JP2008052794A - Magnetic disk unit - Google Patents

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Masaki Nagashima
正樹 長島
Kazuaki Usui
和明 薄井
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  • Moving Of The Head To Find And Align With The Track (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic disk unit in which an increase of convergence time is suppressed and desired performance can be exhibited regardless of setting of an initial value. <P>SOLUTION: A circuit to control the position of a magnetic head 5 is a frequency estimator which estimates the frequency of an error signal. The magnetic disk unit includes the frequency estimator which sets an initial value for the beginning, and controls the update value of the frequency to be estimated in such a manner that the convergence rate of the frequency to be estimated with respect to the signal frequency to be removed is constant regardless of the difference between the initial value and the frequency of the signal to be removed included in the error signal, and a disturbance remover which generates and outputs a signal in reverse phase to the signal of the frequency component included in the error signal and estimated by the frequency estimator. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、ハードディスクなどの磁気ディスク装置に関する。   The present invention relates to a magnetic disk device such as a hard disk.

ハードディスク等の磁気ディスク装置では、磁気記録媒体である円盤(ディスク)上に形成された円周状の軌道(トラック)に、データが記録される。そこで、このデータを書き込み、または読み出すため、磁気ヘッドをトラックの位置に移動させる、位置決め制御が必要となる。こうしたヘッドの位置決め機構においては、様々な要因によって生じる周期的な外乱への対策が種々施されている。   In a magnetic disk device such as a hard disk, data is recorded on a circular orbit (track) formed on a disk (disk) that is a magnetic recording medium. Therefore, in order to write or read this data, positioning control for moving the magnetic head to the track position is required. In such a head positioning mechanism, various countermeasures against periodic disturbance caused by various factors are taken.

ところが、これらの外乱には、例えば磁気ディスク装置が外部から受ける振動など、予めその周波数などが特定しにくいものや、周波数が時間的に変動していく外乱もある。一方で、目標となるトラックに対して磁気ヘッドの位置を維持するための追従制御は、幅広い帯域にわたる外乱抑圧を行う目的で設計されている。このため、特定の周波数成分の外乱に対し、その抑圧能力が十分でない場合がある。   However, these disturbances include those in which the frequency or the like is difficult to specify in advance, such as vibration received by the magnetic disk device from the outside, and disturbances in which the frequency varies with time. On the other hand, the follow-up control for maintaining the position of the magnetic head with respect to the target track is designed for the purpose of suppressing disturbance over a wide band. For this reason, there is a case where the suppression capability is not sufficient for the disturbance of a specific frequency component.

近年では、磁気ディスク装置は、携帯型のコンピュータや、携帯電話装置、カーナビゲーションシステムなど幅広い分野に利用されるようになっており、外部的な振動を十分に抑圧する技術が求められている。   In recent years, magnetic disk devices have come to be used in a wide range of fields such as portable computers, mobile phone devices, and car navigation systems, and there is a need for a technique that sufficiently suppresses external vibrations.

そこで、特定の周波数成分の信号を除去する共振フィルタを用い、この共振フィルタの共振周波数を反復的に更新し、外乱の周波数に漸近させ、外乱を除去する方法が、特許文献1に開示されている。また、非特許文献1には、この反復的な更新を行うときに、位置誤差の二乗を最小とするよう更新幅を変更する技術が開示されている。
特開2003−109335号公報 M.Kisaka, "FrequencyChasing Peak Filter", IEE of Japan Technical Meeting Record, No.IIC-04-70, pp.19-23 (2004)
Therefore, Patent Document 1 discloses a method of removing a disturbance by using a resonance filter that removes a signal of a specific frequency component, repetitively updating the resonance frequency of the resonance filter, and gradually approaching the disturbance frequency. Yes. Non-Patent Document 1 discloses a technique of changing the update width so as to minimize the square of the position error when performing this repetitive update.
JP 2003-109335 A M. Kisaka, "FrequencyChasing Peak Filter", IEE of Japan Technical Meeting Record, No.IIC-04-70, pp.19-23 (2004)

この非特許文献1に開示の方法によれば、収束の速度を高めつつ、更新幅を一定とした場合に比し、共振フィルタの共振周波数をより目的の周波数に近接させることができ、外乱抑圧性能を向上できる。しかしながら、非特許文献1に開示の方法でも、推定周波数の初期値が目標の周波数から大きくなるほど、収束時間が大きくなるため、初期値と外乱の関係によっては、収束時間が増大し、所望の性能を発揮できない場合がある。   According to the method disclosed in Non-Patent Document 1, the resonance frequency of the resonance filter can be made closer to the target frequency as compared with the case where the update width is made constant while increasing the speed of convergence. Performance can be improved. However, even with the method disclosed in Non-Patent Document 1, since the convergence time increases as the initial value of the estimated frequency increases from the target frequency, the convergence time increases depending on the relationship between the initial value and the disturbance, and the desired performance is obtained. May not be possible.

本発明は上記実情に鑑みて為されたもので、初期値の設定に関わらず、収束時間の増大を抑制し、所望の性能を発揮できる磁気ディスク装置を提供することを、その目的の一つとする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a magnetic disk device capable of suppressing an increase in convergence time and exhibiting desired performance regardless of the setting of an initial value. To do.

