JP2006147116A - Head positioning control device and disk device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁気ディスク装置や光ディスク装置等のディスク装置と、そのディスク装置に搭載されるヘッド位置決め制御装置に関する。 The present invention relates to a disk device such as a magnetic disk device or an optical disk device, and a head positioning control device mounted on the disk device.
近年、ユビキタス技術の進展に伴って、目標位置に高速にヘッドの位置決めを行うことによって、大容量の映像情報、音声情報、文字情報等を高速で記録・再生する高記録密度のディスク装置が市場から強く要請されている。特に、磁気ディスク装置は移動体用の端末装置等に使用する要望が増えており、磁気ディスク装置のさらなる小型化が進められている。このように、ディスク装置の小型化、高記録密度化に伴って、ヘッドの位置決めの高精度化に対する要求がより厳しくなっている。 In recent years, with the progress of ubiquitous technology, high-density disk devices that record and reproduce large volumes of video information, audio information, character information, etc. at high speed by positioning the head at the target position at high speed have been marketed. Is strongly requested by. In particular, the demand for using a magnetic disk device for a mobile terminal device is increasing, and further downsizing of the magnetic disk device is being promoted. As described above, as the size of the disk device is reduced and the recording density is increased, a demand for higher accuracy in positioning the head has become more severe.
ディスク装置の小型化に伴って、軸受部の摩擦や外部からの振動がアクチュエータによる駆動制御に影響し、この影響がヘッドの位置決めに際し無視できなくなっている。位置決め機構に対する摩擦の影響は振動と共に位置決め精度の低下を招くため、ディスク装置の小型化、高記録密度化に伴い、摩擦の影響を解消することが重要な課題となっている。 Along with the miniaturization of the disk device, the friction of the bearing portion and the vibration from the outside influence the drive control by the actuator, and this influence cannot be ignored when positioning the head. Since the influence of friction on the positioning mechanism causes a decrease in positioning accuracy along with vibration, it is important to eliminate the influence of friction as the disk device becomes smaller and the recording density is increased.
ディスク装置の位置決め機構には、直動型と呼ばれるリニアアクチュエータと、揺動型と呼ばれるロータリアクチュエータとがあるが、いずれも軸受部によって支持されている。このような軸受部は、アクチュエータの駆動によるヘッド支持部の移動に対する反力である摩擦力を常に有している。例えば、ヘッド支持部を静止させた状態から移動を開始するときには、軸受部とヘッド支持部との間の静止摩擦に基づく摩擦力を越える駆動力が必要になる。また、ヘッド支持部の移動開始後は、軸受部とヘッド支持部との間には、動摩擦に基づく摩擦力が作用する。一般的に、静止摩擦は動摩擦よりも大きいため、ヘッド支持部を静止させた状態から移動を開始するときにはより大きな駆動力を必要とする。このような静止摩擦と動摩擦との差異によって、円滑な移動が困難となり、位置決め制御が正確に行われなくなる可能性がある。 The positioning mechanism of the disk device includes a linear actuator called a direct acting type and a rotary actuator called a swinging type, both of which are supported by a bearing portion. Such a bearing portion always has a frictional force that is a reaction force against the movement of the head support portion by driving the actuator. For example, when the movement is started from a state where the head support portion is stationary, a driving force exceeding the frictional force based on the static friction between the bearing portion and the head support portion is required. Further, after the head support portion starts to move, a frictional force based on dynamic friction acts between the bearing portion and the head support portion. In general, the static friction is larger than the dynamic friction, and therefore a larger driving force is required when the movement is started from a state where the head support portion is stationary. Such a difference between static friction and dynamic friction makes it difficult to move smoothly, and positioning control may not be performed accurately.
また、ディスク装置の小型化に伴い軸受部も小型となり、ヘッド支持部の移動に対する摩擦力の影響はより大きくなる。さらに、ヘッド支持部も小型軽量となることによって、例えばヘッドに接続されて電気信号を伝送するフレキシブルプリント回路(以下FPCと呼ぶ)の反力も、摩擦力と同様に、ヘッド支持部の移動に対して大きな影響を及ぼす。このように、ディスク装置の小型化に伴い、軸受部の摩擦力、FPCの反力、またスピンドル振動によるアクチュエータ振動が、ディスク装置の小型化、高記録密度化を阻害する要因となっている。 Further, as the disk device is reduced in size, the bearing portion also becomes smaller, and the influence of the frictional force on the movement of the head support portion becomes larger. Further, since the head support portion is also small and light, for example, the reaction force of a flexible printed circuit (hereinafter referred to as FPC) that is connected to the head and transmits an electrical signal is also similar to the friction force against the movement of the head support portion. Have a major impact. As described above, along with the miniaturization of the disk device, the frictional force of the bearing portion, the reaction force of the FPC, and the actuator vibration due to the spindle vibration are factors that hinder the miniaturization of the disk device and the high recording density.
さらに、ディスク装置の小型化によってアクチュエータの小型軽量化も進み、ヘッド位置決め制御系の耐振動特性が低下している。今後、ディスク装置をモバイル機器に適用するためには、小型化と耐振動特性との両立が不可欠である。 Further, the downsizing of the disk device has led to the reduction in the size and weight of the actuator, and the vibration resistance characteristics of the head positioning control system have been reduced. In the future, in order to apply the disk device to mobile devices, it is indispensable to achieve both compactness and vibration resistance.
そこで、ヘッドの高速高精度な位置決めを行うために、今後のディスク装置は、粗動アクチュエータと微動アクチュエータとの2つのアクチュエータを有する構成が一般的になると予想されている。粗動アクチュエータと微動アクチュエータとを有する構成は、ピギーバックアクチュエータ、2ステージアクチュエータ、又はデュアルステージアクチュエータと呼ばれる。 Therefore, in order to perform high-speed and high-precision positioning of the head, it is expected that a future disk apparatus will generally have a configuration having two actuators, a coarse actuator and a fine actuator. A configuration having a coarse actuator and a fine actuator is called a piggyback actuator, a two-stage actuator, or a dual-stage actuator.
つまり、ボイスコイルモータ(VCM)等の粗動アクチュエータは、ディスク装置のハウジングに個体された回転軸受周りにヘッド支持部を回動させることによって、そのヘッド支持部及びヘッドを移動させる。粗動アクチュエータは主として、シーク/セトリングや複数のトラックジャンプ等のヘッドの大移動のために使用される。 That is, a coarse actuator such as a voice coil motor (VCM) moves the head support portion and the head by rotating the head support portion around a rotary bearing provided in the housing of the disk device. The coarse actuator is mainly used for large head movements such as seek / settling and multiple track jumps.
これに対し、微動アクチュエータ(マイクロアクチュエータ(MA))は、粗動アクチュエータとヘッドとの間に設けられてヘッドを移動させる。微動アクチュエータは主として、トラック追従や1トラックジャンプ等のヘッドの高速で微小な位置決めを行うために使用される。 On the other hand, the fine actuator (microactuator (MA)) is provided between the coarse actuator and the head to move the head. The fine movement actuator is mainly used for fine positioning of the head at high speed such as track following or one track jump.
微動アクチュエータは粗動アクチュエータに比べて高帯域に制御駆動できることから高帯域制御による耐振動特性の向上が可能となると共に、微動アクチュエータは粗動アクチュエータとヘッドとの間に配置されることから、軸受摩擦の影響を抑制したヘッドの位置決めが可能になる。 Since the fine actuator can be controlled and driven in a higher band than the coarse actuator, it is possible to improve the vibration resistance characteristics by the high band control, and the fine actuator is arranged between the coarse actuator and the head. The head can be positioned while suppressing the influence of friction.
従来より、このような2ステージアクチュエータを用いた制御方式がいくつか提案されている(例えば特許文献1,2参照)。
Conventionally, several control methods using such a two-stage actuator have been proposed (see, for example,
特許文献1には、2ステージアクチュエータのサーボ制御系を含む磁気ディスク装置が開示されており、このサーボ制御系においては、微動アクチュエータは、ヘッドの再生信号に基づいて検出したヘッドの位置誤差(目標位置とヘッドの現在位置との差)信号をフィードバックしてヘッド位置決めを行う一方、粗動アクチュエータは、前記位置誤差信号に微動アクチュエータの変位量を加算した信号をフィードバックして位置決めを行う。
ここで、微動アクチュエータは圧電素子で構成されており、その変位量は圧電素子への入力信号(入力電圧)に比例する。そのため、微動アクチュエータの変位量は、微動アクチュエータへの入力信号に基づいて推定することができる。また、位置誤差信号に微動アクチュエータの変位量を加算した信号は、目標位置と粗動アクチュエータによってヘッドが移動した位置との位置誤差に相当する。 Here, the fine actuator is composed of a piezoelectric element, and the amount of displacement is proportional to the input signal (input voltage) to the piezoelectric element. Therefore, the amount of displacement of the fine actuator can be estimated based on the input signal to the fine actuator. A signal obtained by adding the displacement amount of the fine movement actuator to the position error signal corresponds to a position error between the target position and the position where the head is moved by the coarse movement actuator.
