JP2732808B2 - ディスク状記録媒体を利用したデータ貯蔵装置のディジタルサーボ制御方法とディジタルサーボ制御機構 - Google Patents

ディスク状記録媒体を利用したデータ貯蔵装置のディジタルサーボ制御方法とディジタルサーボ制御機構

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JP2732808B2
JP2732808B2 JP6293513A JP29351394A JP2732808B2 JP 2732808 B2 JP2732808 B2 JP 2732808B2 JP 6293513 A JP6293513 A JP 6293513A JP 29351394 A JP29351394 A JP 29351394A JP 2732808 B2 JP2732808 B2 JP 2732808B2
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  • Moving Of Head For Track Selection And Changing (AREA)
  • Moving Of The Head To Find And Align With The Track (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ディスク状記録媒体を
利用するデータ貯蔵装置(以下“ディスク記録装置”と
する)のサーボ制御機構に関するもので、特に、ディス
ク状記録媒体にディジタルデータの記録及び読出を行う
ためのヘッドの位置を制御するサーボ制御方法及びその
ためのサーボ制御機構に関する。
【0002】
【従来の技術】一般のディスク記録装置の代表例である
ハードディスクドライバ(Hard DiskDriver:以下“H
DD”とする)におけるヘッドの移動については、その
移動距離に従って、探索モード(Seek Mode)とトラッ
ク追従モード(Track Following Mode)に区別できる。
探索モードは目標トラックに到達するためにトラック間
を移動するモードで、トラック追従モードは最終目標ト
ラックに到達したヘッドを正確にトラックのデータ線上
に位置させるためのモードを意味する。
【0003】このようなHDDのヘッド位置の制御方法
は、目標位置に到達するまでは速度制御(Velocity Con
trol)で遂行され、目標位置では“オン−トラック(on
-track)”のための位置制御(Position Control)で遂
行される。
【0004】図1は、一般のHDDにおけるトラック移
動距離に対するヘッドの移動速度を示す特性図である。
同図において、X1までは加速区間、X1〜X2は定速
区間、X2〜X3は減速区間を示し、そしてX3は目標
トラックの位置を示す。
【0005】図2は、図1に示すX2〜X3の減速区間
でのヘッドの移動速度を詳細に示す特性図であって、X
2〜X2′は第1減速区間、X2′〜X3は第2減速区
間を示す。
【0006】探索モードは、図1に示すようにX2〜X
3の区間すなわち減速区間での遂行モードを意味する。
この探索モードにおいては、X2〜X3の減速区間をよ
り詳細に示した図2のように、第1減速区間で検索モー
ドが遂行され、第2減速区間で遷移モード(Transition
Mode)が遂行される。つまり、探索モードは検索モー
ドと遷移モードに区分され、その際、帰還(Feedback)
されるサーボ情報としてグレーコード(Gray Code)を
用いたトラック番号を使用する。
【0007】一方、トラック追従モードでは、サーボ情
報としてA、Bバーストを利用した位置エラー信号(Po
sition Error Signal :以下“PES”とする)を利用
するようになっている。
【0008】以上の各モードに応じた制御方法に従来で
は、補償器(Compensator )あるいはPID(Proporti
onal Integral Derivative)制御器を使用していた。
【0009】図3は、ディスク記録装置において、ディ
ジタルデータの読出/書込のためのヘッドの位置を制御
する従来のサーボ制御機構の制御系を示すブロック構成
図である。同図において、プラント(Plant )はディス
ク記録装置のヘッド位置を調節するボイスコイルモータ
(Voice Coil Motor:以下“VCM”とする)を示す。
同図のサーボ制御系による減速区間での目標速度値は、
次の数式1により得られる。
【0010】
【数1】 (VTBL :目標速度,Pf :目標位置,Pr :実際位
置,K:比例定数)
【0011】この数式1で、比例定数KはVCMの加速
能力により決定され、次数αは一般的に0.5〜1の間
を使用する。数式1で計算された目標速度値は、ルック
アップテーブル(Look-up Table)内の速度値としてR
OM(図示せず)に貯蔵されている。
【0012】以下、従来のサーボ制御機構を図3を参照
して説明する。
【0013】従来のサーボ制御機構はハードウェアに依
存するアナログ、あるいはアナログとディジタルとの混
合制御装置であって、ヘッドはサンプリング時間ごとに
トラックのサーボ情報を示すグレーコード値を通じて現
在位置するトラックの番号を読出す。したがって、次の
数式2により実際位置Pr から目標位置Pf への移動距
離Xが定まる。
【0014】
【数2】X=Pf −Pr
【0015】その後、上記ルックアップテーブルから移
動距離Xに対する目標速度VTBL を求める。すなわち、
移動距離Xが定まると、移動距離Xに対する目標速度V
TBLが得られ、そして探索モードが決定される。
【0016】しかし、実際速度Vr は通常、実際位置P
r の以前のサンプリング値と現在のサンプリング値との
差から求められる。したがって、検索モードと遷移モー
ドに区分される探索モードでは、上記のようにして求め