上記従来例の問題点を解決するための本発明は、磁気ディスク装置であって、所定の軌道に沿ってデータが記録されている磁気ディスク媒体と、前記磁気ディスク媒体に対して相対移動し、前記データの書き込み及び読み出しを行う磁気ヘッドと、前記所定軌道に対する前記磁気ヘッドの位置誤差を表わす誤差信号の入力を受け入れ、前記磁気ヘッドが前記所定の軌道上に位置するよう、磁気ヘッドの位置を制御する位置制御回路と、を備え、前記位置制御回路が、前記誤差信号の周波数を推定する周波数推定器であって、当初、初期値を設定するとともに、当該初期値と、前記誤差信号に含まれる除去対象の信号の周波数との差に関わらず、当該除去対象の信号周波数に対する前記推定する周波数の収束率が一定となるよう、前記推定する周波数の更新幅を制御する周波数推定器と、前記誤差信号に含まれる、前記周波数推定器によって推定された周波数成分の信号とは逆相の信号を生成して出力する外乱除去器と、を含む。   The present invention for solving the problems of the above conventional example is a magnetic disk device, wherein a magnetic disk medium in which data is recorded along a predetermined trajectory, and a relative movement with respect to the magnetic disk medium, The magnetic head for writing and reading the data and the input of an error signal indicating the positional error of the magnetic head with respect to the predetermined trajectory are received, and the position of the magnetic head is adjusted so that the magnetic head is positioned on the predetermined trajectory. A position control circuit for controlling, and the position control circuit estimates a frequency of the error signal, and initially sets an initial value and includes the initial value and the error signal. The estimation is performed so that the convergence rate of the estimated frequency with respect to the signal frequency of the removal target is constant regardless of the difference from the frequency of the signal to be removed. A frequency estimator that controls the update width of the wave number, and a disturbance eliminator that generates and outputs a signal having a phase opposite to that of the frequency component estimated by the frequency estimator, included in the error signal. .

本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。本発明の実施の形態に係る磁気ディスク装置は、例えば図1に示すようなハードディスク装置であり、磁気ディスク媒体1と、スピンドルモータ(SPM)2と、磁気ヘッド5と、キャリッジ6と、サスペンション7と、フレキシブルサーキット8と、ヘッド信号増幅器9と、変復調器10と、ボイスコイルモータ(VCM)11と、マイクロプロセッサ(MPU)14と、記憶部16と、ディジタル・アナログ変換回路(D/A変換回路)18と、駆動用アンプ19と、インタフェースコントローラ20と、ホスト側コントローラ21とを含んで構成される。なお、D/A変換回路18、変復調器10、MPU14、記憶部16、インタフェースコントローラ20は、相互にバスライン15を介して接続されている。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The magnetic disk device according to the embodiment of the present invention is a hard disk device as shown in FIG. 1, for example, and includes a magnetic disk medium 1, a spindle motor (SPM) 2, a magnetic head 5, a carriage 6, and a suspension 7. A flexible circuit 8, a head signal amplifier 9, a modem 10, a voice coil motor (VCM) 11, a microprocessor (MPU) 14, a storage unit 16, and a digital / analog conversion circuit (D / A conversion). Circuit) 18, drive amplifier 19, interface controller 20, and host-side controller 21. Note that the D / A conversion circuit 18, the modem 10, the MPU 14, the storage unit 16, and the interface controller 20 are connected to each other via the bus line 15.

磁気ディスク媒体1はSPM2によって回転駆動される。この磁気ディスク媒体1上には、回転中心を中心とした同心円状のトラック3が複数形成されている。本実施の形態では、この同心円状のトラック3によって規定される軌道上にユーザデータが記録される。また、各トラック3上には、磁気ヘッド5の位置を検出するためのサーボセクタ4が記録されている。   The magnetic disk medium 1 is rotationally driven by the SPM 2. On the magnetic disk medium 1, a plurality of concentric tracks 3 centering on the center of rotation are formed. In the present embodiment, user data is recorded on a track defined by the concentric tracks 3. A servo sector 4 for detecting the position of the magnetic head 5 is recorded on each track 3.

サーボセクタ4は、図2に示すように、セクタ先頭を示すマーカ部M、AGC(Automatic Gain Control)部G、トラック番号T、トラック間の位置を検出するためのバースト信号AからDを含んで構成される。磁気ヘッド5が読み取るこのサーボセクタ4の情報に基づいて、SPM2の回転数と1トラックあたりのセクタ数とで定められるサンプリング周期Tsごとに、磁気ディスク媒体1上での磁気ヘッド5の位置が検出できる。   As shown in FIG. 2, the servo sector 4 includes a marker part M indicating the head of the sector, an AGC (Automatic Gain Control) part G, a track number T, and burst signals A to D for detecting the position between the tracks. Is done. Based on the information of the servo sector 4 read by the magnetic head 5, the position of the magnetic head 5 on the magnetic disk medium 1 can be detected at each sampling period Ts determined by the number of rotations of the SPM 2 and the number of sectors per track. .

磁気ヘッド5は、キャリッジ6の先端部に配されたサスペンション7により支持される。磁気ヘッド5が磁気ディスク装置1から読み出した信号は、フレキシブルサーキット8を介してヘッド信号増幅器9に出力される。また、この磁気ヘッド5は、ヘッド信号増幅器9からフレキシブルサーキット8を介して入力される信号に基づき、磁気ディスク媒体に情報を記録する。   The magnetic head 5 is supported by a suspension 7 disposed at the tip of the carriage 6. A signal read from the magnetic disk device 1 by the magnetic head 5 is output to the head signal amplifier 9 via the flexible circuit 8. The magnetic head 5 records information on a magnetic disk medium based on a signal input from the head signal amplifier 9 via the flexible circuit 8.