従って、特許文献1のサーボ制御系はこのような制御方式によって、微動アクチュエータを動作範囲の中央付近で制御駆動しながら、粗動アクチュエータと微動アクチュエータとの協調制御によるヘッドの高精度な位置決めを実現している。
Therefore, the servo control system of
特許文献2には、2ステージアクチュエータのサーボ制御系を含む磁気ディスク装置が開示されており、このサーボ制御系においては、微動アクチュエータと粗動アクチュエータとはそれぞれ、ヘッドの再生信号に基づいて検出したヘッド位置誤差信号をフィードバックしてヘッド位置決めを行う。つまり、特許文献1の制御系とは異なり、粗動制御系には、微動アクチュエータの変位量が入力されない。
特許文献2のサーボ制御系はこのような制御方式によって、微動アクチュエータの制御が飽和した場合でも、粗動アクチュエータのみである程度の精度で安定して動作させるようにしている。
しかしながら、特許文献1に開示された制御系では、ヘッドの再生信号に基づく位置誤差信号のみで、粗動アクチュエータと微動アクチュエータとを協調制御していて、微動アクチュエータの変位量が粗動アクチュエータの制御手段の入力信号となっているため、微動アクチュエータは粗動アクチュエータの動作が外乱になるとともに、粗動アクチュエータは微動アクチュエータの動作が外乱になる。すなわち、残留振動が発生して、ヘッド位置決めの整定時間が長くなるという課題を有している。
However, in the control system disclosed in
そこで、微動アクチュエータの制御帯域を粗動アクチュエータの制御帯域に対して高くした構成により、微動アクチュエータの動作を支配的にして、ヘッド位置決めの整定時間を短くする改善策があるが、その場合でも協調動作による振動発生をなくすことはできない。 Therefore, there is an improvement measure that shortens the head positioning settling time by controlling the operation of the fine actuator by adopting a configuration in which the control band of the fine actuator is set higher than that of the coarse actuator. It is impossible to eliminate vibrations caused by movement.
また、特許文献2に開示された制御系では、1つのヘッド位置信号で粗動アクチュエータ(VCM)と微動アクチュエータ(MA)を制御駆動しているため、VCMとMAとは共に、目標位置へ移動しようとする。そのため、互いの制御帯域が異なる場合、例えばMAが高帯域でVCMが低帯域である場合には、MAが速く動作することによってその動作範囲を超えてしまう可能性がある。また、微動制御系がVCMの動作を外乱と検知しかつ、粗動制御系がMAの動作を外乱として検知する二重制御になるため、オーバーシュートが発生して整定時間が長くなることになる。
In the control system disclosed in
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、粗動アクチュエータと微動アクチュエータとの2つのアクチュエータによる高精度な位置決めサーボ制御を、微動アクチュエータの変位が粗動制御系の外乱にならず、しかも微動アクチュエータが動作範囲を超えることなく行うことが実現するヘッド位置決め制御装置及びディスク装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above points, and the object of the present invention is to perform highly accurate positioning servo control by two actuators, a coarse actuator and a fine actuator, while the displacement of the fine actuator is coarse. It is an object of the present invention to provide a head positioning control device and a disk device that can be performed without causing disturbance of the system and without the fine movement actuator exceeding the operating range.
本発明のヘッド位置決め制御装置は、サーボ情報が記録された情報記録ディスクと、少なくとも前記情報記録ディスクに記録された情報を再生するヘッドと、前記ヘッドの位置決めを行う、粗動アクチュエータ及び該粗動アクチュエータとヘッドとの間に介在する微動アクチュエータと、前記粗動アクチュエータ及び微動アクチュエータを含むヘッド位置決め機構と、前記ヘッドの再生信号に基づいてヘッド位置を検出しかつ、そのヘッド位置信号を出力する位置検出手段と、前記粗動アクチュエータ及び微動アクチュエータを制御する位置決め制御手段と、を備える。 A head positioning control device according to the present invention includes an information recording disk on which servo information is recorded, a head that reproduces at least information recorded on the information recording disk, a coarse motion actuator that positions the head, and the coarse motion A fine movement actuator interposed between the actuator and the head, a head positioning mechanism including the coarse movement actuator and the fine movement actuator, and a position for detecting the head position based on the reproduction signal of the head and outputting the head position signal Detecting means, and positioning control means for controlling the coarse actuator and the fine actuator.
そして、前記位置決め制御手段は、前記粗動アクチュエータを駆動する粗動駆動手段と該粗動駆動手段に制御量信号を出力する粗動制御手段とを含む粗動制御系、及び前記微動アクチュエータを駆動する微動駆動手段と該微動駆動手段に制御量信号を出力する微動制御手段とを含む微動制御系を有し、前記位置検出手段は、前記ヘッドの再生信号から相対的に分解能の高い第1ヘッド位置信号と、相対的に分解能の低い第2ヘッド位置信号との2つの位置信号を出力し、前記微動制御手段は、前記第1ヘッド位置信号に基づいて前記微動アクチュエータを制御するための制御量を演算し、前記粗動制御手段は、前記第2ヘッド位置信号に基づいて前記粗動アクチュエータを制御するための制御量を演算する。 The positioning control means drives a coarse motion control system including a coarse motion drive means for driving the coarse motion actuator and a coarse motion control means for outputting a control amount signal to the coarse motion drive means, and the fine motion actuator. And a fine movement control system including a fine movement control means for outputting a control amount signal to the fine movement drive means, wherein the position detection means is a first head having a relatively high resolution from the reproduction signal of the head. Two position signals, a position signal and a second head position signal having a relatively low resolution, are output, and the fine movement control means controls the fine movement actuator based on the first head position signal. The coarse motion control means calculates a control amount for controlling the coarse motion actuator based on the second head position signal.
この構成によると、微動制御系は、相対的に分解能の高い第1ヘッド位置信号によって微動アクチュエータを制御するのに対し、粗動制御系は、相対的に分解能の低い第2ヘッド位置信号によって粗動アクチュエータを制御するため、粗動制御系においては、微動アクチュエータの微細な動作(干渉動作)に対する追従感度が低下する。つまり、粗動制御系は微動アクチュエータの動作を外乱としてみなさなくなり、2つのアクチュエータの動作の相互干渉が小さくなる。そのため、2ステージアクチュエータの制御においてヘッド位置決め時に発生する振動的な応答が防止されてヘッド位置決めの整定時間が短くなる。また、相互干渉が小さくなることでそれぞれの制御帯域を大きく離す必要がなく高帯域での協調制御が可能となる。つまり、2つのアクチュエータによって、摩擦やFPC反力、振動による位置誤差を抑制しながら高精度にヘッドをトラック(目標位置)に追従させることが可能となる。 According to this configuration, the fine movement control system controls the fine movement actuator by the first head position signal having a relatively high resolution, whereas the coarse movement control system has a coarse movement by the second head position signal having a relatively low resolution. Since the dynamic actuator is controlled, in the coarse motion control system, the follow-up sensitivity to the fine operation (interference operation) of the fine actuator is reduced. That is, the coarse motion control system does not regard the motion of the fine motion actuator as a disturbance, and the mutual interference between the motions of the two actuators is reduced. Therefore, the vibration response generated at the time of head positioning in the control of the two-stage actuator is prevented, and the head positioning settling time is shortened. Further, since the mutual interference is reduced, it is not necessary to greatly separate the respective control bands, and cooperative control in a high band is possible. That is, the two actuators can cause the head to follow the track (target position) with high accuracy while suppressing position errors due to friction, FPC reaction force, and vibration.
また、分解能が互いに異なる第1及び第2ヘッド位置信号は、位置検出手段が、ヘッドの再生信号に基づいてそれぞれを検出するため、分解能の低いヘッド位置信号を検出するために検出手段を別途設ける必要がない。 Further, since the position detection means detects the first and second head position signals having different resolutions from each other based on the reproduction signal of the head, a detection means is separately provided for detecting the head position signal having a low resolution. There is no need.
ここで、前記サーボ情報は、前記情報記録ディスクの周方向に等間隔に配置されたトラック番号信号とトラック間位置信号との2つの位置信号を含み、前記位置検出手段は、前記トラック番号信号及びトラック間信号の1トラックあたりのビット数と同じビット数で検出したヘッド位置を第1ヘッド位置信号として出力すると共に、前記前記トラック番号信号及びトラック間信号の1トラックあたりのビット数に対してシフトさせた所定のビット数で検出したヘッド位置を第2ヘッド位置信号として出力する、としてもよい。 Here, the servo information includes two position signals, a track number signal and an inter-track position signal, which are arranged at equal intervals in the circumferential direction of the information recording disk, and the position detecting means includes the track number signal and The head position detected with the same number of bits as the number of bits per track of the inter-track signal is output as a first head position signal and shifted with respect to the number of bits per track of the track number signal and the inter-track signal. The head position detected with the predetermined number of bits may be output as the second head position signal.
これとは異なり、前記サーボ情報は、前記情報記録ディスクの周方向に等間隔に配置されたトラック間位置信号を含み、前記位置検出手段は、前記トラック間信号の1トラックあたりのビット数と同じビット数で検出したヘッド位置を第1ヘッド位置信号として出力すると共に、前記トラック間信号の1トラックあたりのビット数に対してシフトさせた所定のビット数で検出したヘッド位置を第2ヘッド位置信号として出力する、としてもよい。 Unlike this, the servo information includes inter-track position signals arranged at equal intervals in the circumferential direction of the information recording disk, and the position detection means has the same number of bits per track of the inter-track signal. The head position detected by the number of bits is output as a first head position signal, and the head position detected by a predetermined number of bits shifted with respect to the number of bits per track of the inter-track signal is a second head position signal. May be output as
尚、第2ヘッド位置信号のビット数は、ヘッド位置決め制御装置の動作や整定時間等に応じて適宜設定すればよい。 Note that the number of bits of the second head position signal may be appropriately set according to the operation of the head positioning control device, the settling time, and the like.
