JP3742483B2

JP3742483B2 - ハードディスクドライブのヘッド位置決め制御方法

Info

Publication number: JP3742483B2
Application number: JP10695197A
Authority: JP
Inventors: 道塋全; 康錫李
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1996-04-24
Filing date: 1997-04-24
Publication date: 2006-02-01
Anticipated expiration: 2017-04-24
Also published as: US5926338A; KR100194021B1; KR970071734A; DE19715678B4; DE19715678A1; JPH1040659A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハードディスクドライブにおけるヘッド位置決め制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンピュータのハードディスクドライブ（ＨＤＤ）の技術進歩は、ＶＬＳＩとソフトウェア技術の飛躍的進歩と共に現代情報産業発展の重要な牽引車役となっている。ディスクドライブの技術は小型化且つ大容量化する傾向にあって、データ記録密度の面では１０年毎にほぼ１０倍ずつ増加してきており、この傾向は今後も続くと予想される。
【０００３】
ＨＤＤにおけるヘッドのサーボ制御機構は、トラック探索(track-seek)モード、トラック停止(track-settle)モード、トラック追従(track-following) モードの３つのモードで動作するように構成されている。そして、データの記録密度を高めるためにはトラック幅に対するトラック中央と実際のヘッド位置との差から決まるＴＭＲ(Track Mis Registration)を減少させることが重要であるが、このためには、トラック追従モードでヘッドアーム(head arm)の高精密サーボ制御技術が必要となる。
【０００４】
このようなヘッド位置決め制御は、ＰＥＳ(Position Error Signal) を検出する方式に従って、サーボ面サーボ方式、データ面サーボ方式に大別される。サーボ面サーボ方式は、ヘッドの位置情報を記録した専用のサーボディスクを用いてＰＥＳ信号を検出する方式である。一方、データ面サーボ方式は、位置情報をデータトラックのセクターごとに記録してある方式である。サーボ面サーボ方式は位置情報を連続して検出できるので、データ面サーボ方式よりも大きな帯域幅の位置決め機構を設計することができるという長所があるが、劣化によるサーボディスクとデータディスクとの間の不一致がＴＭＲの原因となる。従って、最近ではデータ面サーボ方式が広く使用される傾向にある。サーボ面とデータ面の併用方式もあるが、この場合もトラック追従モードはデータ面サーボ方式である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
トラック追従モードにおけるサーボ制御機構は、データの読出及び書込が可能なように磁気ヘッドをトラック中央に近接させてＰＥＳ信号を算出し、ヘッドのオフトラックを補償するＰＩＤ式で構成されている。従って、ディスクにおけるトラック円の中心が正確にスピンドル中心と一致していれば、入力追従誤差成分中に反復する成分はない。しかし、実際にディスクの中心とスピンドル中心とが正確に一致しない場合も稀ではないので、誤差成分のうちにディスクの回転周波数を基本モードにした周波数成分の反復追従誤差成分が存在することがあり、これを図６に示す。この図６は、ＰＩＤ制御アルゴリズムだけを使用してＰＥＳを算出した特性曲線図である。
【０００６】