またキャリッジ6は、VCM11により、ピボットを軸として回転駆動される。これにより、キャリッジ6の先端部に設けられた磁気ヘッド5が、磁気ディスク媒体1に対して相対移動し、前記データの書き込み及び読み出しを行うこととなる。   The carriage 6 is driven to rotate about the pivot by the VCM 11. As a result, the magnetic head 5 provided at the tip of the carriage 6 moves relative to the magnetic disk medium 1 to write and read the data.

ヘッド信号増幅器9は、磁気ヘッド5が読み出した信号を増幅して、変復調器10に出力する。またこのヘッド信号増幅器9は、変復調器10が出力する信号を増幅して、磁気ヘッド5に出力する。   The head signal amplifier 9 amplifies the signal read by the magnetic head 5 and outputs the amplified signal to the modem 10. The head signal amplifier 9 amplifies the signal output from the modem 10 and outputs the amplified signal to the magnetic head 5.

変復調器10は、アナログ・ディジタル変換回路(A/D変換回路)を備えており、ヘッド信号増幅器9が出力する信号をディジタル信号に変換して復調し、復調の結果をMPU14に出力する。また、この変復調器10は、ディジタル・アナログ変換回路(D/A変換回路)を備えており、MPU14が出力する、記録の対象となるデータを変調し、さらにアナログ信号に変換して、ヘッド信号増幅器9に出力する。   The modem 10 includes an analog / digital conversion circuit (A / D conversion circuit), converts the signal output from the head signal amplifier 9 into a digital signal, demodulates it, and outputs the demodulation result to the MPU 14. The modulator / demodulator 10 includes a digital / analog conversion circuit (D / A conversion circuit), modulates data to be recorded output from the MPU 14, further converts the data into an analog signal, and outputs a head signal. Output to the amplifier 9.

VCM11は、MPU14から入力されるVCM駆動信号により制御される。MPU14は、このVCM11の制御により、磁気ヘッド5を、読み出しや記録の対象となるトラックの位置に移動し、また、当該トラックに磁気ヘッド5を追従させる制御を行う。このMPU14が出力するVCM駆動信号は、D/A変換回路18でアナログ信号に変換され、駆動用アンプ19によって増幅されてVCM11に出力されることとなる。   The VCM 11 is controlled by a VCM drive signal input from the MPU 14. The MPU 14 controls the VCM 11 to move the magnetic head 5 to the position of a track to be read or recorded, and to make the magnetic head 5 follow the track. The VCM drive signal output from the MPU 14 is converted into an analog signal by the D / A conversion circuit 18, amplified by the drive amplifier 19, and output to the VCM 11.

MPU14は、記憶部16に格納されたプログラムに従って動作する。記憶部16は、RAM(Random Access Memory)16aと、ROM(Read Only Memory)16bとを含んで構成される。ここでRAM16aは、MPU14のワークメモリとしても動作する。また、ROM16bは、MPU14が実行するプログラムなどを格納する。具体的な例として、このMPU14は、ホスト側から入力される読み出しや書き込みの指示に従って、VCM11を制御し、磁気ヘッド5を所望のトラックへ移動させた上で、データの読み出しや書き込みの制御を行う。このVCM11の制御の処理については、後に詳しく述べる。   The MPU 14 operates according to a program stored in the storage unit 16. The storage unit 16 includes a RAM (Random Access Memory) 16a and a ROM (Read Only Memory) 16b. Here, the RAM 16 a also operates as a work memory of the MPU 14. The ROM 16b stores a program executed by the MPU 14 and the like. As a specific example, the MPU 14 controls the VCM 11 in accordance with a read or write instruction input from the host side, moves the magnetic head 5 to a desired track, and controls data read or write. Do. The process of controlling the VCM 11 will be described in detail later.

インタフェースコントローラ20は、磁気ディスク媒体1から読み出されたデータの入力を、MPU14から受けて、ホスト側コントローラ21に出力する。また、このインタフェースコントローラ20は、ホスト側コントローラ21が出力するデータや、読み出しや書き込みの指示などを、MPU14へ出力する。   The interface controller 20 receives data read from the magnetic disk medium 1 from the MPU 14 and outputs the data to the host-side controller 21. Further, the interface controller 20 outputs data output from the host-side controller 21 and instructions for reading and writing to the MPU 14.

ホスト側コントローラ21は、パーソナルコンピュータ等のホスト側装置に接続される。このホスト側コントローラ21は、インタフェースコントローラ20が出力するデータを、ホスト側装置へ出力する。また、ホスト側装置から入力されるデータや、指示をインタフェースコントローラ20へ出力する。   The host-side controller 21 is connected to a host-side device such as a personal computer. The host-side controller 21 outputs data output from the interface controller 20 to the host-side device. Further, data and instructions input from the host side device are output to the interface controller 20.

ここでMPU14によるVCM11の制御の処理について述べる。本実施の形態のMPU14が実行するVCM11の制御の処理は、機能的には図3に示すように、追従制御補償器22と、周期的外乱除去器23と、第1加算器24と、第2加算器25とを含んで構成される。また周期的外乱除去器23は、周波数発生器31と、周波数更新器32と、フィルタ33とを含んで構成される。   Here, a process of controlling the VCM 11 by the MPU 14 will be described. Functionally, the control process of the VCM 11 executed by the MPU 14 of the present embodiment includes a follow-up control compensator 22, a periodic disturbance remover 23, a first adder 24, and a first adder 24, as shown in FIG. 2 adder 25. The periodic disturbance remover 23 includes a frequency generator 31, a frequency updater 32, and a filter 33.