前記微動制御系の制御帯域は、前記粗動制御系の制御帯域の1.5倍以上に設定することが望ましい。 The control band of the fine movement control system is preferably set to 1.5 times or more of the control band of the coarse movement control system.
つまり、粗動制御系の制御帯域と微動制御系の制御帯域とが近すぎる場合は、粗動アクチュエータと微動アクチュエータとの制御動作が干渉するが、微動制御系の制御帯域は、前記粗動制御系の制御帯域の1.5倍以上に設定することによって、それが解消される。また、粗動制御系の制御帯域を、微動制御系の制御帯域に対して下げることにより、粗動制御系は、微動制御系における高い周波数帯域での制御動作に追従しなくなる。その結果、微動制御系と粗動制御系との制御干渉が回避される。 In other words, when the control band of the coarse motion control system and the control band of the fine motion control system are too close, the control operation of the coarse motion actuator and the fine motion actuator interferes, but the control bandwidth of the fine motion control system By setting it to 1.5 times or more of the control band of the system, it can be solved. Further, by reducing the control band of the coarse motion control system relative to the control bandwidth of the fine motion control system, the coarse motion control system does not follow the control operation in the high frequency band of the fine motion control system. As a result, control interference between the fine motion control system and the coarse motion control system is avoided.
また、前記微動制御系の制御帯域は、前記ヘッド位置決め機構の共振周波数よりも高く、前記粗動制御系の制御帯域は、前記共振周波数よりも低く設定することが好ましい。 Further, it is preferable that a control band of the fine movement control system is set higher than a resonance frequency of the head positioning mechanism, and a control band of the coarse movement control system is set lower than the resonance frequency.
粗動制御系はヘッド位置決め機構の共振周波数によってその制御帯域が制限されるため、粗動制御系は共振周波数よりも低く設定する一方で、微動アクチュエータが粗動アクチュエータとヘッドとの間に介在していることにより微動制御系はその共振周波数による影響を受けないため、微動制御系の制御帯域を共振周波数よりも高く設定することによって、2ステージアクチュエータを高帯域で制御することが実現する。 Since the control band of the coarse motion control system is limited by the resonance frequency of the head positioning mechanism, the coarse motion control system is set lower than the resonance frequency, while the fine motion actuator is interposed between the coarse motion actuator and the head. Therefore, the fine movement control system is not affected by the resonance frequency, so that the two-stage actuator can be controlled in a high band by setting the control band of the fine movement control system higher than the resonance frequency.
前記粗動制御系は振動センサをさらに含み、該振動センサの検出信号に応じて前記粗動制御系の制御帯域を調整する、としてもよい。 The coarse motion control system may further include a vibration sensor, and the control band of the coarse motion control system may be adjusted according to a detection signal of the vibration sensor.
つまり、振動によって微動アクチュエータがその動作範囲を超えるような場合には、粗動制御系の制御帯域を高めることによって、その振動に対する位置誤差の補償が可能になる。また、振動センサによって検出した振動が同期性の振動である場合には、例えば学習制御によって粗動制御系の制御帯域を調整することにより、位置誤差の補償が可能になる。 That is, when the fine movement actuator exceeds the operating range due to vibration, it is possible to compensate the position error for the vibration by increasing the control band of the coarse movement control system. When the vibration detected by the vibration sensor is a synchronous vibration, the position error can be compensated by adjusting the control band of the coarse motion control system by, for example, learning control.
前記粗動制御手段は温度センサをさらに含み、該温度センサの検出信号に応じて前記粗動制御系の制御帯域を調整する、としてもよい。 The coarse motion control means may further include a temperature sensor, and adjust a control band of the coarse motion control system in accordance with a detection signal of the temperature sensor.
つまり、VCM等の粗動アクチュエータは温度変化によってトルク定数が変化し、その制御帯域がみかけ上変化するが、温度センサの検出信号に基づいて粗動アクチュエータのトルク定数を推定し、その推定結果に応じて粗動制御系の制御ゲインを修正することによって、制御帯域を設計値に保つことが可能になる。 That is, the torque constant of a coarse actuator such as a VCM changes due to a temperature change, and its control band changes apparently. However, the torque constant of the coarse actuator is estimated based on the detection signal of the temperature sensor, and the estimated result is Accordingly, it is possible to keep the control band at the design value by correcting the control gain of the coarse motion control system.
前記位置検出手段は、前記ヘッドの目標位置に対する位置誤差の大きさに関係する第1の条件に基づいて前記微動アクチュエータの駆動・停止を切り換えると共に、前記微動アクチュエータを停止させるときには前記第2ヘッド位置信号の分解能を高める、としてもよい。 The position detection means switches driving / stop of the fine movement actuator based on a first condition related to the magnitude of the position error with respect to the target position of the head, and the second head position when stopping the fine movement actuator. The resolution of the signal may be increased.
つまり、位置誤差が比較的大きい場合(アクセス動作やトラックジャンプ時等)には、微動アクチュエータを停止させ粗動アクチュエータのみで位置決め制御を行う。この場合は、粗動アクチュエータのみが駆動されて制御干渉はないため、粗動制御系は分解能の高い位置信号に基づいて粗動アクチュエータの制御を行う。一方、位置誤差が比較的小さい場合(目標トラックにおけるトラックフォローイング時等)には、微動アクチュエータを駆動させ、粗動アクチュエータと微動アクチュエータとの2ステージアクチュエータにより位置決め制御を行う。 That is, when the position error is relatively large (such as during an access operation or a track jump), the fine motion actuator is stopped and the positioning control is performed using only the coarse motion actuator. In this case, since only the coarse motion actuator is driven and there is no control interference, the coarse motion control system controls the coarse motion actuator based on the position signal with high resolution. On the other hand, when the position error is relatively small (such as track following in the target track), the fine motion actuator is driven, and positioning control is performed by a two-stage actuator of a coarse motion actuator and a fine motion actuator.
前記位置検出手段は、前記微動アクチュエータを駆動させるときには前記粗動制御系の制御帯域を低下させ、前記微動アクチュエータを停止させるときには前記粗動制御系の制御帯域を高める、としてもよい。 The position detecting means may decrease the control band of the coarse movement control system when driving the fine movement actuator, and increase the control band of the coarse movement control system when stopping the fine movement actuator.
上述したように、微動アクチュエータと粗動アクチュエータとが共に駆動されるときには、前記粗動制御系の制御帯域を微動制御系の制御帯域に対して低下させることによって制御干渉を回避する一方、前記微動アクチュエータを停止させて粗動アクチュエータのみを駆動させるときには、前記粗動制御系の制御帯域を高めることによって、位置決め制御の精度が確保される。 As described above, when both the fine actuator and the coarse actuator are driven, control interference is avoided by reducing the control band of the coarse control system relative to the control band of the fine control system, while the fine actuator is controlled. When stopping the actuator and driving only the coarse actuator, the accuracy of positioning control is ensured by increasing the control band of the coarse control system.
前記位置検出手段は、前記ヘッドの目標位置に対する位置誤差の大きさ及び微動アクチュエータの変位に関係する第2の条件に基づいて前記粗動制御系の制御方式を切り換える、としてもよい。 The position detecting means may switch the control method of the coarse motion control system based on a second condition related to the magnitude of the position error relative to the target position of the head and the displacement of the fine motion actuator.
つまり、位置誤差が比較的小さくかつ微動アクチュエータの変位がその動作範囲に対し余裕がない(動作範囲を超える虞がある)場合と、そうでない場合とで、粗動制御系の制御方式を切り換える。 That is, the control method of the coarse motion control system is switched between the case where the position error is relatively small and the displacement of the fine motion actuator has no margin in the motion range (there is a possibility of exceeding the motion range) and the case where it is not.
具体的に、前記位置検出手段は、前記第2の条件に基づいて、前記第2ヘッド位置信号と目標位置との差である粗動位置誤差信号に基づいて前記粗動アクチュエータを制御するための制御量を演算する第1の制御方式と、前記粗動位置誤差信号に前記微動アクチュエータの変位量又は推定変位量を加算した信号に基づいて前記粗動アクチュエータを制御するための制御量を演算する第2の制御方式と、の切り換えを行う、とすればよい。 Specifically, the position detecting unit controls the coarse actuator based on a coarse movement position error signal that is a difference between the second head position signal and a target position, based on the second condition. A control amount for controlling the coarse actuator is calculated based on a first control method for calculating a control amount and a signal obtained by adding a displacement amount or an estimated displacement amount of the fine actuator to the coarse position error signal. Switching to the second control method may be performed.
