JP3586125B2 - 磁気ディスク装置及び同装置に適用するヘッド位置決め制御システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばハードディスクドライブなどの磁気ディスク装置に適用し、特にディスクの回転に同期する同期成分によるヘッドの位置誤差を抑制する補償機能を有するヘッド位置決め制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）は、磁気ヘッド（以下単にヘッドと称する）により記憶媒体であるディスク上にデータを書込み、またディスクからデータを読出すように構成されている。ディスクは、各データ面に同心円状の多数のトラック（シリンダ）が構成されて、各トラックがそれぞれ複数のデータセクタに分割されている。ＨＤＤでは、ディスク上にはサーボデータが記録されたサーボエリアが所定の間隔で設けられている。サーボデータは大別して、トラックを識別するためのトラックアドレス（シリンダコード）及びサーボバーストデータ（位置信号）からなる。ここで、サーボエリアから次のサーボエリアの前までの領域をサーボセクタと呼ぶ。即ち、ディスク上の各トラックは、複数のサーボセクタ（サーボエリアの数に相当）に分割されている。各サーボセクタは、サーボエリアを先頭として、１個又は複数個のデータセクタから構成されている。
【０００３】
ＨＤＤには、アクセス対象のトラック（目標位置）が決定されると、ヘッドを当該目標位置まで移動制御して、かつ当該トラックの範囲内に位置決めするように追従制御させるためのヘッド位置決め制御システムが設けられている。
【０００４】
ヘッド位置決め制御システムは、概念的には図６に示すように、フィードバック制御系１によりトラック追従制御を実行している。フィードバック制御系１は大別して、ディスク上の目標位置（ｒ）と実際のヘッド位置（ｙ）との位置誤差（ｅ）を算出する位置誤差検出要素（減算要素）２と、制御要素（コントローラ）４と、プラント（制御対象）３とから構成されている。コントローラ４は、具体的にはＨＤＤのメイン制御装置であるＣＰＵ（マイクロコントローラ）である。また、プラント３は、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）を含むアクチュエータである。アクチュエータはヘッドを搭載しており、ディスク上の半径方向にヘッドを移動し、目標位置に位置決めする。ここで、コントローラ４及びプラント３の各伝達関数をそれぞれ「Ｆｂ」と「Ｐｓ」とする。
【０００５】
コントローラ４は、ヘッドと目標位置との相対的位置である位置誤差ｅを入力して、この位置誤差ｅを解消するような制御値（制御操作量）Ｕｆを算出する。このとき、コントローラ４は、閉ループ系を安定化補償し、かつサーボデータの偏差補償を行なうように制御値（Ｕｆ）を算出する。ここで、安定化補償とは、システムの位相遅れを補償してループの安定化を行なうものであり、位相進み補償とも呼ばれる。具体的には、ゲインクロス周波数で、位相の遅れが「−１８０度」以下になると、制御ループが不安定になる。このため、制御ループ内にディジタルフィルタを設けて、ゲインクロス周波数で位相が進むような補償がなされる。
【０００６】
一方、偏差補償とは、ディスク上のトラックに記録されたサーボデータとヘッドとの相対誤差を小さくして、ヘッドの位置決め精度を向上させるものである。具体的には、ヘッドを搭載しているアクチュエータは、ヘッドとヘッドアンプ間の信号伝送やＶＣＭに対する通電のためのＦＰＣ（ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｏａｒｄ）の歪みによる外力を常に受けている。また、ディスク上に記録されたサーボデータは、ディスクの偏心によるトラック振れや、スピンドルモータ（ディスクの回転機構）の振れ、スピンドルモータの回転振動などによって生ずる同期及び非同期な振れにより、常に位置変動を起こしている。このようなアクチュエータに加わる外力やトラック位置変動に対して、サーボデータとヘッドとの相対誤差を低減させるために、制御ループ内に積分型のディジタルフィルタを設けて、ヘッドのトラック追従精度を向上させるための偏差補償がなされる。
【０００７】
ところで、ヘッドを追従させるべきディスク上のトラックには、特にディスクの回転に伴う要因により偏心（ヘッドに対するトラック偏心）が発生する。この偏心の要因としては、ディスクを回転させるためのスピンドルモータの軸振れ、サーボデータを書き込むときのディスクの振動、また周囲温度の変化によるディスク形状の伸縮などがある。
【０００８】
従来のヘッド位置決め制御システムでは、前記のようなディスクの回転に伴うトラックの偏心に対して、ヘッドの位置決め精度を向上させるために、フィードバック制御系のゲインを上げて、その偏心の抑制率を向上させる方法がある。しかしながら、実際のＨＤＤでは、ヘッドを搭載しているアクチュエータには機械的な共振要素が含まれており、単純にフィードバック制御系のゲインを上げることはできない。
【０００９】
図７（Ａ），（Ｂ）は、従来のヘッド位置決め制御システムにおいて、ヘッドを特定のトラックに位置決め制御したときの位置決め精度とそのスペクトルを示す測定例である。同図（Ａ）では、横軸はディスク上の特定のトラック（ディスクの１回転における）サーボセクタの位置（ここではサーボセクタ数として５０を想定している）を示す。また、同図（Ａ）において、測定結果である曲線１４０ｃは平均値を示す。また、曲線１４０ａと１４０ｂとの誤差は、ディスクを回転させるスピンドルモータに発生する非同期の偏心成分によるものである。さらに、同図（Ｂ）では、横軸は偏心成分の次数（偏心次数）を示す。ここでは、１，２，４次の偏心成分が十分に抑制されずに、繰り返し周期成分として残留していることを示している。要するに、従来のフィードバック制御系のシステムでは、ディスクの回転に伴うトラックの偏心成分を十分に抑制できないことがある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従来のフィードバック制御系のシステムでは、ディスクの回転に伴うトラックの偏心成分を十分に抑制できない。そこで、このような問題を解決するための方式として、例えば図４に示すように、フィードバック制御系１と共に、学習型フィードフォワード制御系１０を併用したヘッド位置決め制御システムが提案されている（例えば特願平９−１９０１１９号公報を参照）。学習型フィードフォワード制御系１０は、フィードバック制御系１による位置決め制御の実行時における位置誤差（ｅ）を観測し、この位置誤差（ｅ）からディスクの回転周期に同期した特定偏心成分を抽出する同期成分（偏心成分）検出部（伝達関数Ｆｔ）１１を有する。フィードフォワード制御部（伝達関数Ｆｗとし、以下ＦＷコントローラと呼ぶ）１２は、同期成分検出部１１の検出結果（学習結果）に基づいて、同期成分（偏心成分）を抑制するような制御値（制御操作量）Ｕｆを算出して、フィードバック制御系１の加算部１３に出力する。加算部１３は、コントローラ４からの制御値ＵｂとＦＷコントローラ１２からの制御値Ｕｆとを加算した制御値（制御操作量）をプラント３に出力する。
