JP3751954B2 - ディスク記憶装置及びヘッド位置決め制御方法 - Google Patents
ディスク記憶装置及びヘッド位置決め制御方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的にはディスク記憶装置の分野に関し、特に、外乱補償機能を備えたヘッド位置決め制御技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ハードディスクドライブを代表とするディスク記憶装置（以下ディスクドライブと呼ぶ）の分野では、外部から印加される振動や衝撃（総称して外乱と表記する）に対して、振動除去技術や、騒音をうち消すノイズキャンセラ技術の適用が検討されている。
【０００３】
ディスクドライブでは、ディスク媒体上の目標位置（目標トラック）にヘッドを位置決めするためのヘッド位置決め制御システムが組み込まれている。当該システムは、外乱の影響が大きい場合には、ヘッドの位置決め精度が低下する。このため、ディスクドライブでは、特にヘッド位置決め精度に影響を与える外部からの振動に対する外乱補償技術が重要である。
【０００４】
一般的に、ディスクドライブでは、加速度センサからなる外乱センサにより外乱（外部振動）を検出し、当該外乱の影響を適応フィルタリング方法により抑制するフィードフォワード制御システムが採用されている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００５】
【特許文献１】
米国特許第５，６６３，８４７号（明細書及び図面）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
先行技術文献に示すような方法では、外乱の振動伝達特性や、外乱センサが十分な線形性を持つ場合は有効である。しかしながら、実際に振動除去の対象となるディスクドライブは、ヘッド及びディスク媒体に関係する機械的メカニズムが組み込まれている。このため、当該メカニズムに関する接触摩擦のヒステリシス特性や動作範囲の制限などの機械的な制約により、何らかの非線形要素を備えている。
【０００７】
このようなディスクドライブでは、外部から例えば単一周波数で加振される外乱が印加された場合に、ドライブの内部にはその整数倍である高調波の内部振動が発生することがある。要するに、非線形要素が存在するドライブ内部では、外乱の周波数以外の周波数成分（特に高調波成分）を有する内部振動が発生する。このような内部振動は、先行技術文献に示すような方法では抑制することはできない。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、外乱の周波数以外の周波数成分を有する内部振動を効果的に抑制できるディスクドライブを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の観点は、非線形系要素により外乱の周波数とは異なる高調波などの周波数成分を含む内部振動が発生したときに、当該内部振動を効果的に抑制するヘッド位置決め制御システムを有するディスクドライブに関する。
【００１０】
本発明の観点に従ったディスクドライブは、ディスク媒体に対してデータのリードまたはライトを行なうヘッドと、前記ヘッドを搭載し、前記ディスク媒体上の半径方向に移動させるアクチュエータと、前記ディスク媒体上での目標位置に対するヘッドの位置誤差を検出する位置検出手段と、外部から印加される振動または衝撃に相当する外乱を信号として検出する加速度センサと、フィードバック制御手段により前記位置誤差を解消して前記ディスク媒体上の目標位置に前記ヘッドを位置決め制御する手段であって、前記外乱による内部振動を抑制するための制御補償値を算出して前記フィードバック制御手段に入力するフィードフォワード制御手段を含む制御手段とを有し、前記フィードフォワード制御手段は、前記加速度センサから出力される外乱検出信号に対して非線形フィルタリング処理を実行して、前記内部振動の周波数成分に相当する高調波成分を含む前記外乱検出信号を生成する非線形フィルタリング手段と、前記非線形フィルタリング手段から出力される前記外乱検出信号に対してフィルタリング・パラメータに従ったフィルタリング処理を実行して、前記制御補償値を算出する線形フィルタリング手段と、前記外乱検出信号及び前記位置誤差を使用して、前記内部振動を解消するための前記制御補償値を算出するように、前記線形フィルタリング手段の前記フィルタリング・パラメータを調整する適応手段とを備えた構成である。
【００１１】
【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。
【００１２】
図１は、本実施形態に関するヘッド位置決め制御システムの基本的構成を示すブロック図である。図２は、本実施形態に関するディスクドライブの構成を示すブロック図である。図３は、本実施形態に関するヘッド位置決め制御システムの具体的構成を示すブロック図である。
【００１３】
（ヘッド位置決め制御システム）
本実施形態のヘッド位置決め制御システムは、図１に示すように、基本的には外部センサ１０と、非線形フィルタ１１と、第１のフィルタ１２と、アクチュエータ１３と、内部センサ１４と、第２のフィルタ１５と、適応アルゴリズム１６とから構成されている。
【００１４】
外部センサ１０は、外部から印加される振動又は衝撃である外乱（加振外力a）を一定サンプリング時間毎に検出する。非線形フィルタ１１は、外部センサ１０により検出された外乱検出信号に対して、後述する非線形フィルタリング処理を実行する。第１のフィルタ１２は、適応アルゴリズム１６と共に、適応フィルタリング処理を実行し、非線形要素込みの振動伝達特性Ｇを模擬した線形フィルタ（パラメータＦ）である。振動伝達特性Ｇとは、ディスクドライブの内部に組み込まれたメカニズム（ヘッドやディスク媒体に関係する要素）の非線形要素を含む内部振動特性である。
【００１５】
アクチュエータ１３は、ヘッド位置決め制御の対象（プラントＰ）であり、具体的にはボイスコイルモータ（ＶＣＭ）を意味する。内部センサ１４は、ドライブ内部に発生する内部振動（具体的には、ヘッドの位置誤差ｅ）を検出する位置誤差検出部である。第２のフィルタ１５は、アクチュエータ１３と内部センサ１４の伝達特性を模擬したフィルタである。
【００１６】
図３は、実際のディスクドライブに適用する場合のヘッド位置決め制御システムを示す。当該システムにおいて、内部センサ１４とは、制御対象（プラントＰ）３３０であるアクチュエータ１３により移動するヘッドの位置と、目標位置Ｔとの位置誤差ｅを検出する位置誤差検出部１７である。
【００１７】