つまり、位置誤差が比較的小さくかつ微動アクチュエータの変位がその動作範囲に対し余裕がない場合には、粗動位置誤差信号に基づいて前記粗動アクチュエータを制御するための制御量を演算する制御方式を採用し、そうでない場合には、粗動位置誤差信号に前記微動アクチュエータの変位量又は推定変位量を加算した信号に基づいて前記粗動アクチュエータを制御するための制御量を演算する。このことにより、微動アクチュエータの変位がその動作範囲に対し余裕がある場合には、粗動アクチュエータによってヘッドを目標位置近傍に静止させた状態で、微動アクチュエータによってヘッドを目標トラックに追従させることになる。 That is, when the position error is relatively small and the displacement of the fine movement actuator has no margin for its operation range, a control method for calculating a control amount for controlling the coarse movement actuator based on the coarse movement position error signal If not, the control amount for controlling the coarse actuator is calculated based on a signal obtained by adding the displacement amount or the estimated displacement amount of the fine actuator to the coarse position error signal. As a result, when the displacement of the fine movement actuator has a margin in the operation range, the fine movement actuator causes the head to follow the target track while the head is stopped near the target position by the coarse movement actuator. .
そうして、位置誤差及び微動アクチュエータの変位に応じて、微動アクチュエータの駆動・停止、及び粗動制御系の制御方式の切り換えを行うことによって、アクセス時間及び整定時間の短縮が図られる。 Thus, the access time and the settling time can be shortened by driving / stopping the fine motion actuator and switching the control method of the coarse motion control system in accordance with the position error and the displacement of the fine motion actuator.
前記ヘッドは、前記情報記録ディスクに情報を記録する記録ヘッドとディスクに記録された情報を再生する再生ヘッドとを含み、前記微動制御系は、前記記録ヘッドの記録時及び再生ヘッドの再生時に動作する、とすればよい。 The head includes a recording head that records information on the information recording disk and a reproducing head that reproduces information recorded on the disk, and the fine movement control system operates during recording of the recording head and reproduction of the reproducing head. You can do it.
これによって微動アクチュエータの駆動回数(頻度)が制限されるため、微動アクチュエータの長寿命化の点で有利になる。 This limits the number of times (frequency) of driving the fine actuator, which is advantageous in terms of extending the life of the fine actuator.
前記微動制御系は、MRオフセット(加工精度によって生じる記録ヘッドと再生ヘッドとの位置偏差、及びヘッドが回転軸受を中心として回動するために生じる任意のトラック(ディスクの径方向位置)における記録ヘッドと再生ヘッドとのトラック方向の位置偏差)を調整する、としてもよい。 The fine movement control system includes an MR offset (positional deviation between the recording head and the reproducing head caused by processing accuracy, and a recording head at an arbitrary track (a radial position of the disk) generated when the head rotates around a rotary bearing). And the position deviation in the track direction between the reproducing head and the reproducing head) may be adjusted.
このことによって、情報の再生時に、MRオフセットに相当するヘッドの移動が微動アクチュエータによって行われるため、ヘッドが高速に微動される。 Thus, at the time of reproducing information, the head is moved finely at high speed because the movement of the head corresponding to the MR offset is performed by the fine movement actuator.
前記微動アクチュエータは、薄膜圧電素子で構成される、としてもよい。 The fine movement actuator may be composed of a thin film piezoelectric element.
前記微動制御手段は、前記微動駆動手段へ出力する制御量信号を、前記微動アクチュエータに出力される制御電圧が、その素子特性に応じて決定されたしきい値以下になるように調整する、ことが望ましい。 The fine movement control means adjusts a control amount signal output to the fine movement driving means so that a control voltage output to the fine movement actuator is equal to or less than a threshold value determined according to the element characteristics. Is desirable.
これとは異なり、前記微動駆動手段は、前記微動アクチュエータの素子特性に応じて決定された制御電圧のしきい値を記憶していて、前記微動アクチュエータに出力する制御電圧を、前記しきい値以下に制限して出力する、としてもよい。 Unlike this, the fine movement driving means stores a control voltage threshold value determined in accordance with element characteristics of the fine movement actuator, and the control voltage output to the fine movement actuator is less than or equal to the threshold value. The output may be limited to
いずれも場合でも、微動アクチュエータはその動作範囲が超えない。 In either case, the fine actuator does not exceed its operating range.
前記しきい値は、前記薄膜圧電素子の電気抵抗が1MΩ以下になる制御電圧である、とすればよい。 The threshold value may be a control voltage at which the electric resistance of the thin film piezoelectric element is 1 MΩ or less.
前記粗動制御系は、一定外乱推定制御手段とをさらに含む、としてもよい。 The coarse motion control system may further include constant disturbance estimation control means.
このことによって、摩擦やFPC反力等の外乱補償は、粗動制御系において微動制御系とは独立に行われる。 As a result, disturbance compensation such as friction and FPC reaction force is performed in the coarse motion control system independently of the fine motion control system.
また、前記粗動制御系は、回転同期外乱制御手段をさらに含み、前記回転同期外乱制御手段は、第1ヘッド位置信号を入力信号とする、としてもよい。 The coarse motion control system may further include a rotation synchronization disturbance control unit, and the rotation synchronization disturbance control unit may use the first head position signal as an input signal.
このことによって、ディスクの回転同期外乱の補償は、粗動制御系において微動制御系とは独立に行われる。 As a result, the disk rotation synchronization disturbance is compensated in the coarse motion control system independently of the fine motion control system.
本発明のディスク装置は、上記のヘッド位置決め制御装置が搭載されたディスク装置である。このディスク装置は、情報を高速で記録・再生することのできるディスク装置であって、小型化、高記録密度化が実現可能なディスク装置となる。 The disk device of the present invention is a disk device on which the above head positioning control device is mounted. This disk device is a disk device capable of recording and reproducing information at a high speed, and is a disk device capable of realizing miniaturization and high recording density.
以上説明したように、本発明のヘッド位置決め制御装置及びディスク装置によると、分解能の低いヘッド位置信号に基づいて粗動アクチュエータを制御すると共に、分解能の高いヘッド位置信号に基づいて微動アクチュエータを制御することにより、2つのアクチュエータの動作の相互干渉が小さくなって高帯域での協調制御を実現することができる。その結果、摩擦、FPC反力、振動等による位置誤差を抑制しながらヘッドをトラックに追従させることが可能となり、高速高精度なヘッド位置決め制御装置及びディスク装置が実現する。 As described above, according to the head positioning control device and the disk device of the present invention, the coarse motion actuator is controlled based on the head position signal with low resolution, and the fine motion actuator is controlled based on the head position signal with high resolution. As a result, the mutual interference between the operations of the two actuators is reduced, and cooperative control in a high band can be realized. As a result, it is possible to cause the head to follow the track while suppressing positional errors due to friction, FPC reaction force, vibration, and the like, and a high-speed and high-precision head positioning control device and disk device are realized.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(実施形態1)
