JP7116378B2 - 経時変化する張力擾乱の抑制を伴うテープ輸送制御システムおよび方法 - Google Patents

Description

本発明は、テープ輸送を制御するための技術に関し、より詳細には、経時変化する又は周期的な張力擾乱を抑制する一方で、テープ張力の調節が強化された技術に関する。

テープシステムは、費用対効果の高いストレージソリューションを提供することができ、これは世界がデータ創出速度の爆発的増大に直面するにつれてますます重要になってきている。近年、ストレージシステムの容量及び性能は、かなり高まってきており、また、さらなる増大の可能性も現実的になっている。より高いテープカートリッジ容量及び改善された性能を達成するためには、いくつかの技術分野における進歩が必要である。例えば、空間密度の増大、すなわち線密度及び／又はトラック密度の増大は、より高い容量を達成するための必須要件である。しかしながら、トラック密度がより高くなるということは、トラック幅がより狭くなること、書込み／読出しヘッド要素がより狭くなること、及びテープ－ヘッド間隔がより近接することを意味し、信号対雑音比の損失、及び書込み／読出しヘッド要素の精度に対する厳しい要件につながる。

テープ張力及び速度の目標値からの偏差は、位置誤差信号に悪影響を与えることがあり、それゆえトラック追従サーボの性能に悪影響を与えることがある。したがって、テープ動作中にすべての平行なデータチャネルに対して良好な読出しチャネル性能を提供するためには、ロバストなテープ輸送及びトラック追従サーボ機構が必要である。さらに、より高い容積密度をもたらすより薄いテープ媒体への移行は、より高容量のテープカートリッジを達成するためのさらなる手段である。それゆえ、薄い媒体に過重応力をかける可能性がある張力変動を防止するために、より厳密な張力制御を提供するテープ輸送サーボ機構の必要性が生じる。

定常状態速度モードでの動作中には、公称値付近でテープ張力の周期的変動が起こり得るという、さらなる問題が生じる場合があり、これはラップアラウンド（wrap-around）ともよばれる。このような変動は、リールの偏心によって誘発され得る。テープ輸送において、この問題は、リール回転周波数がテープ経路によって決まる共振周波数に近づくとき、特に深刻になり得る。張力変動の悪影響は十分に認識され理解されているが、これらの、ゆっくりと経時変化する周波数を伴う周期的な張力擾乱を抑制するための有効な従来方法は開発されていない。速度及び張力のフィードバックを有するテープ輸送制御に関する最近の研究は、本質的にテープの長手方向位置に依存しない閉ループシステム挙動を達成するための、経時変化ｐ型コントローラの選択に集中している。しかしながら、ｐ型コントローラは、周期的な張力変動に起因する擾乱の阻止の強化を提供しない。

したがって、テープ輸送制御システムが、経時変化する又は周期的な張力擾乱を抑制する一方で、テープ張力の調節の強化を提供することができる技術に対する要求が生じる。

本発明の目的は、経時変化する又は周期的な張力擾乱を抑制する一方でテープ張力の調節の強化を提供することができる、テープ輸送制御システムを提供することである。

本発明の実施形態によれば、テープドライブシステムにおいて第１のリールモータを有する第１のテープリールから第２のリールモータを有する第２のテープリールへのテープ輸送を制御するための閉ループ制御システムは、テープ速度、第１のテープリール又は第２のテープリールのいずれかの少なくとも一方の半径、及びテープ張力を表す１つ又は複数の信号を出力するように適合された回路と、テープ速度、第１のテープリール又は第２のテープリールのいずれかの少なくとも一方の半径、及びテープ張力を表す１つ又は複数の信号を受け取るように適合された制御回路であって、受け取った信号に基づいて、第１のリールモータ又は第２のリールモータの少なくとも一方を制御する少なくとも１つの制御信号を生成し、経時変化するリール回転周波数に対応する最低でも１つの周波数における張力擾乱を、テープ速度と、第１のテープリール又は第２のテープリールのいずれかの少なくとも一方の半径と、に依存するコントローラパラメータに基づいて、低減させるようになっている、制御回路と、を含む。

本発明の別の実施形態によれば、テープ輸送システムは、第１のリールモータを有する第１のテープリールと、第２のリールモータを有する第２のテープリールと、テープヘッドと、テープ速度、第１のテープリール又は第２のテープリールのいずれかの少なくとも一方の半径、及びテープ張力を表す１つ又は複数の信号を出力するように適合された回路と、テープ速度、第１のテープリール又は第２のテープリールのいずれかの少なくとも一方の半径、及びテープ張力を表す１つ又は複数の信号を受け取るように適合された制御回路であって、受け取った信号に基づいて、第１のリールモータ又は第２のリールモータの少なくとも一方を制御する少なくとも１つの制御信号を生成し、経時変化するリール回転周波数に対応する最低でも１つの周波数における張力擾乱を、テープ速度と、第１のテープリール又は第２のテープリールのいずれかの少なくとも一方の半径と、に依存するコントローラパラメータに基づいて、低減させるようになっている、制御回路と、を含む。

本発明の別の実施形態によれば、テープ輸送システムのための方法は、テープ速度、第１のテープリール又は第２のテープリールのいずれかの少なくとも一方の半径、及びテープ張力を表す１つ又は複数の信号を生成することと、テープ速度、第１のテープリール又は第２のテープリールのいずれかの少なくとも一方の半径、及びテープ張力を表す１つ又は複数の信号を受け取ることと、受け取った信号に基づいて、第１のリールモータ又は第２のリールモータの少なくとも一方を制御する少なくとも１つの制御信号を生成することであって、経時変化するリール回転周波数に対応する最低でも１つの周波数における張力擾乱を、テープ速度と、第１のテープリール又は第２のテープリールのいずれかの少なくとも一方の半径とに依存するコントローラパラメータに基づいて、低減させるようになっている、制御信号を生成することと、を含む。

