JP2618708B2 - 学習位置決め制御回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、磁気ディスク装置などの可動ヘッドをトラ
ックに高精細に位置決めする制御回路に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

磁気ディスク装置の大容量化を達成するには、データ
の記憶再生を行なうヘッドをディスク媒体に対して精度
良く位置決めすることが必要であり、ヘッドを支持する
アクチュエータを始めとした位置決め機構の振動抑圧が
重要な課題である。このため数百TPM（Track Per Milim
eter）を越える高記憶密度装置では、アクチュエータや
ディスク媒体を支える軸受に、流体軸受や磁気軸受など
の非接触軸受が採用されようとしている。

〔発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、一般に非接触軸受は低振動性能が高い
反面、軸剛性が低いという欠点がある。例えばディスク
媒体を支える回転軸に非接触軸受の代表例である。スパ
イラル・グループ・ベアリング（以下「SGB」という）
軸受を適用すると、回転に非同期なラジアル振動が小さ
くなる反面、回転に同期したラジアル振動が大きくな
る。この結果、ヘッド位置決め時の回転同期位置ずれは
一般に接触軸受であるボール・ベアリング軸受よりも大
きくなる。そこで、非接触軸受を用いた高精度位置決め
機構では、ヘッド位置決め制御に学習制御を適用し、回
転同期位置ずれを抑圧する場合が多い。なお、ボール・
ベアリング軸受はランダムな振動が多く、この振動は学
習では除去できない。

ところで、ヘッド位置決め時の回転同期位置ずれに
は、ディスク媒体にサーボパターンを書き込む際に機構
振動等が転写されてできるディスク媒体に依存した回転
同期位置ずれと、スピンドルモータの振動が回転軸受を
通してディスク媒体に伝わる回転軸受に依存した回転同
期位置ずれの２通りが存在する。このうち前者の回転同
期位置ずれは温度等によって変動することはない。しか
しながら、後者の回転同期位置ずれは軸受の温度特性に
依存するため温度によって変動する。特に、粘性の高い
油膜により高剛性を得る油潤滑形流体軸受では、温度の
変化に対する剛性の変化が顕著なため回転同期位置ずれ
の温度変化も大きい。

従来の学習制御では、このような温度によって変化す
る回転同期位置ずれと温度に依存しない回転同期位置ず
れを分離して学習できないため、環境温度に変化がある
と、ヘッドを移動させる度に学習制御を行なう必要があ
り、実時間制御には適用できないという欠点があった。

〔課題を解決するための手段〕

このような欠点を除去するために本発明は、サーボト
ラックから得られる位置誤差信号の回転同期位置ずれ成
分のうちの低周波数成分と高周波数成分に対してそれぞ
れ位置ずれ補正データを生成する２つの学習制御回路を
備え、低周波数側の学習制御回路は１組の周回メモリの
みを有してトラックアドレスに係わらず常に動作し、高
周波数側の学習制御回路はデータトラック本数分の周回
メモリを有してトラックアドレスに応じて周回メモリを
切り換えながら個別に動作し、低周波数側の学習制御回
路の出力と高周波数側の学習制御回路の出力とを加算し
て得た補正信号によりヘッドの位置ずれ補正制御を行な
うようにしたものである。

〔作用〕

本発明による学習位置決め制御回路においては、回転
同期位置ずれ成分のうちの低周波数成分と高周波数成分
に対してそれぞれ個別に学習制御が行なわれる。

〔実施例〕

本発明は、油潤滑形流体軸受では軸受に依存する回転
同期位置ずれが低周波数領域に集中していることに着目
したものであり、同期位置ずれ成分のうちの低周波数成
分と高周波数成分に対してそれぞれ個別に学習制御を行
なうことにより、軸受部に温度変化がある場合にも実時
間で高精細なヘッドの位置決め制御を実現できるように
したものである。

第１図は、本発明の理解を容易にするためのサーボト
ラック書込みの原理図である。同図において、１はディ
スク媒体、２はSGB軸受、３はスピンドルモータ、４は
サーボトラック書込み用ヘッド位置決め機構部、4aはサ
ーボトラック書込み用ヘッド、５はレーザ測長器、６は
サーボトラック書込み用の位置決め制御回路、７はトラ
ッキング用のヘッド位置決め機構部、7aはトラッキング
用ヘッド、８は位置信号再生回路、９はトラッキング用
の位置決め制御回路、Ａはサーボトラックライタであ
る。

サーボトラックの書込みを行なうには、まずサーボト
ラック書込み用のヘッドを搭載したヘッド位置決め機構
部４の位置をレーザ測長器５を用いて検出し、これをも
とにサーボトラック書込み用の位置決め制御回路６によ
って閉ループ制御をしながら、ディスク媒体の半径方向
に所望のトラックピッチでサーボヘッドを移動・停止さ
せながらサーボトラックパターンを書き込んでいく。

