JP2007200463A

JP2007200463A - 磁気ディスク装置

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Publication number: JP2007200463A
Application number: JP2006018458A
Authority: JP
Inventors: Shinsuke Nakagawa; 真介中川; Hidehiko Numazato; 英彦沼里
Original assignee: Hitachi Global Storage Technologies Netherlands BV
Current assignee: HGST Netherlands BV
Priority date: 2006-01-27
Filing date: 2006-01-27
Publication date: 2007-08-09
Anticipated expiration: 2026-01-27
Also published as: JP4791194B2

Abstract

【課題】磁気ディスク装置において、機構共振をモデル化した簡単なフィードフォワード制御により高速高精度なシーク動作を行わせること。
【解決手段】磁気ディスク装置は、磁気ディスク、磁気ヘッド、磁気ヘッドを支持して位置決めするヘッドアクチュエータ、磁気ヘッドが所定位置にあるように制御する制御装置を備える。制御装置は、ヘッド位置信号を生成する手段と、磁気ヘッドの目標位置までの目標位置軌道１０１を生成する手段と、目標位置軌道１０１からヘッドアクチュエータの近似逆モデル１０５Ａを用いてフィードフォワード制御入力を生成する手段とを有する。フィードフォワード制御入力を生成する手段は、ヘッドアクチュエータの近似逆モデル１０５Ａに共振逆モデル１を追加してヘッドアクチュエータの機構系の共振を含む周波数帯までモデル化している。
【選択図】図２

Description

本発明は、磁気ディスク装置に係り、特に磁気ディスク装置のヘッド位置決め制御技術に関する。

磁気ディスク装置では、近年の記憶容量の大容量化に伴う高記録密度化に対処するため、機構系振動の低減と広サーボ帯域化によるトラック追従性の向上が重要となっている。また、アクセス性能に対する要求も厳しくなっており、セトリング残留振動を低減し、位置決め時間の短縮が必要となっている。

従来の磁気ディスク装置としては、特開平５−６６３５号公報（特許文献１）に示されたものがある。

この従来例の磁気ディスク装置は、同心円状のトラックに沿ってデータの間に周期的に位置情報を配置して記憶した複数個の磁気デイスクと、該磁気デイスクの各々にアクセスするために磁気デイスク毎に設けられた磁気ヘッドと、該磁気ヘッドの全てを支持する支持機構と、該機構を移動させるためのアクチュエータと、磁気ヘッドの位置を該ヘッドが読みだした位置情報から検出する位置検出手段と、該手段により得られた位置信号にもとづきアクチュエータの駆動指令値を求めて磁気ヘッドが所定位置にあるように制御する制御装置と、を備えて構成されている。

この制御装置は、図２のブロック線図に示すように、磁気ヘッドがアクセス中に他のトラックへアクセスを切り換えるときに、切り換え時点の位置偏差を位置検出手段の出力を用いて算出する第１の手段（図示せず）と、位置偏差から磁気ヘッドの目標位置軌道１０１（ｙ_ｄ）を算出する第２の手段（図示せず）と、磁気ヘッドを制御する制御系の時間遅れ及び位相遅れを補償するための時間遅れ要素から修正目標位置軌道１０２（ｙ_ｃ）を算出する第３の手段１０３（Ｇ_ｄｌｙ（ｚ））と、目標位置軌道１０１（ｙ_ｄ）を入力してヘッド支持機構の伝達特性の近似逆モデル１０５Ａ（Ｇ_ｐ０ ^−１（ｚ））を利用して目標加速度軌道１０４（ａ_ｃ）を算出する第４の手段１０５と、修正目標位置軌道１０２（ｙ_ｃ）と磁気ヘッドの切り換え後の位置１０９（ｙ）との差（ｙ_ｃ−ｙ）が零となるようにする制御信号１０７（ｕ_ｃ）を算出する第５の手段１０６（Ｃ（ｚ））と、制御信号１０７（ｕ_ｃ）と目標加速度軌道１０４（ａ_ｃ）との和（ｕ_ｃ＋ａ_ｃ）によってヘッドアクチュエータ６１を駆動制御する第６の手段とを備えている。

この従来例では、ヘッド支持機構の近似逆モデル１０５（Ｇ_ｐ０ ^−１（ｚ））として式（数１）が用いられている。これは、ヘッド支持機構を慣性体（１／ｓ^２）とサーボ周期Ｔｓにより式（数２）のようにモデル化し、その逆から得られたものである。