追従コントローラ（伝達特性Ｃ）２８０は、フィードバック制御により位置誤差ｅを解消するようにアクチュエータ１３の駆動制御するための制御値を決定する。この制御値は、具体的にはＶＣＭの駆動電流値に相当する。
【００１８】
一方、外部センサ１０により検出された外乱を補償機能を実現するフィードフォワード制御システムは、線形フィルタ１２を介して外乱補償値を、追従コントローラ２８０を含むフィードバック制御システムの入力として加算する。
【００１９】
フィードフォワード制御システムは、図１に示す非線形フィルタ１１、第１のフィルタ（線形フィルタ）１２、及び相補感度特性（ＣＰ／（１＋ＣＰ））を有する第２のフィルタ１５を含む。第２のフィルタ１５は、前述したように、アクチュエータ１３（３３０）と内部センサ１４（１７）の特性を模擬したフィルタに相当する。
【００２０】
外部センサ１０により検出された外乱は、加振外力ａによりディスク媒体やドライブの筐体を変形させて、目標位置Ｔの変動としてフィードバック制御システムに加わる。この伝達特性を振動伝達特性Ｇとする。本実施形態は、外乱が位置誤差ｅに与える影響を抑制するようなフィードフォワード制御システムを含むヘッド位置決め制御システムを実現することにある。
【００２１】
（ディスクドライブの構成）
本実施形態のディスクドライブは、図２に示すように、サーボデータ及びユーザデータを記録するディスク媒体２０と、スピンドルモータ２１と、アクチュエータ２３に搭載されたヘッド２２とを含むメカニズム、及びヘッド位置決め制御システム（サーボシステム）を有する。
【００２２】
ディスク媒体２０は、スピンドルモータ２１により一定の角速度で回転している。ディスク媒体２０は、多数のトラック１００が同心円状に構成されている。各トラック１００は、所定の間隔でサーボ領域１１０が設けられている。各トラック１００は、サーボ領域１１０を除いて、複数のデータセクタに分割されたデータ領域が構成されている。
【００２３】
ヘッド２２に含まれるリードヘッドは、回転しているディスク媒体２０から一定時間間隔でサーボデータを読出す。ヘッド２２は、読出し専用のリードヘッドと、書込み用のライトヘッドとを含む。
【００２４】
アクチュエータ２３は、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）２４の駆動力により、ディスク媒体２０の半径方向に回転駆動する。ＶＣＭ２４は、ＣＰＵ２８の制御により、ＶＣＭドライバ３３から駆動電流を供給されて駆動制御される。
【００２５】
本実施形態のヘッド位置決め制御システムは、信号処理回路２５と、位置検出回路２６と、コントローラ２７と、加速度センサ３０と、加速度信号処理回路３１と、Ａ／Ｄコンバータ３２とから実現されている。
【００２６】
信号処理回路２５は、ヘッド２２のリードヘッドにより読出されたサーボデータまたはユーザデータを再生処理（エラー訂正処理を含む）するリードチャネルである。位置検出回路２６は、信号処理回路２５により再生されるサーボデータに基づいて、ヘッド２２の位置を検出する。
【００２７】
コントローラ２７は、図１及び図３に示すヘッド位置決め制御システムを実現する主要素であり、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）２８及びメモリ２９を含む。メモリ２９は、主としてＣＰＵ２８のプログラムを格納しているＲＯＭ、フラッシュＥＥＰＲＯＭ、及びＲＡＭを含む。
【００２８】
ＣＰＵ２８は、図１及び図３に示すヘッド位置決め制御システムにおいて、外部センサ１０を除くフィードバック制御システムおよびフィードフォワード制御システムを実現し、一定時間毎に検出されるヘッド位置に基づいてＶＣＭ２４（プラント３３０）を駆動制御するための制御値を算出する。
【００２９】
加速度センサ３０は、外部センサ１０を実現する要素であり、外乱（振動又は衝撃）を検出してアナログ電圧信号として出力する。加速度信号処理回路３１は、加速センサ３０からの外乱検出信号を増幅し、センサノイズを低減するフィルタも含む。Ａ／Ｄコンバータ３２は、加速度信号処理回路３１から出力される外乱検出信号（加速度検出信号）をデジタルデータに変換し、ＣＰＵ２８に送出する。
【００３０】
（ヘッド位置決め制御動作）
以下図１から図３以外に、図４から図１２を参照して、本実施形態のヘッド位置決め制御動作を説明する。
【００３１】
まず、ディスクドライブでは、ＣＰＵ２８は、一定の時間間隔（サンプリング間隔）で制御対象であるＶＣＭ２４の制御値を決定するサンプル値制御系を構成している。即ち、ＣＰＵ２８は、図１及び図３に示す非線形フィルタ１１、第１及び第２のフィルタ１２，１５、及び適応アルゴリズム１６に対応している。ここで、ＶＣＭ２４に供給される駆動電流値は、機械的及び電気的な制限からＶＣＭドライバ３３により予め制限されている。
【００３２】
加速度センサ３０は、外部センサ１０に対応し、外乱を一定サンプリング時間間隔で検出する。ＣＰＵ２８は、Ａ／Ｄコンバータ３２から、ヘッド位置検出信号が得られるタイミングに同期して外乱検出信号のデジタル値を取得する。
【００３３】
さらに、内部振動はヘッド位置誤差ｅに対応する。また、内部センサ１４は、位置検出回路２６及び位置誤差ｅを算出するＣＰＵ２８に対応する。
【００３４】
ここで、図１に示す基本的構成のシステムにおいて、非線形フィルタ１１の機能を除いた場合の動作を簡単に説明する。
【００３５】
制御が実行されない場合、外乱ａは振動伝達特性Ｇを通して、内部振動ｅを引き起こす。システムは、外部センサ１０により外乱ａを検出し、振動伝達特性Ｇを模擬した線形フィルタ１２（伝達特性Ｆ）を通した後、アクチュエータ１３で制御を実行することにより、内部振動ｅを解消（抑制）する。
【００３６】
ここでは、簡略化のため、外部センサ１０とアクチュエータ１３の伝達特性を1とすると、内部振動ｅは下記式（１）により表される。
【００３７】
ｅ＝（Ｇ−Ｆ）×ａ…（１）
即ち、振動伝達特性Ｇと、フィルタ１２の伝達特性Ｆとの誤差が、内部振動ｅに影響を与える。このため、システムは、内部センサ１４により内部振動ｅを検出して、適応アルゴリズム１６でフィルタ１２の伝達特性（パラメータ）Ｆを、内部振動ｅを解消（０に接近させる）ように変更する。適応アルゴリズム１６は、外部センサ１０からの外乱検出信号をフィルタ１５を通して、内部振動ｅと共に入力する。
【００３８】
ここで、ディスクドライブでは、適応アルゴリズム１６及びフィルタ１２からなる適応フィルタの機能は、ＣＰＵ２８によるデジタル・フィルタリング処理により実現している。適応フィルタを実現するデジタル・フィルタリング演算の一例として、ＦＩＲ型デジタル・フィルタリング処理について説明する。
【００３９】