ここで用いる位置決め制御回路６の位置追従特性は第
２図に示す通りであり、ヘッド位置決め機構部４の振動
に起因するヘッドの位置ずれは、概ねサーボのカットオ
フ周波数f₀より低周波数領域で抑圧され、逆に高周波数
領域では顕在化する。このためサーボトラック書込み時
の位置決め機構部４の振動が転写されて生じる回転同期
位置ずれは高周波数領域に集中している。

一方、SGB軸受の振動はスピンドルモータ３の回転の
同期した低周波数成分が殆どである。このためSGB軸受
の振動がサーボトラック書込み時に転写されても、パタ
ーンとしては同じようにうねることとなるので、サーボ
トラックによるトラッキング制御では位置ずれを発生さ
せる原因とはならない。

しかしながら、SGB軸受部の温度がサーボトラック時
の温度条件からずれてくると、SGB軸受の剛性が変化し
回転同期位置ずれ量が変動するため、トラッキング時に
低周波数領域の回転同期位置ずれとなって顕在化する。

このように位置決め機構部４のランダムな振動はその
高周波数成分だけが転写されて、トラック固有の回転同
期位置ずれを発生し、SGB軸受に起因する低周波数領域
の回転同期位置ずれは軸受部の温度変化によって顕在化
する。

第３図は、本発明による学習位置決め制御回路の一実
施例を示す構成図である。同図において、７はトラッキ
ング用のヘッド位置決め機構部、８は位置信号再生回
路、９はトラッキング用の位置決め制御回路、10はロー
パスフィルタ、11はハイパスフィルタ、12a,12bは学習
ループの安定化を図るフィルタ、13a,13bは周回メモ
リ、14は位置補正データファイル、15はトラックカウン
タ、16は学習ループの動特性補償フィルタ、S1〜S5は加
算器である。位置信号再生回路８で再生されたヘッドの
位置ずれ信号は、ローパスフィルタ10とハイパスフィル
タ11によって、SGBに起因する低周波数領域の回転同期
位置ずれとサーボトラック書込み時の機構信号に起因す
る高周波数領域の回転同期位置ずれとに分割され、個別
の学習ループに導かれる。このように周波数分割した学
習制御の結果、ローパスフィルタ10を前置きした周回メ
モリ13aには温度によって変化する低周波数領域の回転
同期位置ずれ補正データが格納され、ハイパスフィルタ
11を前置きした周回メモリ13bにはディスク媒体に書き
込まれたトラック固有の高周波数領域の回転同期位置ず
れ補正データが格納される。

実際のヘッドの位置決め制御では、２つの周回メモリ
13a,13bに格納された低周波数領域の回転同期位置ずれ
と高周波数領域の回転同期位置ずれとが加え合わされ、
動特性補償フィルタ16により、位置決め制御回路９およ
びトラッキング用のヘッド位置決め機構部７での位相ず
れが補正され、ディスク媒体の回転に同期したかたちで
閉ループにフィードフォワードされる。

位置補正データファイル14はトラッキング固有の高周
波数領域の回転同期位置ずれ補正データを記憶保持する
メモリである。例えばヘッドを移動させる場合、周回メ
モリ13bに格納されていた位置補正データを現在のトラ
ックアドレスに従って位置補正データファイル14に退避
するとともに、トラックカウンタ15から出力される移動
先のトラックアドレスに従って予め移動先のトラックで
の位置補正データを周回メモリ13bに転送する。

このようにしてヘッド位置決め系の回転同期位置ずれ
を、トラックに固有の高周波数領域と実施例に依存する
低周波数領域に分けて学習制御を行なえば、環境温度の
変化によって軸受の剛性が変化するような場合にもトラ
ック位置に係わらず実時間で学習効果を得ることができ
る。

なお、ファイル記憶装置の一つである磁気ディスク装
置の場合、周回メモリ13a,13bには各々100バイト程度の
記憶容量が必要であり、トラック数が千程度であること
から、位置補正データファイル14には100kバイト程度の
記憶容量が必要となる。

第４図は、本発明の第２の実施例を示す構成図であ
る。SGB軸受に起因する低周波数領域の回転同期位置ず
れについては温度の変化に追従させるために学習制御を
常時行なう必要がある。一方、サーボトラック書込み時
の機構振動に起因する高周波数領域の回転同期位置ずれ
については、サーボトラック書込み後に一度学習を行な
えば基本的には更新の必要がない。そこで第４図の構成
では、１つの学習ループで高周波数領域と学習と低周波
数領域の学習をシリアルに実行する。第４図において第
３図と同一部分又は相当部分には同一符号が付してお
り、S6,S7は加算器である。

