JP4365042B2

JP4365042B2 - 自己同調モデル参照式ディスク・ドライブ・コントローラ

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Publication number: JP4365042B2
Application number: JP2000612804A
Authority: JP
Inventors: バートン、マシュー、シー
Original assignee: Seagate Technology LLC
Current assignee: Seagate Technology LLC
Priority date: 1999-04-21
Filing date: 2000-04-19
Publication date: 2009-11-18
Anticipated expiration: 2020-04-19
Also published as: WO2000063753A3; KR100648747B1; GB0123527D0; DE10084485T1; GB2363212A; WO2000063753A2; KR20010111510A; GB2363212B; US6545838B1; CN1145149C; JP2002542551A; CN1347522A

Description

【０００１】
（発明の分野）
本発明は、一般に、ディスク・ドライブ記憶装置分野に関するものであって、更に詳細には、それに限定的するわけではないが、位置を制御したシークの開始時点でのゼロでないヘッド速度を補償することによるディスク・ドライブのサーボ・システムの応答動作の改善に関する。
【０００２】
（発明の背景）
ハードディスク・ドライブは、最近のコンピュータ・システムにおけるデータを記憶および取り出すための一次記憶装置として広く用いられている。典型的なディスク・ドライブでは、データは、ディスク表面に接近して浮上する複数の読出し／書込みヘッドを備える回転アクチュエータ・アセンブリによって一定の高速度で回転およびアクセスされるようになった１または複数のディスク上に磁気的に記憶される。読出しチャンネルおよびインタフェース回路が設けられて、以前に記憶されたデータをディスクからホスト・コンピュータへ取りだすようになっている。
【０００３】
１９９３年１１月１６日付けでダフィ（Ｄｕｆｆｙ）等に発行された米国特許第５，２６２，９０７号に開示されているような閉ループ式ディジタル・サーボ・システムを用いてディスク上のトラックに対してヘッド位置を制御する。トラックは、製造時にディスク表面に書込まれるサーボ・データによって定義される。ディスク・ドライブのサーボ・システムは、２つの主要動作であるシークおよびトラック追尾の実行においてサーボ・データを使用する。
【０００４】
トラック追尾は、選ばれたヘッドに対応して選ばれたトラック上に絶えず位置決めすることを担当する。位置を制御する方式が採用され、そこではトラック中心に対するヘッドの相対位置が決定され、ヘッドの望ましい位置と比較される。結果の位置誤差を用いて、ヘッドをトラックに相対的な望ましい位置に保持するためにアクチュエータ・コイルへ供給する電流量を制御する。
【０００５】
シークは初期トラックから目的トラックへの選ばれたヘッドの移動を担当する。或る距離よりも遠いシークに対しては、速度を制御する方式が採用され、そこではヘッドの速度が反復的に決定され、ヘッドが標的トラックへ向かって移動する場合のヘッドの最適な速度軌道を定義する速度プロフィールと比較される。アクチュエータ・コイルに供給される電流量は、速度誤差に比例して変動する。アクチュエータ・コイルは、ヘッド位置を制御するために用いるボイス・コイル・モータの一部である。
【０００６】
より短距離（ドライブの構成に依存するが、例えば１００トラックとか）のシークに対しては、いくつかのディスク・ドライブは位置制御方式を採用し、そこでは基準となる電流、速度、および位置プロフィールを生成して、それを用いてヘッドを目的トラックへ進める。そのようなシークをしばしば“モデル参照”シークと呼ぶが、それは速度制御シークよりも、より高速の応答およびより優れた安定（ｓｅｔｔｌｉｎｇ）特性を与えることができる。モデル参照シークは、正弦波をベースとする基準電流プロフィール（例えば、１−ＣＯＳ関数）を選ぶことを含むのが普通であり、それはシーク毎にトラック数に基づく適当なスケール因子を用いてスケーリングされる。スケーリングされた電流プロフィールを次に積分して、対応する基準速度および基準位置を求める。モデル参照シークについては、例えば、グレッグ（Ｇｒｅｇｇ）に与えられた米国特許第６，０３１，６８４号に述べられている。
【０００７】
サーボ・システムが強化された位置制御を提供することを可能にしたのは好ましいことであるが、トラック密度が増大するにつれて、モデル参照シークを実行することが困難になっている。１つのトラックから次のトラックへのヘッド移動の物理的距離が短くなるにつれて、より少ない電流が必要となり、それによってヘッド位置の変動が増大する。これは、サーボ・システムがアクチュエータをうまく制御できないためである。更に、トラック密度の増大によって、振動のほかにサーボ・データの径方向位置の誤差が増大して、ヘッドが、小さいながらゼロでない（ディスクの内側へ向う、あるいは外側へ向う）速度を持つ傾向が強くなる。サーボ・システムは、ヘッド位置が選ばれたトラックを追尾するように調節することによって、そのような誤差を補償し続けようと動作する。
【０００８】