られる目標速度VTBL と実際速度Vr から次の数式3に
より得られる制御入力uにより速度制御が遂行される。
つまり、数式3により制御入力uを得てVCMに入力電
流を印加する。
【0017】
【数3】u=K〔VTBL −Vr
【0018】この数式3で、Kは制御系の比例定数を示
す。以後、ヘッドが目標位置Pf に到達すると、遂行モ
ードがトラック追従モードに切り換えられる。
【0019】トラック追従モードでは、A、Bバースト
からPESを求めてヘッドを目標トラック(on-track)
にセットリング(Settling)させる位置制御を遂行す
る。ここで制御入力uが、通常使用されるPID制御器
の場合、次の数式4により新たに求められる。
【0020】
【数4】u=Kp r −Kv r
【0021】この数式4におけるKp 、Kv は制御系定
数で、それぞれ位置制御定数及び速度制御定数を示す。
【0022】ところで、以上のような従来のサーボ制御
機構には、次に説明するような問題点がある。すなわ
ち、実際速度Vr は次の数式5を利用して求められる。
【0023】
【数5】
【0024】この式中のTsはサンプリング間隔を示
す。この数式5による計算値は、Tsがだんだん小さく
なる場合と実際位置Pr が急激に変わる場合とで、多く
の誤差が発生する。これにより、検索モードや遷移モー
ドでVCMの予測できない輻湊が発生するという問題点
がある。
【0025】また、帰還される情報が、位置情報(トラ
ック番号、PES)と誤差が予想される速度情報とで構
成される全体状態帰還(Full State Feedback)を使用
するトラック追従モードでは、不安定な速度情報により
完璧な制御性能を得難い。さらに、外部妨害(External
Disturbance)に対する直接的除去方法がないので、ト
ラック追従モードで定常状態誤差(Steady State Erro
r)の発生する可能性がある。このような誤差は積分制
御器(Integral Controller)を使用して間接的に制御
可能ではあるが、記録媒体の全データ領域について制御
してエラーを除去することはできない。
【0026】加えて、遷移モードが目標位置から約16
トラック前に遂行されて目標位置に到達するときのヘッ
ドの進入速度を低下させ、探索時間が長くなってもヘッ
ドの安定したセットリングを可能にすることを優先させ
ている。しかしながら、従来の遷移モードでは、グレー
コードを利用して現在位置を認識するようになってお
り、グレーコードを利用したトラック位置情報のみで速
度制御を行うため、遷移モード区間での正確な制御が難
しく、したがってトラック追従モードのセットリングに
大きな影響を及ぼしている。
【0027】
【発明が解決しようとする課題】したがって本発明の目
的は、動作モードの変化により差別的にヘッドの移動を
制御するディジタルサーボ制御機構を提供することにあ
る。また、本発明の他の目的は、外部妨害を排除したサ
ーボ制御が可能なディジタルサーボ制御機構を提供する
ことにある。加えて、本発明の更なる他の目的は、動作
モードの変化により差別的にヘッドの移動を制御するデ
ィジタルサーボ制御方法を提供することにある。
【0028】
【課題を解決するための手段】本発明は、記録区域の分
割位置を示すサーボ情報を備えたディスク状記録媒体を
利用するデータ貯蔵装置で、所定のサンプリング周期ご
とに前記サーボ情報を読出すヘッドを目標トラックに移
動させるためのヘッド駆動部を制御するディジタルサー
ボ制御方法について、前記サーボ情報から現在サンプリ
ング周期でヘッドが位置する現在トラックを検出する現
在トラック検索段階と、ヘッド駆動部に入力された制御
信号と前記現在トラックから、次のサンプリング周期で
のヘッドの推定速度とヘッドの位置する推定位置トラッ
クを推定する推定段階と、目標トラックと推定された推
定位置トラックとの間のトラック間隔に対応してヘッド
を目標トラックに移動させるための目標速度を計算する
目標速度計算段階と、得られた目標速度と推定された推
定速度との間の差異値に対応する制御信号をヘッド駆動
部に生成出力する制御信号出力段階と、を含んだ制御方
法とすることを特徴としている。
【0029】
【実施例】以下、本発明の好適な実施例を添付の図面を
参照して詳細に説明する。
【0030】図4に、本発明によるディスク状記録媒体
を利用したデータ貯蔵装置の実施例をブロック構成図で
示す。マイクロプロセッサ401は、その制御プログラ
ム及び予測推定器アルゴリズム等を貯蔵したプログラマ
ブルROM(Programable Read Only Memory:以下“P
ROM”とする)403と、スタティックRAM(Stat
ic Random Access Memory :以下“SRAM”とする)
405とに接続されている。
【0031】ヘッド407はディスク状記録媒体409
上を水平運動してディスク状記録媒体409に対するデ
ータの読出及び書込を行う。VCM(Voice Coil Moto
r)411はアクチュエータ(Actuator)でヘッド407
と接続され、ヘッド407をディスク状記録媒体409
上で水平方向に駆動する。スピンドルモータ(SpindleM
otor)413は回転運動アクチュエータで、駆動軸にデ
ィスク状記録媒体409が連結されて回転させる。
【0032】VCM駆動器415はVCM411に接続
されてVCM411の駆動制御を行う。D/A変換器
(Dagital/Analog Converter)417はマイクロプロセ
ッサ401とVCM駆動器415とに接続され、マイク
ロプロセッサ401からディジタルの制御入力信号uを
受けてアナログ信号に変換し、VCM駆動器415に出
力する。モータ駆動器419はスピンドルモータ413
とマイクロプロセッサ401に接続され、マイクロプロ
セッサ401の制御によりスピンドルモータ413の駆
動制御を行う。増幅器421はヘッド407に接続され
て読出された信号を増幅出力し、また書込まれる入力信