テープ輸送機構及びトラック追従制御システムの例示的なブロック図である。 一次速度及び張力のフィードバックを有するテープ輸送制御システムの例示的なブロック図である。 図１によるテープ輸送機構及びトラック追従制御システムの動作ステップを示すフローチャートである。 重みづけフィルタの周波数特性の例示的な図である。 Ｈ_∞ピークフィルタの分子及び分母の減衰比の例示的な図である。 Ｈ_∞ピークフィルタの分子及び分母の中心周波数の例示的な図である。 張力センサを用いて測定した張力と、横方向位置の差によって得られた張力推定値との実験的波形の張力測定値の比較の例示的な図である。 張力センサを用いて測定した張力と、横方向位置の差によって得られた張力推定値との実験的波形のパワースペクトル密度の比較の例示的な図である。 ３つの制御システム構成、すなわちａ）張力フィードバック無し、ｂ）古典的手法を用いて設計された経時変化ピークフィルタによって増強されたフィードバックコントローラ有り、及びｃ）Ｈ_∞方法論を用いて最適化されたパラメータによる経時変化フィルタによって増強されたフィードバックコントローラ有り、の張力測定値の比較の例示的な図である。 ３つの制御システム構成、すなわちａ）張力フィードバック無し、ｂ）古典的手法を用いて設計された経時変化ピークフィルタによって増強されたフィードバックコントローラ有り、及びｃ）Ｈ_∞方法論を用いて最適化されたパラメータによる経時変化フィルタによって増強されたフィードバックコントローラ有り、のパワースペクトル密度の比較の例示的な図である。 張力フィードバック無しの場合と、Ｈ_∞最適化ピークフィルタによって増強されたフィードバックコントローラを有し、横方向位置の差による張力推定値を用いた場合との、張力測定値の比較を示す例示的な図である。 張力フィードバック無しの場合と、Ｈ_∞最適化ピークフィルタによって増強されたフィードバックコントローラを有し、横方向位置の差による張力推定値を用いた場合との、パワースペクトル密度の比較を示す例示的な図である。 本明細書で説明される実施形態に関連するプロセスを実装することができるコンピュータシステムの例示的なブロック図である。

本発明の実施形態は、経時変化ピークフィルタで増強されたｐ型コントローラを用いた張力のフィードバックによる、テープ輸送制御スキームに対する改善を提供する。可変の中心周波数を有するピークフィルタは、ラップアラウンドによって発生する周期的擾乱のような、ゆっくりと経時変化する周波数を伴う周期的擾乱を抑制することができる。擾乱を回避するために、擾乱周波数がループ帯域幅の外側に移動したときに行われる強化、及びピークフィルタのゼロを決定するパラメータは、Ｈ_∞ノルム（Ｈ無限大ノルム）の最小化によって決定することができる。この方法は、テープ経路内に張力測定用の追加のトランスデューサを必要とせずに、張力のフィードバックを可能にするように拡張することができる。結果として、公称値からの張力の偏差を、隣接するサーボバンド上に記述されたサーボパターンの読み取りによって得られる横方向位置推定値の差の関数として表現することによって、張力を推定することができる。しかしながら、この方法論は、動的張力変動の推定値を提供するが、テープの巻取り中に生じ得るクリープ及びテープパック応力（tape-pack stress）に起因する、非常にゆっくりと変化する、サーボバンド間距離の公称値からの偏差のせいで、ｄｃに近い非常に低い周波数における張力変動の補償を可能にしない。この現象を防ぐために、コントローラの伝達関数内に高域通過セクションを含めることができ、フィードフォワード経時変化フィルタを含めて、ｄｃ張力値を調節することができる。

テープ輸送性能の改善は、薄いテープ媒体の採用を可能にするので、より高い容積密度を達成するのに有利である。本発明の実施形態において、テープ輸送サーボ機構は、その周波数特性を、長手方向位置に依存して適合することができる。Ｈ_∞最適化経時変化ピークフィルタは、リール回転周波数における擾乱阻止を強化することができる。本発明は、最小の擾乱振幅で、ループ帯域幅の外側の周波数であっても、擾乱阻止を提供することができる。横方向位置推定値の差に基づく張力変動の測定を、制御システムに導入することができ、これにより張力センサの必要が完全になくなる。コントローラを高域通過フィルタで増強して、クリープに起因する低周波効果を回避することができる。本発明は、リール関連擾乱を補償することができ、テープ輸送性能を改善することができる。

テープドライブ内の例示的なテープ輸送機構及びトラック追従制御システムのブロック図を図１に示す。順方向の移動の場合、テープは、繰出しリールとして機能するファイル（又はアウトボード（outboard）若しくは番号１）リール１０２から、ローラ１０６Ａ－Ｄ及び読出し／書込みテープヘッド１０８からなるテープ経路を通って、マシン（又はインボード（inboard）若しくは番号２）リール１０４に輸送されることができる。逆方向において、リール１ １０２及びリール２ １０４の役割を逆にすることができる。読出し／書込み動作は、テープヘッドに含めることができる、サーボ及びデータチャネルに信号１０９を提供する読出し／書込み要素１３０によってテープに接触して行うことができる。テープヘッド１０８は、スキュー及びトラック追従コントローラ１１４に応答してヘッドの回転位置及び横方向位置を調整するアクチュエータ１３２を、さらに含むことができる。デュアル同期サーボチャネルは、テープヘッド１０８内の２つのサーボリーダによって生成されるサーボ信号から誘導することができる、一次テープ速度、テープ長手方向位置（longitudinal position：ＬＰＯＳ）、及びヘッド横方向位置の推定値を提供することができる。サーボリーダは、サーボトラック若しくはテープ上の他のサーボ記録領域から信号を読み出すことができ、又は、サーボリーダは、データ信号を読み出すことができ、サーボチャネル回路は、データ信号からサーボ信号を誘導することができる。テープ張力１２５の推定値を、テープ経路内のローラＡ－Ｄのうちの１つ、例えばローラ１０６Ａ内に配置された、ひずみゲージセンサのような１つ又は複数の張力センサ１２４によって取得することができる。