特開平５−６６３５号公報

しかし、従来例において、さらなるシーク高速化を行う場合には、以下の課題があった。

従来例の磁気ディスク装置では、アクチュエータ特性１０８（Ｐ（ｚ））と近似逆モデル１０５（Ｇ_ｐ０ ^−１（ｚ））との積（Ｐ（ｚ）＊Ｇ_ｐ０ ^−１（ｚ））と、遅れ要素１０３（Ｇ_ｄｌｙ（ｚ））とが、実際のヘッドアクチュエータ特性１０８（Ｐ（ｚ））に含まれる共振項の影響で一致しない、という第１の課題があった。

その具体例について図１３を用いて説明する。図１３は従来例の磁気ディスク装置におけるヘッドアクチュエータ特性１０８の周波数特性１１０と慣性体モデルＧ_ｐ０の周波数特性１１１とを示す。図１３では、高周波数域で周波数特性１１１（Ｇ_ｐ０（ｚ））と周波数特性１１０（Ｐ（ｚ））との差が大きくなることを示している。このことから、従来例の磁気ディスク装置でヘッド位置決め制御を行おうとした時には、ｙ_ｃ≠ｙとなり、ｙが望ましい応答とならない。また、高周波数領域のモデル化誤差は高速化を図るほど、ｙ_ｃ≠ｙによる応答の悪化をさらに大きくする。

図１４は従来例の磁気ディスク装置によるシーク時のヘッド位置１０９（ｙ）の時間応答１１２、修正目標位置軌道１０２（ｙ_ｃ）の時間応答１１３、及びＶＣＭ電流の時間応答波形１１４を示し、図１５は同じシーク時の修正目標位置軌道１０２とヘッド位置１０９の差分である軌道追従誤差（ｙ_ｃｙ）の時間応答１１５を示す。図１４から明らかなように、ヘッド位置１０９（ｙ）の時間応答１１２は、修正目標位置軌道１０２（ｙ_ｃ）の時間応答１１３に追従せず、振動的な応答を示している。

また、従来例の磁気ディスク装置では、式（数１）における慣性体近似逆モデル１０５（Ｇ_ｐ０ ^−１（ｚ））の安定限界極ｚ＝−１により、目標加速度軌道１０４（ａ_ｃ）が振動する、という第２の課題があった。

本発明の目的は、機構共振をモデル化した簡単なフィードフォワード制御により高速高精度なシーク動作を行わせることができる磁気ディスク装置を提供することにある。

前述の目的を達成するための本発明の第１の態様は、情報を格納する磁気ディスクと、前記磁気ディスクの情報を読み出しもしくは前記磁気ディスクへ情報の書き込みを行う磁気ヘッドと、前記磁気ヘッドを支持し当該磁気ヘッドを位置決めするヘッドアクチュエータと、前記磁気ヘッドが所定位置にあるように制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記磁気ヘッドが読み出した情報からヘッド位置信号を生成する手段と、前記磁気ヘッドの目標位置までの目標位置軌道を生成する手段と、前記目標位置軌道から前記ヘッドアクチュエータの近似逆モデルを用いてフィードフォワード制御入力を生成する手段と、を有する磁気ディスク装置において、前記フィードフォワード制御入力を生成する手段は、前記ヘッドアクチュエータの近似逆モデルに共振逆モデルを追加して前記ヘッドアクチュエータの機構系の共振を含む周波数帯までモデル化していることにある。

係る本発明の第１の態様における好ましい具体的構成例は次の通りである。
（１）前記制御装置は、前記磁気ヘッドがアクセス中に他のトラックへアクセスを切り換えるときに、切り換え時点の位置偏差を前記磁気ヘッドの出力を用いて算出する第１の手段と、この位置偏差から前記磁気ヘッドの目標位置軌道を算出する第２の手段と、前記磁気ヘッドを制御する制御系の時間遅れ及び位相遅れを補償するための時間遅れ要素から修正目標位置軌道を算出する第３の手段と、前記目標位置軌道を入力してヘッド支持機構の伝達特性の近似逆モデル及び主共振逆モデルを利用して前記目標加速度軌道を算出する第４の手段と、前記磁気ヘッドのアクセス切り換え後のヘッド位置と前記修正目標位置軌道との差が零となるようにする制御信号を算出する第５の手段と、前記制御信号と前記目標加速度軌道との和によって前記アクチュエータを駆動制御する第６の手段とを備えていること。