号を増幅してヘッド407に出力する。
【0033】インタフェース制御部429はマイクロプ
ロセッサ401によって制御されて外部データ入力装置
(図示せず)とデータを送受信する。読出デコーディン
グ及び書込エンコーディング部423は、マイクロプロ
セッサ401、増幅器421、及びインタフェース制御
部429に接続されており、マイクロプロセッサ401
によって動作制御され、インタフェース部429から書
込データを受けてアナログフラックス(Flux)変化信号
にエンコーディングして増幅器421に出力し、また増
幅器421から入力されるアナログ読出信号をディジタ
ル変換してエンコード読出データ(Encoded Read Data
;以下“ERD信号”とする)として出力する。
【0034】A/D変換器(Analog/Digital Converte
r)425は、読出デコーディング及び書込エンコーデ
ィング部423に接続され、アナログサーボ読出信号を
受けてPESにディジタル変換し、マイクロプロセッサ
401に出力する。ゲートアレイ427は、読出デコー
ディング及び書込エンコーディング部423に接続さ
れ、ERD信号を受けてこれからディスク状記録媒体4
09のサーボ領域内のグレーコード等の各サーボ情報を
検出し、出力する。
【0035】以上の構成において、マイクロプロセッサ
401は、予測推定器アルゴリズムと制御プログラムを
ローディングしてディジタルサーボ制御機構の全般的な
制御動作を遂行するものである。
【0036】図5は、ディジタルサーボ制御系について
のブロック構成図である。予測推定器はアルゴリズム形
態でマイクロプロセッサ401に内蔵される。この予測
推定器は公知の技術で、G.F.Franklin等による「Digita
l control of Dynamic System(2nd Edition)」に開示さ
れている。
【0037】図5において、KDAC はD/A変換器、K
ADC はA/D変換器、KAMP は電力増幅器トランスコン
ダクタンス、KmはVCMトルク定数、Jはスイングア
ーム慣性モーメント、Karmはスイングアーム部、T
Dは外部妨害、TmはVCMアクチュエータのトルク、
a〔RAD/S2 〕はアクチュエータ角加速度、V〔R
AD/S〕はアクチュエータ角速度、X〔RAD〕はア
クチュエータ角変位(実変数ベクトル)を意味する。
【0038】図6は図5の構成において使用される予測
推定器のブロック図、図7は検索及び遷移モード時の制
御系ブロック図、図8はトラック追従モード時の制御系
ブロック図である。これら図6、図7、図8において、
est は推定器で計算された推定位置情報、Vest は推
定器で計算された推定速度情報、West は推定器で計算
された推定バイアス力、VTBL は速度曲線図(ルックア
ップテーブル)での目標速度値、Kは制御系定数、Lは
推定器定数、Xは実変数ベクトル、バーXは推定状態変
数ベクトル、Yはプラントの出力ベクトル、バーyはモ
デルの推定出力ベクトルを意味する。
【0039】図9は、この例のディスク状記録媒体のト
ラックとA、Bバーストを示すサーボフレーム(Servo
Frame)の概略図である。また、図10はこの例の制御
についてのメインフローチャート、図11は図10にお
ける検索モードISR(Interrupt Service Routine)
過程についてのフローチャート、図12は図10におけ
る遷移モードISR過程についてのフローチャート、図
13は図10におけるトラック追従モードISR過程に
ついてのフローチャートである。
【0040】以下、この実施例におけるディスク記録装
置のディジタルサーボ制御方法とそのサーボ制御機構に
ついて詳細に説明する。
【0041】まず、ディジタルサーボ制御系について説
明する。ディスク記録装置のディジタルサーボ制御系で
プラント(Plant :HDD Dynamics)のモデルを状態
方程式(State Equation)で表すと、次の数式6のよう
になる。
【0042】
【数6】X(k+1)=ΦX(k)+Γu(k)
【0043】ここで、Φ、Γはプラント定数を示すマト
リックス(Matrix)で、X(k)は実変数ベクトルとし
て次の数式7のようにして表わされる。
【0044】
【数7】 (Pr:実際位置,Vr:実際速度)
【0045】この実施例では、実際速度Vrの推定誤差
を減少させるために予測推定器(Prediction Estimato
r)を使用して推定速度Vest を求める。図6に示した
予測推定器は次の数式8、9のように与えられる。
【0046】
【数8】
【0047】
【数9】
【0048】ここで、Pest は実際位置Prの推定位置
(Estimated value)を、Vest は実際速度Vrの推定
値を意味する。
【0049】これら数式8、9で、プラント及びモデル
の出力ベクトル[y(k),バーy(k)]は[P
r (k),Pest (k)]となる。Lは予測推定器の帰
還利得マトリックス(Feedback Gain Matrix)を意味す
る。
【0050】図6で推定された位置情報Pest と速度情
報Vest が、プラントから実際に測定された位置情報P
rをもって推定器を通じて得られる。
【0051】また、この例では、外部妨害の除去を直接
的に処理するためにバイアス推定を使用する。外部妨害
Wは単に一定の定数と仮定し、バイアスモデルを適用し
たときの状態方程式は次の数式10、11の通りであ
る。
【0052】
【数10】
【0053】
【数11】
【0054】数式10で、West は推定したバイアス値
を示し、上記数式6及び数式8でのΦ、Γと数式10で
のΦw 、Γw は相互に異なる。その理由は、数式9及び
数式11に示すように、状態変数ベクトルバーX(k)
の構成が異なるからである。数式10のようなバイアス
推定はトラック追従モードのみで適用される。
【0055】さらに、この例では、遷移モードの制御分