このようにスピンドル中心とディスク中心の不一致があると、スピンドル軸受と共にＲＲＯ(Repeatable Run Out)エラーを引き起こすという問題点がある。そこで本発明の目的は、磁気ディスクの偏心による反復追従誤差成分を補償することの可能なヘッド位置決め制御方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この目的のために本発明は、トラックのセクターから位置エラー信号を得てトラック追従モードを実施するハードディスクドライブのヘッド位置決め制御方法において、トラック追従モードで得られる各セクタの位置エラー信号を保存し、この位置エラー信号保存後の周期でセクターを追従するときに、入力される追従中のセクターの位置エラー信号からフィードバック制御アルゴリズムに従い第１補正値を算出すると共に、前記追従中のセクターの位置エラー信号及び前記保存した位置エラー信号のうちの追従中のセクターの前後のセクターの位置エラー信号から反復制御アルゴリズムに従い第２補正値を算出し、これら第１及び第２補正値に基づき反復追従誤差成分に対する補正値を算出することを特徴とする。その反復制御アルゴリズムは、追従中のセクターの位置エラー信号及び保存した位置エラー信号のうちの追従中のセクターの前後のセクターの位置エラー信号をフィルタリングしてその平均値を演算し、第２補正値を算出するものとする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態につき添付の図面を参照して詳細に説明する。
【０００９】
図１は、ハードディスクドライブのブロック図である。マイクロプロセッサ１０１は、該マイクロプロセッサ１０１で遂行する制御プログラムを貯蔵しているＰＲＯＭ１０３と、トラックから算出される各セクターのＰＥＳを順次に保存するＳＲＡＭ１０５と、をもっている。インタフェース制御部１２９が、このマイクロプロセッサ１０１により制御されて外部データ入力装置（図示せず）との間でデータを送受信する。
【００１０】
記録媒体の磁気ディスク１０９に対しデータの読出／書込を行うヘッド１０７は、ＶＣＭ(Voice Coil Moter)を使用したアクチュエータ１１１により移動し、位置決めされる。ＶＣＭ１１１はＶＣＭ駆動器１１５により制御され、ＤＡＣ(Digital/Analog Converter)１１７が、マイクロプロセッサ１０１によるディジタル制御信号をアナログ変換してＶＣＭ駆動器１１５へ提供する。ディスク１０９はスピンドルモータ１１３により回転駆動され、モータ駆動器１１９が、マイクロプロセッサ１０１の制御を受けてスピンドルモータ１１３を制御する。
【００１１】
前置増幅器１２１は、ヘッド１０７により読出された信号を増幅し、また書込む信号を増幅してヘッド１０７へ提供する。読出デコーディング＆書込エンコーディング部１２３は、マイクロプロセッサ１０１による制御で動作し、インタフェース制御部１２９からの書込データを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前置増幅器１２１へ出力し、また前置増幅器１２１からのアナログ読出信号であるＥＲＤ(Encorded Read Data)信号をデコーディングしてディジタル変換し、インタフェース制御部１２９へ出力する。ゲートアレイ１２７は、読出デコーディング＆書込エンコーディング１２３からＥＲＤ信号を受け、そのＥＲＤ信号からディスク１０９におけるサーボ領域内のグレーコードなど各サーボ情報及び検出タイミングクロックなどを出力する。
【００１２】
ＡＤＣ(Analog/Digital Converter)１２５は、読出デコーディング＆書込エンコーディング部１２３からアナログのサーボ読出信号を受け、ＰＥＳにディジタル変換してディジタル信号プロセッサ（Digital Signal Processor: ＤＳＰ）１３１へ提供する。ＤＳＰ１３１は、ＡＤＣ１２５からのＰＥＳ信号を受けて処理し、これによる補正値をマイクロプロセッサ１０１へ出力する。
【００１３】図２に示すのは、反復追従誤差用の補正値を出力するための機能ブロックである。まず、フィードバック制御アルゴリズム２０３は、追従中のセクターのＰＥＳ信号を受け、該入力ＰＥＳ信号を次の３つの演算アルゴリズムにより比例、微分、積分し、算出された各値を一定の関数値として加算する。
【数３】
比例＝ｋｐ，微分＝ｋｄ（１−Ｚ ^-1 ），積分＝ｋｉ／（１−Ｚ ^-1 ）
【００１４】
反復制御アルゴリズム２０１は、フィードバック制御アルゴリズム２０３に入力される追従中のセクターのＰＥＳ信号と、予めＳＲＡＭ１０５に保存してあるテーブルから読出された前後セクターのＰＥＳ信号とを、次の演算アルゴリズムにより低域フィルタリングしてその平均値を算出する。
【数４】

