比例する。この関係式（１）を以下に示す。
【００３０】
ａｃｃ＝Ｋ１＊ｓｉｎ（ｘ）＋Ｋ２＊ｃｏｓ（ｘ）…（１）
偏心学習値はオントラック時の加速度なので、前記式（１）を積分すればオントラック時の速度（ＶＥＬ）に比例した値を、下記式（２）により計算することが出来る。
【００３１】
ＶＥＬ＝Ｋ２＊ｓｉｎ（ｘ） − Ｋ１＊ｃｏｓ（ｘ）…（２）
このようなヘッド３Ａ（ヘッド番号Ｈ０）のメディア上での速度を推定することにより、ＣＰＵ１０は、シーク開始位置から目標位置までのシーク距離に基づいた目標速度を算出して、前記の速度フィードバック制御（フィルタ制御）及び偏心追従フィードフォワード制御を実行する（ステップＳ４，Ｓ５）。
【００３２】
ここで、図３に示すように、通常では、トラック偏心量はメディア毎に異なるため、このメディアの偏心差により、偏心成分の振幅と位相はヘッド（Ｈ０〜Ｈ３）毎に差が存在する。このヘッド間の偏心差が原因で、各メディア１Ａ〜１Ｄの同一シリンダでのヘッドチェンジ・シーク動作でも、シーク開始のセクタ位置によりシーク距離と目標速度が異なる。
【００３３】
従って、ＣＰＵ１０は、偏心追従フィードフォワード制御より生じるメディア間の目標速度誤差を補正するために、メディア上でのヘッドの速度を推定する必要がある。即ち、例えばヘッド３Ａ（ヘッド番号Ｈ０）からヘッド３Ｃ（ヘッド番号Ｈ２）にヘッドを切替えてシーク動作を実行するヘッドチェンジ・シーク動作時に、ヘッドチェンジ後の最初のサンプル（サンプル１）では、ヘッド速度を計算するために必要な連続した位置情報（サーボデータ）を取得できない。
【００３４】
そこで、図２のサンプル１に示すように、ＣＰＵ１０は、前記式（２）を使用して、ヘッドチェンジ後のヘッド３Ｃ（ヘッド番号Ｈ２とする）のメディア上での速度（ＶＥＬ２）を推定する（ステップＳ１０〜Ｓ１２）。即ち、セクタアドレスをサーボ処理回路１８から取得すると、フラッシュＥＥＰＲＯＭ１１に予め格納されているセクタアドレス毎の偏心学習値を使用して速度推定を実行する。
【００３５】
さらに、ＣＰＵ１０は、同一シリンダでのヘッドチェンジ前後のヘッド３Ａ（ヘッド番号Ｈ０）の推定速度（ＶＥＬ１）と、当該推定速度（ＶＥＬ２）との差分を求めて、目標速度の補正に必要な加速度（ＡＣＣ）を算出する（ステップＳ１３）。さらに、ＣＰＵ１０は、当該加速度（ＡＣＣ）にゲインをかけて出力することにより、ＶＣＭ５に供給する駆動電流値を設定する（ステップＳ１４）。この場合、最適ゲインは、固定のシーク距離で平均シーク時間が一番短くなるゲイン値を使用する。
【００３６】
このようなヘッドチェンジ・シーク動作時に、ヘッドチェンジ後のヘッド３Ｃ（ヘッド番号Ｈ２）のメディア上での速度を推定することにより、ＣＰＵ１０は、シーク開始位置から目標位置までのシーク距離に基づいた目標速度を補正して、前記の速度フィードバック制御（フィルタ制御）及び偏心追従フィードフォワード制御を実行する（サンプル２）。
【００３７】
なお、上記式（１）と（２）はメディアの回転周期を基本周波数としての一次成分のみの計算になっているが、これは偏心学習と同じ次数で行えるので、高次の速度推定も可能である。
【００３８】
以上のように本実施形態のヘッド位置決め制御方法であれば、メディア間で異なる偏心量に伴なうシーク動作時の目標速度差を補正することが可能になる。具体的には、図６で示すように、ヘッドチェンジ・シーク動作時に、ヘッド間での目標位置の差は少なくても、偏心の位相差により目標速度に誤差があるため、当該目標速度の補正をしない場合には、オーバーシュートを起こす。これに対して、図７に示すように、目標速度差を補正する本実施形態の制御方法であれば、目標位置（位置誤差０）に対する安定したセトリングを実現することができる。
【００３９】
図４及び図５は、本実施形態の効果として、平均ライトシーク時間に関する特性を説明するための図である。即ち、図４は、ヘッド番号Ｈ０からヘッド番号Ｈ２へのヘッドチェンジ・シーク動作において、目標速度の補正をしない制御方法でのシーク時間の特性４０と、目標速度差を補正する本実施形態の制御方法でのシーク時間の特性４１を示す。また、図５は、ヘッド番号Ｈ０からヘッド番号Ｈ３へのヘッドチェンジ・シーク動作において、目標速度の補正をしない制御方法でのシーク時間の特性５０と、目標速度差を補正する本実施形態の制御方法でのシーク時間の特性５１を示す。図４及び図５からは、平均的なシーク時間は、近距離シークほどシーク時間が短縮されることが確認できる。シーク短縮時間は、メディア間の偏心差に依存するが、同一シリンダではおよそ１ｍｓのシーク時間短縮ができる。
【００４０】
（変形例）