解能(Resolution)を高めるために、従来のグレーコー
ドによるトラック番号と、A、Bバーストを利用したP
ES位置情報を共に使用する。以上のような探索モード
に対応する位置情報を下記の表1にまとめて示す。
【0056】
【表1】
【0057】以下、図7及び図8のブロック構成図によ
る制御モード別制御系の状態は表1の通りである。
【0058】表1で、サーボ制御設計時に決定しなけれ
ばならない定数(Gain)は制御系定数Kと推定器定数L
である。したがって、モードにより前記定数を整理する
と、下記の数式12)〜数式15の通りである。
【0059】検索及び遷移モード
【0060】
【数12】K=K1
【0061】
【数13】
【0062】トラック追従モード
【0063】
【数14】K=〔KP V
【0064】
【数15】
【0065】以上の数式12〜数式15において、K、
Lのマトリックス値は、2次系モデルから制動係数(Da
mping Coefficient)及びセットリング時間を考慮した
公知のポールプレースメント(Pole-Placement)方法を
利用して求める。
【0066】この例では、遷移モード制御分解能の向上
のためにトラック位置情報及びPESを同時に利用して
改善された速度制御を達成する。
【0067】各モード別現在のトラック位置Prの計算
方法は下記に示す表2の通りである。
【0068】
【表2】
【0069】検索モードで移動距離(|Pr −Pf |)
が16トラック以内になると、検索から遷移が遂行さ
れ、目標位置Pf の境界に到達すると(すなわち8トラ
ンユニット以内)、トラック追従モードに転換してこれ
が遂行される。
【0070】次に、図9を参照して遷移モードにおける
トランユニットの計算の一例を説明する。遷移モードに
おいて、1トラックは16トランユニットで計算され、
1トラック内にはPESにより16制御分解能(Contro
l resolution)を有することになる。
【0071】現在ヘッドが‘N’トラックの中央でオフ
トラック(off- track)されてC地点に位置していると
仮定し、目標位置が‘N+3’トラックのときには実際
のヘッドの移動距離は3トラックとなるが、トランユニ
ットの計算としては、(3トラック×16トランユニッ
ト)+αとなる。ここで、‘N’トラックでC地点の位
置はPESによって求められる。トラック追従モードに
おいて、1トラックはトラック中央を中心に+512〜
−511PES(1024分解能)で計算される。した
がって、1トラック内でトランユニットはPESを64
で割って求める。もし、図9でヘッドの位置であるC地
点でのPESが256であれば、αは256/64=4
である。したがって、このような場合に遷移モードで移
動すべきヘッドの位置は48+4=52である。
【0072】遷移モードでの速度曲線(図2の第2減速
区間)は16トラック×16トランユニット=256に
該当する移動間隔からなり、図9の一例では移動間隔5
2だけに該当する速度が目標速度に定められ、速度制御
が遂行される。ルックアップテーブルは、検索モード及
び遷移モードでの減速状態度と、検索モード、遷移モー
ド、及びトラック追従モードで必要なKd(順方向制御
系定数)、K(制御系定数)、及びL(推定器定数)で
構成されている。そして、検索モードでの減速状態は目
標トラック前の250トラックから適用され、遷移モー
ドでの減速状態は目標トラック前の16トラックから適
用される。
【0073】各減速状態は次の数式16の次数αを調整
して求める。
【0074】
【数16】 (V:目標速度,X:目的移動距離,K:比例定数)
【0075】この数式16において、KはVCMの加速
能力に従って定められ、本実施例では検索モード及び遷
移モードでαの値をそれぞれ0.8及び0.85に差別
化する。もちろん、目標移動距離Xの単位は検索モード
ではトラックで、遷移モードではトランユニットであ
る。
【0076】これら正数は、全体のヘッド作動範囲を6
個の作動点(Operating point)に分けて差別化した。
このKdは次のように求められる。
【0077】
【数17】
【0078】この数式17は連続システム(continuous
system)での定数を示す。実際のシミュレーション時
にはサンプリング時間を考慮したディジタル系に相応す
る定数を使用しなければならない。数式17で、作動点
により一番変化される変数はKm(VCMトルク定数)
である。したがって、ルックアップテーブルで6個の区
域に分けて使用される定数は、このKmの変化を補償す
るためである。
【0079】以下、上述した図4〜図8の構成及び動作
説明を参照して、図10〜図13の各遂行フローチャー
トを用いて説明する。
【0080】マイクロプロセッサ401は、VCM駆動
器415及びゲートアレイ427等の素子及びコード上
で必要な変数の初期化作業を遂行する(ステップ90
1)。その後、マイクロプロセッサ401はディスク記
録装置の停止時に安全区域(Parking Zone)に停止して
あるヘッドを駆動する(ステップ903)。
【0081】このとき、一般の小型HDDでは、ヘッド
が浮び上がるときのヘッド固着(Stick )という問題が
生じる。本実施例ではそのヘッド固着の問題を解決する
ために、“アンロッキング”遂行前に公知の“ヘッド振
り”過程を遂行する。すなわち、VCMに印加される適
正な微少電流の極性を反復して変化させてヘッドを振る
ことにより、ヘッドが浮び上がるときのヘッド固着の問
題を解決する。
【0082】スピンドルモータの定速度(3600RP
M)に到達した後、回転器具を動作させるためのアンロ
ッキング段階を遂行する(ステップ905)。このアン
ロッキング過程は、ディスク記録装置の駆動初期に、ヘ
ッド407が取り付けられた回転器具を安全区域からト
ラック零の位置に移動させて駆動用意の状態とすること
を意味する。