ヘッドのゼロでない初速度は、サーボ・システムが初期トラックから目的トラックへヘッドを正確に移動させる能力を大きく劣化させることが分かった。モデル参照シークの開始時点で、もしもヘッドが既に目的トラックへ向かって動いていれば、基準制御入力はヘッドを目的トラックよりもアンダーシュートさせることになろう。逆に、モデル参照シークが開始された時点で、もしもヘッドが目的トラックから遠ざかる方向に動いていれば、基準入力制御はヘッドを目的トラックよりもオーバーシュートさせよう。どちらの場合も、目的トラック上の所望の位置までのヘッド移動を完了するために付加的な時間が必要となり、その結果、ディスク・ドライブの移動速度性能が低下する。
【０００９】
従って、データ記憶容量の進歩に伴って、ゼロでない初速度を補償する短距離の位置制御シークをドライブが実行できるようにする必要がある。本発明が目指すのはそのような進歩である。
【００１０】
（発明の概要）
本発明は、ディスク・ドライブのディスク上でトラックに接近するようにヘッドを位置決めするために用いるディスク・ドライブ・サーボ回路の利得を最適化するための方法および装置を提供する。好適な実施の形態において、本発明は、位置制御されたシークにおけるモデル参照コントローラによって採用される、フィードフォーワード制御を補償するための方法および装置を提供する。
【００１１】
モデル参照コントローラは、シークを実行するためにアクチュエータに対してフィードフォーワード電流を供給する制御系である。必要とされるシーク距離に依存して、予め定められたフィードフォーワード表を用いてフィードフォーワード電流を発生する。モデル参照コントローラは、フィードフォーワード電流から基準位置および基準速度を生成するために、プラント・モデルおよび監視回路を使用する。この部分で閉ループが構成される。マルチレート監視回路は、シークの複数のマルチレート区間毎にヘッド位置を推定する。位置誤差は、区間毎に推定された位置と基準位置との差に対応する。
【００１２】
電流プロフィールを第１および第２利得でスケーリングする。第１利得はシークの加速段階で供給され、第２利得はシークの減速段階で供給される。第１および第２利得は、ヘッドの初速度がゼロでない場合には、異なる大きさのものに選ばれる。
【００１３】
ヘッドの初速度を考慮するモデル参照コントローラを提供することに加えて、本発明は、モデル参照シーク・コントローラのループを同調させるために要する時間を等価的に短縮する。本発明はモデル参照コントローラが、各フィードフォーワード基準表に対応する予め計算された因子に従って“自己同調”することを可能にする。
【００１４】
これらおよびその他の特徴は、本発明を特徴付ける利点とともに、以下の詳細な説明を読み、添付図面を見ることによって明らかになるであろう。
【００１５】
（詳細な説明）
図１を参照すると、ホスト・コンピュータと、磁気的に記憶され取り出されるユーザ・データとの間のインタフェースとなるように用いられる型のディスク・ドライブ１００の、上から見た平面図が示されている。ディスク・ドライブ１００は、ベース・デッキ１０２を含み、それに対してディスク・ドライブ１００の各種部品が搭載されている。上蓋１０４（部分的に切り取った形で示されている）は、ベース・デッキ１０２と一緒になってディスク・ドライブ用の封入された内部環境を構成している。
【００１６】
スピンドル・モータ（一般的に１０６で示される）が設けられて、複数の軸方向に揃った、頑丈な磁気記録ディスク１０８を矢印１０９で示す角度方向に一定の高速度（毎分数千回転）で回転させるようになっている。ユーザ・データは、アクチュエータ・アセンブリ１１０を使用することによってディスク１０８上のトラックへ書込まれ、そこから読み出される。アクチュエータ・アセンブリ１１０は、ディスク１０８に隣接して位置するベアリング・シャフト・アセンブリ１１２の周りで回転する。
【００１７】
アクチュエータ・アセンブリ１１０は、ディスク１０８に向かって延びる複数の頑丈なアクチュエータ・アーム１１４を含み、そこから延びる（柔軟な）フレキシブル・サスペンション・アセンブリ１１６（屈曲構造）を備えている。各屈曲構造１１６の末端にはヘッド１１８が搭載され、それは関連するディスク１０８の対応する表面にごく接近して浮上するように設計されたスライダー・アセンブリ（分離して示されていない）を含む。ヘッド１１８は、好ましくは、各々が薄膜の誘導性書込み要素およびＭＲ読出し要素を有する磁気抵抗（ＭＲ）ヘッドとして特徴付けられる。
【００１８】
ディスク・ドライブ１００を使用しないときは、ヘッド１１８は、ディスク１０８の内径に近い着地ゾーン１２０へ移動して静止する。また、アクチュエータ・アセンブリ１１０は、磁気的ラッチ・アセンブリ１２２を用いて固定される。
【００１９】
ヘッド１１８の径方向の位置は、ボイス・コイル・モータ（ＶＣＭ）１２４を使用して制御される。このモータは、アクチュエータ・アセンブリ１１０に取り付けられたコイル１２６と、そのコイル１２６が配置される場所の磁場を確立する永久磁石１２８とを含んでいる。永久磁石１２８の上には第２の磁束経路が形成されるが、分かりやすくするために図示されていない。ヘッド１１８は、コイル１２６への電流供給およびその結果のコイル１２６と磁石１２８との磁気的相互作用を通して、ディスク１０８の表面を横切って移動する。
【００２０】