【００１１】
このような同期成分抑制方式のシステムにより、フィードバック制御系１のみではヘッドの追従制御が困難となるトラックの偏心成分（特にディスクの回転に同期する同期成分、以下同期成分とはディスクの回転に同期する偏心成分を意味する）を抑制できるため、結果的に位置誤差を十分に抑制し、ヘッドの位置決め精度を向上させることができる。図５（Ａ），（Ｂ）は、当該同期成分抑制方式のヘッド位置決め制御システムにおいて、ヘッドを特定のトラックに位置決め制御したときの位置決め精度とそのスペクトルを示す測定例である。この測定例から明らかなように、学習型フィードフォワード制御系１０を付加した方式により、フィードバック制御系１のみのシステムと比較して、同期成分を十分に抑制できる。
【００１２】
しかしながら、前述の同期成分抑制方式システムにおいても、以下のような問題を解決することは困難である。即ち、ディスクの回転に同期した偏心成分には、ＨＤＤの衝撃、振動、発熱などの環境により発生する複数のトラック間で相関のある同期成分以外に、当該各トラック間で相関のない成分が存在する。例えばサーボデータをディスク上に記録する場合に（通常ではサーボライタと呼ぶ専用装置を使用する）、ディスクを回転させるスピンドルモータの非同期成分がある。このため、複数のトラック間で相関のある同期成分を検出して、抑制することが必要となる。しかし、前述の従来方式のシステムでは、１度の学習処理により１トラック分の偏心成分しか抽出できないため、各トラック毎に学習処理を実行して、平均値を算出する必要がある。従って、複数のトラック間で相関のある同期成分を検出するための学習処理には多くの処理時間を必要とする。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、複数のトラック間で相関のある同期成分を検出するための学習処理の時間を短縮化し、当該同期成分を効率よく抽出して抑制できるシステムを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、フィードバック制御系と共に、学習型フィードフォワード制御系を併用したヘッド位置決め制御システムにおいて、学習型フィードフォワード制御系による１度の学習処理により、複数のトラック間で相関のある同期成分（ディスクの回転に同期するトラックの偏心成分）を検出し、かつ抑制する機能を備えたヘッド位置決め制御システムである。
【００１５】
本発明の観点に従った磁気ディスク装置は、データのリード／ライトを行うためのヘッドと、前記データを記録するための領域及び前記ヘッドの位置決め制御に使用するためのサーボデータが記録された領域を有するディスクと、前記ディスクを回転させるディスク回転手段と、前記ヘッドにより読出された前記サーボデータを使用して、前記ヘッドの位置と指定された目標位置との位置誤差を検出するための位置誤差検出手段と、前記位置誤差に基づいて、前記ヘッドを前記目標位置に位置決めするための第１の制御値を算出する第１の制御手段と、前記ディスクの回転に同期する周波数とは異なる周波数の外乱信号を生成し、前記目標位置に追従している前記ヘッドを、前記外乱信号を使用することにより前記ディスク上の複数のトラック間で前記目標位置を中心として振動させるためのサーボ系加振手段と、前記サーボ系加振手段による前記ヘッドの振動状態において、前記位置誤差検出手段により検出される位置誤差の観測結果に基づいて前記ディスクの回転に同期する周波数の同期成分を検出するための同期成分検出手段と、前記同期成分に基づいて、複数のトラック間で相関のある前記同期成分を前記位置誤差から除去するための第２の制御値を算出するための第２の制御手段と、前記第１の制御値と前記第２の制御値とを加算した制御値を使用して、前記サーボ系加振手段による振動を停止した状態で前記ヘッドを前記目標位置に位置決め制御するための手段とを備えた構成である。
【００１６】
このようなシステムをＨＤＤなどの磁気ディスク装置に適用することにより、ヘッド位置決め制御時に、ヘッドを複数のトラック範囲を移動させながら、各トラック間で相関のある同期成分を１度の学習処理により抽出することができる。従って、複数のトラック間で相関のある同期成分を検出するための学習処理の時間の短縮化を図ることができる。これにより、結果的に複数のトラック間で相関のある同期成分を位置誤差から抑制するための第２の制御値を、位置誤差に基づいて算出した第１の制御値に加算することにより、確実でかつ効率的なヘッド位置決め制御を実現することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００１８】
図１は、本実施形態に関係するヘッド位置決め制御システムの概念を示すブロック図であり、図２は本システムを適用するＨＤＤの要部を示すブロック図である。
（ＨＤＤの構成）
本実施形態は、特にＨＤＤのサーボ系に適用した場合を想定する。ＨＤＤのサーボ系は、図２に示すように、マイクロコントローラ１１０をメイン要素とし、後述するヘッド位置決め制御システムを実現している（図１を参照）。
【００１９】
まず、ＨＤＤでは、記録媒体であるディスク１００はスピンドルモータ１０３に固定されて、所定の角速度で高速回転している。ディスク１００は、多数の同心円状のトラック（シリンダ）が形成されている。各トラックは複数のサーボセクタ（ここでは５０セクタ）に分割されている。各サーボセクタは、サーボエリア１０２を先頭として、１個又は複数個のデータセクタ１０１から構成されている。データセクタ１０１は、ユーザデータを記録するためのエリアである。サーボエリア１０２には、前述したように、トラックアドレス（シリンダコード）およびサーボバーストデータ（位置信号）を含むサーボデータが記録されている。
【００２０】
ヘッド１０４はアクチュエータ１０５に搭載されている。アクチュエータ１０５はＶＣＭ１０６により駆動されて、ヘッド１０４をディスク１００の半径方向に移動（シーク動作）または位置調整（トラック追従動作）する。ＶＣＭ１０６はＶＣＭドライバ１１３から供給される駆動電流により駆動する。アクチュエータ１０５、ＶＣＭ１０６およびＶＣＭドライバ１１３は、後述するように、ヘッド位置決め制御システムのプラント（制御対象）に含まれる。