【0083】マイクロプロセッサ401は、ヘッド40
7から入力されるトラックのグレーコードを受けて現在
ヘッドが位置した現在トラックPr を感知する(ステッ
プ907)。そして、マイクロプロセッサ401は、目
標トラックPf とステップ907で感知された現在トラ
ックPr との間隔を計算して目標トラックPf までの移
動距離Xを計算する(ステップ909)。次いで、マイ
クロプロセッサ401は、ステップ911〜ステップ9
19を遂行して移動距離Xに対応する各該当モード(検
索、遷移、トラック追従)をセッティングする。その
後、マイクロプロセッサ401は、セッティングされた
該当モードに従ってISR(Interrupt Service Routi
ne)過程を遂行する(ステップ921)。
【0084】このとき、ISR過程を遂行する前に、図
10の該当セッティング段階(ステップ913、91
7、919)で制御器及び推定器の定数をテーブルで選
定し、状態変数のスケーリング作業を遂行してISR遂
行の用意作業をする。このISR遂行の用意過程の一例
として、バイアス測定(BIAS Calibration) 動作が
遂行される。このバイアス測定動作は駆動準備前にただ
1回のみ実行されるモジュロで、駆動時ごとに異なる器
具系の外部妨害を測定して、この外部妨害が補償される
ようにする。このとき、回転器具の前進及び後進時にバ
イアス力の差が大きいと、両方向に対する測定が必要で
ある。
【0085】バイアス測定で計算されたバイアス力はR
AMに貯蔵されてISR過程で使用される。そして、R
AMの利用可能な記憶容量及びディスク記録装置のスピ
ンアップ時間(Spin-up Time)の仕様に対応して、どれ
くらいのトラックごとにバイアス力を測定するかが基準
仕様に従って初期値に定められる。この例では、回転器
具の前進時のみに128トラックごとに測定が遂行され
る。
【0086】以下、上記ステップ921のISR過程を
図11、図12、図13を参照して詳細に説明する。図
10の各ISR過程はサンプリング時間231.5μs
ごとに遂行され、図11の検索モードISR、図12の
遷移モードISR、図13のトラック追従モードISR
に区分され得る。
【0087】図11の検索モードISR過程
【0088】マイクロプロセッサ401は、現在サンプ
リング区間の以前サンプリング区間で計算された制御入
力u(k)値を出力してD/A変換器417及びVCM
駆動器415を通じてVCM411に電流を印加する
(ステップ1101)。次いで、マイクロプロセッサ4
01は、ヘッド407を通じて現在トラックIDを読出
し(ステップ1103)、現在トラックIDから現在位
置Pr を定める(ステップ1105)。その後、マイク
ロプロセッサ401は、推定制御を計算し(ステップ1
107)、次のサンプリング区間のための制御入力u
(k+1)値を計算する(ステップ1109)。
【0089】マイクロプロセッサ401は、移動距離
(|Pf −Pr |)が16トラック以下の場合は(ステ
ップ1111)、サーボフラグビジー(Servo Falg Bu
sy)状態を記録する(ステップ1113)。その後、マ
イクロプロセッサ401は、遂行モードを遷移モードに
セッティングし、図10のメインルーチンにリターンし
て遷移モードISRを遂行する(ステップ1115)。
【0090】一方、マイクロプロセッサ401は、移動
距離(|Pf −Pr |)が16トラック以上の場合は
(ステップ1111)、計数器がタイムアウト状態であ
るかどうかを比較する(ステップ1117)。この比較
の結果、ステップ1117で計数器がタイムアウトの場
合は、マイクロプロセッサ401は計数器タイムアウト
エラーを記録し、検索モードISR過程を終了する。ま
た、比較の結果、計数器がタイムアウトでない場合は、
サーボフラグビジー状態を記録し、検索モードISR過
程を継続して遂行する。
【0091】図12の遷移モードISR過程
【0092】マイクロプロセッサ401は、現在サンプ
リング区間の以前サンプリング区間で計算された制御入
力u(k)値を出力し、D/A変換器417及びVCM
駆動器415を通じてVCM411に電流を印加する
(ステップ1201)。その後、マイクロプロセッサ4
01は、ヘッド407を通じて現在トラックIDを読出
し(ステップ1203)、現在トラックIDからトラン
ユニットを求めて現在位置Pr を定める(ステップ12
05)。次いで、マイクロプロセッサ401は、現在位
置Pr から推定制御を計算し(ステップ1207)、次
のサンプリング区間のための制御入力u(k+1)値を
計算する(ステップ1209)。
【0093】マイクロプロセッサ401は、移動距離
(|Pf −Pr |)が8トランユニット以下の場合には
(ステップ1211)、サーボフラグビジー(Servo Fa
lg Busy)状態を記録する(ステップ1213)。その
後、遂行モードをトラック追従モードにセッティングし
(ステップ1215)、図10のステップ921に戻っ
てトラック追従モードISR過程を遂行する。
【0094】一方、マイクロプロセッサ401は、移動
距離(|Pf −Pr |)が8トランユニット以上の場合
は(ステップ1211)、計数器がタイムアウト状態で
あるかどうかを比較する(ステップ1217)。その比
較の結果、ステップ1217で計数器がタイムアウトで
ある場合は、マイクロプロセッサ401は計数器タイム
アウトエラーを記録し遷移モードISR過程を終了す
る。また、比較の結果、計数器がタイムアウト状態でな
い場合は、サーボフラグビジー状態を記録して遷移モー
ドISR過程を続ける。
【0095】図13のトラック追従モードISR過程
【0096】マイクロプロセッサ401は、現在サンプ
リング区間の以前サンプリング区間で計算された制御入
力u(k)値を出力し、D/A変換器417及びVCM
駆動器415を通じてVCM411に電流を印加する