図1は、実施形態1に係るヘッド位置決め制御装置が搭載された磁気ディスク装置の概略構成を示している。同図において、符号1は、磁気抵抗効果を応用したGMRヘッドである再生ヘッドと誘導型のインダクティブ磁気ヘッドである記録ヘッドとからなる複合型磁気ヘッド(以下、磁気ヘッドと称する)、3は磁気ヘッド1が搭載されるヘッドスライダ、4はヘッドスライダ3を介して磁気ヘッド1を磁気ディスク2に対向した状態に支持するサスペンションアームであり、このサスペンションアーム4はキャリッジ5に支持されている。キャリッジ5は磁気ディスク装置のハウジング(図示省略)に対して固定されている回転軸受53によって、回転可能に支持されている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a schematic configuration of a magnetic disk device on which the head positioning control device according to the first embodiment is mounted. In the figure,
51は、磁気回路を形成するコイル51aとマグネット51bとからなるボイスコイルモータ(VCM)であり、このVCM51は磁気ヘッド1の位置決め制御を行う粗動アクチュエータを構成する。52は、サスペンションアーム4とヘッドスライダ3の間に配置された圧電素子(ピエゾ素子、PZT素子)を含むマイクロアクチュエータ(MA)であり、このMA52は磁気ヘッド1の位置決め制御を行う微動アクチュエータを構成する。
VCM51は、上記キャリッジ5を介してサスペンションアーム4を駆動することによって、磁気ヘッド1をMA52と共に回転軸受53周りに移動させる。
The
図2は、MA52の構成を示す図である。MA52の詳細な構成については、特開2002−134807号公報に記載されているためこれを援用することとし、ここでは基本的な構成についてのみ説明する。
FIG. 2 is a diagram illustrating the configuration of the
MA52は、プッシュプルで駆動される2つの圧電素子アクチュエータ52a,52bで構成されている。各圧電素子アクチュエータ52a,52bは、図2(b)に拡大して示すように、上側電極521と圧電素子522と下側電極523とで構成されている。この2つの圧電素子アクチュエータ52a,52bに印加する電圧を制御することによって、ヘッドスライダ3を微小に変位させるようになっている。つまり、圧電素子アクチュエータ52aがAの方向に伸長し、圧電素子アクチュエータ52bがBの方向に収縮すると、ヘッドスライダ3が矢印Cの方向に回動するようになっている。
The
上記のヘッドスライダ3、サスペンションアーム4、キャリッジ5、VCM51、MA52、及び回転軸受53によってヘッド位置決め機構7が構成される。
The head positioning mechanism 7 is configured by the
次に、磁気ヘッド1の位置決めを行うための制御系について説明する。図1において、符号6はVCM51及びMA52を制御する位置決め制御部であり、この位置決め制御部6は、粗動制御部61、微動制御部62、微動駆動部64、粗動駆動部65を含む。また、符号60は位置検出部であり、この位置検出部60は、詳しくは後述するが、現在のヘッド位置を示す信号として、互いに分解能の異なる2つの信号を出力する。
Next, a control system for positioning the
図3は、磁気ディスク装置のヘッド位置決め制御系のブロック図を示し、図4はその微動制御部62の詳細ブロック図、図5はその粗動制御部61の詳細ブロック図を示す。また、図6は粗動制御部61に含まれるVCM状態推定器63の詳細ブロック図を示す。次に、図3〜6を参照しながら、磁気ディスク装置におけるヘッド位置決め制御系の動作シーケンスの説明をする。
3 shows a block diagram of the head positioning control system of the magnetic disk apparatus, FIG. 4 shows a detailed block diagram of the fine
磁気ヘッド1は、VCM51とMA52とからなる2ステージアクチュエータによって磁気ディスク2上を移動する。磁気ディスク2には、位置情報としてサーボ信号(トラック番号信号及びトラック間位置信号(バースト信号))が記録されており、磁気ヘッド1はそのサーボ信号を検出しかつ、そのヘッド信号を位置検出部60に送る。
The
位置検出部60は、ヘッド信号に基づいて磁気ヘッド1のトラック位置(トラック番号)とトラック間位置を検出し、磁気ヘッド1の現在位置を表す、第1ヘッド位置信号としての微細位置信号P_headと、第2ヘッド位置信号としての概略位置信号X_vcmとを出力する。尚、位置検出部60の動作の詳細については後述する。
The
MA52を制御する微動制御系は、減算器62Sと、微動制御部62と、微動駆動部64とを含む。
The fine movement control system that controls the
位置検出部60から出力された微細位置信号P_headは、減算器62Sに入力される。減算器62Sは、目標位置信号Rと微細位置信号P_headとの差分を取って位置誤差信号Peを微動制御部62に出力する。
The fine position signal P_head output from the
微動制御部62は、図4に示すように、積分器62Iと、積分フィードバックゲインKi(ブロック621)と位置誤差フィードバックゲインKp(ブロック622)と、を含む。
As shown in FIG. 4, fine
積分器62Iは、位置誤差信号Peから位置誤差積分信号Peiを出力する。この位置誤差積分信号Peiに、積分フィードバックゲインKiと位置誤差フィードバックゲインKpとが乗算されることによって、微動制御部62から微動駆動部64に微動制御信号(制御量)C_maが出力される。
The
尚、微動制御部62は上記の構成に限らない。例えば、位置誤差信号Peに対して2つの積分器を加え、比例微分器(位相進み補償器)と積分器の各係数を乗じて微動制御信号C_maを生成するように構成してもよい。
The fine
微動駆動部64は、微動制御信号C_maから微動駆動信号U_maを生成して出力し、それによってMA52を制御駆動する。
The fine
ここで、微動制御部62は、微動駆動部64に出力する微動制御信号C_maを、その微動駆動信号U_maが、MA52の素子特性に応じて決定したしきい値以下になるように調整する。つまり、圧電素子522の電気抵抗が所定値以下になるように、微動制御信号C_maを制限する。上記しきい値(MA52の動作しきい値)は例えば、圧電素子522の電気抵抗が1MΩ以下になる制御電圧(微動駆動信号U_ma)と、してもよい。
Here, the fine
尚、微動制御部62が微動制御信号C_maを調整するのではなく、微動駆動部64が、上記しきい値を超えないように、微動駆動信号U_maを出力するようにしてもよい。
The fine
これに対し、VCM51を制御する粗動制御系は、減算器61Sと、粗動制御部61と、粗動駆動部65とを含む。
On the other hand, the coarse motion control system that controls the
位置検出部60から出力された概略位置信号X_vcm(後述するように、微細位置信号P_headよりも分解能の粗い信号)は、減算器61Sに入力される。減算器61Sは、目標位置信号Rと概略位置信号X_vcmとの差分を取って粗動位置誤差信号Pe_vcmを粗動制御部61に出力する。
The approximate position signal X_vcm output from the position detection unit 60 (a signal having a coarser resolution than the fine position signal P_head as described later) is input to the
粗動制御部61は、図5に示すように、位置誤差信号Peから位置誤差積分信号Peiを出力する積分器61Iと、積分フィードバックゲインKi(ブロック611)と位置誤差フィードバックゲインKp(ブロック612)と速度フィードバックゲインKv(ブロック613)と、一定外乱推定制御手段としてのVCM状態推定器63と、を含む。
As shown in FIG. 5, the coarse
VCM状態推定器63には2つの信号が入力される。1つは後述するように、粗動制御部61において演算される粗動制御信号C_vcmであり、もう1つは減算器63Sから出力される、概略位置信号X_vcmとVCM状態推定器63から出力された推定変位信号Xe_vcmとの差分である推定位置誤差信号Peeである。
Two signals are input to the
つまり、VCM状態推定器63は、図6に示すように、VCM51をモデル化したときの状態変数A(ブロック63A)、入力変数B(ブロック63B)及び出力変数C(ブロック63C)を含むと共に、積分要素1/S(ブロック63I)及びVCM状態推定ゲインKe(ブロック63G)を含む。VCM状態推定器63は、推定位置誤差信号Peeと粗動制御信号C_vcmとに基づいて、VCM51による磁気ヘッド1の移動量と移動速度とを推定し、推定変位信号Xe_vcmと推定速度信号Ve_vcmとを出力する。尚、推定位置誤差信号PeeにVCM状態推定部ゲインKeを乗算したものが、VCM状態推定器63の推定誤差を低減するための補償信号Pee”である。
That is, as shown in FIG. 6, the
粗動制御部61において、粗動位置誤差信号Pe_vcm、位置誤差積分信号Pei、推定速度信号Ve_vcmのそれぞれに、位置誤差フィードバックゲインKp、積分フィードバックゲインKi、速度フィードバックゲインKvが乗算された後、これらが加算器61Aで加算されることによって、粗動位置誤差信号Pe_vcmを小さくするような粗動制御信号C_vcmが生成される。尚、ここで粗動位置誤差信号Pe_vcmの積分値を用いるようにしてもよい。
The coarse
また、粗動制御部61は、粗動位置誤差信号Pe_vcm対して、比例微分器(位相進み補償器)と積分器との各係数を乗じることによって粗動制御信号C_vcmを生成するように構成してもよい。
The coarse
さらに、粗動制御部61は、推定速度信号Ve_vcmを用いる代わりに微細位置信号P_headの差分によって演算される速度信号を用いてもよい。この場合、磁気ディスク装置の構成は、図7に示すようになる。
Further, the coarse
加えて、粗動制御部61は、図8に示すように、位置誤差信号Peの積分値(位置誤差積分信号Pei)を用いる代わりに、VCM状態推定器63において磁気ヘッド1に加わる外乱(力外乱、位置外乱)量を推定するようにして、その推定外乱量信号Fe_vcmを用いてもよい。つまり、粗動位置誤差信号Pe_vcm、推定速度信号Ve_vcm、推定外乱量信号Fe_vcmのそれぞれに、位置誤差フィードバックゲインKp、速度フィードバックゲインKv、外乱補償フィードバックゲインKdを乗算した後、これらを加算器61Aで加算することによって、粗動制御信号C_vcmを生成してもよい。
In addition, as shown in FIG. 8, the coarse
尚、磁気ヘッド1の移動速度及び磁気ヘッド1に加わる外乱(力外乱、位置外乱)量の推定は、微細位置信号P_headと粗動制御部61の粗動制御信号C_vcmと微動制御部62の微動制御信号C_maによる2入力1出力の推定器で推定してもよい。
The movement speed of the
粗動駆動部65は、粗動制御部61から出力された粗動制御信号C_vcmから粗動駆動信号U_vcmを生成して出力し、それによってVCM51を制御駆動する。
The coarse
次に、上記位置検出部60について説明する。位置検出部60は、ヘッド信号に基づいて分解能の異なる2つの信号を出力する。つまり、位置検出部60は、図3に示すように分解能調整部601を含む。分解能調整部601にはヘッド信号が入力され、分解能調整部601はヘッド信号(トラック番号信号及びトラック間信号)からヘッド位置を検出する。このときに、分解能調整部601はヘッド信号と同じ分解能(ヘッド信号の1トラックあたりのビット数と同じビット数)で検出したヘッド位置を、微細位置信号P_headとして微動制御系に出力する一方、ヘッド信号よりも粗い分解能(ヘッド信号の1トラックあたりのビット数をシフトした所定のビット数)で検出したヘッド位置を概略位置信号X_vcmとして粗動制御系に出力する。例えばヘッド信号が14ビットである場合、分解能調整部601は、微細位置信号P_headを同じ14ビットで位置を検出した信号とし、概略位置信号X_vcmを14ビットに対して3ビットのシフトを行い分解能を1/8にして位置を検出した信号とすればよい。尚、シフトするビット数は、位置決め制御系の動作や整定時間を考慮して、予め設定すればよい。
Next, the
その結果、このヘッド位置決め制御系(サーボ系)においては、2ステージアクチュエータの協調制御として、MA52は、分解能の細かい微細位置信号P_headに基づいて、磁気ヘッド1を磁気ディスク2上の目標トラックに位置決めするように制御駆動されると共に、VCM51は、微細位置信号P_headとは独立した概略位置信号X_vcmに基づいて、磁気ヘッド1を磁気ディスク2上の目標トラックに位置決め(静止)するように制御駆動される。より詳細には、MA52は微細位置信号P_headに基づく位置誤差信号Peによってフィードバック制御を行うと共に、VCM51は粗動制御信号C_vcmと概略位置信号X_vcmを入力とする推定器63の推定値を基にした、VCM51による粗動位置誤差信号Pe_vcmによってフィードバック制御を行い、そのことによって2つのアクチュエータの協調制御を行っている。