フィルタ次数ｎ、サンプル時点ｋでのフィルタ出力y(k)は、フィルタ係数Ri(k)
（i=1,…n-1）、外乱a(k),a(k-1),…a(k-n+1)を使用して、下記式（２）により表される。
【００４０】
y(k)=R0(k)a(k)+R1(k)a(k-1)+…+Rn-1(k)a(k-n+1)…（２）
適応アルゴリズムは内部振動e(k)を用いて、フィルタ係数を下記式（３）のように更新する。
【００４１】
R0(k+1)=R0(k)+Me(k)a(k)
R1(k+1)=R1(k)+Me(k)a(k-1)
Rn-1(k+1)=Rn-1(k)+Me(k)a(k-n+1)…（３）
ここで、Ｍは適応ゲインであり、フィルタ係数が収束するような定数を選ぶ。
【００４２】
（非線形フィルタ）
以上のようなシステムに対して、実際のディスクドライブでは、特にメカニズムのような非線形要素が含まれている。このため、外乱の周波数以外の周波数成分（特に、高調波）を有する内部振動（ヘッド位置誤差ｅ）が発生する。
【００４３】
そこで、本実施形態のシステムは、非線形フィルタ１１の機能を利用して、外部センサ１０（加速度センサ３０）により測定された外乱検出信号から、高調波を発生させる。当該システムは、位置誤差ｅを解消すると共に、高調波を含む外乱を補償するような制御を実行して、高調波を含む内部振動を抑制する。
【００４４】
本実施形態では、加速度センサ３０により単一周波数の正弦波である外乱が検出されて、ドライブの内部ではその外乱周波数の整数倍の高調波を含む内部振動（位置誤差）ｅが発生する場合を想定する。ＣＰＵ２８は、加速度センサ３０からの外乱検出信号（Ａ／Ｄコンバータ３２の出力）に対して非線形フィルタリング処理を実行して、以下の３種類のいずれかの高調波を発生する。
【００４５】
具体的には、高調波としては、図７に示すように、正弦波７００に対して、振幅のピーク値を制限した正弦波（以下リミッタと表記）７０１、方形波７０２、及び半波正弦波７０３を想定する。ここで、図７は、時間領域での非線形フィルタ１１（ＣＰＵ２８の非線形フィルタリング処理）の動作を示す特性図である。
【００４６】
図８は、周波数領域での非線形フィルタ１１（ＣＰＵ２８の非線形フィルタリング処理）の動作を示す特性図である。即ち、図８は、外乱検出信号をフーリエ変換したものであり、８００〜８０３がそれぞれ、正弦波、リミッタ、方形波、半波正弦波を示す。ここで、リミッタ８０１及び方形波８０２は奇数次成分が含まれている。また、半波正弦波８０３は偶数次成分が含まれている。
【００４７】
図４、図５、図６はそれぞれ、ＣＰＵ２８の非線形フィルタリング処理により、リミッタ、方形波、半波を発生するためのサンプル周期毎の演算手順を示すフローチャートである。
【００４８】
まず、図４のフローチャートを参照して、リミッタを算出する演算手順を説明する。ＣＰＵ２８は、加速度センサ３０から外乱検出信号を取得する（ステップＳ１）。ここで、加速度センサ３０による外乱検出値を、観測値と表記する。ＣＰＵ２８は、観測値の最小値、最大値、平均値、及びオフセット除去値を算出する（ステップＳ２〜Ｓ７）。ここで、観測値が以前の最大値、最小値を越えていた場合、新たな最大値、最小値として記録する。
【００４９】
ＣＰＵ２８は、「（最大値−最小値）／２」の計算により平均値を算出する。また、「観測値−平均値」の計算によりオフセット除去値を算出する。
【００５０】
さらに、リミッタ７０１のピーク値の制限値として、例えば１／２振幅値（（最大値−平均値）／２）)を算出する（ステップＳ８）。ここで、リミッタを実現するには、必ずしも１／２振幅に制限する必要はないが、制限値が小さすぎると観測ノイズの影響を受け易い。また、逆に制限値が大き過ぎると、高調波成分が小さくなる。従って、制御対象（ＶＣＭ２４）の特性に応じて決定することが望ましい。
【００５１】
さらに、ＣＰＵ１６は、オフセット除去値の絶対値と制限値（１／２振幅値）とを比較し、オフセット除去値が当該制限値を超えていない場合には、非線形フィルタ１１の出力値としてオフセット除去値を設定する（ステップＳ９のＮＯ，Ｓ１１〜Ｓ１３）。一方、オフセット除去値が当該制限値を超えている場合には、非線形フィルタ１１の出力値として制限値（１／２振幅値）を設定する（ステップＳ９のＹＥＳ，Ｓ１０）。
【００５２】
次に、図５のフローチャートを参照して、方形波を算出する演算手順を説明する。
【００５３】
リミッタの場合と同様に、ＣＰＵ２８は、加速度センサ３０から外乱検出信号を取得する（ステップＳ２１）。ＣＰＵ２８は、観測値の最小値、最大値、平均値、及びオフセット除去値を算出する（ステップＳ２２〜Ｓ２７）。
【００５４】
ここで、方形波の場合には、ＣＰＵ２８は、オフセット除去値が正の場合には、非線形フィルタ１１の出力値として最大値を設定する（ステップＳ２８のＹＥＳ，Ｓ２９）。一方、オフセット除去値が負の場合には、非線形フィルタ１１の出力値として最小値を設定する（ステップＳ２８のＮＯ，Ｓ３０）。
【００５５】
さらに、図６のフローチャートを参照して、半波正弦波を算出する演算手順を説明する。
【００５６】
方形波の場合と同様に、ＣＰＵ２８は、加速度センサ３０から外乱検出信号を取得する（ステップＳ３１）。ＣＰＵ２８は、観測値の最小値、最大値、平均値、及びオフセット除去値を算出する（ステップＳ３２〜Ｓ３７）。
【００５７】
ここで、半波正弦波の場合には、ＣＰＵ２８は、オフセット除去値が正の場合には、非線形フィルタ１１の出力値として当該オフセット除去値を設定する（ステップＳ３８のＹＥＳ，Ｓ３９）。一方、オフセット除去値が負の場合には、非線形フィルタ１１の出力値をゼロに設定する（ステップＳ３８のＮＯ，Ｓ４０）。
【００５８】
（本実施形態の効果）
以上要するに、本実施形態のディスクドライブは、図２及び図３に示すようなヘッド位置決め制御システムを適用することにより、振動又は衝撃の外乱が印加されたときに、ドライブ内部で発生する高調波成分を含む内部振動（位置誤差ｅ）を効果的に抑制することができる。当該システムは、フィードフォワード制御システムにより、外部センサ１０（加速度センサ３０）により検出された外乱検出信号から、非線形フィルタ１１（ＣＰＵ２８の非線形フィルタリング処理）により、リミッタ、方形波、半波などの高調波成分を生成する。コントローラ２８０（ＣＰＵ２８）は、線形フィルタ１２から高調波成分を含む外乱補償値をフィードフォワード入力することにより、非線形要素による振動特性を有するヘッド位置誤差ｅを解消するようにフィードバック制御を実行できる。
【００５９】
換言すれば、外乱の変動や、ディスクドライブのメカニズムにおける非線形要素による内部振動が発生する場合でも、外乱に対するヘッド位置誤差への影響を抑制することができる。