また、本発明の第２の態様は、情報を格納する磁気ディスクと、前記磁気ディスクの情報を読み出しもしくは前記磁気ディスクへ情報の書き込みを行う磁気ヘッドと、前記磁気ヘッドを支持し当該磁気ヘッドを位置決めするヘッドアクチュエータと、前記磁気ヘッドが所定位置にあるように制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記磁気ヘッドが読み出した情報からヘッド位置信号を生成する手段と、前記磁気ヘッドの目標位置までの目標位置軌道を生成する手段と、前記目標位置軌道から前記ヘッドアクチュエータの近似逆モデルを用いてフィードフォワード制御入力を生成する手段と、を有する磁気ディスク装置において、前記ヘッドアクチュエータの近似逆モデルがヘッドアクチュエータを機構系の共振を含む周波数帯までモデル化することにより定められており、前記制御装置は、前記目標位置軌道の入力段への前処理に使用した前置フィルタと目標位置軌道が前記前置フィルタを通過して得られた位置軌道を処理する前記前置フィルタの逆特性フィルタとを乗算してフィードフォワード制御入力を生成することにある。

また、本発明の第３の態様は、情報を格納する磁気ディスクと、前記磁気ディスクの情報を読み出しもしくは前記磁気ディスクへ情報の書き込みを行う磁気ヘッドと、前記磁気ヘッドを支持し当該磁気ヘッドを位置決めするヘッドアクチュエータと、前記磁気ヘッドが所定位置にあるように制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記磁気ヘッドが読み出した情報からヘッド位置信号を生成する手段と、前記磁気ヘッドの目標位置までの目標位置軌道を生成する手段と、前記目標位置軌道から前記ヘッドアクチュエータの近似逆モデルを用いてフィードフォワード制御入力を生成する手段と、を有する磁気ディスク装置において、前記ヘッドアクチュエータの近似逆モデルがヘッドアクチュエータを機構系の共振を含む周波数帯までモデル化することにより定められており、前記制御装置は、前記ヘッドアクチュエータの近似逆モデルの不安定極および減衰の小さな極をフィルタの零点とするフィルタを用いて前記目標位置軌道に対してフィルタ処理を行い修正目標位置軌道を生成する手段と、前記目標位置軌道に対して前記近似逆モデルの零点と概略一致する値をフィルタの零点とするフィルタを用いて前記目標位置軌道に対してフィルタ処理を行いフィードフォワード制御入力を生成する手段とを備えていることにある。

係る本発明の第３の態様におけるより好ましい具体的構成例は次の通りである。
（１）前記修正目標位置軌道を生成する手段は、
前記ヘッドアクチュエータモデルを機構系の主要な共振を含む周波数帯までをモデル化した離散時間制御対象モデルとして定め、その離散時間制御対象モデルの不安定零点、安定限界の零点、および減衰の小さな零点を抽出し、目標位置軌道に対してそれらの零点をフィルタの零点とするフィルタ処理を行い修正目標位置軌道を生成するものであり、前記フィードフォワード制御入力を生成する手段は、前記修正目標位置軌道に対して、離散時間制御対象の逆モデルによるフィルタ処理を行うことでフィードフォワード制御入力を生成するものであること。

本発明の磁気ディスク装置によれば、機構共振をモデル化した簡単なフィードフォワード制御により高速高精度なシーク動作を行わせることができる。

以下、本発明の複数の実施形態について図を用いて説明する。各実施形態の図及び従来技術の図における同一符号は同一物または相当物を示す。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態の磁気ディスク装置を図１から図４を用いて説明する。

まず、第１実施形態の磁気ディスク装置１００の全体構成に関して図１を参照しながら説明する。図１は本発明の第１実施形態の磁気ディスク装置１００のハードウエアの構成図である。

磁気ディスク６４は、情報を格納し、スピンドルモータ６８により高速に一定回転される。磁気ディスク６４の各トラックには、磁気ディスク６４の回転により一定周期で磁気ヘッド６０の出力から位置情報を検出できるようにサーボセクタ７２があらかじめ記録されている。磁気ヘッド６０は対向する磁気ディスク６４の情報を読み出しもしくは磁気ディスク６４へ情報を書き込みする。磁気ヘッド６０はばね６５によって支えられ、ばね６５はキャリッジ６７に支持されている。ばね６５及びキャリッジ６７は、磁気ヘッド６０の支持機構を構成し、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）６２により、磁気ヘッド６０と一体となって駆動される。ボイスコイルモータ６２の移動に伴い、キャリッジ６７はピボット軸６３を中心に磁気ディスク６４の外周から内周方向あるいはその逆方向に移動する。ばね６５、キャリッジ６７及びボイスコイルモータ６２は、ヘッドアクチュエータ６１を構成する。