フレックス・アセンブリ１３０は、動作時のアクチュエータ・アセンブリ１１０の回転運動を許容しながら、アクチュエータ・アセンブリ１１０のために必要な電気接続経路を提供する。フレックス・アセンブリ１３０は、前置増幅器／ドライバ回路１３２（プリアンプ）を含み、それは書込み動作時にヘッド１１８の書込み要素に対して書込み電流を供給し、また読出し動作時にはヘッド１１８のＭＲ読出し要素に対して読出しバイアス電流を供給する。プリアンプ１３２は更に、読出し動作時に得られるリードバック信号を増幅し、それをベース・デッキ１０２の下側に取り付けられたディスク・ドライブのプリント回路基板（ＰＣＢ）上に設けられたディスク・ドライブ制御電子回路（図示されていない）へ供給する。
【００２１】
図２は、ディスク１０８上に配置されたサーボ・データを利用してヘッド１１８の位置を制御する、図１のディスク・ドライブ１００のサーボ・ユニット１４０の機能的ブロック図を示す。サーボ・データは、選ばれたヘッド１１８によって変換され、プリアンプ１３２で前置増幅されて、復調回路１４２へ供給される。復調回路１４２は、好ましくはディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）を含むサーボ・プロセッサ１４４によって処理できるように、サーボ・データを調整する。ＤＳＰ１４４は、最上位のディスク・ドライブ・プロセッサ（図示されていない）によって発行されるコマンドとともに、ＤＳＰメモリ１４６（ＭＥＭ）に記憶されているプログラミング工程を用いて、コイル・ドライバ回路１４８に対して電流コマンド信号を出力する。コイル・ドライバ回路１４８は、これに従ってコイル１２６へ供給する電流量を調節する。
【００２２】
ここで図３を参照すると、本発明の好適な実施の形態に従って、位置制御されたシーク（“モデル参照シーク”）を実行するための、サーボ回路１４０の動作を示す一般化した制御図が示されている。図３の制御図の部分は、ＤＳＰ１４４によって利用される適当なプログラミングを介して容易に実現できる。
【００２３】
図３に示すように、ディスク・ドライバ１００の“プラント”と呼ばれる部分は、ブロック２００で示され、一般にコイル・ドライバ１４８、アクチュエータ・アセンブリ１１０、プリアンプ１３２、および復調器１４２を含んでいる。プラント２００は、信号経路２０２上に電流コマンド信号（“Ｉｃｍｄ”）を受信し、選ばれたトラックに近接するようにヘッド１１８を位置決めする。選ばれたトラック上のサーボ・データに応答して、プラント２００は実際の位置信号（“Ｘａｃｔ”）を発生し、それは信号経路２０４上へ出力される。
【００２４】
図３の制御図はまた、プラント２００と同じ公称入力／出力応答特性を有するマルチレート監視装置２０６を示している。監視装置２０６は、信号経路２０８、２１０、および２１２へそれぞれ位置推定値（“Ｘｅｓｔ”）、速度推定値（“Ｖｅｓｔ”）、およびバイアス推定値（“Ｂｅｓｔ”）を反復的に発生する。バイアス推定値はフレックス・アセンブリ（例えば、図１の１３０）からアクチュエータに及ぼされるバネ力や、ヘッドに及ぼされる空気による力を考慮して、そのような力から見て、選ばれたヘッドを現在の位置に保持するために必要な電流量を指示する。
【００２５】
モデル参照コントローラ（全体的に２１４で示す）は、モデル参照シーク時にプラント２００のために望ましい位置、速度、および電流状態をそれぞれ示す位置基準（“Ｘｒｅｆ”）、速度基準（“Ｖｒｅｆ”）、および電流基準（“Ｉｒｅｆ”）を提供する。モデル参照コントローラ２１４は、電流プロフィール発生器２１５、利得Ｋｓを有する利得ブロック２１６、利得計算器２１７、および積分器ブロック２１８を含む。モデル参照コントローラ２１４の動作について、図３の残りの部分の動作を概観した後で詳しく説明しよう。
【００２６】
加算接合２２２は、位置基準Ｘｒｅｆと位置推定値Ｘｅｓｔとの差として位置誤差（“Ｘｅｒｒ”）を決定する。同様に、加算接合２２４は、速度基準Ｖｒｅｆと速度推定値Ｖｅｓｔとの差として速度誤差（“Ｖｅｒｒ”）を決定する。位置誤差Ｘｅｒｒは、スケーラ利得Ｋｘを有する利得ブロック２２６へ供給され、また速度誤差Ｖｅｒｒはスケーラ利得Ｋｖを有する利得ブロック２２８へ供給されて、これらの出力量は加算接合２３０によって（電流基準Ｉｒｅｆと一緒に）加算される。
【００２７】
加算接合２３０の出力は、図示のように、加算接合２３２においてバイアス推定値Ｂｅｓｔと加算される。加算接合２３２の出力は、信号経路２３４上へ監視装置２０６への制御入力として供給され、プラント２００へ供給すべき電流量を示す。
【００２８】
加算接合２３２の出力は更に、利得Ｋｐを有する利得ブロック２３６へ供給されるため、それの出力は経路２０２上で電流コマンドＩｃｍｄ信号を含むことになる。利得ブロック２３６は、サーボ回路１４０の主要利得を提供する。
【００２９】
最後に、信号経路２０４上の実際の位置信号（Ｘａｃｔ）が加算接合２３８によって経路２０８上の位置推定値Ｘｅｓｔと加算されて、経路２４０上の監視装置２０６への入力のような監視装置誤差（“Ｏｅｒｒ”）信号を発生する。参考のために、監視装置２０６は４Ｘの監視装置であり、その中では、監視装置誤差Ｏｅｒｒ信号の各入力に対して、経路２０８、２１０、および２１２上へ推定値パラメータの４組が出力される。このように、監視装置は、ディスク１０８からのサーボ・データのサンプリング・レートの４倍のマルチレートを提供する。
【００３０】
ここで図４を参照すると、モデル参照シーク用の、公称基準となる電流、速度、および位置の曲線２７０、２８０、および２９０の組が示されており、それらは時刻を（マルチレート区間に対応する単位で）示すｘ軸２６０および相対的強度を（０は電流および速度がゼロであることを示す）示すｙ軸２６２に対してプロットされている。公称電流基準曲線２７０の個々の基準電流値は、次の式から容易に決定することができる。
【００３１】
【数１】