【００６０】
図９及び図１０は、本実施形態のシステムの効果に関する位置誤差スペクトルを示す図である。図９は、周波数１６０Ｈｚの外乱を受けた場合の全体的な特性を示す図である。図９において、９００は非線形フィルタがない場合を示し、９０３は抑制制御が機能しない場合を示す。また、９０１及び９０２はそれぞれ、り、周波数１６０Ｈｚの外乱を受けた場合に、奇数次の高調波であるリミッタと方形波を生成した場合を示す。
【００６１】
また、図１０は、周波数１６０Ｈｚの外乱を受けた場合に、８００Ｈｚ（５倍）の高調波が極端に大きく発生した場合で、当該８００Ｈｚ近傍を拡大した図である。図１０において、１００１は非線形フィルタがない場合を示し、１００４は抑制制御が機能しない場合を示す。また、１００２及び１００３はそれぞれ、周波数１６０Ｈｚの外乱を受けた場合に、奇数次の高調波であるリミッタと方形波を生成した場合を示す。
【００６２】
図１１及び図１２はそれぞれ、時間領域及び周波数領域での観測加速度（外乱）を非線形フィルタリング処理した結果（非線形フィルタの出力）を示す図である。図１１において、１１００は非線形フィルタがない場合を示す。また、１１０１及び１１０２はそれぞれ、周波数１６０Ｈｚの外乱を受けた場合に、奇数次の高調波であるリミッタと方形波を生成した場合を示す。
【００６３】
観測加速度（外乱）では、１６０Ｈｚ成分が突出して大きく、次に３倍の４８０Ｈｚ成分があるが、５倍の８００Ｈｚ成分はほとんど存在しない。従来の非線形フィルタを使用しない方式では、観測できる１６０Ｈｚの外乱周波数成分については抑制可能であるが、観測できない８００Ｈｚの高調波成分については位置誤差に対する改善には全く効果がない。
【００６４】
一方、非線形フィルタ１１（ＣＰＵ２８の非線形フィルタリング処理）の機能により、外乱の奇数次成分が大きくなり、位置誤差で大きかった８００Ｈｚの高調波成分と相関のある加速度信号が発生する。従って、適応フィルタが有効に動作し、フィードバック制御システムでの位置誤差が改善する。リミッタと方形波との比較では、図１２で後者の方が高調波以外のノイズ成分の増加が大きいものの、奇数次成分も大きくなる。このため図１０では、８００Ｈｚ成分の抑制率が優れている。
【００６５】
なお、非線形フィルタ１１（ＣＰＵ２８の非線形フィルタリング処理）において、リミッタ及び半波の非線形要素を組み合わせることで、複数の高調波が発生する場合でも対応できる。この場合、適応フィルタの次数を、抑制が必要な高調波成分の数に合わせて増加させる必要がある。
【００６６】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【００６７】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、外乱の周波数以外の周波数成分を有する内部振動を効果的に抑制し、確実なヘッド位置決め制御を実現できるディスクドライブを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態に関するヘッド位置決め制御系の基本的構成を示すブロック図。
【図２】 本実施形態に関するディスクドライブの構成を示すブロック図。
【図３】 本実施形態に関するヘッド位置決め制御系の具体的構成を示すブロック図。
【図４】 本実施形態に関するリミッタを発生する非線形フィルタリング処理の手順を示すフローチャート。
【図５】 本実施形態に関する方形波を発生する非線形フィルタリング処理の手順を示すフローチャート。
【図６】 本実施形態に関する半波を発生する非線形フィルタリング処理の手順を示すフローチャート。
【図７】 本実施形態に関する非線形フィルタの時間領域での動作を説明するための図。
【図８】 本実施形態に関する非線形フィルタの周波数領域での動作を説明するための図。
【図９】 本実施形態の効果に関する位置誤差スペクトルを示す図。
【図１０】 本実施形態の効果に関する位置誤差スペクトルを示す図。
【図１１】 本実施形態に関する非線形フィルタの時間領域での効果を説明するための図。
【図１２】 本実施形態に関する非線形フィルタの周波数領域での効果を説明するための図。
【符号の説明】
１０…外部センサ、１１…非線形フィルタ、１２…第１のフィルタ（線形フィルタ）、１３…アクチュエータ、１４…内部センサ、１５…第２のフィルタ、
１６…適応アルゴリズム、２０…ディスク媒体、２１…スピンドルモータ、
２２…ヘッド、２３…アクチュエータ、２４…ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）、
２５…信号処理回路、２６…位置検出回路、２７…コントローラ、
２８…ＣＰＵ、３０…加速度センサ、３１…加速度信号処理回路、
３２…Ａ／Ｄコンバータ、３３…ＶＣＭドライバ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的にはディスク記憶装置の分野に関し、特に、外乱補償機能を備えたヘッド位置決め制御技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ハードディスクドライブを代表とするディスク記憶装置（以下ディスクドライブと呼ぶ）の分野では、外部から印加される振動や衝撃（総称して外乱と表記する）に対して、振動除去技術や、騒音をうち消すノイズキャンセラ技術の適用が検討されている。
【０００３】
ディスクドライブでは、ディスク媒体上の目標位置（目標トラック）にヘッドを位置決めするためのヘッド位置決め制御システムが組み込まれている。当該システムは、外乱の影響が大きい場合には、ヘッドの位置決め精度が低下する。このため、ディスクドライブでは、特にヘッド位置決め精度に影響を与える外部からの振動に対する外乱補償技術が重要である。
【０００４】
一般的に、ディスクドライブでは、加速度センサからなる外乱センサにより外乱（外部振動）を検出し、当該外乱の影響を適応フィルタリング方法により抑制するフィードフォワード制御システムが採用されている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００５】
【特許文献１】
米国特許第５，６６３，８４７号（明細書及び図面）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
先行技術文献に示すような方法では、外乱の振動伝達特性や、外乱センサが十分な線形性を持つ場合は有効である。しかしながら、実際に振動除去の対象となるディスクドライブは、ヘッド及びディスク媒体に関係する機械的メカニズムが組み込まれている。このため、当該メカニズムに関する接触摩擦のヒステリシス特性や動作範囲の制限などの機械的な制約により、何らかの非線形要素を備えている。