【００２１】
ヘッドアンプ回路１１４は、ヘッド１０４により読出されたサーボデータを含む再生信号（リードデータ）を増幅して出力する。サンプルホールド回路１１５は、サーボバーストデータの振幅値（通常では２相のバーストパターンＡ，ＢとＣ，Ｄからなる）をサンプルホールドし、マイクロコントローラ１１０に出力する。マイクロコントローラ１１０は、サンプルホールド回路１１５から出力される振幅値に基づいてヘッド１０４の絶対位置と目標位置（通常ではアクセス対象のトラックの中心）との位置誤差を算出する。
【００２２】
マイクロコントローラ１１０は、メモリに予め格納された制御プログラムを実行するＣＰＵをメイン要素とし、後述するヘッド位置決め制御システムの制御プロセスを実行する。マイクロコントローラ１１０は、Ａ／Ｄコンバータ１１１により位置誤差ｅをディジタル値に変換して入力する。また、マイクロコントローラ１１０は、算出した制御操作量（本実施形態では制御値Ｕｂと制御値Ｕｆとを加算した値）をＤ／Ａコンバータ１１２によりアナログの電圧信号に変換してＶＣＭドライバ１１３に出力する。但し、Ｄ／Ａコンバータ１１２はＶＣＭドライバ１１３側に設けられて、マイクロコントローラ１１０はディジタル値である制御値をＶＣＭドライバ１１３に設定するような構成でもよい。ＶＣＭドライバ１１３は、制御値をＶＣＭ１０６を駆動するための電流に変換する。
（ヘッド位置決め制御システムの構成）
本実施形態のヘッド位置決め制御システムは、ヘッド１０４の絶対位置（ｙ）とディスク１００上の目標位置（ｒ）との位置誤差（ｅ）に基づいて、プラント（アクチュエータ）３を駆動制御するフィードバック制御系と共に、同期成分検出部１１と、ＦＷコントローラ１２と、サーボ系加振部２０とを有する学習型フィードフォワード制御系３０を併用したシステムである。
【００２３】
サーボ系加振部（伝達関数Ｇｔ）２０は、ディスク１００の回転に同期する同期成分とは異なる周波数成分の外乱信号を発生し、観測値に相当する位置誤差信号に加算部５により加算する。具体的には、サーボ系加振部２０は、所定の周波数（例えば１００Ｈｚ）のサイン（ｓｉｎ）波からなる外乱信号を発生し、アクチュエータ１０５を複数のトラック間を振動させる。これにより、図３に示すように、目標位置（例えばトラックＮとする）を境界として、ヘッド１０４が複数のトラック間を振動するように移動する（ヘッド軌跡３０１）。なお、図３において、各トラックの実線３００は、トラック偏心を示している。
【００２４】
学習型フィードフォワード制御系３０は、サーボ系加振部２０と共に、同期成分検出部１１およびＦＷコントローラ１２を有する。同期成分（偏心成分）検出部（伝達関数Ｆｔ）１１は、サーボ系加振部２０により加振された外乱を含む位位置誤差（ｅ）を観測し、当該位置誤差（ｅ）に含まれるディスクの回転周期に同期した同期成分（即ち、トラックの偏心）を検出して、ＦＷコントローラ１２に出力する。ＦＷコントローラ１２は、後述するように、検出された同期成分を抑制するような制御値（制御操作量）Ｕｆを算出して、フィードバック制御系の加算部１３に出力する。加算部１３は、コントローラ４からの制御値（制御操作量）Ｕｂと当該制御値Ｕｆとを加算した制御値をプラント（伝達関数Ｐｓ）３に出力する。
【００２５】
フィードバック制御系は、サーボ系加振部２０からの外乱と位置誤差とを加算する加算部５以外は、従来と同様の構成である。即ち、位置誤差検出部２は、ヘッドの目標位置ｒ（アクセス対象のトラックＮ）と実際のヘッド位置（ｙ）との位置誤差（ｅ）を算出する。コントローラ（伝達関数Ｆｂ）４は、位置誤差（ｅ）を入力して、この位置誤差（ｅ）を解消するような制御値（制御操作量）Ｕｂを算出する。
（システムの動作）
まず、ＨＤＤでは、ホストシステムからアクセスコマンドが発行されると、マイクロコントローラ１１０は、ディスク１００上のアクセス対象のトラックＮ（目標位置ｒ）までヘッド１０４を移動させるシーク制御（速度制御）を実行する。マイクロコントローラ１１０は、ヘッド１０４により読出されたサーボデータに含まれるトラックアドレス（トラック番号）に基づいて、アクチュエータ１０５の移動制御を実行する。ここで、ＨＤＤのシステムは、一定の間隔でサーボデータを得ることになるため、所定のサンプル周期でヘッド位置決め制御を実行する。
【００２６】
次に、ヘッド１０４が目標トラックの近傍に接近すると、マイクロコントローラ１１０はヘッド１０４をトラックＮの範囲内に（通常ではトラック中心）に位置決め整定させるためのトラック追従制御（位置制御）を実行する。即ち、本実施形態のシステムは、ヘッド１０４によりサーボデータが読出される毎に、トラック追従制御時の一連の動作（制御プロセス）を逐次実行する。
【００２７】
即ち、図１に示すように、ヘッド１０４によりサーボデータのサーボバーストデータが読出される度に、位置誤差検出部２は目標位置（ｒ）と実際のヘッド位置（ｙ）との位置誤差（ｅ）を検出する。コントローラ４は、入力する位置誤差（ｅ）を解消するための制御値Ｕｂを算出する。
（同期成分検出処理）
ここで、前述したように、位置誤差（ｅ）には、ディスク１００の回転に伴う同期成分であるトラックの偏心成分が含まれていると想定する。同期成分検出部１１は、具体的には位置誤差（ｅ）から特定の偏心成分をサイン（ｓｉｎ）成分とコサイン（ｃｏｓ）成分に分離し抽出する処理を実行する。位置誤差（ｅ）の中で、ディスクの回転周期に同期した同期成分は、周期関数として捉えることができるので、フーリエ級数により展開表示することができる。即ち、ディスクの回転周期をＴ、位置誤差の観測情報をｅ（ｔ）とすれば以下式（１）を求めることができる。ここで、同期成分検出部１１は、スイッチ部２１を制御して、サーボ系加振部２０から発生した外乱（サイン波）を加算部５に入力させる。これにより、観測情報ｅ（ｔ）には、加振された外乱の周波数成分が含まれている。
【００２８】
【数１】
【００２９】
ここで、ａ１，ａ２，ａ３，…，ｂ１，ｂ２，ｂ３，…，ｃ０はフーリエ係数（１，２，３，…は偏心次数を意味する）であり、各偏心成分の大きさと位相を表す。各フーリエ係数は次式（２）により求めることができる。
【００３０】
【数２】
【００３１】
本実施形態のＨＤＤでは、前述したように、サーボデータは離散的にしか得られないため、位置誤差（ｅ）を時間的に連続な情報として得ることはできない。そこで、位置誤差（ｅ）を離散的な情報として得る場合のフーリエ係数ａ１，ａ２，ａ３，…，ｂ１，ｂ２，ｂ３，…を求める関係式（３）を以下に示す。