テープ速度及びヘッド位置１１２の推定値を、スキュー及びトラック追従コントローラ１１４に提供することができる。同様に、テープ速度、ヘッド位置、及びＬＰＯＳ１１６の推定値を、テープ輸送制御システム１１８に供給することができる。テープ輸送制御システム１１８は、受け取ったテープ速度、ヘッド位置、及びＬＰＯＳ１１６を処理して、モータ１制御１２６及びモータ２制御１２８のようなモータ制御回路に対して出力される制御信号を生成することができる。ホール効果センサ１２０、１２２は、各リール１０２、１０４の回転速度の測定値を提供することができ、個別のリールから付加的な二次テープ速度情報を得るために用いることができる。二次テープ速度情報は、デュアルサーボチャネル１１０からの有効なパラメータ推定値がない場合、例えばテープ加速中に、適正なテープ輸送動作を達成するため用いることができ、又はテープ輸送性能を強化するために用いることができる。テープヘッド１０８内の２つのサーボリーダは、データバンドにまたがる場合がある２つの専用サーボバンドを読み出すことができる。サーボパターンの幾何学的形状は、リニア・テープ・オープン（ＬＴＯ）コンソーシアムによってテープドライブシステムの標準として採用された、リニア・テープ・システム用のタイミング・ベース・サーボ（ＴＢＳ）形式によって指定することができる。これらの専用サーボ信号は、テープ輸送及びトラック追従サーボ機構に提供すべき正確な長手方向並びに横方向の位置情報を生じるためのパイロット信号として見ることができる。デュアル同期サーボチャネルは、一次テープ速度、テープ長手方向位置（ＬＰＯＳ）、及びヘッド横方向位置の推定値を提供することができる。テープ張力の推定値は、テープ経路内のローラのうちの１つの中に配置されたひずみゲージセンサによって取得することができる。しかしながら、本システム及び方法の実施形態は、張力トランスデューサを必要とすることなく、張力変動の推定値を決定することができる。

システム１００は、角運動量の変化を各リールに関するトルクの和に対して等式化することによって得ることができる、二階微分方程式を用いることによって、数学的にモデル化することができる。特定のテープ位置及び順方向のテープ速度における線形経時変化テープ輸送システムの状態空間方程式は、

で与えることができ、ここでシステム１００の状態ベクトルｘは

であり、制御信号のベクトルは、

とすることができ、行列Ｆ及びＧは、

で与えることができる。

いくつかのパラメータをシステムの性能の解析に使用することができる。例えば、ρはテープ密度［Ｋｇ／ｍ^３］とすることができ、εはテープ厚さ［ｍ］とすることができ、ηはテープ幅［ｍ］とすることができ、Ｒ_０は、空のリールの半径［ｍ］とすることができ、Ｒ_ｆは、満杯のリールの半径［ｍ］とすることができ、Ｋ_１、Ｋ_２はモータドライバ利得［Ｎｍ／Ａ］とすることができ、Ｋ_Ｔはテープのばね定数［Ｎ／ｍ］とすることができ、Ｄ_Ｔはテープのダンパ係数(damper coefficient）［Ｎｓ／ｍ］とすることができ、β_ｉ、β_ｏは、モータの粘性減衰係数［Ｎｍ ｓ］とすることができ、μはクーロン摩擦係数とすることができ、Ｒ_ｉ及びＲ_ｏは半径とすることができ、Ｊ_ｉ及びｊ_ｏは、それぞれリール１及びリール２の慣性モーメントとすることができる。

繰出しリール及びヘッドにおけるテープ速度の動力学は、ほぼ同じとすることができ、巻取りリールにおけるテープ速度の動力学とは異なるものとすることができる。テープ輸送出力信号のベクトルｙは、一次テープ速度及びテープ張力を含むことができ、状態ベクトルの観点で

と表すことができ、ここで

であり、

は、一次テープ速度を表し、これは上述のように順方向のファイルリールにおける二次テープ速度とほぼ等しく、

は、テープ張力であり、ｗ（ｔ）は、測定ノイズベクトルを表す。

一次速度及び張力のフィードバックを有するテープ輸送制御システム２００Ａの例示的なブロック図を図２に示す。テープ輸送システム２０２は、リール１に対する制御信号ｕ_ｉ２０４及びリール２に対する制御信号ｕ_ｏ２０６のような入力を含むことができる。テープ輸送システム２０２はまた、図１に示すホールセンサ１２０からのリール１の速度についてのｖ_ｉ２０８、ホールセンサ１２２からのリール２の速度についてのｖ_ｏ２１０、テープヘッド１０８内の２つのサーボリーダによって生成されるサーボ信号からの一次テープ速度についてのｖ_{ｐｒｉｍａｒｙ}２１２、及びテープ経路のローラのうちの１つに装着されたひずみゲージセンサからのテープ張力τ２１４のような出力を含むことができる。

システム２００Ａは、テープ張力のフィードバックも含むことができる。具体的には、張力、繰出しリールにおけるテープ速度、及び巻取りリールにおけるテープ速度の制御のために、経時変化比例（ｐ型）コントローラを用いることができる。例えば、ｐ型コントローラＫ_ｖ，ｉ２１６及びＫ_ｖ，ｏ２１８を、それぞれｊ_ｉ、ｒ_ｉ及びＪ_ｏ、ｒ_ｏのようなパラメータに依存して決定することができる。長手方向位置に直接依存する経時変化比例コントローラ、又はリール慣性モーメント及びリール半径のようなテープ輸送パラメータを通じて間接的に依存する経時変化比例コントローラの使用は、それぞれ、入力モータ電流から被制御変数への伝達関数、並びに速度及び張力擾乱から速度及び張力誤差への伝達関数を提供することができ、これらは本質的にテープ長手方向位置に依存しない。

張力、繰出しリールにおけるテープ速度、及び巻取りリールにおけるテープ速度の制御のために適正に選択された経時変化ｐ型コントローラを有するこのようなテープ輸送制御システムは、それぞれ、入力基準値から被制御変数への伝達関数、並びに速度及び張力擾乱から速度及び張力誤差への伝達関数を提示することができ、これらは本質的にテープ長手方向位置に依存しない。この特性は、インボード及びアウトボードｐ型速度コントローラを、それぞれ

及び

として選択し、張力コントローラを

として選択することによって達成することができ、ここで

は一定の利得を表す。

ここでテープ輸送システムは、テープ張力のフィードバックにおける繰出しリールの偏心から生じる擾乱を抑制するために、ｐ型コントローラＫ_τとカスケード接続された経時変化ピークフィルタを含めることによって増強することができる。ピークフィルタの伝達関数は、

