JP2011198458A - モータ制御方法及び装置、並びにこれを適用したディスク・ドライブ及び記録媒体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】モータ制御方法は、モータ制御システムに適用される外乱(disturbance)の状態に従って、モータ制御システムでの周波数応答特性の周波数帯域幅を変更する段階と、モータ制御システムに変更された周波数帯域幅を適用し、モータの回転速度を制御する段階とを有する。
【選択図】図9
Description
データ保存装置の一つであるディスク・ドライブは、スピンドルモータを利用してディスクを回転させ、ヘッドを利用して、ディスクにデータを書き込んだり、またはディスクからデータを読み取ったりする。ディスク・ドライブでのスピンドルモータの制御性能は、ディスク・ドライブのデータリード(data reading)またはデータライト(data writing)の性能に影響を及ぼす。これにより、スピンドルモータ制御性能を向上させる研究が必要になってきているという問題がある。
また、本発明の他の目的は、システムに適用される外乱の状態を考慮し、適応的にモータを制御するモータ制御装置を提供することにある。
また、本発明のさらに他の目的は、システムに適用される外乱の状態を考慮し、適応的にモータを制御するモータ制御方法を遂行するプログラムコードが記録された記録媒体を提供することにある。
ROM120には、データ保存装置を動作させるのに必要なプログラムコード及びデータらが保存されている。
RAM130には、プロセッサ110の制御によって、ROM120、またはメディア150に保存されたプログラムコード及びデータがローディングされる。
メディア150は、データ保存装置の主記録媒体であり、ディスクを含むことができる。データ保存装置は、ディスク・ドライブを含むことができ、ディスク・ドライブでのディスク及びヘッドが含まれたヘッドディスク・アセンブリ100の細部構成を図3に示した。
図5を参照し、ランプローディング/アンローディング方式について説明する。
図5において、点線矢印の方向は、ヘッド16のアンローディング方向を、実線矢印の方向は、ヘッド16のローディング方向を示す。
図2に示すように、ハードディスク・ドライブ(HDD)のメディア150には、複数のコード・オブジェクト1〜N(CODE OBJECT 1〜N)が保存されている。
ROM120には、ブートイメージ(BOOT IMAGE)及び圧縮されたRTOSイメージ(PACKED RTOS IMAGE)が保存されている。
もちろん、図9〜図11のフローチャートを実行させるためのコード・オブジェクトをHDDメディア150であるディスクの代わりに、ROM120に保存することもできる。そして、MP3プレーヤ機能、ナビゲーション機能、ビデオゲーム機能などの多様な機能を遂行するコード・オブジェクトも、ディスクに保存されうる。
細部的には、RTOS110Aは、ディスク・ドライブのブーティング過程で、ディスク・ドライブ制御に必要なコード・オブジェクトを、RAM130にローディングさせる。従って、ブーティング過程を実行した後、RAM130にローディングされたコード・オブジェクトを利用し、ディスク・ドライブを動作させることができる。
MH110−3は、ROM120及びRAM130にデータを書き込んだり、ROM120及びRAM130からデータを読み取ったりする処理を行う。
CCM110−4は、データリード/ライトのための信号処理を行うのに必要なチャネル制御を行い、SCM110−5は、データリード/ライトを遂行するために、ヘッドディスク・アセンブリを含むサーボ制御を行う。
図4に示すように、本発明の一実施形態によるディスク・ドライブは、プリアンプ410、リード/ライト(R/W)・チャネル420、コントローラ430、ボイスコイル・モータ(VCM)駆動部440、スピンドルモータ(SPM)駆動部450、衝撃検出部470、ROM120、RAM130及びホストI/F160を具備する。
コントローラ430は、スピンドルモータ(SPM)14を駆動させるための駆動電流を供給するSPM駆動部450にさらに接続されている。コントローラ430は、電源が供給されれば、スピンドルモータ14を目標速度で回転させるために、SPM駆動部450に制御信号を供給する。