(ステップ1301)。次いで、マイクロプロセッサ4
01は、ヘッド407を通じて現在トラックIDを読出
し(ステップ1303)、現在トラックIDでPESを
求めて現在位置Pr を定める(ステップ1305)。そ
して、マイクロプロセッサ401は、現在位置P r から
推定制御を計算し(ステップ1307)、次のサンプリ
ング区間のための制御入力u(k+1)値を計算する
(ステップ1309)。
【0097】マイクロプロセッサ401は、移動距離
(|Pf −Pr |)が200PES以下の場合は(ステ
ップ1311)、セットリング動作を遂行してセットリ
ング動作が完了したかどうかを判断する(ステップ13
13)。
【0098】この例のトラック追従モードでは、セット
リング動作は200PES(約20%のオフトラック
量)に定められるが、読出及び書込動作時におけるセッ
トリング条件を差別化して定める。すなわち、上述した
セットリング条件の差別は、書込動作時に16サンプリ
ング時間(3.7ms)の間に20%のオフトラックを
維持すると、セットリング動作を完了させ、実際のディ
スク状記録媒体にデータを書込むようにする。また、読
出動作時のセットリング条件の差別は、4サンプリング
時間(0.93ms)の間に20%のオフトラックを維
持すると、セットリング動作を完了させてディスク状記
録媒体のデータを読出すようにする。
【0099】その後、ステップ1313で上述したセッ
トリング動作が完了されたと判断すると、トラック追従
モードISR過程を終了し、図10のメインルーチンに
リターンしてこのメインルーチンを終了する。
【0100】一方、マイクロプロセッサ401は、移動
距離(|Pf −Pr |)が200PES以上の場合は
(ステップ1311)、計数器がタイムアウトであるか
どうかを比較する(ステップ1315)。その比較の結
果、ステップ1315で計数器がタイムアウトの場合
は、マイクロプロセッサ401は計数器タイムアウトエ
ラーを記録し、遷移モードISR過程を終了する(ステ
ップ1317)。また、比較の結果、計数器がタイムア
ウト状態でない場合は、サーボフラグビジー状態を記録
してトラック追従モードISR過程を続ける(ステップ
1319)。
【0101】以上の流れにおけるサーボフラグは8ビッ
トが使用され、読出及び書込時のセットリング動作完了
状態、ゲートアレイ427のエラー状態、及びサーボエ
ラー状態を示し、ディスク記録装置とホストとの間のイ
ンタフェースコードとして利用される。
【0102】
【発明の効果】以上述べてきたように本発明によれば、
ディスク状記録媒体にデータの記録及び読出動作をする
ためのヘッドの位置を制御するために純粋なディジタル
サーボ制御機構を使用することが可能で、従来のアナロ
グやアナログ+ディジタルの混合制御装置のような誤差
を取り除くことができる。また、本発明はソフトウェア
を利用した純粋ディジタル制御方式であるため、製品の
変更時でも単にソフトウェアに使用される制御定数及び
制御段階の修正のみで対応できる。
【0103】さらに本発明によれば、推定器の使用によ
りヘッドの速度変数を正確に推定でき、VCM制御を容
易にすることが可能である。また、バイアス推定を使用
しているので外部妨害による正常状態エラーをなくすこ
とができる。加えて、探索モードからトラック追従モー
ドに転換される探索モード内の遷移モードで、グレーコ
ードのみを使用した従来の速度制御の代わりにPESを
追加使用した速度制御を用いたことにより、遷移モード
で従来の速度制御より正確な速度制御を遂行できるよう
になり、トラック追従時のセットリングを安定化でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】一般のHDDにおけるトラック移動距離に対す
るヘッドの移動速度を説明する特性図。
【図2】図1の減速区間を詳細に説明する特性図。
【図3】ディスク記録装置における従来のサーボ制御機
構の制御系を示すブロック構成図。
【図4】本発明によるディスク記録装置の実施例を示す
ブロック構成図。
【図5】本発明によるディジタルサーボ制御系の一例を
示すブロック構成図。
【図6】図5の構成において使用される推定器のブロッ
ク構成図。
【図7】本発明の実施例における検索及び遷移モード時
の制御系ブロック構成図。
【図8】本発明の実施例におけるトラック追従モード時
の制御系ブロック構成図。
【図9】本発明の実施例におけるディスク状記録媒体の
トラックとA、Bバーストを説明する概略構成図。
【図10】本発明の実施例において遂行される制御のメ
インフローチャート。
【図11】図10のフローチャートにおける検索モード
ISR過程を遂行するフローチャート。
【図12】図10のフローチャートにおける遷移モード
ISR過程を遂行するフローチャート。
【図13】図10のフローチャートにおけるトラック追
従モードISR過程を遂行するフローチャート。

Claims (14)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 記録区域の分割位置を示すサーボ情報を
    備えたディスク状記録媒体を利用するデータ貯蔵装置
    で、所定のサンプリング周期ごとに前記サーボ情報を読
    出すヘッドを目標トラックに移動させるためのヘッド駆
    動部を制御するディジタルサーボ制御方法において、 前記サーボ情報から現在サンプリング周期でヘッドが位
    置する現在トラックを検出する現在トラック検索段階
    と、ヘッド駆動部に入力された制御信号と前記現在トラ
    ックから、次のサンプリング周期でのヘッドの推定速度
    とヘッドが位置する推定位置トラックを推定する推定段
    階と、目標トラックと推定された推定位置トラックとの
    間のトラック間隔に対応してヘッドを目標トラックに移
    動させるための目標速度を計算する目標速度計算段階
    と、得られた目標速度と推定された推定速度との間の差