【００３２】
【数２】

【００３３】
【数３】

【００３４】
ここで、Ｎはモデル参照区間長、Ｃは望ましいモデル参照シーク区間に関連する予め定められた数、およびｍｏｄは商Ｎ／Ｃの剰余を計算する剰余演算子である。明らかなように、公称電流基準曲線２７０は、式（１）ないし（３）から容易に得られる。その後で、基準電流曲線２７０の積分を取ることによって図４の公称基準速度曲線２８０が、また基準速度曲線２８０の積分を取ることによって公称基準位置曲線２９０が得られる。
【００３５】
式（１）ないし（３）は、低いトラック密度を持つディスク・ドライブ用として許容できる公称基準電流を提供することが分かったものの、トラック密度が増加するにつれて、ヘッドのランアウト修正に伴う初速度はヘッドが目的トラック上に正しく安定するのを妨害するのに十分大きくなるかもしれない。これは、図５に示される。
【００３６】
特に、図５はヘッド１１８を、対応するディスク１０８上の初期トラックｘ（０）３００上に支持するアクチュエータ・アーム１１４を示している。目的トラックｘ（Ｎ）３０２は初期トラックｘ（０）から選ばれたトラック数だけ離れており、モデル参照シークの第Ｎ区間の後における望ましいヘッド１１８の位置を定義している。ディスクの回転運動が矢印１０９で示されている。トラック追尾の間に、またトラックのランアウトの結果、ヘッド１１８は方向矢印３０４または３０６で示すように、ゼロでない初速度を有するかもしれない。これは、もしも完全にゼロの電流がアクチュエータ・コイル１２６に供給されても、モデル参照の第N区間の後に、ヘッド１１８は初期トラックｘ（０）から離れて、もしも初速度がベクトル３０４の方向であれば目的トラックｘ（Ｎ）の方向へ、あるいはもしも初速度がベクトル３０６の方向であれば目的トラックｘ（Ｎ）から離れる方向へ、一定の距離を移動しているであろうことを意味する。
【００３７】
上述の米国特許第６，０３１，６８４号において議論されるように、モデル参照シークを実行するための従来技術のやり方は、望みのシーク区間数Ｎに対して適当な電流プロフィールを選択すること、シーク長に対して適当な利得因子を乗算することによって電流基準Ｉｒｅｆをスケーリングして電流基準Ｉｒｅｆを生成すること、Ｉｒｅｆを積分してＶｒｅｆを得ること、Ｖｒｅｆを積分してＸｒｅｆを得ること、および次にＮＩｒｅｆ、Ｖｒｅｆ、およびＸｒｅｆのサンプル値を適用してモデル参照シークを実行することを含んでいる。しかし、次の解析が示すように、ヘッドがゼロでないとみなせる速度を有する場合に、１つの供給利得を解く数学的手法は存在しない。
【００３８】
広く知られているように、位置制御系（例えば、サーボ回路１４０）用の不連続な、時間不変の状態・空間線形方程式は次のようになる。
【００３９】
【数４】