データ読み取り(read)モードで、ディスク・ドライブは、ディスク12からヘッド16によって感知された電気的な信号を、プリアンプ410で増幅させる。その後、R/Wチャネル420で、信号の大きさによって、ゲインを自動的に可変させる自動ゲイン制御回路(図示せず)によって、プリアンプ410から出力される信号を増幅させ、これをデジタル信号に変換させた後、復号処理してデータを検出する。検出されたデータは、コントローラ430で、一例として、エラー訂正コードであるリードソロモンコードを利用したエラー訂正処理を実行した後、ストリームデータに変換し、ホストI/F160を介してホスト機器に伝送する。
説明の便宜のために、モータ制御方法を、ディスク12を回転させるスピンドルモータ14に適用される例に限定して説明する。もちろん、本発明によるモータ制御方法が、ディスク・ドライブのスピンドルモータ14を制御するところに限定されるものではなく、ディスク・ドライブ以外の他の製品に使われる多様な他のモータの制御にも適用されうることはいうまでもない。
図6に示すモータ制御装置は、図1のデータ保存装置のプロセッサ110、または図4のコントローラ430に含まれるように設計でき、場合によっては、別途の回路構成で設計することもできる。
本実施形態では、図6に示すモータ制御装置を、プロセッサ110またはコントローラ430に含まれるように設計した。
スピンドルモータ・コントローラ・ブロック610は、互いに異なる周波数帯域幅の周波数特性を有する複数個のスピンドルモータ・コントローラ1〜N(610−1〜610−N)から構成できる。
しかし、周波数帯域幅が小さくなるほど、外乱に敏感に反応できず、比較的大きい外乱に対してスピンドルモータの瞬間的な速度降下量が大きくなり、目標速度に達するのにかかる時間も延長されるという短所がある。ここで、スピンドルモータ14のジッタ成分は、ディスク・ドライブのトラック追従モードで、タイミングエラーを発生させ、データリード時またはデータライト時に、エラーが発生しうる可能性が高める。
ヘッド16とディスク12との間の干渉サイズは、ヘッド16とプリアンプ410とを連結するフレキシブル・ケーブル(図示せず)によるバイアス力(bias force)の変化量を測定して検出できる。一例として、バイアス力の変化量は、ボイスコイル・モータ30に印加される電流の変化量、またはボイスコイル・モータ30の制御信号の変化量を測定して検出できる。
スピンドルモータ駆動部450は、入力される速度制御信号に相応する駆動電流を発生させ、スピンドルモータ14に印加する。
図7に示すモータ制御装置は、図1のデータ保存装置のプロセッサ110、または図4のコントローラ430に含まれるように設計でき、場合によっては、別途の回路構成で設計することもできる。
図7に示すように、モータ制御装置は、減算部710、PI(proportional and integral)制御器720、低域通過フィルタ(LPF:low pass filter)730、スピンドルモータ(SPM)駆動部450、スピンドルモータ(SPM)14及び速度検出部14−1を具備する。
速度検出部14−1は、スピンドルモータ14の回転時に検出される逆起電力信号を利用し、スピンドルモータ14の回転速度に相応する速度検出信号V_detを生成する。
減算部710は、制御区間別に、速度検出部14−1で生成される速度検出信号V_detを、目標速度信号V−refによって減算した速度誤差信号ekを出力する。
本実施形態では、低域通過フィルタを使用したが、場合によっては、帯域通過フィルタを使用することもできる。
以上のような動作によって、システムに適用される外乱の大きさ、またはシステムで遂行されるモードによる外乱の状態を考慮し、低域通過フィルタ730の周波数帯域幅を変更し、外乱状態によって、最適のモータ制御を実行できる。
以下、説明の便宜のために、コントローラ430の制御によって実行されるところに限定して説明する。もちろん、本発明は、これにのみ限定されるものではない。
コントローラ430は、モータ制御システムに適用される外乱の状態を検出する(ステップS110)。ここで、モータ制御システムは、スピンドルモータ制御システムを含むことができ、外乱の状態は、衝撃検出部470を利用して検出できる。また、システムで遂行されるモードによる外乱の状態をあらかじめ考慮し、外乱状態を予測することもできる。