かかる伝達関数により第２補正値Ｃ（ｋ）は、以下のようになる。
【数５】

【００１５】
数式５を展開すれば下記の数式６のようになり、ｋは現在のセクターを、Ｎは７２のセクターを、Ｎ１とＮ２は追従中のセクターの前後セクターを、Ｑはフィルタをそれぞれ示す。
【数６】

【００１６】
図３は、反復追従誤差を補償するヘッド位置決め制御のフローチャートである。トラック追従モードで目的トラックの各セクターからＰＥＳ信号を算出してセクター別にそのＰＥＳ信号を保存した後、次の周期で特定セクターを追従するとき、当該追従セクターのＰＥＳ信号と前記保存してあるテーブルから読出した前後セクターのＰＥＳ信号を、ＤＳＰ１３１の反復制御アルゴリズムとフィードバック制御アルゴリズムで処理し、補正値を算出する。
【００１７】
図４は、反復追従誤差を補償するために使用するＤＳＰ１３１の制御アルゴリズムである。追従セクターのＰＥＳ信号算出値が入力されると、ＤＳＰ１３１のフィードバック制御アルゴリズム２０３を通じて比例、微分、積分演算して第１補正値を算出し、更に並行して、その追従セクターのＰＥＳ信号及びテーブルから読出した前後セクターのＰＥＳ信号の３つのＰＥＳ信号を基に第２補正値を算出する。そして、これら算出された第１及び第２補正値を合算して最終的な補正値を出力する。
【００１８】
図５は、各セクターの位置エラー信号ＰＥＳを検出して保存したテーブルである。トラック追従時、１番目の周期で１周期７２個のセクターのＰＥＳ信号を算出し、順次にテーブルに保存する。
【００１９】
図６は、従来のＰＩＤ制御アルゴリズムだけを使用してＰＥＳを算出した特性曲線図であり、一方図７は、本例の反復制御アルゴリズムを使用してＰＥＳを算出した特性曲線図である。
【００２０】
以下、図１〜図７に基づきこの例のヘッド位置決め制御の特徴につき詳しく説明する。即ち、トラック追従時に目的トラックの１トラックで発生する反復追従誤差成分を補償する制御方法である。
【００２１】
シークを行ってヘッド１０７をディスク１０９の目的トラックに位置させ、そして図３の２００段階でトラック追従モードを遂行する。すると２１０段階でマイクロプロセッサ１０１は、まずヘッド１０７を制御して目的トラックの各セクターサーボ領域に記録されたバースト信号を読出す。これにより検出されたバースト信号から読出デコーディング＆書込エンコーディング部１２３及びＡＤＣ１２５を通じて得られるＰＥＳ信号は、順次、ＳＲＡＭ１０５に図５のようにして保存されていく。その後、２２０段階でマイクロプロセッサ１０１は、７２の１周期のセクターをすべて読出したか判断する。これにより、１周期の全セクターがまだ読出されていないと判断されれば２１０段階へ戻り、次のセクターのＰＥＳ信号を算出してＳＲＡＭ１０５に保存する。
【００２２】
２２０段階で１周期の全セクターが読出されたと判断されると、２３０段階でマイクロプロセッサ１０１は、ヘッド１０７を制御して次の周期の１番目のセクターのサーボ領域に記録されたバースト信号を読出す。その検出されたバースト信号から読出デコーディング＆書込エンコーディング部１２３及びＤＳＰ１２５を通じてＰＥＳ信号が出され、ＤＳＰ１３１に入力される。すると２４０段階でマイクロプロセッサ１０１は、ＤＳＰ１３１による最終補正値の算出処理を実行させる。この２４０段階の処理過程が図４に詳細に示してある。
【００２３】
図４の３００段階でＡＤＣ１２５から現在追従中のセクターのＰＥＳ信号が入力されると、３１０段階では、ＤＳＰ１３１のフィードバック制御アルゴリズム２０３により、入力されたＰＥＳ信号を上記数式１〜３の３つの演算アルゴリズムによりそれぞれ比例、微分、積分し、算出された値を１つの関数値として合算し、第１補正値を出力する。
【００２４】