追従制御補償器22は、磁気ヘッド5の所望の位置と実際の位置との差である位置誤差信号PESの入力を受けて、比較的広い帯域に亘る位置誤差成分を抑制し、制御系全体を安定化する制御信号を生成する。この追従制御補償器22は、位置誤差の非周期的成分を抑制する回路として広く知られている回路を用いることができるので、その詳しい説明を省略する。   The tracking control compensator 22 receives a position error signal PES, which is the difference between the desired position and the actual position of the magnetic head 5, and suppresses the position error component over a relatively wide band, thereby controlling the entire control system. Generate a control signal to stabilize. The follow-up control compensator 22 can use a circuit that is widely known as a circuit that suppresses the non-periodic component of the position error, and thus detailed description thereof is omitted.

周期的外乱除去器23は、追従制御補償器22と同様に、所望の位置と実際の位置との差である位置誤差信号PESの入力を受けて、そのフィルタ33と周波数発生器31とに出力する。ここで周波数発生器31は、予め定められた内部モデル(インターナルモデル)の状態変数を、位置誤差信号PESに基づいて更新し、出力する。   Similar to the follow-up control compensator 22, the periodic disturbance remover 23 receives a position error signal PES that is a difference between a desired position and an actual position, and outputs it to the filter 33 and the frequency generator 31. To do. Here, the frequency generator 31 updates and outputs a state variable of a predetermined internal model (internal model) based on the position error signal PES.

周波数更新器32は、周波数発生器31が出力する状態変数と、位置誤差信号PESとに基づいて周波数の更新信号ω(k)を出力する。フィルタ33は、指定された周波数の成分の信号を生成する共振フィルタ(ピークフィルタ)であり、ここでは周波数更新器32が出力する更新信号ω(k)に基づき、位置誤差信号PESのうち、ω(k)の周波数成分を増幅した信号を出力する。このフィルタ33では、位置誤差信号PESのうち、ω(k)の周波数成分とは逆相の信号を生成して出力する。この信号は磁気ヘッド5の先端部にて外乱(磁気ヘッド5の先端の位置に影響を与える物理的外力)とキャンセルしあう力を生じさせる信号となる。   The frequency updater 32 outputs a frequency update signal ω (k) based on the state variable output from the frequency generator 31 and the position error signal PES. The filter 33 is a resonance filter (peak filter) that generates a signal having a specified frequency component. Here, based on the update signal ω (k) output from the frequency updater 32, the position error signal PES includes ω. A signal obtained by amplifying the frequency component of (k) is output. The filter 33 generates and outputs a signal having a phase opposite to the frequency component of ω (k) in the position error signal PES. This signal is a signal that generates a canceling force and a disturbance (physical external force that affects the position of the tip of the magnetic head 5) at the tip of the magnetic head 5.

ここで周波数発生器31が用いるインターナルモデルの状態変数を外乱除去信号として用いることも可能である。しかし本実施の形態では、これとは異なる回路として、外乱除去信号を生成する回路(フィルタ33)を設けている。これにより、推定周波数の収束速度を低下させることなく、制御系の安定を図ることができる。   Here, the state variable of the internal model used by the frequency generator 31 can be used as the disturbance removal signal. However, in the present embodiment, a circuit (filter 33) that generates a disturbance removal signal is provided as a circuit different from this. Thereby, it is possible to stabilize the control system without reducing the convergence speed of the estimated frequency.

第1加算器24は、指定された位置を表わす参照位置信号Rから、磁気ヘッド5が検出した実際のヘッド位置の信号を差し引いて、位置誤差信号PESを出力する。   The first adder 24 subtracts the actual head position signal detected by the magnetic head 5 from the reference position signal R representing the designated position, and outputs a position error signal PES.

第2加算器25は、追従制御補償器22の出力信号と、周期的外乱除去器23のフィルタ33が出力した信号とを加算し、さらに磁気ヘッド5を所望の位置へ移動させるための信号を加算して、磁気ヘッド5の位置を制御するためのVCM駆動信号として出力する。ここで追従制御補償器22の出力信号が、磁気ヘッド5を所望の位置へ移動させるための信号であり、フィルタ33が出力する信号が、磁気ヘッド5の先端位置に対する外乱の影響をキャンセルするための信号となる。   The second adder 25 adds the output signal of the tracking control compensator 22 and the signal output from the filter 33 of the periodic disturbance remover 23, and further outputs a signal for moving the magnetic head 5 to a desired position. These are added and output as a VCM drive signal for controlling the position of the magnetic head 5. Here, the output signal of the tracking control compensator 22 is a signal for moving the magnetic head 5 to a desired position, and the signal output by the filter 33 is for canceling the influence of disturbance on the tip position of the magnetic head 5. Signal.

次に、周期的外乱除去器23のより詳しい動作を述べる。ここでは連続系(観測により得られる値が、時間的に連続的に観測された値である系)における動作を仮定してまず説明する。   Next, a more detailed operation of the periodic disturbance remover 23 will be described. Here, description will be given first assuming an operation in a continuous system (a system in which values obtained by observation are values observed continuously in time).