によって与えられ、ここでζ_ｉ及びω_ｉ（ｉ＝１，２）は、それぞれ、ピークフィルタ伝達関数の分子及び分母における二次項の減衰比及び中心周波数を表す。典型的には、ピークフィルタは、サーボ機構内のコントローラとカスケード接続され、狭帯域擾乱、例えばハードディスクドライブ（ＨＤＤ）における繰り返しランアウト（repeatable runout：ＲＲＯ）及び非繰り返しランアウト（non-repeatablerunout ：ＮＲＲＯ）擾乱を抑制する。ピークフィルタ伝達関数に対する古典的な選択は、ノッチフィルタ伝達関数の逆（inverse）であり、これはω_１＝ω_２及びζ_１＞ζ_２を与える。この選択は、しかしながら、擾乱の周波数が感度周波数応答の－３ｄＢ交差点によって定められるようなループ帯域幅内にある場合には、上手く機能する。擾乱周波数がループ帯域幅の外側にある場合、ノッチフィルタの逆に基づくピークフィルタの選択は、擾乱を上手く抑制しない場合があり、又は擾乱を強める場合すらある。本発明者らは、その代わりに、テープ輸送システムの伝達関数、速度及び張力誤差、並びに、制御努力並びに速度及び張力出力信号を考慮した、制御システム式のＨ_∞ノルムの最小化に基づくピークフィルタの設計に依拠する。このようなピークフィルタは、２つの二次多項式の比によって定められる伝達関数を有することができる。張力擾乱τ_ｄｉｓｔは、擾乱周波数における付加的なピークを有する低域通過特性を示すフィルタＷ_τによってフィルタされたホワイトノイズとしてモデル化することができる。

図３は、図１によるテープ輸送機構及びトラック追従制御システムの動作ステップを示すフローチャートである。

テープ輸送制御１１８は、テープ速度信号及びテープ張力信号を生成する（ステップ２２２）。一実施形態において、テープ媒体は、リール１０２及びリール１０４を経由してテープドライブを横断して輸送される。テープ媒体の読出し又は書込み動作中、デュアルサーボチャネル１１０は、テープ速度を示すデータ信号を生成することができる。さらに、張力センサ１２４は、テープ輸送動作中にテープ張力１２５信号を生成することができる。

テープ輸送制御１１８は、センサ信号を受け取る（ステップ２２４）一実施形態において、テープ輸送制御１１８は、テープ輸送機構及びトラック追従制御システム内の種々のセンサから複数のデータを受け取る。例えば、テープ輸送制御１１８は、個別のリールから二次テープ速度を決定するために、ホール効果センサ１２０、１２２からデータを受け取る。

テープ輸送制御１１８は、制御信号を生成する（ステップ２２６）。一実施形態において、種々のセンサから受け取った信号を解析した後、テープ輸送制御１１８は、モータ１及びモータ２を介してテープ速度を制御することができる。例えば、テープ速度、ヘッド位置、及びＬＰＯＳ１１６のようなセンサ信号からデータを受け取った後、テープ輸送制御１１８は、モータ１制御１２６及びモータ２制御１２８のようなモータ制御回路に対して出力される制御信号を生成することができる。

図４は、テープの端部付近、すなわち長手方向位置７１０ｍについての、重みづけフィルタＷ_τの周波数特性３００を示す。ピークフィルタ伝達関数の分母は、

のような経時変化する中心周波数と、ζ_２＝０．０２７のような一定の減衰比とを選択することによって得ることができるのに対し、分子の中心周波数ω_１及び減衰比ζ_１は、所与の数の等間隔のテープ長手方向位置におけるＨ_∞ノルム最小化によって得られる。

図５及び図６は、それぞれ、Ｈ_∞ピークフィルタ伝達関数の二次項の減衰比及び中心周波数を、テープ長手方向位置に対して示す。テープばね定数Ｋ_Ｔ＝１７０Ｎ／ｍ、ダンパ係数Ｄ_Ｔ＝０．１Ｎｓ／ｍ、範囲［０．０２２ｍ－０．０４７ｍ］で変化するリール半径、範囲［７×１０^－５Ｋｇ ｍ^２－１．９×１０^－４Ｋｇｍ^２］で変化するリール慣性、及び０．０２Ｎ ｍ／Ａに等しいトランスデューサ利得を有するテープシステムについて、図５は、Ｈ_∞ピークフィルタ伝達関数の二次項の減衰比の例をテープ長手方向位置に対して示す。図６は、Ｈ_∞ピークフィルタ伝達関数の二次項の中心周波数をテープ長手方向位置に対して示す。上記のように、費用がかかる張力センサをテープ経路に挿入することを必要としない張力制御方法を考案することが重要である。一実施形態において、張力制御技術は、２つのサーボチャネルからの横方向位置推定値の差を利用して、フィードバックのための張力の推定値を得ることができる。テープレイアウトの既知の幾何学的形状と、弾性材料における応力及びひずみテンソルに関連したフックの法則とを用いると、張力変動ΔＴの推定値は、

によって与えられ、ここでｙ_ｃｈ１及びｙ_ｃｈ０は、２つのサーボチャネルからの横方向位置推定値であり、εはテープ厚さを示し、Ｅ及びνは、それぞれ、テープ媒体のヤング率及びポアソン比を表す。この式は、動的張力変動の推定値を与えるが、クリープ並びに温度及び湿度変動に起因する、非常にゆっくりと変化する、サーボバンド間距離の公称値からの偏差のせいで、ｄｃに近い非常に低い周波数における張力変動の補償を可能にしない。この現象を回避するために、Ｋ_ｖａｒ（ｓ）の伝達関数にｓ/（ｓ＋ａ）タイプの高域通過セクションを含めることができ、図２に示すように、フィードフォワード経時変化フィルタＫ_ｆｆ，ｉ及びＫ_ｆｆ，ｏを含めて、ｄｃ張力値を調整することができる。

テープ輸送サーボ機構の実施形態の性能改善を、実験的なテープ経路を用いて実証することができる。テープ経路は、図１に示すように、マシンリールと、ファイルリールと、４つのフランジレスローラ要素とからなる。テープ張力は、ローラのうちの２つに装着された２つのひずみゲージから得ることができると同時に、上述のように２つの横方向位置推定値の差を用いて得ることができる。図７及び図８は、張力センサを用いて測定された張力と、横方向位置の差によって得られた張力推定値との実験的波形を比較する。図に示されるように、横方向位置の差によって得られる推定値は、張力センサによって得られる測定には存在しない、強い低周波数成分を示す。この低周波数特性は、張力変動には関連しないが、主としてクリープ及びテープパック応力に起因する。低周波数領域のほかに、どちらの測定も、周波数１０－２０Ｈｚにおける広いピークとして現れる主張力擾乱を非常に良好に捕捉している。この張力擾乱は、繰出しリールの偏心から生じるものであり、そのスペクトル成分は、繰出しリール半径が小さくなるにつれて時間とともに増大する。最後に、張力センサによって得られる測定に現れる周波数２００Ｈｚにおけるピークは、センサの共振の影響であり、テープ張力の測定には関連しない。