またこのフィードバック制御アルゴリズム２０３による第１補正値演算に並行して３２０段階では、反復制御アルゴリズム２０１により、フィードバック制御アルゴリズム２０３に入力された追従セクターのＰＥＳ信号と、予めＳＲＡＭ１０５に保存されたテーブルから読出した前後セクターのＰＥＳ信号とを、上記数式４〜６の演算式によりフィルタリングし、その平均値を算出して第２補正値を出力する。
【００２５】
出された第１及び第２補正値は、３３０段階で合算されて最終補正値が出力される。
【００２６】
最終補正値が出ると、図３の２５０段階でマイクロプロセッサ１０１は、追従中のセクターが最終セクターであるか確認し、最終セクターでなければ２６０段階で次のセクターのＰＥＳ信号を得て２４０段階へ戻る。一方、最終セクターであれば２７０段階で、追従の最終周期かどうか確認する。そして、最終周期でなければ２３０段階へ戻って次の周期の１番目のセクターのＰＥＳ値を出してＤＳＰ１３１へ入力し、最終周期であれば当該フローを終了する。
【００２７】
この位置決め制御により、ディスクが１周期回転した後に反復追従誤差成分が補償されたＰＥＳ信号は図７のようになる。
【００２８】
本例の位置決め制御は、所定のトラックで判明した反復追従誤差成分が他のトラックにおいても同じ位置で同様に発生する場合に応用できる。即ち、追従中のトラックで上記の反復制御アルゴリズムによる補償をした後に、該トラックから他のトラックへ移動して追従を実施するときに、前のトラックで算出して保存した各セクターのＰＥＳ信号テーブルを読出すことにより、反復制御アルゴリズムを通じて補償することができる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、トラック追従モードで動作中のときに発生する反復追従誤差を抑制することができるので、ハードディスクドライブの性能を更に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ハードディスクドライブの構成を示したブロック図。
【図２】図１中のＤＳＰにおける反復追従誤差制御に関するブロック図。
【図３】本発明のヘッド位置決め制御方法における反復追従誤差制御を説明したフローチャート。
【図４】反復追従誤差制御の補正値演算の制御アルゴリズムを説明したフローチャート。
【図５】各セクターの位置エラー信号ＰＥＳを保存するテーブルを示した説明図。
【図６】従来のＰＩＤ制御アルゴリズムだけを使用したＰＥＳ信号の特性曲線図。
【図７】反復制御アルゴリズムを使用したＰＥＳ信号の特性曲線図。

Claims

トラックのセクターから位置エラー信号を得てトラック追従モードを行うハードディスクドライブのヘッド位置決め制御方法において、
トラック追従モードで得られる各セクターの位置エラー信号を保存し、この位置エラー信号保存後の周期でセクターを追従するときに、入力される追従中のセクターの位置エラー信号をＰＩＤ演算した第１補正値を算出すると共に、前記追従中のセクターの位置エラー信号及び前記保存した位置エラー信号のうちの追従中のセクターの前後のセクターの位置エラー信号ｅ（ｋ）から、

または

（但し，ｋは現在のセクターを、Ｎは７２のセクターを、Ｎ１とＮ２は追従中のセクターの前後セクターを、Ｑはフィルタを示す。）に従い第２補正値Ｃ（ｋ）を算出し、これら第１及び第２補正値に基づき反復追従誤差成分を含む誤差成分に対する補正値を算出するようにしたことを特徴とするヘッド位置決め制御方法。
反復制御アルゴリズムは、追従中のセクターの位置エラー信号及び保存した位置エラー信号のうちの追従中のセクターの前後のセクターの位置エラー信号をフィルタリングしてその平均値を演算し、第２補正値を算出する請求項１記載のヘッド位置決め制御方法。