サーボセクタ７２は、セクタの先頭を示すマーカ部、ＡＧＣ（オートマティック・ゲイン・コントロール）部、トラック番号、トラック内のさらに精密な位置情報を検出するためのバースト信号を記録している。これにより、磁気ヘッド６０はサンプリング時刻Ｔｓ毎に磁気ディスク面上の位置情報を検出することができる。磁気ヘッド６０が読み出した信号８２は、ヘッド信号増幅器７３で増幅されて信号８３となり、ＡＤ変換器を備えたサーボ信号復調器７４によりヘッド位置信号８４が生成される。

ヘッドアクチュエータ６１を駆動する操作量８８の演算は、マイクロプロセッサシステムによって実施される。マイクロプロセッサシステムでは、マイクロプロセッサ７９がバスライン７５を介して、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）７７、ＲＯＭ（読み出し専用メモリ）７８に接続されている。ＲＯＭ７８には各種制御系などのプログラムが格納される。ＲＡＭ７７には、制御系の状態変数が一時的に格納される。マイクロプロセッサ７９は、各種制御系の演算を実行し、ヘッドアクチュエータ６１を駆動する操作量８８を出力する。この操作量８８は、Ｄ／Ａ変換回路８７でディジタル量からアナログ量８５に変換され、駆動用アンプ７６に送出され、ＶＣＭ駆動電流６６がボイスコイルモータ６２を駆動する。インターフェースコントローラ８０は、ホスト側コントローラ８１からの各種指令をマイクロプロセッサ７９に伝達する。マイクロプロセッサ７９は、磁気ヘッドが所定位置にあるように制御する制御装置を構成するものである。

次に、磁気ディスク装置１００の制御装置であるマイクロプロセッサ７９の構成及び機能に関して、図２から図４を参照しながら説明する。図２は第１実施形態の磁気ディスク装置における制御装置のブロック線図、図３は第１実施形態の磁気ディスク装置によるシーク時のヘッド位置３（ｙ）の時間応答１０、修正目標位置軌道１０２（ｙ_ｃ）の時間応答１１、及びＶＣＭ電流の時間応答波形１２を示す図、図４は第１実施形態の磁気ディスク装置によるシーク時の修正目標位置軌道１０２とヘッド位置３の差分である軌道追従誤差（ｙ_ｃｙ）の時間応答１３を示す図である。

マイクロプロセッサ７９は、図２に示すように、磁気ヘッド６０がアクセス中に他のトラックへアクセスを切り換えるときに、切り換え時点の位置偏差を磁気ヘッド６０の出力を用いて算出する第１の手段（図示せず）と、この位置偏差から磁気ヘッド６０の目標位置軌道１０１（ｙ_ｄ）を算出する第２の手段（図示せず）と、磁気ヘッド６０を制御する制御系の時間遅れ及び位相遅れを補償するための時間遅れ要素から修正目標位置軌道１０２（ｙ_ｃ）を算出する第３の手段１０３（Ｇ_ｄｌｙ（ｚ））と、目標位置軌道１０２（ｙ_ｃ）を入力してヘッド支持機構の伝達特性の近似逆モデル１０５Ａ（Ｇ_ｐ０ ^−１（ｚ））及び主共振逆モデル１（Ｇ_ｒ０ ^−１（ｚ））を利用して目標加速度軌道１０４（ａ_ｃ）を算出する第４の手段１０５と、磁気ヘッド６０のアクセス切り換え後のヘッド位置３（ｙ）と修正目標位置軌道１０２（ｙ_ｃ）との差（ｙ_ｃ−ｙ）が零となるようにする制御信号１０７（ｕ_ｃ）を算出する第５の手段１０６（Ｃ（ｚ））と、制御信号１０７（ｕ_ｃ）と目標加速度軌道２（ａ_ｃ）との和によってヘッドアクチュエータ６１を駆動制御する第６の手段とを備えている。