上記のテープ輸送サーボ機構を実験的なテープ輸送に実装し、張力センサからの測定を用いて、閉ループシステムの性能を評価した。図９及び図１０は、３つの制御システム構成、すなわちａ）張力フィードバック無し、ｂ）古典的手法を用いて設計された経時変化ピークフィルタによって増強されたフィードバックコントローラ有り、及びｃ）Ｈ_∞方法論を用いて最適化されたパラメータを有する経時変化フィルタによって増強されたフィードバックコントローラ有り、の張力測定の比較を示す。どちらのフィードバック制御スキームも、フィードバック無しのテープ輸送と比べて、主繰出しリール擾乱の周波数において改善された性能を示す。しかしながら、テープの始点からテープの終点までテープが移動する間に時間とともに擾乱周波数が高くなるにつれて、古典的ピークフィルタを有するテープ輸送システムは、張力擾乱の増大を示す。この問題は、Ｈ_∞最適化ピークフィルタを含むテープ輸送サーボ機構によって軽減される。張力の標準偏差の観点から、性能は、フィードバック無しの場合の０．０２２Ｎから、古典的フィードバック制御及びＨ_∞ピークフィルタの場合、それぞれ０．０１４Ｎ及び０．０１１Ｎまで改善する。

最後に、横方向位置推定値の差に依拠する張力制御技術を、張力フィードバックのために用いた。この場合、前のセクションにおいて説明したように、高域通過フィルタをコントローラに含めて、クリープに起因する低周波効果の補正を回避する。図１１は、張力フィードバック無しの場合と、Ｈ_∞最適化ピークフィルタによって増強されたフィードバックコントローラを有する場合との、張力測定値の比較を示す。図１２は、張力フィードバック無しの場合と、Ｈ_∞最適化ピークフィルタによって増強されたフィードバックコントローラを有する場合との、パワースペクトル密度の比較を示す。この場合の張力フィードバックは、横方向位置推定値の差に基づく。実験結果は、テープ輸送性能が主繰出しリール擾乱の周波数において改善されることを実証する。張力の標準偏差の観点から、性能は、フィードバック無しの場合の０．０２２Ｎから、張力推定値によるフィードバック制御の場合の０．０１３Ｎまで改善する。したがって、張力測定用にテープ経路内に付加的なセンサを必要とすることなく、張力性能を改善することが実現可能である。

本明細書で説明される実施形態に関連するプロセスを実装することができるコンピューティングデバイス１２００の例示的なブロック図を図１３に示す。コンピューティングデバイス１２００は、埋め込みプロセッサ、システム・オン・チップ、パーソナルコンピュータ、ワークステーション、サーバシステム、及びミニコンピュータ又はメインフレームコンピュータのような、プログラムされた汎用コンピュータシステムとすることができ、又はシステム１２００を、フィールドプログラム可能ケートアレイ（ＦＰＧＡ）、カスタム若しくはセミカスタムの特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、又は他のプロセシングデバイスのような、専用処理デバイス内に含めることができる。コンピューティングデバイス１２００は、１つ又は複数のプロセッサ（ＣＰＵ）１２０２Ａ－１２０２Ｎ、入力／出力回路１２０４、ネットワークアダプタ１２０６、及びメモリ１２０８を含むことができる。ＣＰＵ１２０２Ａ－１２０２Ｎは、本発明の機能を実行するためにプログラム命令を実行する。図１３は、コンピューティングデバイス１２００が単一のマルチプロセッサシステムとして実装された実施形態を示し、この場合、複数のプロセッサ１２０２Ａ－１２０２Ｎが、メモリ１２０８、入力／出力回路１２０４、及びネットワークアダプタ１２０６のようなシステムリソースを共有する。しかしながら、本発明はまた、コンピューティングデバイス１２００が他の構成で実装された実施形態も意図する。

入力／出力回路１２０４は、コンピューティングデバイス１２００にデータを入力する、又はコンピューティングデバイス１２００からデータを出力する能力を提供する。例えば、入力／出力回路は、キーボード、マウス、タッチパッド、トラックボール、スキャナ、アナログ－デジタル変換器等のような入力装置、ビデオアダプタ、モニタ、プリンタ、デジタル－アナログ変換機等のような出力装置、及びモデム等のような入力／出力装置を含むことができる。ネットワークアダプタ１２０６は、デバイス１２００をネットワーク１２１０とインタフェースする。ネットワーク１２１０は、インターネットを含むがこれ限定されない、いずれかの公衆又は私設ＬＡＮ又はＷＡＮとすることができる。

メモリ１２０８は、コンピューティングデバイス１２００の機能を実施するためにＣＰＵ１２０２によって実行されるプログラム命令、及びＣＰＵ１２０２によって使用され及び処理されるデータを格納する。メモリ１２０８は、例えば、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）、プログラム可能読出し専用メモリ（ＰＲＯＭ）、電気的消去可能プログラム可能読出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリ等のような電子的メモリデバイス、及び磁気ディスクドライブ、テープドライブ、光学ディスクドライブ等のような電気機械的メモリを含むことができ、これは、インテグレーテッド・ドライブ・エレクトロニクス（ＩＤＥ）インタフェース、又は拡張ＩＤＥ（ＥＩＤＥ）若しくはウルトラダイレクト・メモリ・アクセス（ＵＤＭＡ）のような、その変形若しくは拡張、又はスモール・コンピュータ・システム・インタフェース（ＳＣＳＩ）ベースのインタフェース、又はファスト（ｆａｓｔ）－ＳＣＳＩ、ワイド（ｗｉｄｅ）－ＳＣＳＩ、ファスト・アンド・ワイド（ｆａｓｔａｎｄ ｗｉｄｅ）－ＳＣＳＩのようなその変形若しくは拡張、又はシリアル・アドバンスト・テクノロジー・アタッチメント（ＳＡＴＡ）、又はその変形若しくは拡張、又はファイバ・チャネル・アービトレーテット・ループ（ＦＣ－ＡＬ）インタフェースを用いることができる。