As a result, in this head positioning control system (servo system), the
このことによって、粗動制御系においては、MA52の微細な動作(干渉動作)に対する追従感度が低下する。つまり、粗動制御系はMA52の動作を外乱としてみなさなくなり、2つのアクチュエータ51,52の動作の相互干渉が小さくなる。そのため、2ステージアクチュエータの制御においてヘッド位置決め時に発生する振動的な応答が防止されてヘッド位置決めの整定時間が短くなる。
As a result, in the coarse motion control system, the tracking sensitivity to the fine operation (interference operation) of the
また、2つのアクチュエータ51,52の動作の相互干渉が小さくなることで高帯域での協調制御が可能となる。例えば微動制御系の制御帯域は、ヘッド位置決め機構7の共振周波数より高く、粗動制御系の制御帯域はその共振周波数より低く設定すればよい。尚、微動制御系の制御帯域は、粗動制御系の制御帯域の1.5倍以上であることが好ましい。こうすることによって、粗動制御系は微動制御系の高周波動作に対する感度が低下し、MA52とVCM51との制御動作の干渉を回避しつつ、高帯域での協調制御が実現する。
In addition, since the mutual interference between the operations of the two
また、VCM51は変位が大きくかつ低帯域の動作のみを行い、MA52は変位が小さくかつ高帯域の動作のみを行いつつ、微動制御系においてMA52の動作しきい値を設けることによって、MA52の動作範囲を超えることなく、磁気ヘッド1の追従制御が可能になる。
Further, the
その結果、摩擦やFPC反力、また振動による位置誤差を抑制しながら磁気ヘッド1をトラックに追従させることが可能となり、高速かつ高精度なヘッド位置決め制御が実現する。
As a result, it is possible to cause the
次に、実施形態1のヘッド位置決め制御に関して行ったシミュレーションについて説明する。このシミュレーションの条件は、以下の通りである。
回転数:3600r/min
トラック密度:165000track/inch
トラックピッチ:0.154μm
サンプリング周波数:15kHz
サーボ帯域:1.5kHz
ここで、MA52の制御帯域は1.5kHz、VCM51の制御帯域は800Hzで設計した。尚、粗動制御系の制御帯域に影響を与える磁気ヘッド1の位置決め機構7の曲げ共振の周波数は、1.2kHzである。
Next, a simulation performed for the head positioning control according to the first embodiment will be described. The conditions for this simulation are as follows.
Rotational speed: 3600r / min
Track density: 165,000 track / inch
Track pitch: 0.154 μm
Sampling frequency: 15 kHz
Servo band: 1.5 kHz
Here, the control band of MA52 is designed to be 1.5 kHz, and the control band of VCM51 is designed to be 800 Hz. The frequency of bending resonance of the positioning mechanism 7 of the
また、2つの位置信号の分解能はそれぞれ、微細位置信号P_headを9ビット、概略位置信号X_vcmを7ビットとした。 The resolution of the two position signals is 9 bits for the fine position signal P_head and 7 bits for the approximate position signal X_vcm.
さらに、このシミュレーションでは、MA52に印加する電圧を5Vに制限している。つまりMA52の動作しきい値を5Vとしている。
Further, in this simulation, the voltage applied to the
図9はシミュレーション結果を示しており、同図(a)はサーボループの周波数応答を、同図(b)はステップ応答をそれぞれ示している。尚、実線は実施例(本発明の制御方法を採用した例)であり、破線は比較例(従来の制御方法を採用した例)である。同図(a)によれば、実施例は追従特性が向上しており、同図(b)によれば、実施例は外乱に対する収束性、整定時間が向上していることがわかる。 FIG. 9 shows the simulation results. FIG. 9A shows the frequency response of the servo loop, and FIG. 9B shows the step response. In addition, a continuous line is an Example (example which employ | adopted the control method of this invention), and a broken line is a comparative example (example which employ | adopted the conventional control method). According to FIG. 11A, it can be seen that the follow-up characteristic is improved in the embodiment, and that the embodiment has improved convergence and settling time against disturbance.
尚、このシミュレーションでは、微動制御系の制御帯域を1.5kHzとし、粗動制御系の制御帯域を800Hzとしたがこれに限るものではない。微動制御系の制御帯域が、ヘッド位置決め機構7の共振周波数より高く、粗動制御系の制御帯域はその共振周波数より低くかつ、微動制御系の制御帯域が、粗動制御系の制御帯域の1.5倍以上、という条件を満たすのであれば、制御帯域の組み合わせは自由である。 In this simulation, the control band of the fine movement control system is set to 1.5 kHz, and the control band of the coarse movement control system is set to 800 Hz. However, the present invention is not limited to this. The control band of the fine movement control system is higher than the resonance frequency of the head positioning mechanism 7, the control band of the coarse movement control system is lower than the resonance frequency, and the control band of the fine movement control system is one of the control bands of the coarse movement control system. If the condition of .5 times or more is satisfied, the combination of control bands is free.
また、ここでは、MA52の動作しきい値を5Vに設定したが、素子特性(電気抵抗)が大きく変化しない範囲であれば、動作しきい値は他の値に設定してもよい。
Here, the operation threshold value of
(実施形態2)
実施形態2は、磁気ヘッド1の位置誤差及び/又はMA52の変位に応じて、制御方式を切り換える点が、実施形態1とは異なる。
(Embodiment 2)
The second embodiment is different from the first embodiment in that the control method is switched according to the position error of the
図10は実施形態2に係るヘッド位置決め制御装置が搭載された磁気ディスク装置の概略構成を示している。また、図11はその位置検出部60の詳細ブロック図を示す。
FIG. 10 shows a schematic configuration of a magnetic disk device on which the head positioning control device according to the second embodiment is mounted. FIG. 11 is a detailed block diagram of the
ここで実施形態2に係るヘッド位置決め制御装置の機構的な構成については、実施形態1と同様のため、ここではその説明を省略する。また、実施形態1と同一の構成要素については、図1と同一の符号を付している。さらに、実施形態1と重複する説明については省略する。
Here, since the mechanical configuration of the head positioning control device according to the second embodiment is the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted here. Further, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those in FIG. Furthermore, the description which overlaps with
実施形態2に係るヘッド位置決め制御装置は、図10に示すように、微動制御信号C_maに基づいてMA52による変位を推定するMA変位推定部66をさらに含む。また、実施形態2における位置検出部60は、図11に示すように、分解能調整部601と位置信号選択部602とを含み、分解能調整部601はヘッド信号を入力信号とする一方、位置信号選択部602は微動制御系の(微動)位置誤差信号Peと微動制御信号C_maとを入力信号としている。
As shown in FIG. 10, the head positioning control apparatus according to the second embodiment further includes a MA
位置信号選択部602は、詳しくは後述するが、分解能調整部601に対して粗動制御系に出力される位置信号の切り換え(換言すれば粗動制御系に出力される第2ヘッド位置信号の分解能の調整)を行うと共に、微動駆動部64及びMA変位推定部66の動作の停止・開始を切り換え、さらには粗動制御系の制御帯域の変更を行う。制御帯域の変更は制御パラメータを調整することによって行う。
As will be described in detail later, the position
次に、実施形態2に係る位置決め制御装置の動作シーケンスと位置検出部60の動作とについて説明する。
Next, the operation sequence of the positioning control device according to the second embodiment and the operation of the
(動作1)
動作1は、磁気ヘッド1の位置誤差が3トラック以上の場合であり、位置検出部60における位置信号選択部602は、位置誤差信号Peに基づいて磁気ヘッド1の位置誤差が3トラック以上であることを判断したときには、MA変位推定部66及び微動駆動部64の動作を停止させると共に、分解能調整部601から粗動制御系に出力されるヘッド位置信号を、微細位置信号P_headに切り替える。動作1においては、粗動制御系は速度制御によって磁気ヘッド1を目標位置に移動させる(この場合の粗動制御部61の構成についての図示は省略する)。このとき、位置信号選択部602は、速度制御であることから、粗動制御系の制御帯域を比較的低く設定する(例えば400Hz)。
(Operation 1)
(動作2)
動作2は、磁気ヘッド1の位置誤差が2トラック以上3トラック未満の場合である。位置検出部60における位置信号選択部602は、位置誤差信号Peに基づいて磁気ヘッド1の位置誤差が2トラック以上3トラック未満であることを判断したときには、動作1と同様に、MA変位推定部66及び微動駆動部64の動作を停止させると共に、分解能調整部601から粗動制御系へ出力されるヘッド位置信号を、微細位置信号P_headに切り換える。粗動制御部61は、図5又は図8に示す構成において磁気ヘッド1が目標位置となるように位置決め制御する(尚この場合、図5又は図8において、概略位置信号X_vcmに代わって微細位置信号P_headが入力される)。このとき、位置信号選択部602は、粗動制御系のみの位置制御であることから、粗動制御系の制御帯域を上限まで高くする(例えば800Hz)。