第１実施形態の磁気ディスク装置１は、従来例と比較して、図２に示すように、近似逆モデル１０５Ａ（Ｇ_ｐ０ ^−１（ｚ））の次に主共振逆モデル１（Ｇ_ｒ０ ^−１（ｚ））を追加したものである。ここで、Ｇ_ｒ０（ｚ）として図１２の最初の共振ピーク（主共振）までを式（数３）でモデル化し、整合Ｚ変換により離散化することで式（数４）を得る。

近似逆モデル１０５（Ｇ_ｐ０ ^−１（ｚ））と主共振逆モデル１（Ｇ_ｒ０ ^−１（ｚ））との積（Ｇ_ｐ０ ^−１（ｚ）＊Ｇ_ｒ０ ^−１（ｚ））と、実際のヘッドアクチュエータ特性１０８を時間遅れ要素１０３で除したもの（Ｐ（ｚ）／Ｇ_ｄｌｙ（ｚ））とが主共振の周波数まで一致する。これによって、主共振の周波数領域まではモデルを一致させることができ、その結果、修正目標位置軌道１０２とヘッド位置３の差分である軌道追従誤差（ｙ_ｃｙ）を低減させることができる。

図３は第１実施形態によるシーク時のヘッド位置３（ｙ）の時間応答１０、修正目標位置軌道１０２（ｙ_ｃ）の時間応答１１であり、図４は同じシーク時の修正目標位置軌道１０２（ｙ_ｃ）とヘッド位置３（ｙ）との差分である軌道追従誤差（ｙ_ｃｙ）の時間応答１３を示す。図３の時間波形１０に示すように、ヘッド位置３（ｙ）の応答においてもオーバーシュートがなくなり、格段に改善している。また、図４の軌道追従誤差の時間波形１３に着目した場合にも改善していることがわかる。

次に、本発明の第２実施形態の磁気ディスク装置について図５から図を用いて説明する。図５は本発明の第２実施形態の磁気ディスク装置における制御装置のブロック線図、図６は第２実施形態における制御装置の変形例のブロック線図、図７は第２実施形態の磁気ディスク装置によるシーク時のヘッド位置１７（ｙ）の時間応答３０、修正目標位置軌道１０２（ｙ_ｃ）の時間応答３１、及びＶＣＭ電流の時間応答波形３２を示す図、図８は第２実施形態の磁気ディスク装置によるシーク時の修正目標位置軌道１０２とヘッド位置１７の差分である軌道追従誤差（ｙ_ｃｙ）の時間応答１３を示す図である。この第２実施形態は、次に述べる点で第１実施形態と相違するものであり、その他の点については第１実施形態と基本的には同一であるので、重複する説明を省略する。

上述した第１実施形態では、修正目標加速度軌道２（ａ_ｃ）の時間波形が大きく振動することにより、ＶＣＭ電流６６の時間波形１２が振動し、それがヘッドアクチュエータ６１を加振して、ヘッド位置３の時間応答１０を主共振周波数より高い周波数で振動させてしまうおそれがある。これは修正目標加速度軌道２（ａ_ｃ）を計算するための主共振逆モデル１（Ｇ_ｒ０ ^−１（ｚ））に減衰係数の小さい極があるためであり、これにより移動のための目標位置軌道１０１（ｙ_ｄ）の時間変化が加振入力となり、減衰の小さな振動を生じさせるためである。従って、第１実施形態は、従来例の第１の課題に対しては十分な改善効果が得られるが、第２の課題に対する改善が不十分であった。これに対し、第２実施形態では、従来例における第１及び第２の課題を同時に解決するものである。

まず、第２実施形態では、式（数２）の慣性体モデルＧ_ｐ０（ｚ）と、数式３の主共振モデルＧ_ｒ０（ｚ）からなる離散時間制御対象モデルＰ_０（ｚ）を次の式（数５）で表す。

このときの離散時間制御対象モデルＰ_０（ｚ）の逆を次の式（数６）で表す。

ここで、ｄｅｎｐｉ（ｚ）、ｎｕｍｐｉ（ｚ）はｚの多項式で、ｄｅｎｐｉｕ（ｚ）はｄｅｎｐｉ（ｚ）の根の中から不安定または共役複素根の中で減衰係数（例えば０．７以下）の小さい根を選び、それらを根とした多項式で、ｄｅｎｐｉｓ（ｚ）は、ｄｅｎｐｉ（ｚ）の根のうちｄｅｎｐｉｕ（ｚ）に選ばれなかった残りの、安定かつ減衰係数の大きい根を根とする多項式である。