すなわち、周波数発生器31におけるインターナルモデルの演算式は、任意のゲインKf、インターナルモデルの周波数ωを用いて、時間について一階の微分方程式として、

Figure 2008052794
と表すことができる。 That is, the arithmetic expression of the internal model in the frequency generator 31 is expressed as a first-order differential equation with respect to time using an arbitrary gain Kf and the frequency ω of the internal model.
Figure 2008052794
It can be expressed as.

いま、未知の外乱が単一正弦波であり、他の外乱とノイズとを無視できると仮定して、外乱の角速度をωc として、入力信号を
e(t) = A sin(ωc t)
と表すとすると、状態変数x1(t)、x2(t)は、周波数ωにおけるこのシステムの振幅と位相とをそれぞれB、θとして、

Figure 2008052794
と選択できる。つまり、これらの状態変数は推定された外乱の成分と、その時間微分となる。このインターナルモデルは、L.J.Brown, Q.Zhang, "Periodic disturbance cancellation with uncertain frequency," Automatica, Vol.40, No.4, pp. 631-637, 2004 などで提案されているものである。 Assuming that the unknown disturbance is a single sine wave and other disturbances and noise can be ignored, the angular velocity of the disturbance is ωc and the input signal is
e (t) = A sin (ωc t)
State variables x1 (t) and x2 (t) are the system amplitude and phase at frequency ω, respectively, as B and θ, respectively.
Figure 2008052794
Can be selected. That is, these state variables are the estimated disturbance components and their time derivatives. This internal model is proposed by LJBrown, Q. Zhang, “Periodic disturbance cancellation with uncertain frequency,” Automatica, Vol. 40, No. 4, pp. 631-637, 2004, and the like.

ここから、状態変数x1(t)、x2(t)と周波数ωとの関係を、

Figure 2008052794
すなわち、
Figure 2008052794
と表すことができる。このようにして外乱と、その周波数との関係が得られる。 From here, the relationship between the state variables x1 (t) and x2 (t) and the frequency ω
Figure 2008052794
That is,
Figure 2008052794
It can be expressed as. In this way, the relationship between the disturbance and its frequency is obtained.

ここでωcが未知であるので、このωcが、現在の周波数ωに十分近接していると仮定して近似値

Figure 2008052794

Figure 2008052794
として求める。この(5)式は、アークタンジェントの微分
Figure 2008052794
から求められる。ここで、
Figure 2008052794
とωとの差をεとすると、このεは(1)式を用いて、
Figure 2008052794
と表すことができる。すなわち、本実施の形態では推定誤差が、外乱周波数の推定値とインターナルモデルの状態変数及び位置誤差信号によって表される。 Since ωc is unknown here, it is assumed that ωc is sufficiently close to the current frequency ω.
Figure 2008052794
The
Figure 2008052794
Asking. This equation (5) is the arctangent derivative
Figure 2008052794
It is requested from. here,
Figure 2008052794
If ε is the difference between ω and ω, this ε is calculated using equation (1):
Figure 2008052794
It can be expressed as. That is, in this embodiment, the estimation error is represented by the estimated value of the disturbance frequency, the state variable of the internal model, and the position error signal.

理想的な条件の下であれば、この誤差εと現在の周波数ωとから直ちに

Figure 2008052794
を求めることが可能であるが、現実には、系には様々なノイズがあって、
Figure 2008052794
を求めるだけでは意味がない。また、
Figure 2008052794
は、ωcの近似値であるので、真の周波数ωcを求めるためには、
Figure 2008052794
を時間積分して求めることとする。ここでKeは、収束の速度を定める任意の係数である。この時間積分により、ω=ωcの平衡点が求められる。 Under ideal conditions, immediately from this error ε and the current frequency ω
Figure 2008052794
In reality, there are various noises in the system,
Figure 2008052794
It doesn't make sense to just ask. Also,
Figure 2008052794
Is an approximate value of ωc, so to find the true frequency ωc,
Figure 2008052794
Is obtained by time integration. Here, Ke is an arbitrary coefficient that determines the speed of convergence. By this time integration, an equilibrium point of ω = ωc is obtained.

安定な閉ループ系において、(7)式で表される周波数の変化が、制御の対象の動的な挙動に対して十分遅い場合、つまりKeが十分に小さく、またωの初期値がωcに十分近い(局所的)である場合、平衡点においてωが安定なことと指数関数的に収束することとが証明されている。   In a stable closed-loop system, when the change in frequency expressed by the equation (7) is sufficiently slow with respect to the dynamic behavior of the object to be controlled, that is, Ke is sufficiently small, and the initial value of ω is sufficient for ωc. When close (local), it is proved that ω is stable at the equilibrium point and converges exponentially.

このように本実施の形態では、外乱周波数そのものを、状態空間において近似的に求めて、この近似による誤差とその他の誤差とを上記時間積分を行う積分器によってゼロに収束させるものであり、従来のように位置決め誤差を最小とすることで間接的に、外乱の周波数を推定するものとは異なる。   As described above, in this embodiment, the disturbance frequency itself is approximately obtained in the state space, and the error due to this approximation and other errors are converged to zero by the integrator that performs the time integration described above. Thus, it is different from the one that estimates the frequency of the disturbance indirectly by minimizing the positioning error.