【００３２】
【数３】
【００３３】
さらに、前記式（３）を数式的に変形して、１サンプル前までに得られた偏心成分のフーリエ係数に、現時点の観測情報により得られたフーリエ係数の変化分を逐次加算していく演算式として下記の関係式（４）を求めることができる。
【００３４】
【数４】
【００３５】
この関係式（４）により、サーボ系加振部２０からの外乱により、複数のトラック間にヘッド１０４を振動させたときの位置誤差情報から（図３を参照）、各トラック間で相関のある偏心成分をサイン（ｓｉｎ）成分とコサイン（ｃｏｓ）成分とに分離して抽出することができる。
（ＦＷコントローラの算出処理）
ＦＷコントローラ１２は、下記の関係式（５），（６）により、サーボ系加振部２０の動作に伴って、同期成分検出部１１により検出された複数のトラック間で相関のある偏心成分を抑制するための制御値（制御操作量）Ｕｆを算出する。
【００３６】
ここで、図１のスイッチ部２１をオフして、サーボ系加振部２０からの外乱信号を零とした場合に、位置誤差（ｅ）の関係式（５）は以下のように求めることができる。
【００３７】
【数５】
【００３８】
同期成分検出部１１により、「Ｕｆ＝０」のときの位置誤差の特定偏心成分（ｅ０）を求めることができるので、この特定偏心成分（ｅ０）を抑制するための制御値Ｕｆは結果的に次式（６）により求めることができる。
【００３９】
【数６】
【００４０】
要するに、前記式（６）に示すように、プラント４とＦＷコントローラ１２の各伝達関数をフィルタとして使用することにより、最も効果的な制御操作量Ｕｆを生成することができる。
【００４１】
以上のようにして、学習型フィードフォワード制御系３０により、１回の同期検出処理（学習処理）により、位置誤差（ｅ）に含まれるディスクの回転周期に同期した同期成分であって、複数のトラック間で相関のある偏心成分を抽出することができる。従って、ＦＷコントローラ１２は、検出された同期成分（偏心成分）を抑制するための制御値（制御操作量）Ｕｆを算出することができる。
【００４２】
フィードバック制御系の加算部１３は、フィードバック制御系の制御操作量Ｕｂとフィードフォワード制御系３０の制御操作量Ｕｆとを加算した制御操作量をプラント３に出力する。従って、ディスクの回転周期に同期した偏心成分であって、トラック間で相関のある同期成分を十分に抑制したヘッド位置決め制御を実現することができる。
【００４３】
なお、サーボ系加振部２０は、フィードフォワード制御系３０出はなく、図１に示すように、フィードバック制御系の加算部１３の出力側に接続される構成でもよい。
【００４４】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、観測している位置誤差から１度の学習処理（同期成分検出処理）により、複数のトラック間で相関のある同期成分（トラックの偏心成分）を抽出することができる。従って、ディスクの回転周期に同期するトラック間で相関のある同期成分を効率的に検出する事ができるため、位置誤差に含まれる当該同期成分を効率的に抑制することが可能となる。従って、ヘッド位置決め制御時に、衝撃、振動、発熱などの環境に効率的かつ確実に対処できるため、特に高いヘッド位置決め精度を要求される高記録密度の磁気ディスク装置に適用することが有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に関係するヘッド位置決め制御システムの概念を説明するためのブロック図。
【図２】同実施形態におけるＨＤＤの要部を示すブロック図。
【図３】同実施形態のシステムの動作を説明するための概念図。
【図４】従来の同期成分抑制方式のヘッド位置決め制御システムの概念を説明するためのブロック図。
【図５】同従来のシステムに関係する位置決め精度の測定結果及び偏心成分の特性を示す図。
【図６】従来のヘッド位置決め制御システムに適用するフィードバック制御系を示すブロック図。
【図７】同従来のシステム関係する位置決め精度の測定結果及び偏心成分の特性を示す図。
【符号の説明】
１…フィードバック制御系
２…位置誤差検出部
３…プラント（制御対象）
４…コントローラ
５…加算部
１０…学習型フィードフォワード制御系
１１…同期成分検出部
１２…フィードフォワード制御部（ＦＷコントローラ）
１３…加算部
２０…サーボ系加振部
２１…スイッチ部
１００…ディスク
１０４…ヘッド
１０５…アクチュエータ
１０６…ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）
１１０…マイクロコントローラ
１１１…Ａ／Ｄコンバータ
１１２…Ｄ／Ａコンバータ
１１３…ＶＣＭドライバ
１１４…ヘッドアンプ回路
１１５…サンプルホールド回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばハードディスクドライブなどの磁気ディスク装置に適用し、特にディスクの回転に同期する同期成分によるヘッドの位置誤差を抑制する補償機能を有するヘッド位置決め制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）は、磁気ヘッド（以下単にヘッドと称する）により記憶媒体であるディスク上にデータを書込み、またディスクからデータを読出すように構成されている。ディスクは、各データ面に同心円状の多数のトラック（シリンダ）が構成されて、各トラックがそれぞれ複数のデータセクタに分割されている。ＨＤＤでは、ディスク上にはサーボデータが記録されたサーボエリアが所定の間隔で設けられている。サーボデータは大別して、トラックを識別するためのトラックアドレス（シリンダコード）及びサーボバーストデータ（位置信号）からなる。ここで、サーボエリアから次のサーボエリアの前までの領域をサーボセクタと呼ぶ。即ち、ディスク上の各トラックは、複数のサーボセクタ（サーボエリアの数に相当）に分割されている。各サーボセクタは、サーボエリアを先頭として、１個又は複数個のデータセクタから構成されている。
【０００３】
ＨＤＤには、アクセス対象のトラック（目標位置）が決定されると、ヘッドを当該目標位置まで移動制御して、かつ当該トラックの範囲内に位置決めするように追従制御させるためのヘッド位置決め制御システムが設けられている。
【０００４】