この第２実施形態では、前置フィルタ１５（ｄｅｎｐｉｕ（ｚ））を目標位置軌道１０１（ｙ_ｄ）の入力段への前処理に使用したものである。その結果、目標位置軌道１０１から前置フィルタ１５を通過した信号が位置軌道１８として得られる。前置フィルタ１５と逆特性フィルタ１４（Ｐ_０ ^−１（ｚ））の乗算結果は、逆特性フィルタ１４（Ｐ_０ ^−１（ｚ））のもつ不安定または減衰の小さな極を相殺するので、第２の課題である目標加速度軌道１６（ａ_ｃ）の振動を解決することができる。

磁気ディスク装置１００のヘッド位置決め系では、主共振モデルを本発明のように式（数３）と定めた時、ｄｅｎｐｉｓ（ｚ）を比例ゲインだけで表すことが可能になる。このときの変形例を図６のように表す。

図６において、目標加速度軌道２３（ａ_ｃ）の計算は、ＦＩＲフィルタｎｕｍｐｉ（ｚ）から計算され、修正目標位置軌道２４（ｙ_ｃ）の計算は、ＦＩＲフィルタｄｅｎｐｉｕ（ｚ）と時間遅れ要素Ｇ_ｄｌｙ（ｚ）の計算に簡単化される。ｎｕｍｐｉ（ｚ）とｄｅｎｐｉｕ（ｚ）は式（数７）、式（数８）のように表される。

ここで、ｐ_ｒ０、ｐ_ｒ１、ｐ_ｒ２は、共振モデルの周波数と減衰係数から決定する定数で、式（数４）のｄｅｎｒ（ｚ）を式（数９）と置いたときに、式（数１０）との係数比較により求められる。

図７は本発明の第２実施形態のヘッド位置２５（ｙ）の時間応答３０と、修正後の目標位置軌道２４（ｙｃ）の時間応答３１を示す。図８は同じシーク時のヘッド位置２５と目標位置軌道２４の誤差２６（ｙ_ｃｙ）の時間応答波形３３を示す。ヘッド位置２５（ｙ）の時間応答３０は目標軌道３１に追従しているためオーバーシュートなく目標値に到達し、かつ目標加速度軌道２３（ａ_ｃ）の振動が生じないことから滑らかなＶＣＭ電流波形３２が得られている。これより第２実施形態では、従来例の第１の課題１と第２の課題の両方を解決し、高速かつ安定なセトリング応答が得られる。

実際の主共振の周波数やゲインは、温度変動や装置ばらつきにより変動するためモデル化した結果は誤差を含む。しかし少々の変動があってもモデル化してない場合に比較すれば、応答を改善できる。図９は主共振逆モデル１の共振周波数が−５％変動した場合のシーク中のヘッド位置２５（ｙ）の時間波形３４を示す。図１０は主共振逆モデル１の共振周波数が＋５％変動した場合のシーク中のヘッド位置２５（ｙ）の時間波形３７を示す。波形３４と波形３７は、主共振モデルを考慮していない図１４のヘッド位置１０９の時間応答波形１１２に比較すれば良好な応答となっており、主共振モデルの極や零点が精密に一致していなくてもある程度の効果が得られることを示している。

図１１は第２実施形態の制御によるＶＣＭ電流波形３２のパワースペクトル密度３４を示す。本軌道計算方法により主共振モデルの共振周波数４．２ｋＨｚに相当するスペクトルが十分小さくなり、共振の加振力を抑制する効果を有していることがわかる。

上述した実施形態は、シーク制御方式に関し、少ない演算量で目標軌道に正確に追従させ高速、低振動のフィードフォワード補償を実現するものである。特にシーク軌道計算を実時間で少ない演算量で行うことは制御アルゴリズム計算に要するメモリ量の削減やプログラムの高信頼化、また他の演算処理にＣＰＵのリソース提供が可能になる等、高信頼化や低コスト化の利点がある。