なお、(7)式はω=ωcだけでなく、ω=−ωcと、ω=0とにおいて平衡点を持つが、
cos(−ωt)=cos(ωt)
であるから、ω=−ωcの平衡点は、ω=ωcの平衡点と等価である。また、ωが、ω=0の平衡点に収束したときには、ωをゼロ以外の値に初期化することとすればよい。
The equation (7) has an equilibrium point not only at ω = ωc but also at ω = −ωc and ω = 0.
cos (−ωt) = cos (ωt)
Therefore, the equilibrium point of ω = −ωc is equivalent to the equilibrium point of ω = ωc. Further, when ω converges to the equilibrium point of ω = 0, ω may be initialized to a value other than zero.

次に、以上の演算を離散系であるディジタルコントローラによって処理するために、一定のサンプル周期Tで離散化した演算を示す。この場合、(1)式に対応する差分方程式が、

Figure 2008052794
であり、その係数は
Figure 2008052794
と求めることができる。 Next, in order to process the above operation by a digital controller which is a discrete system, an operation which is discretized at a constant sampling period T will be shown. In this case, the difference equation corresponding to equation (1) is
Figure 2008052794
And its coefficient is
Figure 2008052794
It can be asked.

また、(7)式の周波数更新の微分方程式は、オイラーの式を用いて、

Figure 2008052794
と、近似できる。 In addition, the differential equation for frequency update in equation (7) is expressed using Euler's equation,
Figure 2008052794
And can be approximated.

なお、MPU14では、有限語長にて演算を行うので、各変数の桁落ちを可能な限り低減するようにしてもよい。つまり演算の回数を低減するため、ω(k)x1(k)を、新たにx1(k)と再定義し、KeとKfの積の値をKeと再定義して、KeをKfから独立させると、インターナルモデルの状態方程式と周波数更新の微分方程式とは、それぞれ、

Figure 2008052794
となる。 Note that the MPU 14 performs the calculation with a finite word length, and therefore, the carryover of each variable may be reduced as much as possible. That is, in order to reduce the number of operations, ω (k) x1 (k) is newly redefined as x1 (k), the value of the product of Ke and Kf is redefined as Ke, and Ke is independent from Kf. Then, the state equation of the internal model and the differential equation of the frequency update are
Figure 2008052794
It becomes.

また、(8)式の伝達関数を求めると、

Figure 2008052794
となり、これにより、
Figure 2008052794
として、x1(k)と、x2(k)とに関する独立した差分式を得ることができる。 Further, when the transfer function of equation (8) is obtained,
Figure 2008052794
And this
Figure 2008052794
As a result, an independent difference equation for x1 (k) and x2 (k) can be obtained.

フィルタ33の伝達関数は、

Figure 2008052794
と表わすことができる。ここでは、インターナルモデルの出力x2(k)をそのまま外乱除去信号として用いるのではなく、フィルタ33を介して外乱除去を行わせている。このことで、(14)式の分子(安定性に寄与する因子)を、好適な状態に定めることができる。すなわち周波数更新のためのゲインKeと、系の安定性のための係数b1,b2,b0をそれぞれ独立に設計できる。このように調整パラメータを増加させることで、系全体の安定性を確保しつつ周波数更新の効率化を図ることが可能となる。 The transfer function of the filter 33 is
Figure 2008052794
Can be expressed as Here, the output x2 (k) of the internal model is not used as it is as a disturbance removal signal, but disturbance removal is performed via the filter 33. By this, the molecule | numerator (factor which contributes to stability) of (14) Formula can be defined in a suitable state. That is, the gain Ke for updating the frequency and the coefficients b1, b2, b0 for system stability can be designed independently. By increasing the adjustment parameters in this way, it is possible to increase the efficiency of frequency update while ensuring the stability of the entire system.

本実施の形態によると、磁気ヘッド5が磁気ディスク媒体1から読み取ったサーボ信号を用い、磁気ヘッド5の位置決めに作用する外乱を、周波数発生器31と周波数更新器32とにより推定する。この推定はインターナルモデルにより行われ、周波数発生器31は、前回推定した外乱と、その時間差分を表す差分方程式により推定値の更新を行う。なお、周波数更新器32には当初、外乱周波数の推定値の初期値を設定しておく。   According to the present embodiment, the frequency generator 31 and the frequency updater 32 estimate the disturbance acting on the positioning of the magnetic head 5 using the servo signal read from the magnetic disk medium 1 by the magnetic head 5. This estimation is performed by an internal model, and the frequency generator 31 updates the estimated value using the previously estimated disturbance and a difference equation representing the time difference. The frequency updater 32 is initially set with an initial value of the estimated disturbance frequency.

そして、周波数更新器32が、当該推定された外乱及びその周波数に基づいて、推定値と本来除去するべき周波数との誤差(近似誤差)を算出し、その算出した近似誤差に比例した量だけ周波数値を更新する。なお、更新後の周波数が「0」となってしまったときには、周波数更新器32は、出力する周波数の値をゼロ以外の所定の値にセットし直す。   Then, the frequency updater 32 calculates an error (approximation error) between the estimated value and the frequency to be originally removed based on the estimated disturbance and the frequency, and the frequency is increased by an amount proportional to the calculated approximation error. Update the value. When the updated frequency becomes “0”, the frequency updater 32 resets the output frequency value to a predetermined value other than zero.