ヘッド位置決め制御システムは、概念的には図６に示すように、フィードバック制御系１によりトラック追従制御を実行している。フィードバック制御系１は大別して、ディスク上の目標位置（ｒ）と実際のヘッド位置（ｙ）との位置誤差（ｅ）を算出する位置誤差検出要素（減算要素）２と、制御要素（コントローラ）４と、プラント（制御対象）３とから構成されている。コントローラ４は、具体的にはＨＤＤのメイン制御装置であるＣＰＵ（マイクロコントローラ）である。また、プラント３は、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）を含むアクチュエータである。アクチュエータはヘッドを搭載しており、ディスク上の半径方向にヘッドを移動し、目標位置に位置決めする。ここで、コントローラ４及びプラント３の各伝達関数をそれぞれ「Ｆｂ」と「Ｐｓ」とする。
【０００５】
コントローラ４は、ヘッドと目標位置との相対的位置である位置誤差ｅを入力して、この位置誤差ｅを解消するような制御値（制御操作量）Ｕｆを算出する。このとき、コントローラ４は、閉ループ系を安定化補償し、かつサーボデータの偏差補償を行なうように制御値（Ｕｆ）を算出する。ここで、安定化補償とは、システムの位相遅れを補償してループの安定化を行なうものであり、位相進み補償とも呼ばれる。具体的には、ゲインクロス周波数で、位相の遅れが「−１８０度」以下になると、制御ループが不安定になる。このため、制御ループ内にディジタルフィルタを設けて、ゲインクロス周波数で位相が進むような補償がなされる。
【０００６】
一方、偏差補償とは、ディスク上のトラックに記録されたサーボデータとヘッドとの相対誤差を小さくして、ヘッドの位置決め精度を向上させるものである。具体的には、ヘッドを搭載しているアクチュエータは、ヘッドとヘッドアンプ間の信号伝送やＶＣＭに対する通電のためのＦＰＣ（ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｏａｒｄ）の歪みによる外力を常に受けている。また、ディスク上に記録されたサーボデータは、ディスクの偏心によるトラック振れや、スピンドルモータ（ディスクの回転機構）の振れ、スピンドルモータの回転振動などによって生ずる同期及び非同期な振れにより、常に位置変動を起こしている。このようなアクチュエータに加わる外力やトラック位置変動に対して、サーボデータとヘッドとの相対誤差を低減させるために、制御ループ内に積分型のディジタルフィルタを設けて、ヘッドのトラック追従精度を向上させるための偏差補償がなされる。
【０００７】
ところで、ヘッドを追従させるべきディスク上のトラックには、特にディスクの回転に伴う要因により偏心（ヘッドに対するトラック偏心）が発生する。この偏心の要因としては、ディスクを回転させるためのスピンドルモータの軸振れ、サーボデータを書き込むときのディスクの振動、また周囲温度の変化によるディスク形状の伸縮などがある。
【０００８】
従来のヘッド位置決め制御システムでは、前記のようなディスクの回転に伴うトラックの偏心に対して、ヘッドの位置決め精度を向上させるために、フィードバック制御系のゲインを上げて、その偏心の抑制率を向上させる方法がある。しかしながら、実際のＨＤＤでは、ヘッドを搭載しているアクチュエータには機械的な共振要素が含まれており、単純にフィードバック制御系のゲインを上げることはできない。
【０００９】
図７（Ａ），（Ｂ）は、従来のヘッド位置決め制御システムにおいて、ヘッドを特定のトラックに位置決め制御したときの位置決め精度とそのスペクトルを示す測定例である。同図（Ａ）では、横軸はディスク上の特定のトラック（ディスクの１回転における）サーボセクタの位置（ここではサーボセクタ数として５０を想定している）を示す。また、同図（Ａ）において、測定結果である曲線１４０ｃは平均値を示す。また、曲線１４０ａと１４０ｂとの誤差は、ディスクを回転させるスピンドルモータに発生する非同期の偏心成分によるものである。さらに、同図（Ｂ）では、横軸は偏心成分の次数（偏心次数）を示す。ここでは、１，２，４次の偏心成分が十分に抑制されずに、繰り返し周期成分として残留していることを示している。要するに、従来のフィードバック制御系のシステムでは、ディスクの回転に伴うトラックの偏心成分を十分に抑制できないことがある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従来のフィードバック制御系のシステムでは、ディスクの回転に伴うトラックの偏心成分を十分に抑制できない。そこで、このような問題を解決するための方式として、例えば図４に示すように、フィードバック制御系１と共に、学習型フィードフォワード制御系１０を併用したヘッド位置決め制御システムが提案されている（例えば特願平９−１９０１１９号公報を参照）。学習型フィードフォワード制御系１０は、フィードバック制御系１による位置決め制御の実行時における位置誤差（ｅ）を観測し、この位置誤差（ｅ）からディスクの回転周期に同期した特定偏心成分を抽出する同期成分（偏心成分）検出部（伝達関数Ｆｔ）１１を有する。フィードフォワード制御部（伝達関数Ｆｗとし、以下ＦＷコントローラと呼ぶ）１２は、同期成分検出部１１の検出結果（学習結果）に基づいて、同期成分（偏心成分）を抑制するような制御値（制御操作量）Ｕｆを算出して、フィードバック制御系１の加算部１３に出力する。加算部１３は、コントローラ４からの制御値ＵｂとＦＷコントローラ１２からの制御値Ｕｆとを加算した制御値（制御操作量）をプラント３に出力する。
【００１１】
このような同期成分抑制方式のシステムにより、フィードバック制御系１のみではヘッドの追従制御が困難となるトラックの偏心成分（特にディスクの回転に同期する同期成分、以下同期成分とはディスクの回転に同期する偏心成分を意味する）を抑制できるため、結果的に位置誤差を十分に抑制し、ヘッドの位置決め精度を向上させることができる。図５（Ａ），（Ｂ）は、当該同期成分抑制方式のヘッド位置決め制御システムにおいて、ヘッドを特定のトラックに位置決め制御したときの位置決め精度とそのスペクトルを示す測定例である。この測定例から明らかなように、学習型フィードフォワード制御系１０を付加した方式により、フィードバック制御系１のみのシステムと比較して、同期成分を十分に抑制できる。
【００１２】