【００４０】
ここで、ｘ（ｋ）は時刻ｋにおける状態ベクトル、Ａは状態マトリックス、Ｂは入力マトリックス、およびｕ（ｋ）は時刻ｋにおける入力または制御である。モデル参照シークコントローラを支配する方程式の組は次のようになる。
【００４１】
【数５】

【００４２】
および
【００４３】
【数６】

【００４４】
ここで、Ｉｒｅｆは電流、Ｋｐｔはプラントの利得、Ｖｒｅｆは生成された基準速度で、Ｘｒｅｆは一般化された基準位置である。モデル参照シークの開始時点（ｋ＝０）では、Ｘｒｅｆは現在位置で初期化され、Ｖｒｅｆはゼロにセットされる（すなわち、初期速度ゼロを想定）。式（５）および（６）は、加速度、速度、および位置に関連する良く知られた物理方程式に対応している（電流あるいはＩｒｅｆはこの系の加速度に等価である）。
【００４５】
ここで、式（５）および（６）を（４）のシステムの状態空間方程式に代入し、状態ベクトルを：
【００４６】
【数７】

【００４７】
と選び、また入力を次のように選ぶ。
【００４８】
【数８】

【００４９】
ここで、Ｋｓはシーク長に対して選ばれた電流利得である。式（４）ないし（８）を組み合わせると次のようになる。
【００５０】
【数９】

【００５１】
ここで、
【００５２】
【数１０】

である。
【００５３】
さて、別の事項として、初期条件に基づくシステムの未来の状態ｘ（ｋ）は、時間不連続、非一様な状態遷移方程式を用いて決定できる。
【００５４】
【数１１】

【００５５】
ここで、Φ（ｋ，ｊ）は、状態遷移マトリックス、Ｂ（ｊ−１）＝Ｂ（すなわち、Ｂは一定）、およびｕ（ｊ−１）＝Ｋ_s＊Ｉ_ref（ｊ−１）である。定義により、
【００５６】
【数１２】

【００５７】
ここで、Ａは式（１０）中の状態マトリックスである。少し拡張した数学（簡潔にするため省略する）を用いれば次のようになることを示すことができる。
【００５８】
【数１３】

【００５９】
式（８）および（１３）を式（１１）に代入すれば次のようになる。
【００６０】
【数１４】

【００６１】
あるいは
【００６２】
【数１５】

【００６３】
ここで項の並べ替えを行って、次を得る。
【００６４】
【数１６】

【００６５】
および
【００６６】
【数１７】

【００６７】
さて、もしもフィードフォーワード表ＩｒｅｆにＮ個の点があれば、ｋをＮで置き換えて、次の関係が得られる。
【００６８】
【数１８】

【００６９】
式（１７）を解析すると、シークの最初で、シークの初期条件ｘ（０）、Ｂ、Ｉｒｅｆ、Ｎ、および状態遷移マトリックスが既知であることが分かる。所望の最終状態ｘ（Ｎ）も既知であるため、解決すべきことはＫｓのみである。Ｋｓを解くことはｘ（０）からｘ（Ｎ）まで進むために必要なフィードフォーワード利得を与えることになろう。
【００７０】
しかし、この式にｘ（０）における初速度を代入しても、Ｋｓに関する唯一の解は存在しないことが容易に分かる。しかし、もしも表の正および負の部分に対して異なる利得を用いれば解は存在する。
【００７１】
式（１７）に別々の利得（ＫｓＡおよびＫｓＢ）を代入することによって、次のようになる。
【００７２】
【数１９】

【００７３】
式（１８）の左辺の結果は、右辺の２つの加算の結果と同じように２×１のベクトルである。従って、この式は次のような形になる。
【００７４】
【数２０】

【００７５】
ここで、ｂは（１８）の左辺の結果であり、ｂの第１項は、最終位置ｘ（Ｎ）と電流が供給されなければ到達していたであろう位置との差を表す。ｂの第２項は、ヘッドの最終状態での速度から電流が電流に対して供給されていなければ得られていたであろう速度を差し引いたものを表す。Ｓは２×２のマトリックスで、第１行が式（１８）の第１の加算の転置であり、第２行は式（１８）の第２の加算の転置である。
【００７６】
Ｓの第１行の第１項は、モデル参照シークの加速段階でプラントに供給される電流の増分量に対応するヘッド位置の変化に関連する。Ｓの第２行の第１項は、モデル参照シークの加速段階でプラントに供給される電流の増分量に対応するヘッド速度の変化に関連する。Ｓの第１行の第２項は、モデル参照シークの減速段階でプラントに供給される電流に対応するヘッド位置の変化に関連する。Ｓの第２行の第２項は、モデル参照シークの減速段階でプラントに供給される電流に対応するヘッド速度の変化に関連する。従って、２×１のベクトルｙは次のようになる。
【００７７】
【数２１】