また、コントローラ430は、モータ制御システムに印加される外乱の大きさが、初期設定された臨界値を超える場合には、モータ制御システムの周波数帯域幅を、比較的大きいBW_HIGHに決定し、そうではない場合には、周波数帯域幅を、BW_HIGHより小さいBW_LOWに決定するように制御できる。
以上のような動作によって、システムに印加される外乱の大きさ、またはシステムで遂行されるモードによる外乱状態を考慮し、モータ制御システムの周波数帯域幅を変更し、外乱の状態によって、最適のモータ制御を実行できる。
ディスク・ドライブがパワーオン(power on)になり(ステップS210)、ディスク・ドライブが初期化されれば、スピンドルモータ・コントローラの周波数帯域幅BWは、初期化状態で、BW_HIGHに設定する(ステップS220)。
従って、データリード/ライト動作が実行される区間では、スピンドルモータ制御システムでの周波数応答特性の周波数帯域幅BWがBW_LOWになり、外乱に対しては、敏感に反応させないようにすることによって、スピンドルモータ14のジッタ成分を減少させ、エラー発生を減らす。
図12は、スピンドルモータ制御システムの周波数帯域幅BWを、一例として、8Hz(BW_LOW)に設定し、スピンドルモータを制御する場合のスピンドルモータの速度軌跡を図示したグラフであり、図13は、スピンドルモータ制御システムの周波数帯域幅BWを、一例として、16Hz(BW_HIGH)に設定し、スピンドルモータを制御する場合のスピンドルモータの速度軌跡を図示したグラフである。
参考までに、図10によるモータ制御方法では、ディスク・ドライブで実行されるモードによって、当該モードに係わる外乱の状態を考慮し、スピンドルモータ制御システムの周波数帯域幅を変更させる方式を提案した。これに比べ、図11によるモータ制御方法では、ディスク・ドライブに適用される外乱の状態を直接感知し、感知された外乱の状態によって、スピンドルモータ制御システムの周波数帯域幅を変更させる方式を提案した。
コントローラ430は、ディスク・ドライブで、スピンドルモータ制御オン(ON)状態にあるか否かを判断する(ステップS310)。すなわち、スピンドルモータ制御システムが、スピンドルモータ14の回転速度に係わる信号をフィードバックされ、目標速度を追従するように制御する閉ループ制御状態にあるか否かを判断する。
これにより、ディスク・ドライブで感知された外乱の大きさによって、スピンドルモータ制御システムで、周波数帯域幅BWは、BW_HIGHまたはBW_LOWのうち1つの周波数帯域幅が選択される。
14 スピンドルモータ
14−1 速度検出部
16 ヘッド
20 スライダ
22 ヘッドジンバル・アセンブリ
24 アクチュエータ・アーム
26 ボイスコイル
28 マグネチック・アセンブリ
30 ボイスコイル・モータ
32 ベアリング・アセンブリ
34 トラック
36 内周クラッシュストップ・ラバー
37 外周クラッシュストップ・ラバー
38 ランプパーキング手段
100 ヘッドディスク・アセンブリ
110 プロセッサ
110A RTOS
120 ROM
130 RAM
140 メディアI/F
150 メディア
160 ホストI/F
170 ホスト機器
180 外部I/F
190 バス
200 チャネル回路
210 サーボ回路
220 アプリケーション・プログラム
410 プリアンプ
420 R/Wチャネル
430 コントローラ
440 ボイスコイル・モータ駆動部
450 スピンドルモータ駆動部
470 衝撃検出部
610 スピンドルモータ・コントローラ・ブロック
620 マルチプレクサ
710 減算部
720 PI制御器
730 低域通過フィルタ
Claims (10)
- モータ制御システムに適用される外乱(disturbance)の状態に従って、前記モータ制御システムでの周波数応答特性の周波数帯域幅を変更する段階と、
前記モータ制御システムに変更された周波数帯域幅を適用し、モータの回転速度を制御する段階とを有することを特徴とするモータ制御方法。 - 前記モータ制御システムでの周波数応答特性の周波数帯域幅を変更する段階は、衝撃感知センサによって感知される外乱値、ヘッドとディスクとの干渉発生量、モータで測定される速度と目標速度との差、スピンドルモータのジッタ値の内の少なくとも1つの因子値に基づいて外乱の状態を判定し、該判定結果に基づいて、前記モータ制御システムでの周波数応答特性の周波数帯域幅を変更することを特徴とする請求項1に記載のモータ制御方法。