メモリ１２０８の内容は、コンピューティングデバイス１２００が実施するためにプログラムされている機能に応じて、様々であり得る。図１３に示す例において、例示的なメモリ内容は、図１に示すテープ輸送制御１１８によって行うことができるプロセスのような、上述のプロセスの実施形態のためのルーチン及びデータを表して示されている。しかしながら、これらのルーチン、並びにそれらのルーチンに関連したメモリ内容は、必ずしも１つのシステム又はデバイスに含まれなくてもよく、周知の工学的考慮事項に基づいて複数のシステム又はデバイス間に分散させることができることが、当業者には認識されるであろう。本発明は、このような配置のいずれか又はすべてを意図する。

図１３に示す例において、メモリ１２０８は、センサデータ捕捉ルーチン１２１２、信号処理ルーチン１２１４、制御出力ルーチン１２１６、及びオペレーティングシステム１２１８を含むことができる。例えば、センサデータ捕捉ルーチンセルデータ１２１２は、図１に示す、ホールセンサ１２０、１２２のような１つ又は複数のセンサ、及び１つ又は複数の張力センサ１２４と相互作用するルーチンを含むことができる。信号処理ルーチン１２１４は、図１に示すテープドライブシステム１００の動作を制御するために、受け取った信号データを処理するルーチンを含むことができる。制御出力ルーチン１２１６は、図１に示すモータ１制御１２６及びモータ２制御１２８に対する制御信号のような制御信号を生成し、出力するルーチンを含むことができる。オペレーティングシステム１２１８は、全体としてのシステム機能を提供する。

図１３に示すように、本発明は、マルチプロセッサ、マルチタスク、マルチプロセス、及び／又はマルチスレッド・コンピューティングを提供する１つ又は複数のシステム上の実装、並びに、シングルプロセッサ、シングルスレッド・コンピューティングのみを提供するシステム上の実装を意図する。マルチプロセッサ・コンピューティングは、１つより多くのプロセッサを用いてコンピューティングを行うことを伴う。マルチタスク・コンピューティングは、１つより多くのオペレーティングシステム・タスクを用いてコンピューティングを行うことを伴う。タスクとは、オペレーティングシステムの概念であり、実行中のプログラムと、オペレーティングシステムによって使用されるブックキーピング情報との組み合わせを意味する。プログラムが実行されるたびに、オペレーティングシステムは、そのための新たなタスクを作り出す。タスクは、プログラムのための封筒（envelope）のようなものであり、プログラムをタスク番号で識別し、他のブックキーピング情報をそれに付加する。Ｌｉｎｕｘ、ＵＮＩＸ（登録商標）、ＯＳ／２（登録商標）、及びＷｉｎｄｏｗｓ（登録商標）を含む多くのオペレーティングシステムは、同時に多数のタスクを実行することが可能であり、マルチタスク・オペレーティングシステムと呼ばれる。マルチタスクは、オペレーティングシステムが１つより多くの実行可能ファイル（executable）を同時に実行する能力である。各実行可能ファイルは、それ自体のアドレス空間内で実行され、すなわち実行可能ファイルがそのメモリのいずれをも共有することはできないことを意味する。このことは、いかなるプログラムも、システム上で実行されている他のいずれかのプログラムの実行に損害を与えることが不可能なので、有利である。しかしながら、プログラムは、オペレーティングシステムを通じる（又はファイルシステムに格納されたファイルを読むことによる）以外にいかなる情報も交換することができない。マルチプロセス・コンピューティングは、マルチタスク・コンピューティングと同様であり、タスクとプロセスという用語はしばしば互換的に使用されるが、オペレーティングシステムによっては、これら２つの間を区別するものもある。

本発明は、あらゆる可能な技術的詳細レベルの統合における、システム、方法、及び／又はコンピュータプログラム製品とすることができる。コンピュータプログラム製品は、本発明の態様をプロセッサに実行させるためのコンピュータ可読プログラム命令を有する１つ又は複数のコンピュータ可読ストレージ媒体を含むことができる。コンピュータ可読ストレージ媒体は、命令実行デバイスによる使用のために命令を保持及び格納することができる有形デバイスとすることができる。

コンピュータ可読ストレージ媒体は、例えば、電子ストレージデバイス、磁気ストレージデバイス、光ストレージデバイス、電磁気ストレージデバイス、半導体ストレージデバイス、又は上記のものの任意の適切な組合せとすることができるがこれらに限定されない。コンピュータ可読ストレージ媒体のより具体的な例の非網羅的なリストは、ポータブル・コンピュータ・ディスケット、ハードディスク、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラム可能読み出し専用メモリ（ＥＰＲＯＭ又はフラッシュメモリ）、静的ランダム・アクセス・メモリ（ＳＲＡＭ）、ポータブル・コンパクトディスク読み出し専用メモリ（ＣＤ－ＲＯＭ）、デジタル多目的ディスク（ＤＶＤ）、メモリスティック、フロッピーディスク、記録された命令を有するパンチカード若しくは溝内に隆起した構造等の機械式コード化デバイス、及び上記のものの任意の適切な組合せを含む。コンピュータ可読ストレージ媒体は、本明細書で用いられる場合、無線波若しくは他の自由に伝搬する電磁波、導波路若しくは他の伝送媒体を通って伝搬する電磁波（例えば光ファイバケーブルを通る光パルス）、又は電線を通って伝送される電気信号のような一時的な信号自体と解釈すべきではない。

本明細書で説明されるコンピュータ可読プログラム命令は、コンピュータ可読ストレージ媒体からそれぞれのコンピューティング／処理デバイスにダウンロードすることも、又は、例えばインターネット、ローカル・エリア・ネットワーク、広域ネットワーク及び／又は無線ネットワークを経由して、外部コンピュータ若しくは外部ストレージデバイスにダウンロードすることもできる。ネットワークは、銅伝送ケーブル、光伝送ファイバ、無線伝送、ルータ、ファイアウォール、スイッチ、ゲートウェイ・コンピュータ及び／又はエッジサーバを含むことができる。各コンピューティング／処理デバイス内のネットワーク・アダプタ・カード又はネットワーク・インタフェースは、ネットワークからコンピュータ可読プログラム命令を受け取り、そのコンピュータ可読プログラム命令をそれぞれのコンピューティング／処理デバイス内のコンピュータ可読ストレージ媒体にストレージのために転送する。