【００７８】
２つの利得ＫｓＡおよびＫｓＢは、Ｓの逆行列を作り、両辺に乗算することによって次のようになる。
【００７９】
【数２２】

【００８０】
この結果は、フィードフォーワード表の前半あるいは正の半分に対して１つの利得（ＫｓＡ）と、基準電流プロフィールの後半あるいは負の半分に対して１つの利得（ＫｓＢ）ということである。
【００８１】
Ｓ従ってＳ^-1の各項は、各モデル参照の区間長（Ｎ）に対して製造時に予め計算され、後で取り出せるようにメモリに記憶される。初期位置Ｘｅｓｔ、目的トラックｘ（Ｎ）、および初速度Ｖｅｓｔを知れば、ｂを求めるために実行すべき唯一の計算は式（１８）および（２０）の左辺である。一旦ｂが決まり、Ｓ^-1の正しい値がメモリから取り出されれば、利得計算器３１４はｙを計算し、それによって後に公称基準電流を修正することによって初速度を補償する一対の利得が得られる。このように、各モデル参照シークについて、利得ＫｓＡおよびＫｓＢを決めるために、実時間で行うべき計算は８回の乗算と６回の加算だけである。
【００８２】
利得計算器３１４の演算の結果として、モデル参照コントローラ２１４は自己同調型の装置として動作する。すなわち、利得計算器３１４が公称基準電流をスケーリングするために必要な利得を決定するため、フィードフォーワード表によって生成される公称基準電流毎に手動で同調を取る必要がない。手動同調が不要となるため、製造効率およびコスト効率は大幅に改善される。
【００８３】
このようにモデル参照シーク中で２つの利得を用いるための基礎は確立されたので、ここでモデル参照コントローラ２１４が初速度をどのように補償するかについて説明しよう。図６を参照すると、シーク手順３５０は工程３５２に示すように、目的トラック位置ｘ（Ｎ）を認識することから始まる。判定工程３５４はそのシークが長距離シークであるかどうか、すなわち、ｘ（Ｎ）３０２が初期トラックｘ（０）３００から１００トラックよりも遠く離れているかどうかを判断する。もしも目的トラックｘ（Ｎ）３０２までのシークが長距離シークであると判断されれば、シーク手順は工程３５６に示すように、速度制御方式を採用する。従来の速度制御式のやり方でヘッドが目的トラックｘ（Ｎ）３０２に到達するまで移動させられ、その後シーク手順は工程３７２に示すように終了する。
【００８４】
しかし、もしもそのシークが短距離シークであると判断されれば、手順は工程３５８へ進み、そこにおいてシークの間に横切るトラック数で表したモデル参照区間（Ｎ）が決定される。容易に理解されるように、モデル参照区間長（Ｎ）は、横切るトラック数と１対１の関係で直接対応するわけではない。むしろ、１つのモデル参照区間長（Ｎ）を用いて或る範囲のシーク長を代表し、個々のシーク長に対しては電流プロフィールで考慮する。
【００８５】
一旦モデル参照区間長（Ｎ）が決まると、シーク手順は工程３６０へ進み、そこにおいてモデル参照コントローラ２１４は必要な入力を受信する。特に、区間長（Ｎ）が図３に示したように利得計算器３１４へ入力される。利得計算器３１４には、目的トラック（位置）ｘ（Ｎ）３０２、初期位置推定値Ｘｅｓｔ、および初速度推定値Ｖｅｓｔも入力される。ＸｅｓｔおよびＶｅｓｔとして利得計算器３１４へ入力される値は、監視装置２０６からそれぞれ経路２０８および２１０を経て取り出されることが理解されよう。
【００８６】
目的トラックｘ（Ｎ）３０２および位置推定値Ｘｅｓｔはまた、電流プロフィール発生器３１６へも入力される。更に、電流プロフィール発生器３１６へ入力されるＸｅｓｔの値は、監視装置２０６から経路２０８を経て取り出されることが理解されよう。一旦、４入力の各々が利得計算器３１４へ入力され、また２入力の各々が電流プロフィール発生器３１６へ入力されれば、シーク手順は工程３６２へ進んで、そこで電流プロフィール発生器３１６が基準電流プロフィールを計算する。
【００８７】
目的トラックｘ（Ｎ）３０２および位置推定値Ｘｅｓｔを受信すると、電流プロフィール発生器はモデル参照区間Ｎを決定する。次にモデル参照区間Ｎを用いて、既述の式（１）〜（３）を用いて公称基準電流が計算される。
【００８８】
一旦公称基準電流が計算されれば、手順は工程３６４へ進み、そこで利得ＫｓＡおよびＫｓＢが計算される。既に述べたように、一旦、モデル参照区間長（Ｎ）、初期トラックｘ（０）、目的トラックｘ（Ｎ）、および初速度が分かれば、利得計算器は、予め計算されメモリに記憶されている適当なＳ^-1マトリックスを使って、ＫｓＡおよびＫｓＢについて式（２１）を解く。一旦２つの利得ＫｓＡおよびＫｓＢが決まれば、シーク手順は工程３６６へ進み、そこで利得回路３１２によってモデル基準電流（Ｉｒｅｆ）が決定される。利得回路３１２は、電流プロフィール発生器３１６から得られた公称基準電流を、利得計算器３１４によって得られた利得ＫｓＡおよびＫｓＢでスケーリングすることによってモデル基準電流を生成する。既に述べたように、第１利得ＫｓＡが公称基準電流の加速部分をスケーリングし、第２利得ＫｓＢが公称基準電流の減速部分をスケーリングする。結果として得られるモデル基準電流（Ｉｒｅｆ）は、モデル参照シークにおいてヘッドの初速度を補償する。
【００８９】