さらに、上述した実施形態では、目標位置軌道を与えてフィードフォワード制御によりシーク動作を行わせる磁気ディスク装置において、ヘッドアクチュエータモデルを機構系の主要な共振を含む周波数帯までをモデル化した離散時間制御対象モデルとして定め、その離散時間制御対象モデルの不安定零点、安定限界の零点、および減衰の小さな零点（すなわち共役複素零点において減衰係数が例えば０．７より小さいもの）を抽出し、目標位置軌道に対してそれらの零点をフィルタの零点とするフィルタ処理を行い修正目標位置軌道を生成し、かつ該修正目標位置軌道に対して、離散時間制御対象の逆モデルによるフィルタ処理を行うことでフィードフォワード制御入力を生成する。かかる構成によって、機構振動に起因したセトリング残留振動の励起を抑制し、高速かつ残留振動が小さいセトリング応答を実現可能とする。さらに本演算は目標位置軌道を与えると、加速度フィードフォワードと修正目標位置軌道がＦＩＲ（Finit Impulse Response）フィルタにより演算できるので、演算の安定化と簡単化が図られ、ノイズや演算誤差が入力しても、持続振動が発生しない利点がある。

本発明の第１実施形態の磁気ディスク装置のハードウエアの構成図である。本発明の第１実施形態における制御装置のブロック線図である。本発明の第１実施形態によるシーク時のヘッド位置、修正目標位置軌道、及びＶＣＭ電流の時間応答波形を示す図である。本発明の第１実施形態によるシーク時の修正目標位置軌道とヘッド位置の差分である軌道追従誤差の時間応答を示す図である。本発明の第２実施形態における制御装置のブロック線図である。本発明の第２実施形態の変形例における制御装置のブロック線図である。図５または図６によるシーク時のヘッド位置、修正目標位置軌道、及びＶＣＭ電流の時間応答波形を示す図である。本発明の第２実施形態によるシーク時の修正目標位置軌道とヘッド位置の差分である軌道追従誤差の時間応答を示す図である。本発明の第２実施形態による主共振逆モデルの共振周波数が−５％変動した場合のシーク時のヘッド位置、修正目標位置軌道、及びＶＣＭ電流の時間応答波形を示す図である。本発明の第２実施形態による主共振逆モデルの共振周波数が＋５％変動した場合のシーク時のヘッド位置、修正目標位置軌道、及びＶＣＭ電流の時間応答波形を示す図である。本発明の第２実施形態における電流波形のパワースペクトル密度の特性を示す図である。従来例の磁気ディスク装置における制御装置のブロック線図である。従来例の磁気ディスク装置におけるヘッドアクチュエータの周波数特性及び慣性体モデルの周波数特性を示す図である。従来例の磁気ディスク装置によるシーク時のヘッド位置、修正目標位置軌道、及びＶＣＭ電流の時間応答波形を示す図である。従来例の磁気ディスク装置によるシーク時の修正目標位置軌道とヘッド位置の差分である軌道追従誤差の時間応答を示す図である。

符号の説明

１…主共振逆モデル、２…修正目標加速度軌道、３…ヘッド位置、１０…ヘッド位置の時間応答、１１…修正目標位置軌道の時間応答、１２…ＶＣＭ電流の時間応答波形、６０…磁気ヘッド、６２…ボイスコイルモータ、６３…ピボット軸、６４…磁気ディスク、６５…ばね、６８…スピンドルモータ、６７…キャリッジ、７２…サーボセクタ、７９…マイクロプロセッサ（制御装置）、８４…ヘッド位置信号、１００…磁気ディスク装置、１０１…目標位置軌道、１０２…修正目標位置軌道、１０３…第３の手段、１０４…目標加速度軌道、１０５、１０５Ａ…近似逆モデル、１０６…第５の手段、１０７…制御信号、１０８…ヘッドアクチュエータ特性、１０９…ヘッド位置、１１０、１１１…周波数特性、１１２…時間応答。