    異値に対応する制御信号をヘッド駆動部に生成出力する
    制御信号出力段階と、を含んでなることを特徴とするデ
    ィジタルサーボ制御方法。
  2. 【請求項2】 目標速度計算段階が、推定位置トラック
    と目標トラックとの間のトラック間隔を検出するトラッ
    ク間隔検出段階と、検出されたトラック間隔を所定の基
    準間隔と比較するトラック間隔比較段階と、比較の結
    果、検出されたトラック間隔が基準間隔以上の場合は検
    出されたトラック間隔に対応する目標速度を計算する第
    1目標速度計算段階と、比較の結果、検出されたトラッ
    ク間隔が基準間隔以下の場合はサーボ情報から目標トラ
    ックと推定位置トラックとの間のトランユニット間隔を
    求め、該トランユニット間隔に対応して目標速度を計算
    する第2目標速度計算段階と、を含んでなる請求項1記
    載のディジタルサーボ制御方法。
  3. 【請求項3】 記録区分の分割位置を示すサーボ情報を
    備えたディスク状記録媒体を利用するデータ貯蔵装置
    で、所定のサンプリング周期ごとに前記サーボ情報を読
    出すヘッドを目標トラックの中央位置にトラック追従さ
    せるためのヘッド駆動部を制御するディジタルサーボ制
    御方法において、 前記サーボ情報から現在サンプリング周期でヘッドが位
    置するトラック上の現在位置エラー信号を検出する現在
    位置エラー信号検索段階と、以前のサンプリング周期で
    ヘッド駆動部に入力された制御信号及び現在位置エラー
    信号から、次のサンプリング周期でのヘッドの推定速
    度、次のサンプリング周期でのヘッドの推定位置エラー
    信号、及び、次のサンプリング周期の間に入力される外
    部バイアス力を推定した推定バイアス力を算出する推定
    段階と、推定された推定速度、推定位置エラー信号、及
    び推定バイアス力、そして現在サンプリング周期で入力
    される外部バイアス力から制御信号を生成してヘッド駆
    動部に出力する制御信号出力段階と、を含んでなること
    を特徴とするディジタルサーボ制御方法。
  4. 【請求項4】 記録区域の分割位置を示すサーボ情報を
    備えたディスク状記録媒体を利用するデータ貯蔵装置
    で、所定のサンプリング周期ごとに前記サーボ情報を読
    出すヘッドを目標トラックの中央位置に移動させるため
    のヘッド駆動部を制御するディジタルサーボ制御方法に
    おいて、 前記サーボ情報から現在サンプリング周期でヘッドが位
    置する位置トラックを検出する現在トラック検索段階
    と、目標トラックと現在トラックとのトラック間隔を検
    出するトラック間隔検出段階と、検出されたトラック間
    隔を所定の基準トラックと比較する基準トラック比較段
    階と、比較の結果、検出されたトラック間隔が基準トラ
    ック以上の場合はサーボ制御モードを第1サーボモード
    に指定する第1サーボモード指定段階と、比較の結果、
    検出されたトラック間隔が基準トラック以下の場合は検
    出されたトラック間隔を所定のトランユニット単位に分
    割してトランユニット間隔を計算するトランユニット間
    隔検出段階と、得られたトランユニット間隔を所定の基
    準トランユニット間隔と比較する基準トランユニット比
    較段階と、比較の結果、得られたトランユニット間隔が
    基準トランユニット間隔以上の場合はサーボ制御モード
    を第2サーボモードに指定する第2サーボモード指定段
    階と、比較の結果、得られたトランユニット間隔が基準
    トランユニット間隔以下の場合はヘッドが位置する現在
    の位置から目標トラックの中央位置までの位置エラー信
    号間隔を求める位置エラー信号間隔計算段階と、得られ
    た位置エラー信号間隔を所定の基準位置エラー信号間隔
    と比較する基準位置エラー信号比較段階と、比較の結
    果、得られた位置エラー信号間隔が基準位置エラー信号
    間隔以上の場合はサーボ制御モードを第3サーボモード
    に指定する第3サーボモード指定段階と、比較の結果、
    得られた位置エラー信号間隔が基準位置エラー信号間隔
    以下の場合はセットリング動作を遂行するセットリング
    段階と、第1サーボモード指定に対応して、以前サンプ
    リング周期でヘッド駆動部に入力された以前制御信号と
    現在トラックから、次のサンプリング周期でのヘッドの
    推定速度と推定位置トラックを推定し、推定された推定
    速度及び推定位置トラックにより現在トラックから目標
    トラックの中央位置にヘッドを移動させるための制御信
    号をヘッド駆動部に生成出力し、基準トラック比較段階
    を遂行する第1サーボモード遂行段階と、第2サーボモ
    ード指定に対応して、前記サーボ情報からトランユニッ
    ト単位でヘッドが位置する現在位置を求め、得られた現
    在位置と以前制御信号から、次のサンプリング周期での
    ヘッドの推定速度とトランユニット単位の推定位置を推
    定し、推定された推定速度及び推定位置により現在位置
    から目標トラックの中央位置にヘッドを移動させるため
    制御信号をヘッド駆動部に生成出力し、基準トランユ
    ニット比較段階を遂行する第2サーボモード遂行段階
    と、第3サーボモード指定に対応して、前記サーボ情報
    から位置エラー信号単位でヘッドが位置する現在位置を
    求め、得られた現在位置及び以前制御信号から、次のサ
    ンプリング周期でのヘッドの推定速度、推定位置、及び
    推定バイアス力を推定し、推定された推定速度、推定位
    置、及び推定バイアス力、そして現在サンプリング周期