フィルタ33は、周波数更新器32が出力する周波数の信号を中心周波数として、当該中心周波数成分の信号を位置誤差信号PESから抽出し、増幅した信号を生成する。この信号は、第2加算器25にて、追従制御補償器22の出力信号と加算され、磁気ヘッド5の位置を制御するためのVCM駆動信号として出力されることとなる。   The filter 33 extracts the signal of the center frequency component from the position error signal PES with the frequency signal output from the frequency updater 32 as the center frequency, and generates an amplified signal. This signal is added to the output signal of the follow-up control compensator 22 by the second adder 25 and is output as a VCM drive signal for controlling the position of the magnetic head 5.

このような更新方法では、また、周波数推定器32に対して当初設定された初期値と、誤差信号に含まれる除去対象の信号の周波数との差に関わらず、当該除去対象の信号周波数に対する前記推定する周波数の収束率が一定となるよう、推定する周波数の更新幅が制御される。   In such an update method, the initial value initially set for the frequency estimator 32 and the frequency of the signal to be removed included in the error signal, regardless of the difference between the frequency of the signal to be removed. The update width of the estimated frequency is controlled so that the convergence rate of the estimated frequency is constant.

このように本実施の形態によると、初期値の設定に関わらず、一定の収束率を保証でき、収束時間の増大を抑制し、所望の性能を発揮できる。   As described above, according to the present embodiment, it is possible to guarantee a constant convergence rate regardless of the setting of the initial value, suppress an increase in convergence time, and exhibit desired performance.

以上のように構成した本実施の形態の磁気ディスク装置において、300Hzと、400Hzの周波数の外乱を加えた場合の実験例について述べる。なお、推定周波数の初期値として、推定周波数ωは、150Hzであるとする。比較のため、本実施の形態の構成を用いずに、位置決め誤差を最小とすることで間接的に、外乱の周波数を推定する方式を採用した例を併せて示す。まず、本実施の形態の構成を用いない場合の周波数の更新の状況と、位置誤差信号の収束の状況とを図4に示す。   In the magnetic disk device of the present embodiment configured as described above, an experimental example in the case where disturbances with frequencies of 300 Hz and 400 Hz are applied will be described. It is assumed that the estimated frequency ω is 150 Hz as an initial value of the estimated frequency. For comparison, an example in which a method of estimating the frequency of the disturbance indirectly by minimizing the positioning error without using the configuration of the present embodiment is also shown. First, FIG. 4 shows a frequency update situation and a position error signal convergence situation when the configuration of the present embodiment is not used.

図4には、本実施の形態の構成を用いない場合は、初期値と、除去するべき信号の周波数との差が大きいほど、収束時間が大きくなり、また、収束率が減少していることが示されている。   In FIG. 4, when the configuration of the present embodiment is not used, the convergence time increases and the convergence rate decreases as the difference between the initial value and the frequency of the signal to be removed increases. It is shown.

また、本実施の形態の構成を用いた場合の、周波数の更新状況と、位置誤差信号の収束率とを図5に示す。図5から明らかなように本実施の形態の構成では、外乱周波数と初期値との差にかかわらず、推定周波数の収束率(収束時間)と、位置誤差信号の収束率がいずれも一定となっている。   FIG. 5 shows the frequency update status and the convergence rate of the position error signal when the configuration of the present embodiment is used. As apparent from FIG. 5, in the configuration of the present embodiment, the convergence rate (convergence time) of the estimated frequency and the convergence rate of the position error signal are both constant regardless of the difference between the disturbance frequency and the initial value. ing.

また、図6には、図4,5に示した推定周波数を、外乱周波数と推定周波数の初期値との差で規格化したグラフを示す。この図6からも明らかなように、本実施の形態の手法を用いない場合は、外乱周波数と初期値として設定した周波数との差が大きくなるにつれて収束が緩慢となるが、本実施の形態の手法を用いると、外乱周波数と初期値との差にかかわらず、略同じ軌道で収束している。   FIG. 6 shows a graph in which the estimated frequency shown in FIGS. 4 and 5 is normalized by the difference between the disturbance frequency and the initial value of the estimated frequency. As is clear from FIG. 6, when the method of the present embodiment is not used, convergence becomes slower as the difference between the disturbance frequency and the frequency set as the initial value increases. When the method is used, it converges in substantially the same orbit regardless of the difference between the disturbance frequency and the initial value.

本発明の実施の形態に係るディスク装置の構成例を表す概要図である。It is a schematic diagram showing the example of composition of the disk unit concerning an embodiment of the invention. 本発明の実施の形態に係るディスク装置に記録されたサーボ信号の例を表す説明図である。It is explanatory drawing showing the example of the servo signal recorded on the disc apparatus concerning embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係るディスク装置の磁気ヘッドの位置決めを行う構成例を表す機能ブロック図である。It is a functional block diagram showing the structural example which positions the magnetic head of the disk apparatus based on embodiment of this invention. 本発明の実施例に係るディスク装置との比較に係る、本実施の形態の構成を有しない磁気ディスクの動作例を表す説明図である。It is explanatory drawing showing the operation example of the magnetic disk which does not have the structure of this Embodiment based on a comparison with the disk apparatus based on the Example of this invention. 本発明の実施例に係るディスク装置の動作例を表す説明図である。It is explanatory drawing showing the operation example of the disc apparatus which concerns on the Example of this invention. 本発明の実施例に係るディスク装置の別の動作例を表す説明図である。It is explanatory drawing showing another example of operation | movement of the disc apparatus based on the Example of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 磁気ディスク媒体、2 スピンドルモータ、5 磁気ヘッド、6 キャリッジ、7 サスペンション、8 フレキシブルサーキット、9 ヘッド信号増幅器、10 変復調器、11 ボイスコイルモータ、14 マイクロプロセッサ、15 バスライン、16 記憶部、18 ディジタル・アナログ変換回路、19 駆動用アンプ、20 インタフェースコントローラ、21 ホスト側コントローラ、22 追従制御補償器、23 周期的外乱除去器、24,25 加算器、31 周波数発生器、32 周波数更新器、33 フィルタ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Magnetic disk medium, 2 Spindle motor, 5 Magnetic head, 6 Carriage, 7 Suspension, 8 Flexible circuit, 9 Head signal amplifier, 10 Modem / Demodulator, 11 Voice coil motor, 14 Microprocessor, 15 Bus line, 16 Memory | storage part, 18 Digital / analog conversion circuit, 19 driving amplifier, 20 interface controller, 21 host side controller, 22 tracking control compensator, 23 periodic disturbance remover, 24, 25 adder, 31 frequency generator, 32 frequency updater, 33 filter.