【０００７】
このようなディスクドライブでは、外部から例えば単一周波数で加振される外乱が印加された場合に、ドライブの内部にはその整数倍である高調波の内部振動が発生することがある。要するに、非線形要素が存在するドライブ内部では、外乱の周波数以外の周波数成分（特に高調波成分）を有する内部振動が発生する。このような内部振動は、先行技術文献に示すような方法では抑制することはできない。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、外乱の周波数以外の周波数成分を有する内部振動を効果的に抑制できるディスクドライブを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の観点は、非線形系要素により外乱の周波数とは異なる高調波などの周波数成分を含む内部振動が発生したときに、当該内部振動を効果的に抑制するヘッド位置決め制御システムを有するディスクドライブに関する。
【００１０】
本発明の観点に従ったディスクドライブは、ディスク媒体に対してデータのリードまたはライトを行なうヘッドと、前記ヘッドを搭載し、前記ディスク媒体上の半径方向に移動させるアクチュエータと、前記ディスク媒体上での目標位置に対するヘッドの位置誤差を検出する位置検出手段と、外部から印加される振動または衝撃に相当する外乱を信号として検出する加速度センサと、フィードバック制御手段により前記位置誤差を解消して前記ディスク媒体上の目標位置に前記ヘッドを位置決め制御する手段であって、前記外乱による内部振動を抑制するための制御補償値を算出して前記フィードバック制御手段に入力するフィードフォワード制御手段を含む制御手段とを有し、前記フィードフォワード制御手段は、前記加速度センサから出力される外乱検出信号に対して非線形フィルタリング処理を実行して、前記内部振動の周波数成分に相当する高調波成分を含む前記外乱検出信号を生成する非線形フィルタリング手段と、前記非線形フィルタリング手段から出力される前記外乱検出信号に対してフィルタリング・パラメータに従ったフィルタリング処理を実行して、前記制御補償値を算出する線形フィルタリング手段と、前記外乱検出信号及び前記位置誤差を使用して、前記内部振動を解消するための前記制御補償値を算出するように、前記線形フィルタリング手段の前記フィルタリング・パラメータを調整する適応手段とを備えた構成である。
【００１１】
【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。
【００１２】
図１は、本実施形態に関するヘッド位置決め制御システムの基本的構成を示すブロック図である。図２は、本実施形態に関するディスクドライブの構成を示すブロック図である。図３は、本実施形態に関するヘッド位置決め制御システムの具体的構成を示すブロック図である。
【００１３】
（ヘッド位置決め制御システム）
本実施形態のヘッド位置決め制御システムは、図１に示すように、基本的には外部センサ１０と、非線形フィルタ１１と、第１のフィルタ１２と、アクチュエータ１３と、内部センサ１４と、第２のフィルタ１５と、適応アルゴリズム１６とから構成されている。
【００１４】
外部センサ１０は、外部から印加される振動又は衝撃である外乱（加振外力a）を一定サンプリング時間毎に検出する。非線形フィルタ１１は、外部センサ１０により検出された外乱検出信号に対して、後述する非線形フィルタリング処理を実行する。第１のフィルタ１２は、適応アルゴリズム１６と共に、適応フィルタリング処理を実行し、非線形要素込みの振動伝達特性Ｇを模擬した線形フィルタ（パラメータＦ）である。振動伝達特性Ｇとは、ディスクドライブの内部に組み込まれたメカニズム（ヘッドやディスク媒体に関係する要素）の非線形要素を含む内部振動特性である。
【００１５】
アクチュエータ１３は、ヘッド位置決め制御の対象（プラントＰ）であり、具体的にはボイスコイルモータ（ＶＣＭ）を意味する。内部センサ１４は、ドライブ内部に発生する内部振動（具体的には、ヘッドの位置誤差ｅ）を検出する位置誤差検出部である。第２のフィルタ１５は、アクチュエータ１３と内部センサ１４の伝達特性を模擬したフィルタである。
【００１６】
図３は、実際のディスクドライブに適用する場合のヘッド位置決め制御システムを示す。当該システムにおいて、内部センサ１４とは、制御対象（プラントＰ）３３０であるアクチュエータ１３により移動するヘッドの位置と、目標位置Ｔとの位置誤差ｅを検出する位置誤差検出部１７である。
【００１７】
追従コントローラ（伝達特性Ｃ）２８０は、フィードバック制御により位置誤差ｅを解消するようにアクチュエータ１３の駆動制御するための制御値を決定する。この制御値は、具体的にはＶＣＭの駆動電流値に相当する。
【００１８】
一方、外部センサ１０により検出された外乱を補償機能を実現するフィードフォワード制御システムは、線形フィルタ１２を介して外乱補償値を、追従コントローラ２８０を含むフィードバック制御システムの入力として加算する。
【００１９】
フィードフォワード制御システムは、図１に示す非線形フィルタ１１、第１のフィルタ（線形フィルタ）１２、及び相補感度特性（ＣＰ／（１＋ＣＰ））を有する第２のフィルタ１５を含む。第２のフィルタ１５は、前述したように、アクチュエータ１３（３３０）と内部センサ１４（１７）の特性を模擬したフィルタに相当する。
【００２０】
外部センサ１０により検出された外乱は、加振外力ａによりディスク媒体やドライブの筐体を変形させて、目標位置Ｔの変動としてフィードバック制御システムに加わる。この伝達特性を振動伝達特性Ｇとする。本実施形態は、外乱が位置誤差ｅに与える影響を抑制するようなフィードフォワード制御システムを含むヘッド位置決め制御システムを実現することにある。
【００２１】
（ディスクドライブの構成）
本実施形態のディスクドライブは、図２に示すように、サーボデータ及びユーザデータを記録するディスク媒体２０と、スピンドルモータ２１と、アクチュエータ２３に搭載されたヘッド２２とを含むメカニズム、及びヘッド位置決め制御システム（サーボシステム）を有する。
【００２２】
ディスク媒体２０は、スピンドルモータ２１により一定の角速度で回転している。ディスク媒体２０は、多数のトラック１００が同心円状に構成されている。各トラック１００は、所定の間隔でサーボ領域１１０が設けられている。各トラック１００は、サーボ領域１１０を除いて、複数のデータセクタに分割されたデータ領域が構成されている。
【００２３】
ヘッド２２に含まれるリードヘッドは、回転しているディスク媒体２０から一定時間間隔でサーボデータを読出す。ヘッド２２は、読出し専用のリードヘッドと、書込み用のライトヘッドとを含む。