(Operation 2)
(動作3)
動作3は、磁気ヘッド1の位置誤差が1トラック以上2トラック未満の場合、又はMA52の変位がその動作範囲の80%以上の場合である。
(Operation 3)
位置検出部60における位置信号選択部602は、位置誤差信号Peに基づいて磁気ヘッド1の位置誤差が1トラック以上2トラック未満であることを判断したとき、又は微動制御信号C_maに基づいてMA52の変位がその動作範囲の80%以上であることを判断したときには、MA変位推定部66と微動駆動部64の動作を開始させると共に、分解能調整部601から粗動制御系へ出力されるヘッド位置信号を概略位置信号X_vcmに切り換える。粗動制御部61は、図12に示す構成において磁気ヘッド1が目標位置となるように位置決め制御する。
The position
この動作3における粗動制御部61の制御は、特許文献1に開示された制御と同様のフィードバック制御である。つまり、図10に示すように、MA変位推定部66は、MA52による推定MA変位信号Xe_maを推定して加算器612Sに出力する。加算器612Sは推定MA変位信号Xe_maを粗動位置誤差信号Pe_vcmに加算し、その加算信号を粗動制御部61に出力する。
The control of the coarse
粗動制御部61は、図12に示すように、推定MA変位信号Xe_maと粗動位置誤差信号Pe_vcmとの加算信号によりフィードバック制御が行われると共に、VCM状態推定器63には、微細位置信号P_head及び推定MA変位信号Xe_maが入力されて、VCM51による磁気ヘッド1の移動量と移動速度とを推定し、推定変位信号Xe_vcmと推定速度信号Ve_vcmとが出力される(尚、VCM状態推定器63において磁気ヘッド1に加わる外乱(力外乱、位置外乱)量を推定するようにしてもよい(図8参照))。このように、推定信号をフィードバックして位置決め制御する点は実施形態1と同様である。
As shown in FIG. 12, the coarse
尚、ここでは、推定器63の推定モデルをVCM51としているが、推定モデルをMA52を含めた2ステージアクチュエータとしても同様の効果が得られる。
Here, the estimation model of the
以上の構成により、粗動制御部61は、VCM51による磁気ヘッド1の移動速度をゼロにするようにVCM51を制御駆動することになる。
With the above configuration, the coarse
また、動作3では微動制御系によるMA52の制御も行われることになり、2つのアクチュエータ51,52の協調制御が行われる。
In the
すなわち動作3では、VCM51によって磁気ヘッド1を磁気ディスク2上の目標位置(目標トラック)の近傍において静止させ、MA52によって磁気ヘッド1を目標トラックに追従させることになる。
That is, in
尚このとき、位置信号選択部602は、2つのアクチュエータ51,52の協調制御が行われることから、制御干渉を防止すべく、粗動制御系の制御帯域を低く設定する(例えば500Hz)。
At this time, since the coordinate control of the two
(動作4)
動作4は磁気ヘッド1の位置誤差が1トラック未満でかつMA52の変位がその動作範囲の80%未満の場合である。
(Operation 4)
位置検出部60における位置信号選択部602は、位置誤差信号Peに基づいて磁気ヘッド1の位置誤差が1トラック未満でありかつ、微動制御信号C_maに基づいてMA52の変位がその動作範囲の80%未満であることを判断したときには、微動駆動部64の動作のみを開始させると共に、分解能調整部601から粗動制御系へ出力されるヘッド位置信号を概略位置信号X_vcmに切り換える。
The position
粗動制御部61は、図5又は図8に示す構成において磁気ヘッド1が目標位置となるように位置決め制御する。また、微動制御系によるMA52の制御も行われることになり、2つのアクチュエータ51,52の協調制御が行われる。
The coarse
尚このとき、位置信号選択部602は、動作3と同様に、粗動制御系の制御帯域を低く設定する(例えば500Hz)。
At this time, the position
従って、位置誤差2トラック以上/未満が、MA52の駆動・停止を決定する第1の条件に相当し、位置誤差1トラック以上/未満、及び微動アクチュエータ変位が動作範囲の80%以上/未満が、粗動制御系の制御方式を切り換える第2の条件に相当する。
Therefore, a position error of 2 tracks or more / less than corresponds to the first condition for determining driving / stopping of the
尚、ここでは位置検出部60の位置信号選択部602が、微動駆動部64とMA変位推定部66との動作の停止・開始を切り換えていたが、例えば図13に示すように、位置検出部60(位置信号選択部602)が、微動制御部62の動作の停止・開始を切り換えてもよい。
Here, the position
実施形態2では、実施形態1と同様の作用効果を奏する上に、磁気ヘッド1の移動距離の大きいアクセス動作や、隣接するトラックへのトラックジャンプ動作から、目標トラックにおけるトラックフォローイング動作までの、各動作を制御方式を切り換えながら制御駆動することによって、アクセス動作においても振動的な動作にならず、アクセス時間や整定時間を短縮することが可能になる。また、上述した動作3と動作4とを切り換えることによって、MA52を、その動作範囲の中央付近において2つのアクチュエータ51,52の相互干渉を小さくしながら制御することが可能になる。
In the second embodiment, the same effects as in the first embodiment are obtained, and from the access operation with a large moving distance of the
(実施形態3)
実施形態3は、変位量の大きいディスク偏心等の回転同期外乱の補償を行う点が、実施形態2とは異なる。
(Embodiment 3)
The third embodiment is different from the second embodiment in that a rotation synchronization disturbance such as a disk eccentricity having a large displacement is compensated.
図14は実施形態3に係るヘッド位置決め制御装置が搭載された磁気ディスク装置の概略構成を示している。 FIG. 14 shows a schematic configuration of a magnetic disk device on which the head positioning control device according to the third embodiment is mounted.
ここで実施形態3に係るヘッド位置決め制御装置の機構的な構成については、実施形態1と同様のため、ここではその説明を省略する。また、実施形態1,2と同一の構成要素については、図1,10と同一の符号を付している。さらに、実施形態1,2と重複する説明については省略する。
Here, since the mechanical configuration of the head positioning control device according to the third embodiment is the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted here. The same components as those in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals as those in FIGS. Furthermore, the description which overlaps with
実施形態3に係るヘッド位置決め制御装置は、図14に示すように、(微動)位置誤差信号Peに基づいて回転同期外乱を推定すると共に、その補償信号を粗動制御系に出力するRRO制御部67をさらに含む。すなわち、補償信号は加算器65Aに出力され、加算器65Aは粗動制御信号C_vcmに補償信号を加算した加算信号を粗動駆動部65に出力する。
As shown in FIG. 14, the head positioning control device according to the third embodiment estimates a rotation synchronization disturbance based on a (fine movement) position error signal Pe, and outputs a compensation signal to the coarse movement control system. 67 is further included. That is, the compensation signal is output to the
この構成によって、変位量の大きいディスク偏心等の回転同期外乱の補償は粗動制御系において行われる。 With this configuration, compensation for rotational synchronization disturbance such as disk eccentricity with a large displacement is performed in the coarse motion control system.
尚、実施形態3のヘッド位置決め制御装置の動作シーケンスは基本的に、実施形態2のヘッド位置決め制御装置の動作シーケンスと同じであり、動作2においてRRO制御が追加されると共に、動作3及び動作4の粗動制御系に、RRO制御が追加されることになる。
The operation sequence of the head positioning control device of the third embodiment is basically the same as the operation sequence of the head positioning control device of the second embodiment. In the
また、ここではRRO制御部からの補償信号(RRO制御量)が、粗動制御信号C_vcmに加算されているが、RRO変位量として粗動位置誤差信号Pe_vcmに加算してもよい。 Here, the compensation signal (RRO control amount) from the RRO control unit is added to the coarse motion control signal C_vcm, but it may be added to the coarse motion position error signal Pe_vcm as an RRO displacement amount.
以上より、実施形態3では実施形態1,2と同様の作用効果を奏する上に、変位量の大きい回転同期外乱等に対しても、MA52は微細位置信号P_headに基づいて磁気ヘッド1を磁気ディスク2上の目標トラックに位置決めするように制御駆動されるとともに、VCM51はこれとは独立に磁気ヘッド1を磁気ディスク2上の目標トラック付近に位置決め(静止)するように制御駆動される。
As described above, in the third embodiment, the same effects as in the first and second embodiments are obtained, and the
(他の実施形態)
以上の各実施形態において、粗動制御系が振動センサをさらに含むようにして、振動によって微動アクチュエータがその動作範囲を超えるような場合には、粗動制御系の制御帯域を高めるようにしてもよい。こうすることによって、その振動に対する位置誤差の補償が可能になる。また、振動センサによって同期性の振動が検出される場合には、例えば学習制御によって粗動制御系の制御帯域を調整してもよい。こうすることにより、同期性の振動に対する位置誤差の補償が可能になる。
(Other embodiments)
In each of the above embodiments, the coarse motion control system may further include a vibration sensor, and when the fine motion actuator exceeds its operating range due to vibration, the control band of the coarse motion control system may be increased. By doing so, it is possible to compensate for the position error with respect to the vibration. When synchronous vibration is detected by the vibration sensor, the control band of the coarse motion control system may be adjusted by learning control, for example. By doing so, it is possible to compensate for the position error with respect to the synchronous vibration.