Claims (3)

所定の軌道に沿ってデータが記録されている磁気ディスク媒体と、
前記磁気ディスク媒体に対して相対移動し、前記データの書き込み及び読み出しを行う磁気ヘッドと、
前記所定軌道に対する前記磁気ヘッドの位置誤差を表わす誤差信号の入力を受け入れ、前記磁気ヘッドが前記所定の軌道上に位置するよう、磁気ヘッドの位置を制御する位置制御回路と、を備え、
前記位置制御回路が、
前記誤差信号に含まれる外乱の周波数の推定値を生成する周波数推定器であって、外乱の周波数に対する前記推定値と、当該推定値の時間変化量とを用い、前記推定値を更新しつつ出力する周波数推定器と、
前記誤差信号に含まれる、前記周波数推定器によって推定された周波数成分の信号とは逆相の信号を生成して出力する外乱除去器と、
を含むことを特徴とする磁気ディスク装置。
A magnetic disk medium in which data is recorded along a predetermined trajectory;
A magnetic head that moves relative to the magnetic disk medium and writes and reads the data;
A position control circuit that receives an input of an error signal representing a position error of the magnetic head with respect to the predetermined trajectory, and controls the position of the magnetic head so that the magnetic head is positioned on the predetermined trajectory;
The position control circuit is
A frequency estimator that generates an estimated value of a disturbance frequency included in the error signal, and outputs the estimated value while updating the estimated value using the estimated value with respect to the frequency of the disturbance and a time change amount of the estimated value. A frequency estimator to
A disturbance remover for generating and outputting a signal having a phase opposite to that of the frequency component signal estimated by the frequency estimator, included in the error signal;
A magnetic disk drive comprising:
請求項1に記載の磁気ディスク装置において、
前記外乱除去器は、前記周波数推定器における演算とは異なる回路により、外乱除去信号を生成し、当該生成された外乱除去信号に基づいて、前記誤差信号に含まれる、前記周波数推定器によって推定された周波数成分の信号とは逆相の信号を生成して出力することを特徴とする磁気ディスク装置。
The magnetic disk device according to claim 1,
The disturbance remover generates a disturbance removal signal by a circuit different from the operation in the frequency estimator, and is estimated by the frequency estimator included in the error signal based on the generated disturbance removal signal. A magnetic disk drive characterized by generating and outputting a signal having a phase opposite to that of the signal of the frequency component.
所定の軌道に沿ってデータが記録されている磁気ディスク媒体と、
前記磁気ディスク媒体に対して相対移動し、前記データの書き込み及び読み出しを行う磁気ヘッドと、
前記所定軌道に対する前記磁気ヘッドの位置誤差を表わす誤差信号の入力を受け入れ、前記磁気ヘッドが前記所定の軌道上に位置するよう、磁気ヘッドの位置を制御する位置制御回路と、を備え、
前記位置制御回路が、
前記誤差信号の周波数を推定する周波数推定器であって、当初、初期値を設定するとともに、当該初期値と、前記誤差信号に含まれる除去対象の信号の周波数との差に関わらず、当該除去対象の信号周波数に対する前記推定する周波数の収束率が一定となるよう、前記推定する周波数の更新幅を制御する周波数推定器と、
前記誤差信号に含まれる、前記周波数推定器によって推定された周波数成分の信号とは逆相の信号を生成して出力する外乱除去器と、
を含むことを特徴とする磁気ディスク装置。
A magnetic disk medium in which data is recorded along a predetermined trajectory;
A magnetic head that moves relative to the magnetic disk medium and writes and reads the data;
A position control circuit that receives an input of an error signal representing a position error of the magnetic head with respect to the predetermined trajectory, and controls the position of the magnetic head so that the magnetic head is positioned on the predetermined trajectory;
The position control circuit is
A frequency estimator for estimating a frequency of the error signal, initially setting an initial value and removing the signal regardless of a difference between the initial value and a frequency of a signal to be removed included in the error signal. A frequency estimator for controlling an update width of the estimated frequency so that a convergence rate of the estimated frequency with respect to a target signal frequency is constant;
A disturbance remover for generating and outputting a signal having a phase opposite to that of the frequency component signal estimated by the frequency estimator, included in the error signal;
A magnetic disk drive comprising:
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101120843B1 (en) 2007-10-30 2012-03-16 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼 Disk device

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