次に、第４図の実施例の動作について述べる。まず、
サーボトラック書込み後にトラック固有の高周波数領域
の回転同期位置ずれを補正するため、状態制御回路20の
指示に従ってファイル係数メモリからデジタルフィルタ
18および19にフィルタ係数が送り込まれる。ここで、デ
ジタルフィルタ18は高域通過フィルタとなり、フィルタ
19は高域補償用の安定化フィルタとなる。また、状態制
御回路20によって、更新の対象となる高域補償用の周回
メモリ13bが選択される。この状態でトラック個別の高
周波数領域の回転同期位置ずれを補償するための学習を
実行する。学習が終了すると、周回メモリ13b内の位置
ずれ補正データは位置補正データファイル14のサーボト
ラックに対応したアドレスに格納される。サーボトラッ
クの位置を変えながら、学習制御を実行し、最終的には
全トラックの学習が完了する。

次に、SGB軸受に起因する低周波数領域の回転同期位
置ずれを補正するため、状態制御回路20の指示に従って
ファイル係数メモリからデジタルフィルタ18および19に
フィルタ係数が送り込まれる。ここで、デジタルフィル
タ18は低域通過フィルタとなり、フィルタ19は低域補償
用の安定化フィルタとなる。また、状態制御回路20によ
って、更新の対象となる低域補償用の周回メモリ13aが
選択される。通常はこの状態で学習制御が継続して行な
われるが、何らかの原因でトラック固有の高周波数領域
の回転同期位置ずれデータを補正する必要が生じた場合
には、上記と同様の手順を繰り返す。

第４図の実施例では、学習制御ループのプログラムス
テップが約半分になるため、簡易な制御システムの構築
に適している。

なお、位置補正データファイル14に格納されるトラッ
ク個別の位置補正データはサーボトラックの書込み時に
転写されてできた位置ずれを補正するものであり、更新
の必要がない場合がほとんどである。この場合には、位
置補正データファイル14にライトワンス形のEPROMを用
いて安価に構成することもできる。さらに、媒体可換形
のファイル記憶装置では、特願昭57−78679号に開示さ
れているように、位置補正データファイル14を持たずに
サーボトラック中に直接位置補正データを書き込む方法
が適用できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、ヘッド位置決め系の回
転同期位置ずれに対して、トラックに固有の高周波数領
域と温度によって変化する低周波数領域に分けて学習制
御を行なうことにより、環境温度の変化によって軸受の
剛性が変化するような場合にもトラック位置に係わらず
実時間で学習効果を得ることができるので、広範に環境
温度が変化するオフィスや、装置の温度変化が急激な装
置立上げ時にも、SGB軸受に代表される高精度位置決め
機構を採用したファイル記憶装置を高性能な状態に維持
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はサーボトラック書込みの原理図、第２図はサー
ボループの追従特性を示す特性図、第３図は本発明の第
１の実施例を示す構成図、第４図は本発明の第２の実施
例を示す構成図である。 １……ディスク媒体、２……SGB軸受、３……スピンド
ルモータ、4,7……ヘッド位置決め機構部、4a,7a……ヘ
ッド、５……レーザ測長器、6,9……位置決め制御回
路、８……位置信号再生信号、Ａ……サーボトラックラ
イタ、10……ローパスフィルタ、11……ハイパスフィル
タ、12a,12b……学習ループの安定化フィルタ、13a,13b
……周回メモリ、14……位置補正データファィル、15…
…トラックカウンタ、16……学習ループの動特性補償フ
ィルタ、17……フィルタ係数メモリ、18,19……デジタ
ルフィルタ、20……状態制御回路、21……反転器、S1〜
S7……加算器。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ファイル記憶装置においてヘッドの高精度
   位置決め制御に用いる学習位置決め制御回路であって、
   サーボトラックから得られる位置誤差信号の回転同期位
   置ずれ成分のうちの低周波数成分と高周波数成分に対し
   てそれぞれ位置ずれ補正データを生成する２つの学習制
   御回路を備え、前記低周波数側の学習制御回路は１組の
   周回メモリのみを有してトラックアドレスに係わらず常
   に動作し、前記高周波数側の学習制御回路はデータトラ
   ック本数分の周回メモリを有してトラックアドレスに応
   じて周回メモリを切り換えながら個別に動作し、前記低
   周波数側の学習制御回路の出力と高周波数側の学習制御
   回路の出力とを加算して得た補正信号によりヘッドの位
   置ずれ補正制御を行なうことを特徴とする学習位置決め
   制御回路。