また、粗動制御系は、振動センサに代えて、又は振動センサと共に、温度センサを含むようにしてもよい。つまり、VCM51は温度変化によってトルク定数が変化し、その制御帯域がみかけ上変化する(雰囲気環境が、設計条件の温度に対して10℃以上の差があるときにはVCM51のトルク定数は変化する)。そこで、温度センサの検出信号に基づいて粗動アクチュエータのトルク定数を推定し、その推定結果に応じて制御ゲインを修正するようにすれば、粗動制御系の制御帯域を設計値に保つことが可能になる。
The coarse motion control system may include a temperature sensor instead of the vibration sensor or together with the vibration sensor. That is, the torque constant of the
また、磁気ディスク2に記録されるサーボ信号(サーボ情報)は、トラック番号信号及びトラック間位置信号を含むものに限らず、トラック間位置信号のみを含むものとしてもよい。この場合は、ディスク2上に記録されるサーボパターンが短くなり、ユーザデータの領域がその分拡大する。但し、サーボ信号がトラック間位置信号のみを含む場合は、トラック間の位置しか検出することができないため、位置検出センサとしてのダイナミックレンジは小さくなる。
Further, the servo signal (servo information) recorded on the
さらに、以上の実施の形態では磁気ディスク装置を例に挙げて説明してきたが、本発明は、本例に限定されるものではなく、光ディスク装置、光磁気ディスク装置等、他の態様の情報記録装置にも適用できる。 Further, although the magnetic disk device has been described as an example in the above embodiment, the present invention is not limited to this example, and information recording of other modes such as an optical disk device, a magneto-optical disk device, etc. It can also be applied to devices.
以上説明したように、本発明は、2ステージアクチュエータ方式の磁気ディスク装置、光ディスク装置、光磁気ディスク装置等について有用である。 As described above, the present invention is useful for a two-stage actuator type magnetic disk device, optical disk device, magneto-optical disk device, and the like.
1 磁気ヘッド(ヘッド)
2 磁気ディスク(ディスク)
3 ヘッドスライダ
4 サスペンションアーム
5 キャリッジ
53 回転軸受
7 位置決め機構
51 VCM(粗動アクチュエータ)
52 MA(微動アクチュエータ)
6 位置決め制御部(位置決め制御手段)
60 位置検出部(位置検出手段)
61 粗動制御部(粗動制御手段)
62 微動制御部(微動制御手段)
63 粗動駆動部(粗動駆動手段)
64 微動駆動部(微動駆動手段)
1 Magnetic head (head)
2 Magnetic disk (disk)
3
52 MA (Fine Actuator)
6 Positioning control unit (positioning control means)
60 Position detection unit (position detection means)
61 Coarse motion control unit (Coarse motion control means)
62 Fine movement control section (fine movement control means)
63 Coarse drive unit (coarse drive means)
64 Fine movement drive unit (fine movement drive means)
Claims (20)
前記ヘッドの位置決めを行う、粗動アクチュエータ及び、該粗動アクチュエータとヘッドとの間に介在する微動アクチュエータと、
前記粗動アクチュエータ及び微動アクチュエータを含むヘッド位置決め機構と、
前記ヘッドが前記情報記録ディスクに記録されたサーボ情報を再生した信号に基づいてヘッド位置を検出しかつ、そのヘッド位置信号を出力する位置検出手段と、
前記粗動アクチュエータ及び微動アクチュエータを制御する位置決め制御手段と、を備え、
前記位置決め制御手段は、前記粗動アクチュエータを駆動する粗動駆動手段と該粗動駆動手段に制御量信号を出力する粗動制御手段とを含む粗動制御系、及び前記微動アクチュエータを駆動する微動駆動手段と該微動駆動手段に制御量信号を出力する微動制御手段とを含む微動制御系を有し、
前記位置検出手段は、前記ヘッドの再生信号に基づいて相対的に分解能の高い第1ヘッド位置信号と、相対的に分解能の低い第2ヘッド位置信号との2つの位置信号を出力し、
前記微動制御手段は、前記第1ヘッド位置信号に基づいて前記微動アクチュエータを制御するための制御量を演算し、
前記粗動制御手段は、前記第2ヘッド位置信号に基づいて前記粗動アクチュエータを制御するための制御量を演算するヘッド位置決め制御装置。 At least a head for reproducing information recorded on the information recording disk;
A coarse actuator for positioning the head, and a fine actuator interposed between the coarse actuator and the head;
A head positioning mechanism including the coarse actuator and the fine actuator;
Position detecting means for detecting a head position based on a signal obtained by reproducing the servo information recorded on the information recording disk by the head and outputting the head position signal;
Positioning control means for controlling the coarse actuator and the fine actuator,
The positioning control means includes a coarse motion control system including a coarse motion drive means for driving the coarse motion actuator and a coarse motion control means for outputting a control amount signal to the coarse motion drive means, and a fine motion for driving the fine motion actuator. A fine movement control system including a driving means and a fine movement control means for outputting a control amount signal to the fine movement driving means;
The position detecting means outputs two position signals, a first head position signal having a relatively high resolution and a second head position signal having a relatively low resolution based on the reproduction signal of the head,
The fine movement control means calculates a control amount for controlling the fine movement actuator based on the first head position signal,
The coarse movement control means is a head positioning control device that calculates a control amount for controlling the coarse movement actuator based on the second head position signal.
前記位置検出手段は、前記トラック番号信号及びトラック間信号の1トラックあたりのビット数と同じビット数で検出したヘッド位置を第1ヘッド位置信号として出力すると共に、前記トラック番号信号及びトラック間信号の1トラックあたりのビット数をシフトさせた所定のビット数で検出したヘッド位置を第2ヘッド位置信号として出力する請求項1記載のヘッド位置決め制御装置。 The servo information includes two position signals, a track number signal and an inter-track position signal, which are arranged at equal intervals in the circumferential direction of the information recording disk,
The position detection means outputs the head position detected with the same number of bits as the number of bits per track of the track number signal and the inter-track signal as a first head position signal, and also outputs the track number signal and the inter-track signal. 2. The head positioning control apparatus according to claim 1, wherein the head position detected with a predetermined number of bits obtained by shifting the number of bits per track is output as a second head position signal.
前記位置検出手段は、前記トラック間信号の1トラックあたりのビット数と同じビット数で検出したヘッド位置を第1ヘッド位置信号として出力すると共に、前記トラック間信号の1トラックあたりのビット数をシフトさせた所定のビット数で検出したヘッド位置を第2ヘッド位置信号として出力する請求項1記載のヘッド位置決め制御装置。 The servo information includes inter-track position signals arranged at equal intervals in the circumferential direction of the information recording disk,
The position detecting means outputs the head position detected with the same number of bits as one bit per track of the inter-track signal as a first head position signal, and shifts the number of bits per track of the inter-track signal. 2. The head positioning control apparatus according to claim 1, wherein the head position detected with the predetermined number of bits is output as a second head position signal.
前記第2ヘッド位置信号と目標位置との差である粗動位置誤差信号に基づいて前記粗動アクチュエータを制御するための制御量を演算する第1の制御方式と、
前記粗動位置誤差信号に前記微動アクチュエータの変位量又は推定変位量を加算した信号に基づいて前記粗動アクチュエータを制御するための制御量を演算する第2の制御方式と、の切り換えを行う請求項10記載のヘッド位置決め制御装置。 The position detecting means is based on the second condition,
A first control method for calculating a control amount for controlling the coarse actuator based on a coarse movement position error signal that is a difference between the second head position signal and a target position;
Switching to a second control method for calculating a control amount for controlling the coarse actuator based on a signal obtained by adding a displacement amount or an estimated displacement amount of the fine actuator to the coarse motion position error signal. Item 11. A head positioning control device according to Item 10.
前記微動制御系は、前記記録ヘッドの記録時及び再生ヘッドの再生時に動作する請求項1〜11のいずれか1項に記載のヘッド位置決め制御装置。 The head includes a recording head for recording information on the information recording disk and a reproducing head for reproducing information recorded on the disk,
The head positioning control apparatus according to claim 1, wherein the fine movement control system operates during recording by the recording head and reproduction by the reproducing head.
前記回転同期外乱制御手段は、前記第1ヘッド位置信号を入力信号とする請求項1〜18のいずれか1項に記載のヘッド位置決め制御装置。 The coarse motion control system further includes a rotation synchronization disturbance control means,
The head positioning control device according to claim 1, wherein the rotation synchronization disturbance control unit uses the first head position signal as an input signal.
A disk device on which the head positioning control device according to any one of claims 1 to 19 is mounted.
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JP2008022479A (en) * | 2006-07-14 | 2008-01-31 | Toshiba Corp | Tracking and sighting instrument |
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