しかしながら、前述の同期成分抑制方式システムにおいても、以下のような問題を解決することは困難である。即ち、ディスクの回転に同期した偏心成分には、ＨＤＤの衝撃、振動、発熱などの環境により発生する複数のトラック間で相関のある同期成分以外に、当該各トラック間で相関のない成分が存在する。例えばサーボデータをディスク上に記録する場合に（通常ではサーボライタと呼ぶ専用装置を使用する）、ディスクを回転させるスピンドルモータの非同期成分がある。このため、複数のトラック間で相関のある同期成分を検出して、抑制することが必要となる。しかし、前述の従来方式のシステムでは、１度の学習処理により１トラック分の偏心成分しか抽出できないため、各トラック毎に学習処理を実行して、平均値を算出する必要がある。従って、複数のトラック間で相関のある同期成分を検出するための学習処理には多くの処理時間を必要とする。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、複数のトラック間で相関のある同期成分を検出するための学習処理の時間を短縮化し、当該同期成分を効率よく抽出して抑制できるシステムを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、フィードバック制御系と共に、学習型フィードフォワード制御系を併用したヘッド位置決め制御システムにおいて、学習型フィードフォワード制御系による１度の学習処理により、複数のトラック間で相関のある同期成分（ディスクの回転に同期するトラックの偏心成分）を検出し、かつ抑制する機能を備えたヘッド位置決め制御システムである。
【００１５】
本発明の観点に従った磁気ディスク装置は、データのリード／ライトを行うためのヘッドと、前記データを記録するための領域及び前記ヘッドの位置決め制御に使用するためのサーボデータが記録された領域を有するディスクと、前記ディスクを回転させるディスク回転手段と、前記ヘッドにより読出された前記サーボデータを使用して、前記ヘッドの位置と指定された目標位置との位置誤差を検出するための位置誤差検出手段と、前記位置誤差に基づいて、前記ヘッドを前記目標位置に位置決めするための第１の制御値を算出する第１の制御手段と、前記ディスクの回転に同期する周波数とは異なる周波数の外乱信号を生成し、前記目標位置に追従している前記ヘッドを、前記外乱信号を使用することにより前記ディスク上の複数のトラック間で前記目標位置を中心として振動させるためのサーボ系加振手段と、前記サーボ系加振手段による前記ヘッドの振動状態において、前記位置誤差検出手段により検出される位置誤差の観測結果に基づいて前記ディスクの回転に同期する周波数の同期成分を検出するための同期成分検出手段と、前記同期成分に基づいて、複数のトラック間で相関のある前記同期成分を前記位置誤差から除去するための第２の制御値を算出するための第２の制御手段と、前記第１の制御値と前記第２の制御値とを加算した制御値を使用して、前記サーボ系加振手段による振動を停止した状態で前記ヘッドを前記目標位置に位置決め制御するための手段とを備えた構成である。
【００１６】
このようなシステムをＨＤＤなどの磁気ディスク装置に適用することにより、ヘッド位置決め制御時に、ヘッドを複数のトラック範囲を移動させながら、各トラック間で相関のある同期成分を１度の学習処理により抽出することができる。従って、複数のトラック間で相関のある同期成分を検出するための学習処理の時間の短縮化を図ることができる。これにより、結果的に複数のトラック間で相関のある同期成分を位置誤差から抑制するための第２の制御値を、位置誤差に基づいて算出した第１の制御値に加算することにより、確実でかつ効率的なヘッド位置決め制御を実現することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００１８】
図１は、本実施形態に関係するヘッド位置決め制御システムの概念を示すブロック図であり、図２は本システムを適用するＨＤＤの要部を示すブロック図である。
（ＨＤＤの構成）
本実施形態は、特にＨＤＤのサーボ系に適用した場合を想定する。ＨＤＤのサーボ系は、図２に示すように、マイクロコントローラ１１０をメイン要素とし、後述するヘッド位置決め制御システムを実現している（図１を参照）。
【００１９】
まず、ＨＤＤでは、記録媒体であるディスク１００はスピンドルモータ１０３に固定されて、所定の角速度で高速回転している。ディスク１００は、多数の同心円状のトラック（シリンダ）が形成されている。各トラックは複数のサーボセクタ（ここでは５０セクタ）に分割されている。各サーボセクタは、サーボエリア１０２を先頭として、１個又は複数個のデータセクタ１０１から構成されている。データセクタ１０１は、ユーザデータを記録するためのエリアである。サーボエリア１０２には、前述したように、トラックアドレス（シリンダコード）およびサーボバーストデータ（位置信号）を含むサーボデータが記録されている。
【００２０】
ヘッド１０４はアクチュエータ１０５に搭載されている。アクチュエータ１０５はＶＣＭ１０６により駆動されて、ヘッド１０４をディスク１００の半径方向に移動（シーク動作）または位置調整（トラック追従動作）する。ＶＣＭ１０６はＶＣＭドライバ１１３から供給される駆動電流により駆動する。アクチュエータ１０５、ＶＣＭ１０６およびＶＣＭドライバ１１３は、後述するように、ヘッド位置決め制御システムのプラント（制御対象）に含まれる。
【００２１】
ヘッドアンプ回路１１４は、ヘッド１０４により読出されたサーボデータを含む再生信号（リードデータ）を増幅して出力する。サンプルホールド回路１１５は、サーボバーストデータの振幅値（通常では２相のバーストパターンＡ，ＢとＣ，Ｄからなる）をサンプルホールドし、マイクロコントローラ１１０に出力する。マイクロコントローラ１１０は、サンプルホールド回路１１５から出力される振幅値に基づいてヘッド１０４の絶対位置と目標位置（通常ではアクセス対象のトラックの中心）との位置誤差を算出する。
【００２２】
マイクロコントローラ１１０は、メモリに予め格納された制御プログラムを実行するＣＰＵをメイン要素とし、後述するヘッド位置決め制御システムの制御プロセスを実行する。マイクロコントローラ１１０は、Ａ／Ｄコンバータ１１１により位置誤差ｅをディジタル値に変換して入力する。また、マイクロコントローラ１１０は、算出した制御操作量（本実施形態では制御値Ｕｂと制御値Ｕｆとを加算した値）をＤ／Ａコンバータ１１２によりアナログの電圧信号に変換してＶＣＭドライバ１１３に出力する。但し、Ｄ／Ａコンバータ１１２はＶＣＭドライバ１１３側に設けられて、マイクロコントローラ１１０はディジタル値である制御値をＶＣＭドライバ１１３に設定するような構成でもよい。ＶＣＭドライバ１１３は、制御値をＶＣＭ１０６を駆動するための電流に変換する。
（ヘッド位置決め制御システムの構成）
本実施形態のヘッド位置決め制御システムは、ヘッド１０４の絶対位置（ｙ）とディスク１００上の目標位置（ｒ）との位置誤差（ｅ）に基づいて、プラント（アクチュエータ）３を駆動制御するフィードバック制御系と共に、同期成分検出部１１と、ＦＷコントローラ１２と、サーボ系加振部２０とを有する学習型フィードフォワード制御系３０を併用したシステムである。
【００２３】