本発明の動作を実行するためのコンピュータ可読プログラム命令は、アセンブラ命令、命令セット・アーキテクチャ（ＩＳＡ）命令、機械語命令、機械依存命令、マイクロコード、ファームウェア命令、状態設定データ、集積回路用の構成データ、又は、Ｓｍａｌｌｔａｌｋ、若しくはＣ＋＋などのオブジェクト指向プログラミング言語及び「Ｃ」プログラミング言語若しくは類似のプログラミング言語のような従来の手続き型プログラミング言語を含む１つ若しくは複数のプログラミング言語の任意の組合せで記述されたソースコード若しくはオブジェクトコードのいずれかとすることができる。コンピュータ可読プログラム命令は、完全にユーザのコンピュータ上で実行される場合もあり、一部がユーザのコンピュータ上で独立型ソフトウェア・パッケージとして実行される場合もあり、一部がユーザのコンピュータ上で実行され、一部が遠隔コンピュータ上で実行される場合もあり、又は完全に遠隔コンピュータ若しくはサーバ上で実行される場合もある。後者のシナリオにおいては、遠隔コンピュータは、ローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）若しくは広域ネットワーク（ＷＡＮ）を含むいずれかのタイプのネットワークを通じてユーザのコンピュータに接続される場合もあり、又は外部コンピュータへの接続が行われる場合もある（例えば、インターネット・サービス・プロバイダを用いたインターネットを通じて）。幾つかの実施形態において、例えばプログラム可能論理回路、フィールドプログラム可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、又はプログラム可能論理アレイ（ＰＬＡ）を含む電子回路は、本発明の態様を実施するために、コンピュータ可読プログラム命令の状態情報を利用して電子回路を個別化することにより、コンピュータ可読プログラム命令を実行することができる。

本発明の態様は、本明細書において、本発明の実施形態による方法、装置（システム）、及びコンピュータプログラム製品のフローチャート図及び／又はブロック図を参照して説明される。フローチャート図及び／又はブロック図の各ブロック、並びにフローチャート図及び／又はブロック図のブロックの組合せは、コンピュータ可読プログラム命令によって実装することができることが理解されるであろう。

これらのコンピュータ可読プログラム命令を、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、又は他のプログラム可能データ処理装置のプロセッサに与えてマシンを製造し、それにより、コンピュータ又は他のプログラム可能データ処理装置のプロセッサによって実行される命令が、フローチャート及び／又はブロック図の１つ又は複数のブロック内で指定された機能／動作を実装するための手段を作り出すようにすることができる。これらのコンピュータプログラム命令を、コンピュータ、プログラム可能データ処理装置、及び／又は他のデバイスを特定の方式で機能させるように指示することができるコンピュータ可読ストレージ媒体内に格納し、それにより、その中に格納された命令を有するコンピュータ可読媒体が、フローチャート及び／又はブロック図の１つ又は複数のブロックにおいて指定された機能／動作の態様を実装する命令を含む製品を含むようにすることもできる。

コンピュータ可読プログラム命令を、コンピュータ、他のプログラム可能データ処理装置又は他のデバイス上にロードして、一連の動作ステップをコンピュータ、他のプログラム可能データ処理装置又は他のデバイス上で行わせてコンピュータ実装のプロセスを生成し、それにより、コンピュータ、他のプログラム可能装置又は他のデバイス上で実行される命令が、フローチャート及び／又はブロック図の１つ又は複数のブロックにおいて指定された機能／動作を実装するようにすることもできる。

図面内のフローチャート及びブロック図は、本開示の種々の実施形態による、システム、方法、及びコンピュータプログラム製品の可能な実装の、アーキテクチャ、機能及び動作を示す。この点に関して、フローチャート又はブロック図内の各ブロックは、指定された論理機能を実装するための１つ又は複数の実行可能命令を含む、モジュール、セグメント、又は命令の一部を表すことができる。幾つかの代替的な実装において、ブロック内に記された機能は、図中に記された順序とは異なる順序で行われることがある。例えば、連続して示された２つのブロックは、関与する機能に応じて、実際には実質的に同時に実行されることもあり、又はこれらのブロックはときとして逆順で実行されることもある。ブロック図及び／又はフローチャート図の各ブロック、及びブロック図及び／又はフローチャート図中のブロックの組合せは、指定された機能又は動作を実行する専用ハードウェア・ベースのシステムによって実装することもでき、又は専用ハードウェアとコンピュータ命令との組合せを実行することもできることにも留意されたい。

本発明の特定の実施形態を説明してきたが、説明した実施形態と均等な他の実施形態が存在することが当業者には理解されるであろう。したがって、本発明は特定の例証した実施形態に限定されるべきものではなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定されるべきものであることを理解されたい。

１００：システム
１０２：ファイルリール、アウトボードリール、又はリール１
１０４：マシンリール、インボードリール、又はリール２
１０６Ａ－Ｄ：ローラ
１０８：テープヘッド
１０９：信号
１３０：読出し／書込み要素
１３２：アクチュエータ
２００Ａ：テープ輸送制御システム
２０２：テープ輸送システム
２０４：リール１に対する制御信号
２０６：リール２に対する制御信号
２０８：リール１の速度についての出力
２１０：リール２の速度についての出力
２１２：一次テープ速度についての出力
２１４：テープ張力
２１６、２１８：Ｐ型コントローラ

Claims (10)