Claims

情報を格納する磁気ディスクと、
前記磁気ディスクの情報を読み出しもしくは前記磁気ディスクへ情報の書き込みを行う磁気ヘッドと、
前記磁気ヘッドを支持し当該磁気ヘッドを位置決めするヘッドアクチュエータと、
前記磁気ヘッドが所定位置にあるように制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記磁気ヘッドが読み出した情報からヘッド位置信号を生成する手段と、前記磁気ヘッドの目標位置までの目標位置軌道を生成する手段と、前記目標位置軌道から前記ヘッドアクチュエータの近似逆モデルを用いてフィードフォワード制御入力を生成する手段と、を有する磁気ディスク装置において、
前記フィードフォワード制御入力を生成する手段は、前記ヘッドアクチュエータの近似逆モデルに共振逆モデルを追加して前記ヘッドアクチュエータの機構系の共振を含む周波数帯までモデル化していること、
を特徴とする磁気ディスク装置。
請求項１に記載の磁気ディスク装置において、前記制御装置は、前記磁気ヘッドがアクセス中に他のトラックへアクセスを切り換えるときに、切り換え時点の位置偏差を前記磁気ヘッドの出力を用いて算出する第１の手段と、この位置偏差から前記磁気ヘッドの目標位置軌道を算出する第２の手段と、前記磁気ヘッドを制御する制御系の時間遅れ及び位相遅れを補償するための時間遅れ要素から修正目標位置軌道を算出する第３の手段と、前記目標位置軌道を入力してヘッド支持機構の伝達特性の近似逆モデル及び主共振逆モデルを利用して前記目標加速度軌道を算出する第４の手段と、前記磁気ヘッドのアクセス切り換え後のヘッド位置と前記修正目標位置軌道との差が零となるようにする制御信号を算出する第５の手段と、前記制御信号と前記目標加速度軌道との和によって前記アクチュエータを駆動制御する第６の手段とを備えていること、を特徴とする磁気ディスク装置。
情報を格納する磁気ディスクと、
前記磁気ディスクの情報を読み出しもしくは前記磁気ディスクへ情報の書き込みを行う磁気ヘッドと、
前記磁気ヘッドを支持し当該磁気ヘッドを位置決めするヘッドアクチュエータと、
前記磁気ヘッドが所定位置にあるように制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記磁気ヘッドが読み出した情報からヘッド位置信号を生成する手段と、前記磁気ヘッドの目標位置までの目標位置軌道を生成する手段と、前記目標位置軌道から前記ヘッドアクチュエータの近似逆モデルを用いてフィードフォワード制御入力を生成する手段と、を有する磁気ディスク装置において、
前記ヘッドアクチュエータの近似逆モデルがヘッドアクチュエータを機構系の共振を含む周波数帯までモデル化することにより定められており、
前記制御装置は、前記目標位置軌道の入力段への前処理に使用した前置フィルタと目標位置軌道が前記前置フィルタを通過して得られた位置軌道を処理する前記前置フィルタの逆特性フィルタとを乗算してフィードフォワード制御入力を生成すること、
を特徴とする磁気ディスク装置。
情報を格納する磁気ディスクと、
前記磁気ディスクの情報を読み出しもしくは前記磁気ディスクへ情報の書き込みを行う磁気ヘッドと、
前記磁気ヘッドを支持し当該磁気ヘッドを位置決めするヘッドアクチュエータと、
前記磁気ヘッドが所定位置にあるように制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記磁気ヘッドが読み出した情報からヘッド位置信号を生成する手段と、前記磁気ヘッドの目標位置までの目標位置軌道を生成する手段と、前記目標位置軌道から前記ヘッドアクチュエータの近似逆モデルを用いてフィードフォワード制御入力を生成する手段と、を有する磁気ディスク装置において、
前記ヘッドアクチュエータの近似逆モデルがヘッドアクチュエータを機構系の共振を含む周波数帯までモデル化することにより定められており、
前記制御装置は、前記ヘッドアクチュエータの近似逆モデルの不安定極および減衰の小さな極をフィルタの零点とするフィルタを用いて前記目標位置軌道に対してフィルタ処理を行い修正目標位置軌道を生成する手段と、前記目標位置軌道に対して前記近似逆モデルの零点と概略一致する値をフィルタの零点とするフィルタを用いて前記目標位置軌道に対してフィルタ処理を行いフィードフォワード制御入力を生成する手段とを備えていること、
を特徴とする磁気ディスク装置。
請求項４に記載の磁気ディスク装置において、前記修正目標位置軌道を生成する手段は、
前記ヘッドアクチュエータモデルを機構系の主要な共振を含む周波数帯までをモデル化した離散時間制御対象モデルとして定め、その離散時間制御対象モデルの不安定零点、安定限界の零点、および減衰の小さな零点を抽出し、目標位置軌道に対してそれらの零点をフィルタの零点とするフィルタ処理を行い修正目標位置軌道を生成するものであり、前記フィードフォワード制御入力を生成する手段は、前記修正目標位置軌道に対して、離散時間制御対象の逆モデルによるフィルタ処理を行うことでフィードフォワード制御入力を生成するものであること、を特徴とする磁気ディスク装置。