    で入力される外部バイアス力から制御信号をヘッド駆動
    部に生成出力し、基準位置エラー信号比較段階を遂行す
    る第3サーボモード遂行段階と、を含んでなることを特
    徴とするディジタルサーボ制御方法。
  5. 【請求項5】 第1サーボモード遂行段階が、第1サー
    ボモード指定に対応して、以前サンプリング周期でヘッ
    ド駆動部に入力されている以前制御信号と現在トラック
    から、次のサンプリング周期でのヘッドの推定速度と推
    定位置トラックを推定する推定段階と、目標トラックと
    推定された推定位置トラックとの間のトラック間隔に対
    応する目標速度を計算する目標速度計算段階と、得られ
    た目標速度と推定された推定速度との差異値に対応する
    制御信号をヘッド駆動部に生成出力し、基準トラック比
    較段階を遂行する制御信号出力段階と、を含んでなる請
    求項4記載のディジタルサーボ制御方法。
  6. 【請求項6】 第2サーボモード遂行段階が、第2サー
    ボモード指定に対応して、サーボ情報からトランユニッ
    ト単位でヘッドが位置する現在位置を計算する現在位置
    計算段階と、得られた現在位置と以前制御信号から、次
    のサンプリング周期でのヘッドの推定速度とトランユニ
    ット単位の推定位置を推定する推定段階と、目標トラッ
    クの中央位置と推定された推定位置との間のトランユニ
    ット間隔に対応する目標速度を求め、得られた目標速度
    と推定された推定速度との間の差異に対応する制御信号
    をヘッド駆動部に生成出力し、基準トランユニット比較
    段階を遂行する制御信号出力段階と、を含んでなる請求
    項5記載のディジタルサーボ制御方法。
  7. 【請求項7】 第2サーボモード遂行段階が、第2サー
    ボモード指定に対応して、サーボ情報からトランユニッ
    ト単位でヘッドが位置する現在位置を計算する現在位置
    計算段階と、得られた現在位置と以前制御信号から、次
    のサンプリング周期でのヘッドの推定速度とトランユニ
    ット単位の推定位置を推定する推定段階と、目標トラッ
    クの中央位置と推定された推定位置との間のトランユニ
    ット間隔に対応する目標速度を求め、得られた目標速度
    と推定された推定速度との間の差異に対応する制御信号
    をヘッド駆動部に生成出力し、基準トランユニット比較
    段階を遂行する制御信号出力段階と、を含んでなる請求
    項4記載のディジタルサーボ制御方法。
  8. 【請求項8】 基準トラック間隔が16トラックである
    請求項4記載のディジタルサーボ制御方法。
  9. 【請求項9】 基準トランユニット間隔が8トランユニ
    ットである請求項4記載のディジタルサーボ制御方法。
  10. 【請求項10】 基準位置エラー信号間隔が200PE
    Sである請求項4記載のディジタルサーボ制御方法。
  11. 【請求項11】 記録区域の分割位置を示すサーボ情報
    を備えたディスク状記録媒体を利用するデータ貯蔵装置
    で、所定のサンプリング周期ごとに前記サーボ情報を読
    出すヘッドを目標トラックに移動させるためのヘッド駆
    動部を制御するディジタルサーボ制御機構において、 所定の移動距離による目標速度を記録する記憶手段と、
    前記サーボ情報から現在サンプリング周期でヘッドが位
    置する現在トラックを検出する検出手段と、以前サンプ
    リング周期でヘッド駆動部に入力された以前制御信号と
    検出された現在トラックから、次のサンプリング周期で
    のヘッドの推定速度と位置トラックを推定する推定手段
    と、目標トラックと推定された推定位置トラックとのト
    ラック間隔に対応する目標速度を前記記憶手段から求
    め、得られた目標速度と推定された推定速度との差異値
    に対応する制御信号をヘッド駆動部に生成出力する制御
    信号出力手段と、から構成されることを特徴とするディ
    ジタルサーボ制御機構。
  12. 【請求項12】 推定手段が、予測推定アルゴリズムを
    内蔵するマイクロプロセッサである請求項11記載のデ
    ィジタルサーボ制御機構。
  13. 【請求項13】 記録区域の分割位置を示すサーボ情報
    を備えたディスク状記録媒体を利用するデータ貯蔵装置
    で、所定のサンプリング周期ごとに前記サーボ情報を読
    出すヘッドを目標トラックの中央位置にトラック追従さ
    せるためのヘッド駆動部を制御するディジタルサーボ制
    御機構において、 前記サーボ情報から現在サンプリング周期でヘッドが位
    置する目標トラック上の位置エラー信号を現在位置に検
    出する検出手段と、ヘッドを目標トラックの中央位置に
    移動させるために、以前サンプリング周期でヘッド駆動
    部に入力された制御信号及び現在位置エラー信号から、
    次のサンプリング周期でのヘッドの推定速度、次のサン
    プリング周期でのヘッドの推定位置エラー信号、及び、
    次のサンプリング周期の間に入力される外部バイアス力
    を推定した推定バイアス力を算出する推定手段と、推定
    された推定速度、推定位置エラー信号、及び推定バイア
    ス力、そして現在サンプリング周期で入力される外部バ
    イアス力に対応してヘッド駆動部を制御するための制御
    信号を生成出力する制御信号出力手段と、から構成され
    ることを特徴とするディジタルサーボ制御機構
  14. 【請求項14】 推定手段が、予測推定アルゴリズムを
    内蔵するマイクロプロセッサである請求項13記載のデ
    ィジタルサーボ制御機構。
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