1. テープドライブシステムにおいて第１のリールモータを有する第１のテープリールから第２のリールモータを有する第２のテープリールへのテープ輸送を制御するための閉ループ制御システムであって、
   テープ速度、前記第１のテープリール又は前記第２のテープリールのいずれかの少なくとも一方の半径、及びテープ張力を表す１つ又は複数の信号を出力するように適合された回路と、
   前記テープ速度、前記第１のテープリール又は前記第２のテープリールのいずれかの少なくとも一方の半径、及び前記テープ張力を表す前記１つ又は複数の信号を受け取るように適合された制御回路であって、受け取った信号に基づいて、前記第１のリールモータ又は前記第２のリールモータの少なくとも一方を制御する少なくとも１つの制御信号を生成し、経時変化するリール回転周波数に対応する最低でも１つの周波数における張力擾乱を、前記テープ速度と、前記第１のテープリール又は前記第２のテープリールのいずれかの少なくとも一方の半径と、に依存するコントローラパラメータに基づいて、低減させるようになっている、制御回路と、
   を含 み、
   前記制御回路は、２つの二次多項式の比によって定められる伝達関数を有するピークフィルタに基づいて張力擾乱を低減するようにさらに構成される、
   システム。
2. 前記テープ張力を表す信号を出力するように適合された前記回路は、
   テープヘッド上に配置されるとともにテープ上の隣接するサーボバンドから読み出した信号を出力するように構成された２つのサーボリーダから、信号を受け取るように適合された２つのサーボチャネルと、
   前記２つのサーボリーダから出力された前記信号に基づいて、前記２つのサーボチャネルの各々について横方向位置推定値を決定するように適合された回路と、
   前記２つのサーボチャネルからの前記横方向位置推定値間の差に基づいて前記テープ張力を決定するように適合された回路と、
   を含む、請求項１に記載のシステム。
3. 前記テープ張力は、前記２つのサーボチャネルからの前記横方向位置推定値間の差に基づいて決定され、前記システムは、
   

   

   を含み、ここでｙ_ｃｈ１及びｙ_ｃｈ０は、隣接する前記２つのサーボチャネルからの前記横方向位置推定値であり、εはテープ厚さであり、Ｅはテープ媒体のヤング率であり、νは前記テープ媒体のポアソン比である、請求項２に記載のシステム。
4. 前記ピークフィルタの分子の中心周波数及び減衰比は、いくつかの等間隔のテープ長手方向位置における制御システム式のＨ_∞ノルム最小化に基づくものであり、前記ピークフィルタの分母は、選択された経時変化する中心周波数及び一定の減衰比に基づくものである、請求項１に記載のシステム。
5. 前記制御回路は、テープ輸送システムの伝達関数、前記テープ速度の誤差、前記テープ張力の誤差、及び出力された前記制御信号に基づく制御システム式のＨ_∞ノルムの最小化に基づく伝達関数を有するピークフィルタに基づいて、張力擾乱を低減するようにさらに構成される、請求項１に記載のシステム。
6. 第１のリールモータを有する第１のテープリールと、第２のリールモータを有する第２のテープリールと、テープヘッドと、
   テープ速度、前記第１のテープリール又は前記第２のテープリールのいずれかの少なくとも一方の半径、及びテープ張力を表す１つ又は複数の信号を出力するように適合された回路と、
   前記テープ速度、前記第１のテープリール又は前記第２のテープリールのいずれかの少なくとも一方の半径、及び前記テープ張力を表す前記１つ又は複数の信号を受け取るように適合された制御回路であって、受け取った信号に基づいて、前記第１のリールモータ又は前記第２のリールモータの少なくとも一方を制御する少なくとも１つの制御信号を生成し、経時変化するリール回転周波数に対応する最低でも１つの周波数における張力擾乱を、前記テープ速度と、前記第１のテープリール又は前記第２のテープリールのいずれかの少なくとも一方の半径と、に依存するコントローラパラメータに基づいて、低減させるようになっている、制御回路と、
   を含 み、
   前記制御回路は、２つの二次多項式の比によって定められる伝達関数を有するピークフィルタに基づいて張力擾乱を低減するようにさらに構成される、
   テープ輸送システム。
7. 前記テープ張力を表す信号を出力するように適合された前記回路は、
   テープヘッド上に配置されるとともにテープ上の隣接するサーボバンドから読み出した信号を出力するように構成された２つのサーボリーダから、信号を受け取るように適合された２つのサーボチャネルと、
   前記２つのサーボリーダから出力された前記信号に基づいて、前記２つのサーボチャネルの各々について横方向位置推定値を決定するように適合された回路と、
   前記２つのサーボチャネルからの前記横方向位置推定値間の差に基づいて前記テープ張力を決定するように適合された回路と、
   を含む、請求項６に記載のシステム。
8. テープ輸送システムのための方法であって、
   テープ速度、第１のテープリール又は第２のテープリールのいずれかの少なくとも一方の半径、及びテープ張力を表す１つ又は複数の信号を生成することと、
   前記テープ速度、前記第１のテープリール又は前記第２のテープリールのいずれかの少なくとも一方の半径、及び前記テープ張力を表す１つ又は複数の信号を受け取ることと、
   受け取った信号に基づいて、前記第１のテープリールが有する第１のリールモータ又は前記第２のテープリールが有する第２のリールモータの少なくとも一方を制御する少なくとも１つの制御信号を生成することであって、経時変化するリール回転周波数に対応する最低でも１つの周波数における張力擾乱を、前記テープ速度と、前記第１のテープリール又は前記第２のテープリールのいずれかの少なくとも一方の半径と、に依存するコントローラパラメータに基づいて、低減させるようになっている、制御信号を生成することと、
   ２つの二次多項式の比によって定められる伝達関数を有するピークフィルタに基づいて張力擾乱を低減することと、
   を含む、
   方法。
9. 前記テープ張力を表す信号を生成することは、
   テープヘッド上に配置されるとともにテープ上の隣接するサーボバンドから読み出した信号を出力するように構成された２つのサーボリーダから信号を受け取る２つのサーボチャネルから、信号を受け取ることと、
   受け取った前記信号に基づいて、前記２つのサーボリーダの各々について横方向位置推定値を決定することと、
   前記２つのサーボチャネルからの前記横方向位置推定値間の差に基づいて前記テープ張力を決定することと、を含む、請求項８に記載の方法。
10. 前記テープ張力は、前記２つのサーボチャネルからの前記横方向位置推定値間の差に基づいて決定され、
    

    

    を含み、ここでｙ_ｃｈ１及びｙ_ｃｈ０は、隣接する前記２つのサーボチャネルからの前記横方向位置推定値であり、εはテープ厚さであり、Ｅはテープ媒体のヤング率であり、νは前記テープ媒体のポアソン比である、請求項９に記載の方法。

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