本実施形態の変形例として、ディスクドライブの製造検査時に、内周ストッパにアクチュエータ４を押し付けて、ヘッド３Ａ〜３Ｄ毎に偏心量を測定して、当該偏心量の微分値をセクタ毎にフラッシュＥＥＰＲＯＭ１１に保存する。ＣＰＵ１０は、ヘッドチェンジ前後の各ヘッドの推定速度を当該微分値として算出する。そして、ＣＰＵ１０は、ヘッドチェンジ前後のセクタアドレスからヘッドチェンジ前の推定速度と、ヘッドチェンジ後の推定速度との差を求める方法でもよい。なお、推定速度差を求めた後、ヘッドチェンジ後の目標速度差の補正については、本実施形態と同様の方法により行なう。
【００４１】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【００４２】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、偏心追従フィードフォワード制御を含むヘッド位置決め制御において、特にヘッドチェンジ・シーク動作時にメディア間の偏心差に伴なう外乱を抑制し、安定したヘッド位置決め制御を実現することができる。これにより、ヘッドチェンジ・シーク動作時でのシーク時間の短縮化を図ることができる。
【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ヘッド位置決め制御の手順を説明するためのフローチャート。
【図３】本実施形態に関するヘッド間の偏心量の相違を説明するための図。
【図４】本実施形態に関するヘッド位置決め制御方法の効果としてシーク時間の短縮を説明するための図。
【図５】本実施形態に関するヘッド位置決め制御方法の効果としてシーク時間の短縮を説明するための図。
【図６】本実施形態に関するヘッド位置決め制御方法の効果としてセトリング状態を説明するための図。
【図７】本実施形態に関するヘッド位置決め制御方法の効果としてセトリング状態を説明するための図。
【符号の説明】
１…ディスク媒体、１Ａ〜１Ｄ…ディスク面（メディア）、
２…スピンドルモータ（ＳＰＭ）、３Ａ〜３Ｄ…ヘッド、４…アクチュエータ、
５…ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）、６…ＶＣＭドライバ、
１０…マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）、１１…フラッシュＥＥＰＲＯＭ、
１４…ディスクコントローラ、１７…リード／ライト（Ｒ／Ｗ）チャネル、
１８…サーボ処理回路。

Claims

ディスク媒体上のトラック偏心量に応じた偏心追従フィードフォワード制御を含むヘッド位置決め制御方法であって、
位置決め制御対象であるヘッドを切替えてシーク動作を実行するヘッドチェンジ・シーク動作時に、ディスク媒体上での当該制御対象のヘッドの移動速度を、予め用意された偏心学習値を使用して推定する速度推定ステップと、
前記推定されたヘッドの移動速度に基づいて目標速度を算出するステップと
を有する手順を具備したことを特徴とするヘッド位置決め制御方法。
前記速度推定ステップは、フーリエ変換により算出された前記偏心学習値を使用して、前記ヘッドの移動速度を算出することを特徴とする請求項１に記載のヘッド位置決め制御方法。
前記速度推定ステップは、予め前記ディスク媒体のディスク面毎に測定した前記トラック偏心量を微分して、ヘッドの移動速度を算出することを特徴とする請求項１に記載のヘッド位置決め制御方法。
ディスク媒体の各ディスク面毎に設けられた各ヘッドと、
前記各ヘッドを搭載して、それぞれに対応する前記各ディスク面上の半径方向にシークさせるアクチュエータ機構と、
前記アクチュエータ機構を制御して、前記各ヘッドを前記各ディスク面上の目標位置までシークさせるヘッド位置決め制御手段とを具備し、
前記ヘッド位置決め制御手段は、
前記各ディスク面上のトラック偏心量に応じた偏心追従フィードフォワード制御を実行する手段と、
位置決め制御対象であるヘッドを切替えてシーク動作を実行するヘッドチェンジ・シーク動作時に、対応するディスク面上での当該制御対象のヘッドの移動速度を、予め用意された偏心学習値を使用して推定する速度推定手段と、
前記推定されたヘッドの移動速度に基づいて目標速度を算出する手段と
を有することを特徴とするディスク記憶装置。
前記速度推定手段は、フーリエ変換により算出された前記偏心学習値を使用して、前記ヘッドの移動速度を算出することを特徴とする請求項４に記載のディスク記憶装置。
前記速度推定手段は、予め前記ディスク媒体のディスク面毎に測定した前記トラック偏心量を微分して、ヘッドの移動速度を算出することを特徴とする請求項４に記載のディスク記憶装置。