【００２４】
アクチュエータ２３は、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）２４の駆動力により、ディスク媒体２０の半径方向に回転駆動する。ＶＣＭ２４は、ＣＰＵ２８の制御により、ＶＣＭドライバ３３から駆動電流を供給されて駆動制御される。
【００２５】
本実施形態のヘッド位置決め制御システムは、信号処理回路２５と、位置検出回路２６と、コントローラ２７と、加速度センサ３０と、加速度信号処理回路３１と、Ａ／Ｄコンバータ３２とから実現されている。
【００２６】
信号処理回路２５は、ヘッド２２のリードヘッドにより読出されたサーボデータまたはユーザデータを再生処理（エラー訂正処理を含む）するリードチャネルである。位置検出回路２６は、信号処理回路２５により再生されるサーボデータに基づいて、ヘッド２２の位置を検出する。
【００２７】
コントローラ２７は、図１及び図３に示すヘッド位置決め制御システムを実現する主要素であり、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）２８及びメモリ２９を含む。メモリ２９は、主としてＣＰＵ２８のプログラムを格納しているＲＯＭ、フラッシュＥＥＰＲＯＭ、及びＲＡＭを含む。
【００２８】
ＣＰＵ２８は、図１及び図３に示すヘッド位置決め制御システムにおいて、外部センサ１０を除くフィードバック制御システムおよびフィードフォワード制御システムを実現し、一定時間毎に検出されるヘッド位置に基づいてＶＣＭ２４（プラント３３０）を駆動制御するための制御値を算出する。
【００２９】
加速度センサ３０は、外部センサ１０を実現する要素であり、外乱（振動又は衝撃）を検出してアナログ電圧信号として出力する。加速度信号処理回路３１は、加速センサ３０からの外乱検出信号を増幅し、センサノイズを低減するフィルタも含む。Ａ／Ｄコンバータ３２は、加速度信号処理回路３１から出力される外乱検出信号（加速度検出信号）をデジタルデータに変換し、ＣＰＵ２８に送出する。
【００３０】
（ヘッド位置決め制御動作）
以下図１から図３以外に、図４から図１２を参照して、本実施形態のヘッド位置決め制御動作を説明する。
【００３１】
まず、ディスクドライブでは、ＣＰＵ２８は、一定の時間間隔（サンプリング間隔）で制御対象であるＶＣＭ２４の制御値を決定するサンプル値制御系を構成している。即ち、ＣＰＵ２８は、図１及び図３に示す非線形フィルタ１１、第１及び第２のフィルタ１２，１５、及び適応アルゴリズム１６に対応している。ここで、ＶＣＭ２４に供給される駆動電流値は、機械的及び電気的な制限からＶＣＭドライバ３３により予め制限されている。
【００３２】
加速度センサ３０は、外部センサ１０に対応し、外乱を一定サンプリング時間間隔で検出する。ＣＰＵ２８は、Ａ／Ｄコンバータ３２から、ヘッド位置検出信号が得られるタイミングに同期して外乱検出信号のデジタル値を取得する。
【００３３】
さらに、内部振動はヘッド位置誤差ｅに対応する。また、内部センサ１４は、位置検出回路２６及び位置誤差ｅを算出するＣＰＵ２８に対応する。
【００３４】
ここで、図１に示す基本的構成のシステムにおいて、非線形フィルタ１１の機能を除いた場合の動作を簡単に説明する。
【００３５】
制御が実行されない場合、外乱ａは振動伝達特性Ｇを通して、内部振動ｅを引き起こす。システムは、外部センサ１０により外乱ａを検出し、振動伝達特性Ｇを模擬した線形フィルタ１２（伝達特性Ｆ）を通した後、アクチュエータ１３で制御を実行することにより、内部振動ｅを解消（抑制）する。
【００３６】
ここでは、簡略化のため、外部センサ１０とアクチュエータ１３の伝達特性を1とすると、内部振動ｅは下記式（１）により表される。
【００３７】
ｅ＝（Ｇ−Ｆ）×ａ…（１）
即ち、振動伝達特性Ｇと、フィルタ１２の伝達特性Ｆとの誤差が、内部振動ｅに影響を与える。このため、システムは、内部センサ１４により内部振動ｅを検出して、適応アルゴリズム１６でフィルタ１２の伝達特性（パラメータ）Ｆを、内部振動ｅを解消（０に接近させる）ように変更する。適応アルゴリズム１６は、外部センサ１０からの外乱検出信号をフィルタ１５を通して、内部振動ｅと共に入力する。
【００３８】
ここで、ディスクドライブでは、適応アルゴリズム１６及びフィルタ１２からなる適応フィルタの機能は、ＣＰＵ２８によるデジタル・フィルタリング処理により実現している。適応フィルタを実現するデジタル・フィルタリング演算の一例として、ＦＩＲ型デジタル・フィルタリング処理について説明する。
【００３９】
フィルタ次数ｎ、サンプル時点ｋでのフィルタ出力y(k)は、フィルタ係数Ri(k)
（i=1,…n-1）、外乱a(k),a(k-1),…a(k-n+1)を使用して、下記式（２）により表される。
【００４０】
y(k)=R0(k)a(k)+R1(k)a(k-1)+…+Rn-1(k)a(k-n+1)…（２）
適応アルゴリズムは内部振動e(k)を用いて、フィルタ係数を下記式（３）のように更新する。
【００４１】
R0(k+1)=R0(k)+Me(k)a(k)
R1(k+1)=R1(k)+Me(k)a(k-1)
Rn-1(k+1)=Rn-1(k)+Me(k)a(k-n+1)…（３）
ここで、Ｍは適応ゲインであり、フィルタ係数が収束するような定数を選ぶ。
【００４２】
（非線形フィルタ）
以上のようなシステムに対して、実際のディスクドライブでは、特にメカニズムのような非線形要素が含まれている。このため、外乱の周波数以外の周波数成分（特に、高調波）を有する内部振動（ヘッド位置誤差ｅ）が発生する。
【００４３】
そこで、本実施形態のシステムは、非線形フィルタ１１の機能を利用して、外部センサ１０（加速度センサ３０）により測定された外乱検出信号から、高調波を発生させる。当該システムは、位置誤差ｅを解消すると共に、高調波を含む外乱を補償するような制御を実行して、高調波を含む内部振動を抑制する。
【００４４】
本実施形態では、加速度センサ３０により単一周波数の正弦波である外乱が検出されて、ドライブの内部ではその外乱周波数の整数倍の高調波を含む内部振動（位置誤差）ｅが発生する場合を想定する。ＣＰＵ２８は、加速度センサ３０からの外乱検出信号（Ａ／Ｄコンバータ３２の出力）に対して非線形フィルタリング処理を実行して、以下の３種類のいずれかの高調波を発生する。
【００４５】
具体的には、高調波としては、図７に示すように、正弦波７００に対して、振幅のピーク値を制限した正弦波（以下リミッタと表記）７０１、方形波７０２、及び半波正弦波７０３を想定する。ここで、図７は、時間領域での非線形フィルタ１１（ＣＰＵ２８の非線形フィルタリング処理）の動作を示す特性図である。