- 前記モータ制御システムでの周波数応答特性の周波数帯域幅を変更する段階は、前記モータ制御システムに適用される外乱の状態の大きさに比例し、前記モータ制御システムの周波数帯域幅が増大するように、前記周波数帯域幅を変更することを特徴とする請求項1に記載のモータ制御方法。
- モータと、
前記モータの回転速度を検出する速度検出部と、
互いに異なる周波数帯域幅の周波数応答特性によって、前記検出されたモータの回転速度に基づいて、目標速度を追従するように速度制御信号を生成する複数個のモータ・コントローラと、
前記モータの負荷変動を発生させる外乱の状態に基づいて、前記複数個のモータ・コントローラのうち1つのモータ・コントローラを選択する選択部と、
前記選択部で選択されたモータ・コントローラで生成される速度制御信号に基づいた駆動電流を発生させ、前記モータに印加するモータ駆動部とを有することを特徴とするモータ制御装置。 - 前記複数個のコントローラは、第1周波数帯域幅の周波数応答特性を有する第1モータ・コントローラと、
前記第1周波数帯域幅より小さい第2周波数帯域幅の周波数応答特性を有する第2モータ・コントローラとを含み、
前記選択部は、モータの負荷変動を発生させる外乱の大きさが臨界値を超える条件が生じる場合には、第1モータ・コントローラを選択し、前記モータの負荷変動を発生させる外乱の大きさが臨界値を超える条件が生じない場合には、第2モータ・コントローラを選択することを特徴とする請求項4に記載のモータ制御装置。 - モータと、
前記モータの回転速度を検出する速度検出部と、
前記検出されたモータの回転速度と目標回転速度との差に該当する速度誤差を算出する減算部と、
前記速度誤差に相応する速度制御信号を生成する速度制御部と、
前記モータの負荷変動を発生させる外乱の状態に基づいて周波数帯域幅を変更し、前記変更された周波数帯域幅の周波数応答特性に従って、前記速度制御信号をフィルタリングして出力するフィルタと、
前記フィルタより出力されるフィルタリングされた速度制御信号に相応する駆動電流を発生させ、前記モータに供給するモータ駆動部とを有することを特徴とするモータ制御装置。 - 前記フィルタの周波数応答特性は、前記モータの負荷変動を発生させる外乱の大きさが臨界値を超える条件が生じる場合には、第1周波数帯域幅に決定され、前記モータの負荷変動を発生させる外乱の大きさが臨界値を超える条件が生じない場合には、第1周波数帯域幅より小さい第2周波数帯域幅に決定されることを特徴とする請求項6に記載のモータ制御装置。
- ディスク・ドライブであって、
情報を保存するディスクと、
前記ディスクを回転させるスピンドルモータと、
前記スピンドルモータの負荷変動を発生させる外乱の状態に基づいて周波数帯域幅を変更し、前記変更された周波数帯域幅の周波数応答特性を適用し、前記スピンドルモータの回転速度と目標速度との差に基づいた速度制御信号を生成するスピンドルモータ・コントローラと、
前記速度制御信号に相応する駆動電流を発生させ、前記モータに印加するスピンドルモータ駆動部とを有することを特徴とするディスク・ドライブ。 - 前記スピンドルモータ・コントローラは、前記ディスク・ドライブのランプ構造物に載置されたヘッドをディスク上に移動させるランプローディング実行区間では、前記周波数帯域幅を第1周波数帯域幅に決定し、前記ランプローディング実行区間後には、前記周波数帯域幅を第1周波数帯域幅より小さい第2周波数帯域幅に決定することを特徴とする請求項8に記載のディスク・ドライブ。
- 請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載のモータ制御方法をコンピュータで実行させるためのプログラムコードを記録したことを特徴とするコンピュータで読み取り可能な記録媒体。
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A521 | Written amendment |
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A02 | Decision of refusal |
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