続けて図６を参照すると、シーク手順は次に工程３６８へ進み、そこで積分器ブロック３１０が利得回路３１２からモデル基準電流Ｉｒｅｆを受信する。上で述べたように、モデル基準電流は、経路２２０を通って加算接合２３０へも送られる。積分器ブロック３１０は、モデル基準電流Ｉｒｅｆを積分することによってモデル基準速度Ｖｒｅｆを決定する。次に、モデル基準速度Ｖｒｅｆを積分することによってモデル基準位置Ｘｒｅｆが決まる。Ｘｒｅｆ、Ｖｒｅｆ、およびＩｒｅｆ相互間の導出関係は、良く知られた状態・空間方程式（４）〜（６）に関連して先に説明した。
【００９０】
一旦決まると、モデル基準位置Ｘｒｅｆおよびモデル基準速度Ｖｒｅｆは、それぞれ経路２１６および２１８を経て加算接合２２２および２２４へ送られる。この時点で、シーク手順は工程３７０へ進み、そこでサーボ回路１４０は、モデル参照コントローラ２１４によって生成されたＩｒｅｆ、Ｖｒｅｆ、およびＸｒｅｆに関する値を使って、先に述べたようにモデル参照シークを実行する。シークが完了すると、手順は工程３７２で終了する。
【００９１】
図７は、モデル参照シークに関するモデル基準電流３８０、速度３８２、および位置３８４の曲線組を、時刻を（マルチレート区間に対応する単位で）表すｘ軸３８６および相対的強度（０がゼロ電流またはゼロ速度に対応する）を表すｙ軸３８８に対してプロットして示している。速度曲線３８２はｙ軸３８８とゼロより上で交差し、図５にベクトル３０４で示すようにヘッドが正方向に初速度を有することを表している。すなわち、モデル参照シークの開始時点で、ヘッドはゼロでない初速度を持って目的トラックの方へ動いている。
【００９２】
図７に示すように、この正の初速度を補償するために、モデル基準電流曲線３８０の振幅は、モデル参照シークの加速段階で第１利得ＫｓＡでスケーリングされる間はより小さいものとなる。モデル参照シークの減速段階では、第２利得ＫｓＢが公称基準電流に与えられるのでモデル基準電流曲線の振幅は増大する。
【００９３】
図８は、図５にベクトル３０６で示すように、ヘッドが負の初速度を有する場合に実行されるモデル参照シークを示している。この場合、ヘッドはモデル参照シークの開始時点で目的トラックから遠ざかる方向に動いている。モデル基準速度曲線３９０は、ゼロよりも下でｙ軸と交差し、負の初速度を表している。従って、モデル基準電流曲線３９２の振幅は、モデル参照シークの加速段階でより大きいものとなっている。シークの減速段階では、第２利得ＫｓＢが公称基準電流に適用されるため、モデル基準電流曲線３９２の振幅はより小さいものとなる。注意してほしいが、モデル基準位置曲線３９４は、モデル基準速度がヘッドの負の初速度を補償する前には負の方向を持っている。
【００９４】
以上の実施例のように、また以下で開示するように本発明は従来技術より優れたいくつかの特徴を有する。まず第１に、モデル基準発生器がモデル基準電流（Ｉｒｅｆ）、モデル基準速度（Ｖｒｅｆ）、およびモデル基準位置（Ｘｒｅｆ）を生成し、それらがヘッドのゼロでない初速度を補償する。そうすることによって、大きいＴＰＩを持つディスク・ドライブでの短距離の位置制御されたシークの精度および信頼性が改善される。第２に、本発明はまたモデル参照コントローラの自己同調を提供するため、製造コストが削減される。
【００９５】
要約すると、本発明が、モデル参照シークの間にモデル参照コントローラによって採用されるモデル基準電流（Ｉｒｅｆ）を最適化するための装置および方法を指向していることが理解されよう。本発明の好適な実施の形態では、モデル参照コントローラ２１４はサーボ回路１４０の一部であって、積分器ブロック３１０、利得回路３１２、利得計算器３１４、および電流プロフィール発生器３１６を含む。モデル参照コントローラ２１４は、ヘッドの初速度を補償し、モデル参照シーク（例えば、工程３５８〜３７０による）の間にヘッド１１８を位置づけるために使用される基準の電流、速度、および位置信号（例えば、２２０、２１８、および２１６）を発生する。マルチレート監視装置２００は、位置（Ｘｅｓｔ）、速度（Ｖｅｓｔ）、およびバイアス（Ｂｅｓｔ）の推定値を提供する。監視装置２００の推定値出力は、モデル参照コントローラ２１４からの出力と比較されて、位置誤差信号が決まる。
【００９６】
本発明が、本発明に固有なもののほかに、既述した目的および利点を達成するのに適合していることが明らかであろう。ここに示した好適な実施の形態はこの開示のために説明してきたが、多くの変更が可能であることは当業者には容易に示唆されよう。またそれらは特許請求の範囲に定義され、ここに開示された本発明の精神に包含される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施の形態に従って構築されたディスク・ドライブの上平面図。
【図２】図１のディスク・ドライブの機能的ブロック図。
【図３】本発明に従って構築されたサーボ制御回路の制御図。
【図４】モデル参照シークの間に、図３の基準発生器によって出力される基準の電流、速度、および位置信号を示すグラフ。
【図５】図１のヘッドの初期トラック、目的トラック、および初速度を表すグラフ。
【図６】本発明によって可能となるシーク手順および利得計算のフロー・チャート。
【図７】図５に示すように目的トラックに対して正の初速度をヘッドが有する場合に、モデル参照シークの間に図３の基準発生器によって出力される基準の電流、速度、および位置信号を示すグラフ。
【図８】図５に示すように目的トラックに対して負の初速度を有するヘッドが場合に、モデル参照シークの間に図３の基準発生器によって出力される基準の電流、速度、および位置信号を示すグラフ。