【００４６】
図８は、周波数領域での非線形フィルタ１１（ＣＰＵ２８の非線形フィルタリング処理）の動作を示す特性図である。即ち、図８は、外乱検出信号をフーリエ変換したものであり、８００〜８０３がそれぞれ、正弦波、リミッタ、方形波、半波正弦波を示す。ここで、リミッタ８０１及び方形波８０２は奇数次成分が含まれている。また、半波正弦波８０３は偶数次成分が含まれている。
【００４７】
図４、図５、図６はそれぞれ、ＣＰＵ２８の非線形フィルタリング処理により、リミッタ、方形波、半波を発生するためのサンプル周期毎の演算手順を示すフローチャートである。
【００４８】
まず、図４のフローチャートを参照して、リミッタを算出する演算手順を説明する。ＣＰＵ２８は、加速度センサ３０から外乱検出信号を取得する（ステップＳ１）。ここで、加速度センサ３０による外乱検出値を、観測値と表記する。ＣＰＵ２８は、観測値の最小値、最大値、平均値、及びオフセット除去値を算出する（ステップＳ２〜Ｓ７）。ここで、観測値が以前の最大値、最小値を越えていた場合、新たな最大値、最小値として記録する。
【００４９】
ＣＰＵ２８は、「（最大値−最小値）／２」の計算により平均値を算出する。また、「観測値−平均値」の計算によりオフセット除去値を算出する。
【００５０】
さらに、リミッタ７０１のピーク値の制限値として、例えば１／２振幅値（（最大値−平均値）／２）)を算出する（ステップＳ８）。ここで、リミッタを実現するには、必ずしも１／２振幅に制限する必要はないが、制限値が小さすぎると観測ノイズの影響を受け易い。また、逆に制限値が大き過ぎると、高調波成分が小さくなる。従って、制御対象（ＶＣＭ２４）の特性に応じて決定することが望ましい。
【００５１】
さらに、ＣＰＵ１６は、オフセット除去値の絶対値と制限値（１／２振幅値）とを比較し、オフセット除去値が当該制限値を超えていない場合には、非線形フィルタ１１の出力値としてオフセット除去値を設定する（ステップＳ９のＮＯ，Ｓ１１〜Ｓ１３）。一方、オフセット除去値が当該制限値を超えている場合には、非線形フィルタ１１の出力値として制限値（１／２振幅値）を設定する（ステップＳ９のＹＥＳ，Ｓ１０）。
【００５２】
次に、図５のフローチャートを参照して、方形波を算出する演算手順を説明する。
【００５３】
リミッタの場合と同様に、ＣＰＵ２８は、加速度センサ３０から外乱検出信号を取得する（ステップＳ２１）。ＣＰＵ２８は、観測値の最小値、最大値、平均値、及びオフセット除去値を算出する（ステップＳ２２〜Ｓ２７）。
【００５４】
ここで、方形波の場合には、ＣＰＵ２８は、オフセット除去値が正の場合には、非線形フィルタ１１の出力値として最大値を設定する（ステップＳ２８のＹＥＳ，Ｓ２９）。一方、オフセット除去値が負の場合には、非線形フィルタ１１の出力値として最小値を設定する（ステップＳ２８のＮＯ，Ｓ３０）。
【００５５】
さらに、図６のフローチャートを参照して、半波正弦波を算出する演算手順を説明する。
【００５６】
方形波の場合と同様に、ＣＰＵ２８は、加速度センサ３０から外乱検出信号を取得する（ステップＳ３１）。ＣＰＵ２８は、観測値の最小値、最大値、平均値、及びオフセット除去値を算出する（ステップＳ３２〜Ｓ３７）。
【００５７】
ここで、半波正弦波の場合には、ＣＰＵ２８は、オフセット除去値が正の場合には、非線形フィルタ１１の出力値として当該オフセット除去値を設定する（ステップＳ３８のＹＥＳ，Ｓ３９）。一方、オフセット除去値が負の場合には、非線形フィルタ１１の出力値をゼロに設定する（ステップＳ３８のＮＯ，Ｓ４０）。
【００５８】
（本実施形態の効果）
以上要するに、本実施形態のディスクドライブは、図２及び図３に示すようなヘッド位置決め制御システムを適用することにより、振動又は衝撃の外乱が印加されたときに、ドライブ内部で発生する高調波成分を含む内部振動（位置誤差ｅ）を効果的に抑制することができる。当該システムは、フィードフォワード制御システムにより、外部センサ１０（加速度センサ３０）により検出された外乱検出信号から、非線形フィルタ１１（ＣＰＵ２８の非線形フィルタリング処理）により、リミッタ、方形波、半波などの高調波成分を生成する。コントローラ２８０（ＣＰＵ２８）は、線形フィルタ１２から高調波成分を含む外乱補償値をフィードフォワード入力することにより、非線形要素による振動特性を有するヘッド位置誤差ｅを解消するようにフィードバック制御を実行できる。
【００５９】
換言すれば、外乱の変動や、ディスクドライブのメカニズムにおける非線形要素による内部振動が発生する場合でも、外乱に対するヘッド位置誤差への影響を抑制することができる。
【００６０】
図９及び図１０は、本実施形態のシステムの効果に関する位置誤差スペクトルを示す図である。図９は、周波数１６０Ｈｚの外乱を受けた場合の全体的な特性を示す図である。図９において、９００は非線形フィルタがない場合を示し、９０３は抑制制御が機能しない場合を示す。また、９０１及び９０２はそれぞれ、り、周波数１６０Ｈｚの外乱を受けた場合に、奇数次の高調波であるリミッタと方形波を生成した場合を示す。
【００６１】
また、図１０は、周波数１６０Ｈｚの外乱を受けた場合に、８００Ｈｚ（５倍）の高調波が極端に大きく発生した場合で、当該８００Ｈｚ近傍を拡大した図である。図１０において、１００１は非線形フィルタがない場合を示し、１００４は抑制制御が機能しない場合を示す。また、１００２及び１００３はそれぞれ、周波数１６０Ｈｚの外乱を受けた場合に、奇数次の高調波であるリミッタと方形波を生成した場合を示す。
【００６２】
図１１及び図１２はそれぞれ、時間領域及び周波数領域での観測加速度（外乱）を非線形フィルタリング処理した結果（非線形フィルタの出力）を示す図である。図１１において、１１００は非線形フィルタがない場合を示す。また、１１０１及び１１０２はそれぞれ、周波数１６０Ｈｚの外乱を受けた場合に、奇数次の高調波であるリミッタと方形波を生成した場合を示す。
【００６３】
観測加速度（外乱）では、１６０Ｈｚ成分が突出して大きく、次に３倍の４８０Ｈｚ成分があるが、５倍の８００Ｈｚ成分はほとんど存在しない。従来の非線形フィルタを使用しない方式では、観測できる１６０Ｈｚの外乱周波数成分については抑制可能であるが、観測できない８００Ｈｚの高調波成分については位置誤差に対する改善には全く効果がない。
【００６４】
一方、非線形フィルタ１１（ＣＰＵ２８の非線形フィルタリング処理）の機能により、外乱の奇数次成分が大きくなり、位置誤差で大きかった８００Ｈｚの高調波成分と相関のある加速度信号が発生する。従って、適応フィルタが有効に動作し、フィードバック制御システムでの位置誤差が改善する。リミッタと方形波との比較では、図１２で後者の方が高調波以外のノイズ成分の増加が大きいものの、奇数次成分も大きくなる。このため図１０では、８００Ｈｚ成分の抑制率が優れている。