サーボ系加振部（伝達関数Ｇｔ）２０は、ディスク１００の回転に同期する同期成分とは異なる周波数成分の外乱信号を発生し、観測値に相当する位置誤差信号に加算部５により加算する。具体的には、サーボ系加振部２０は、所定の周波数（例えば１００Ｈｚ）のサイン（ｓｉｎ）波からなる外乱信号を発生し、アクチュエータ１０５を複数のトラック間を振動させる。これにより、図３に示すように、目標位置（例えばトラックＮとする）を境界として、ヘッド１０４が複数のトラック間を振動するように移動する（ヘッド軌跡３０１）。なお、図３において、各トラックの実線３００は、トラック偏心を示している。
【００２４】
学習型フィードフォワード制御系３０は、サーボ系加振部２０と共に、同期成分検出部１１およびＦＷコントローラ１２を有する。同期成分（偏心成分）検出部（伝達関数Ｆｔ）１１は、サーボ系加振部２０により加振された外乱を含む位位置誤差（ｅ）を観測し、当該位置誤差（ｅ）に含まれるディスクの回転周期に同期した同期成分（即ち、トラックの偏心）を検出して、ＦＷコントローラ１２に出力する。ＦＷコントローラ１２は、後述するように、検出された同期成分を抑制するような制御値（制御操作量）Ｕｆを算出して、フィードバック制御系の加算部１３に出力する。加算部１３は、コントローラ４からの制御値（制御操作量）Ｕｂと当該制御値Ｕｆとを加算した制御値をプラント（伝達関数Ｐｓ）３に出力する。
【００２５】
フィードバック制御系は、サーボ系加振部２０からの外乱と位置誤差とを加算する加算部５以外は、従来と同様の構成である。即ち、位置誤差検出部２は、ヘッドの目標位置ｒ（アクセス対象のトラックＮ）と実際のヘッド位置（ｙ）との位置誤差（ｅ）を算出する。コントローラ（伝達関数Ｆｂ）４は、位置誤差（ｅ）を入力して、この位置誤差（ｅ）を解消するような制御値（制御操作量）Ｕｂを算出する。
（システムの動作）
まず、ＨＤＤでは、ホストシステムからアクセスコマンドが発行されると、マイクロコントローラ１１０は、ディスク１００上のアクセス対象のトラックＮ（目標位置ｒ）までヘッド１０４を移動させるシーク制御（速度制御）を実行する。マイクロコントローラ１１０は、ヘッド１０４により読出されたサーボデータに含まれるトラックアドレス（トラック番号）に基づいて、アクチュエータ１０５の移動制御を実行する。ここで、ＨＤＤのシステムは、一定の間隔でサーボデータを得ることになるため、所定のサンプル周期でヘッド位置決め制御を実行する。
【００２６】
次に、ヘッド１０４が目標トラックの近傍に接近すると、マイクロコントローラ１１０はヘッド１０４をトラックＮの範囲内に（通常ではトラック中心）に位置決め整定させるためのトラック追従制御（位置制御）を実行する。即ち、本実施形態のシステムは、ヘッド１０４によりサーボデータが読出される毎に、トラック追従制御時の一連の動作（制御プロセス）を逐次実行する。
【００２７】
即ち、図１に示すように、ヘッド１０４によりサーボデータのサーボバーストデータが読出される度に、位置誤差検出部２は目標位置（ｒ）と実際のヘッド位置（ｙ）との位置誤差（ｅ）を検出する。コントローラ４は、入力する位置誤差（ｅ）を解消するための制御値Ｕｂを算出する。
（同期成分検出処理）
ここで、前述したように、位置誤差（ｅ）には、ディスク１００の回転に伴う同期成分であるトラックの偏心成分が含まれていると想定する。同期成分検出部１１は、具体的には位置誤差（ｅ）から特定の偏心成分をサイン（ｓｉｎ）成分とコサイン（ｃｏｓ）成分に分離し抽出する処理を実行する。位置誤差（ｅ）の中で、ディスクの回転周期に同期した同期成分は、周期関数として捉えることができるので、フーリエ級数により展開表示することができる。即ち、ディスクの回転周期をＴ、位置誤差の観測情報をｅ（ｔ）とすれば以下式（１）を求めることができる。ここで、同期成分検出部１１は、スイッチ部２１を制御して、サーボ系加振部２０から発生した外乱（サイン波）を加算部５に入力させる。これにより、観測情報ｅ（ｔ）には、加振された外乱の周波数成分が含まれている。
【００２８】
【数１】
ここで、ａ１，ａ２，ａ３，…，ｂ１，ｂ２，ｂ３，…，ｃ０はフーリエ係数（１，２，３，…は偏心次数を意味する）であり、各偏心成分の大きさと位相を表す。各フーリエ係数は次式（２）により求めることができる。
【００３０】
【数２】
本実施形態のＨＤＤでは、前述したように、サーボデータは離散的にしか得られないため、位置誤差（ｅ）を時間的に連続な情報として得ることはできない。そこで、位置誤差（ｅ）を離散的な情報として得る場合のフーリエ係数ａ１，ａ２，ａ３，…，ｂ１，ｂ２，ｂ３，…を求める関係式（３）を以下に示す。
【００３２】
【数３】
さらに、前記式（３）を数式的に変形して、１サンプル前までに得られた偏心成分のフーリエ係数に、現時点の観測情報により得られたフーリエ係数の変化分を逐次加算していく演算式として下記の関係式（４）を求めることができる。
【００３４】
【数４】
この関係式（４）により、サーボ系加振部２０からの外乱により、複数のトラック間にヘッド１０４を振動させたときの位置誤差情報から（図３を参照）、各トラック間で相関のある偏心成分をサイン（ｓｉｎ）成分とコサイン（ｃｏｓ）成分とに分離して抽出することができる。
（ＦＷコントローラの算出処理）
ＦＷコントローラ１２は、下記の関係式（５），（６）により、サーボ系加振部２０の動作に伴って、同期成分検出部１１により検出された複数のトラック間で相関のある偏心成分を抑制するための制御値（制御操作量）Ｕｆを算出する。
【００３６】
ここで、図１のスイッチ部２１をオフして、サーボ系加振部２０からの外乱信号を零とした場合に、位置誤差（ｅ）の関係式（５）は以下のように求めることができる。
【００３７】
【数５】
同期成分検出部１１により、「Ｕｆ＝０」のときの位置誤差の特定偏心成分（ｅ０）を求めることができるので、この特定偏心成分（ｅ０）を抑制するための制御値Ｕｆは結果的に次式（６）により求めることができる。
【００３９】
【数６】
要するに、前記式（６）に示すように、プラント４とＦＷコントローラ１２の各伝達関数をフィルタとして使用することにより、最も効果的な制御操作量Ｕｆを生成することができる。
【００４１】
以上のようにして、学習型フィードフォワード制御系３０により、１回の同期検出処理（学習処理）により、位置誤差（ｅ）に含まれるディスクの回転周期に同期した同期成分であって、複数のトラック間で相関のある偏心成分を抽出することができる。従って、ＦＷコントローラ１２は、検出された同期成分（偏心成分）を抑制するための制御値（制御操作量）Ｕｆを算出することができる。
【００４２】