Claims

位置制御系において、制御物体を初期位置から目的位置まで移動させる方法であって：
（ａ）前記制御物体が移動に要する連続的な時間間隔の数を選択する工程；
（ｂ）前記連続的な時間間隔の数に対応する電流値を有する公称電流プロフィールを提供する工程；
（ｃ）前記制御物体の初速度を決定する工程；および
（ｄ）前記制御物体のゼロでない初速度を補償するために異なる大きさを有するように選ばれた第１および第２利得因子のうち、第１利得因子を前記制御物体を加速するために使用される前記公称電流プロフィールの第１の一連の電流値に適用することによって、また第２利得因子を前記制御物体を減速するために使用される前記公称電流プロフィールの第２の一連の電流値に適用することによって、基準電流プロフィールを生成する工程；
を含む方法。
請求項１に記載の方法であって、更に、（ｅ）前記基準電流プロフィールを積分することによって基準速度プロフィールを生成する工程を含む方法。
請求項２に記載の方法であって、更に、（ｆ）前記基準速度プロフィールを積分することによって基準位置プロフィールを生成する工程を含む方法。
請求項３に記載の方法であって、更に、（ｇ）前記モデル基準電流、前記モデル基準速度、および前記モデル基準位置を、推定された電流、推定された速度、および推定された位置と比較することによって、前記制御物体を位置づける場合に使用される電流コマンド信号を決定する工程を含む方法。
記録面を有する回転ディスクと、
アクチュエータ・モータ、および前記記録面に隣接して支持されたヘッドを有するアクチュエータ・アセンブリと、
前記アクチュエータ・モータにモデル基準電流を供給して前記ヘッドを前記記録面上で初期位置から目的位置まで制御可能に移動させるサーボ回路とを備え、
該サーボ回路が、
前記ヘッドが移動する間の連続的な時間間隔の各々に対して、それに対応する一連の電流値としてのベースライン基準電流プロフィールを生成する電流プロフィール発生器と、
前記ヘッドの初速度を決定する速度決定回路と、
該速度決定回路に応答して、前記初速度に対応して第１および第２利得因子を計算する利得計算器と、
該利得計算器および前記電流プロフィール発生器に応答して、前記ヘッドを加速するために使用される前記ベースライン基準電流プロフィールの第１の一連の電流値に第１の利得因子を適用することによって、またその後に、前記ヘッドを減速するために使用される前記ベースライン基準電流プロフィールの第２の一連の電流値に第２の利得因子を適用することによって、モデル基準電流を生成する利得ブロックであって、該第１および第２の利得因子は、前記ヘッドの初速度がゼロでない場合に異なる大きさを有する、利得ブロックと、を含む
ディスク・ドライブ。
請求項５に記載のディスク・ドライブであって、前記サーボ回路が更に、前記モデル基準電流を積分してモデル基準速度を得る積分器回路を含んでいるディスク・ドライブ。
請求項６に記載のディスク・ドライブであって、前記積分器回路が更に、前記モデル基準速度を積分してモデル基準位置を得るようになったディスク・ドライブ。
請求項７に記載のディスク・ドライブであって、前記サーボ回路が更に、
推定された電流、推定された速度、および推定された位置を生成する推定器回路と、
前記推定された電流を前記モデル基準電流と、前記推定された速度を前記モデル基準速度と、そして前記推定された位置を前記モデル基準位置とそれぞれ比較する比較器回路と、
を含んでいるディスク・ドライブ。