【００６５】
なお、非線形フィルタ１１（ＣＰＵ２８の非線形フィルタリング処理）において、リミッタ及び半波の非線形要素を組み合わせることで、複数の高調波が発生する場合でも対応できる。この場合、適応フィルタの次数を、抑制が必要な高調波成分の数に合わせて増加させる必要がある。
【００６６】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【００６７】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、外乱の周波数以外の周波数成分を有する内部振動を効果的に抑制し、確実なヘッド位置決め制御を実現できるディスクドライブを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態に関するヘッド位置決め制御系の基本的構成を示すブロック図。
【図２】 本実施形態に関するディスクドライブの構成を示すブロック図。
【図３】 本実施形態に関するヘッド位置決め制御系の具体的構成を示すブロック図。
【図４】 本実施形態に関するリミッタを発生する非線形フィルタリング処理の手順を示すフローチャート。
【図５】 本実施形態に関する方形波を発生する非線形フィルタリング処理の手順を示すフローチャート。
【図６】 本実施形態に関する半波を発生する非線形フィルタリング処理の手順を示すフローチャート。
【図７】 本実施形態に関する非線形フィルタの時間領域での動作を説明するための図。
【図８】 本実施形態に関する非線形フィルタの周波数領域での動作を説明するための図。
【図９】 本実施形態の効果に関する位置誤差スペクトルを示す図。
【図１０】 本実施形態の効果に関する位置誤差スペクトルを示す図。
【図１１】 本実施形態に関する非線形フィルタの時間領域での効果を説明するための図。
【図１２】 本実施形態に関する非線形フィルタの周波数領域での効果を説明するための図。
【符号の説明】
１０…外部センサ、１１…非線形フィルタ、１２…第１のフィルタ（線形フィルタ）、１３…アクチュエータ、１４…内部センサ、１５…第２のフィルタ、
１６…適応アルゴリズム、２０…ディスク媒体、２１…スピンドルモータ、
２２…ヘッド、２３…アクチュエータ、２４…ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）、
２５…信号処理回路、２６…位置検出回路、２７…コントローラ、
２８…ＣＰＵ、３０…加速度センサ、３１…加速度信号処理回路、
３２…Ａ／Ｄコンバータ、３３…ＶＣＭドライバ。
Claims (8)
- ディスク媒体に対してデータのリードまたはライトを行なうヘッドと、
前記ヘッドを搭載し、前記ディスク媒体上の半径方向に移動させるアクチュエータと、
前記ディスク媒体上での目標位置に対するヘッドの位置誤差を検出する位置検出手段と、
外部から印加される振動または衝撃に相当する外乱を信号として検出する加速度センサと、
フィードバック制御手段により前記位置誤差を解消して前記ディスク媒体上の目標位置に前記ヘッドを位置決め制御する手段であって、前記外乱による内部振動を抑制するための制御補償値を算出して前記フィードバック制御手段に入力するフィードフォワード制御手段を含む制御手段とを有し、
前記フィードフォワード制御手段は、
前記加速度センサから出力される外乱検出信号に対して非線形フィルタリング処理を実行して、前記内部振動の周波数成分に相当する高調波成分を含む前記外乱検出信号を生成する非線形フィルタリング手段と、
前記非線形フィルタリング手段から出力される前記外乱検出信号に対してフィルタリング・パラメータに従ったフィルタリング処理を実行して、前記制御補償値を算出する線形フィルタリング手段と、
前記外乱検出信号及び前記位置誤差を使用して、前記内部振動を解消するための前記制御補償値を算出するように、前記線形フィルタリング手段の前記フィルタリング・パラメータを調整する適応手段と
を含むことを特徴とするディスク記憶装置。 - 前記非線形フィルタリング手段は、
前記外乱検出信号の最大振幅値を制限するリミッタとして動作することを特徴とする請求項１に記載のディスク記憶装置。 - 前記非線形フィルタリング手段は、
前記外乱検出信号から方形波信号を生成することを特徴とする請求項１に記載のディスク記憶装置。 - 前記非線形フィルタリング手段は、
前記外乱検出信号から半波信号を生成することを特徴とする請求項１に記載のディスク記憶装置。 - ディスク媒体に対してデータのリードまたはライトを行なうヘッドと、前記ヘッドを搭載し、前記ディスク媒体上の半径方向に移動させるアクチュエータと、前記ディスク媒体上での目標位置に対するヘッドの位置誤差を検出する位置検出手段と、外部から印加される振動または衝撃に相当する外乱を信号として検出する加速度センサと、フィードバック制御手段により前記位置誤差を解消して前記ディスク媒体上の目標位置に前記ヘッドを位置決め制御する手段であって、前記外乱による内部振動を抑制するための制御補償値を算出して前記フィードバック制御手段に入力するフィードフォワード制御手段を含む制御手段とを有するディスク記憶装置に適用するヘッド位置決め制御方法であって、
前記フィードフォワード制御手段は、
前記加速度センサにより外乱検出信号を取得し、
前記外乱検出信号に対して非線形フィルタリング処理を実行して、前記内部振動の周波数成分に相当する高調波成分を含む前記外乱検出信号を生成し、
前記外乱検出信号及び前記位置誤差を使用して、前記内部振動を解消するための前記制御補償値を算出するように線形フィルタリング処理のパラメータを調整し、
前記非線形フィルタリング処理により出力される前記外乱検出信号に対して、前記調整されたパラメータに従った線形フィルタリング処理を実行して、前記制御補償値を算出する手順を実行するように構成されていることを特徴とするヘッド位置決め制御方法。 - 前記非線形フィルタリング処理は、
前記外乱検出信号の最大振幅値を制限するリミッタであることを特徴とする請求項５に記載のヘッド位置決め制御方法。 - 前記非線形フィルタリング処理は、
前記外乱検出信号から方形波信号を生成することを特徴とする請求項５に記載のヘッド位置決め制御方法。 - 前記非線形フィルタリング処理は、
前記外乱検出信号から半波信号を生成することを特徴とする請求項５に記載のヘッド位置決め制御方法。
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