フィードバック制御系の加算部１３は、フィードバック制御系の制御操作量Ｕｂとフィードフォワード制御系３０の制御操作量Ｕｆとを加算した制御操作量をプラント３に出力する。従って、ディスクの回転周期に同期した偏心成分であって、トラック間で相関のある同期成分を十分に抑制したヘッド位置決め制御を実現することができる。
【００４３】
なお、サーボ系加振部２０は、フィードフォワード制御系３０出はなく、図１に示すように、フィードバック制御系の加算部１３の出力側に接続される構成でもよい。
【００４４】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、観測している位置誤差から１度の学習処理（同期成分検出処理）により、複数のトラック間で相関のある同期成分（トラックの偏心成分）を抽出することができる。従って、ディスクの回転周期に同期するトラック間で相関のある同期成分を効率的に検出する事ができるため、位置誤差に含まれる当該同期成分を効率的に抑制することが可能となる。従って、ヘッド位置決め制御時に、衝撃、振動、発熱などの環境に効率的かつ確実に対処できるため、特に高いヘッド位置決め精度を要求される高記録密度の磁気ディスク装置に適用することが有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に関係するヘッド位置決め制御システムの概念を説明するためのブロック図。
【図２】同実施形態におけるＨＤＤの要部を示すブロック図。
【図３】同実施形態のシステムの動作を説明するための概念図。
【図４】従来の同期成分抑制方式のヘッド位置決め制御システムの概念を説明するためのブロック図。
【図５】同従来のシステムに関係する位置決め精度の測定結果及び偏心成分の特性を示す図。
【図６】従来のヘッド位置決め制御システムに適用するフィードバック制御系を示すブロック図。
【図７】同従来のシステム関係する位置決め精度の測定結果及び偏心成分の特性を示す図。
【符号の説明】
１…フィードバック制御系
２…位置誤差検出部
３…プラント（制御対象）
４…コントローラ
５…加算部
１０…学習型フィードフォワード制御系
１１…同期成分検出部
１２…フィードフォワード制御部（ＦＷコントローラ）
１３…加算部
２０…サーボ系加振部
２１…スイッチ部
１００…ディスク
１０４…ヘッド
１０５…アクチュエータ
１０６…ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）
１１０…マイクロコントローラ
１１１…Ａ／Ｄコンバータ
１１２…Ｄ／Ａコンバータ
１１３…ＶＣＭドライバ
１１４…ヘッドアンプ回路
１１５…サンプルホールド回路
Claims (5)
- データのリード／ライトを行うためのヘッドと、
前記データを記録するための領域及び前記ヘッドの位置決め制御に使用するためのサーボデータが記録された領域を有するディスクと、
前記ディスクを回転させるディスク回転手段と、
前記ヘッドにより読出された前記サーボデータを使用して、前記ヘッドの位置と指定された目標位置との位置誤差を検出するための位置誤差検出手段と、
前記位置誤差に基づいて、前記ヘッドを前記目標位置に位置決めするための第１の制御値を算出する第１の制御手段と、
前記ディスクの回転に同期する周波数とは異なる周波数の外乱信号を生成し、前記目標位置に追従している前記ヘッドを、前記外乱信号を使用することにより前記ディスク上の複数のトラック間で前記目標位置を中心として振動させるためのサーボ系加振手段と、
前記サーボ系加振手段による前記ヘッドの振動状態において、前記位置誤差検出手段により検出される位置誤差の観測結果に基づいて前記ディスクの回転に同期する周波数の同期成分を検出するための同期成分検出手段と、
前記同期成分に基づいて、複数のトラック間で相関のある前記同期成分を前記位置誤差から除去するための第２の制御値を算出するための第２の制御手段と、
前記第１の制御値と前記第２の制御値とを加算した制御値を使用して、前記サーボ系加振手段による振動を停止した状態で前記ヘッドを前記目標位置に位置決め制御するための手段と
を具備したことを特徴とする磁気ディスク装置。 - 前記サーボ系加振手段は、所定の周期のサイン（ｓｉｎ）波からなる外乱信号を、前記位置誤差検出手段及び前記第１の制御手段からなるフィードバック制御系に与える手段を有することを特徴とする請求項１に記載の磁気ディスク装置。
- データのリード／ライトを行うためのヘッドと、前記データを記録するための領域及び前記ヘッドの位置決め制御に使用するためのサーボデータを記録した領域を有するディスクと、当該ディスクを回転させるディスク回転手段とを備えた磁気ディスク装置に適用するヘッド位置決め制御システムであって、
前記ヘッドにより読出された前記サーボデータを使用して、前記ヘッドの位置と指定された目標位置との位置誤差を検出するための位置誤差検出手段と、
前記位置誤差に基づいて、前記ヘッドを前記目標位置に位置決めするための第１の制御値を算出する第１の制御手段と、
前記ディスクの回転に同期する周波数とは異なる周波数の外乱信号を生成し、前記目標位置に追従している前記ヘッドを、前記外乱信号を使用することにより前記ディスク上の複数のトラック間で前記目標位置を中心として振動させるためのサーボ系加振手段と、
前記サーボ系加振手段による前記ヘッドの振動状態において、前記位置誤差検出手段により検出される位置誤差の観測結果に基づいて前記ディスクの回転に同期する周波数の同期成分を検出するための同期成分検出手段と、
前記同期成分に基づいて、複数のトラック間で相関のある前記同期成分を前記位置誤差から除去するための第２の制御値を算出するための第２の制御手段と、
前記第１の制御値と前記第２の制御値とを加算した制御値を使用して、前記サーボ系加振手段による振動を停止した状態で前記ヘッドを前記目標位置に位置決め制御するための手段と
を具備したことを特徴とするヘッド位置決め制御システム。 - 前記ヘッドを含む制御対象の伝達関数を(Ｐｓ)とし、前記第１の制御手段を含むフィードバック制御系の伝達関数を(Ｆｂ)とし、前記同期成分を(ｅ０)とした場合に、
前記第２の制御手段はモデル式「Ｕｆ＝（（１＋Ｆｂ・Ｐｓ）・ｅ０）／Ｐｓ」の演算を実行して前記第２の制御値(Ｕｆ)を算出することを特徴とする請求項３に記載のヘッド位置決め制御システム。 - 前記同期成分検出手段は、前記位置誤差の観測結果にフーリエ変換処理を実行し、特定の周波数成分をフーリエ級数展開により算出することを特徴とする請求項１に記載の磁気ディスク装置又は請求項３に記載のヘッド位置決め制御システム。
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