JPH08339648A - 磁気ディスク装置 - Google Patents

磁気ディスク装置

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JPH08339648A
JPH08339648A JP7144441A JP14444195A JPH08339648A JP H08339648 A JPH08339648 A JP H08339648A JP 7144441 A JP7144441 A JP 7144441A JP 14444195 A JP14444195 A JP 14444195A JP H08339648 A JPH08339648 A JP H08339648A
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  • Moving Of The Head To Find And Align With The Track (AREA)
  • Adjustment Of The Magnetic Head Position Track Following On Tapes (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 動作ヘッドを切り替える時に動作ヘッドを目
標トラックに整定させる時間を短縮する。 【構成】 各ディスク面のトラックに追従している時の
周波数整形フィルタの状態量を正弦波と仮定し、離散フ
ーリエ級数により計算される正弦波の振幅及びディスク
面上に記録されたインデックスに対する位相ずれ情報を
含む係数をあらかじめ記憶しておく周波数整形フィルタ
の状態量推定器１１を有し、同一シリンダ上の異なるデ
ィスク面の情報を読み書きするためにヘッドの切り替え
を行う際に、磁気ヘッド切り替え直前のインデックスか
らのヘッド位置を基に、周波数整形フィルタの状態量推
定器１１によりヘッド切り替え後に読み書きを行うトラ
ックに追従したときの周波数整形フィルタ４の状態量の
予測値を計算し、そのヘッド切り替えを閉ループ制御系
のステップ応答としたときの周波数整形フィルタの状態
量と状態量の予測値との二乗誤差積分を最小化するよう
に制御系の状態量を再設定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本願発明は、磁気ディスク装置の
位置決め装置のヘッド切り替えに関するものである。特
に、ヘッド切り替え時に動作ヘッドを目標トラックに整
定させる時間を短縮する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】磁気ディスク装置では、リードラグフィ
ルタまたは、ＰＩＤ補償器等の位相補償フィルタを用い
たヘッド位置決め制御系により磁気ヘッドをディスク面
上のトラックに追従している。従来の磁気ディスク装置
では、位相補償フィルタを用いた閉ループ系で十分な制
御帯域を取ることにより、必要なヘッド位置決め精度か
ら決められるランナウトの低次回転同期成分に対する圧
縮率を確保してきた。ただし、トラヒックピッチの狭小
化、位置誤差信号サンプル時間の延長等によりランナウ
トの低次回転同期成分の圧縮率を確保する事が難しくな
ってきているため、回転同期ランナウト圧縮フィルタと
して内部原理を応用し、閉ループ内に正弦波モデルをい
れて回転同期成分のゲインをあげることにより、ループ
特性としての回転同期成分の周波数の圧縮率特性を向上
する周波数整形フィルタを用いる方法が提案されている
（アイイーイーイー トランザクションズ オン マグ
ネティクス（ＩＥＥＥ ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ Ｏ
Ｎ ＭＡＧＮＥＴＩＣＳ，ＶＯＬ．３１，ＮＯ．２，Ｍ
ＡＲＣＨ １９９５）“Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍｅｔｈｏ
ｄｓ ｆｏｒ Ｒｅｐｅａｔａｂｌｅ Ｒｕｎｏｕｔ
Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ”。
【０００３】また、複数枚のディスクを有する磁気ディ
スク装置では、アクチュエータの機械的動作を少なく
し、データを高速に読み出すため同一シリンダ上のデー
タを動作ヘッドを切り替えることにより連続的に読み出
す方法がとられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】周波数整形フィルタを
用いた場合に、圧縮しようとする特定周波数に閉ループ
減衰極が生じるため、過渡特性の悪化を招く。また、動
作ヘッドを切り替える場合に各ディスク間のオフトラッ
クが大きい場合には、切り替え後のデータの記録再生が
できず、動作ヘッドを目標トラックのデータの読み書き
が可能な範囲に整定させる時間が必要になる。この整定
時間の短縮がディスク装置の性能をあげる上で課題とな
っている。
【０００５】本発明の目的は、ヘッド切り替えにより生
じる整定時間を短縮する事である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明では、各ディスク
面のトラックに追従している時の前記周波数整形フィル
タの状態量を正弦波と仮定し、離散フーリエ級数により
計算される前記正弦波の振幅及びディスク面上に記録さ
れたインデックスに対する位相ずれ情報を含む係数をあ
らかじめ記憶しておく周波数整形フィルタの状態量推定
器を有し、同一シリンダ上の異なるディスク面の情報を
読み書きするために動作磁気ヘッドの切り替えを行う際
に、前記ヘッド切り替え直前の前記インデックスからの
ヘッド位置を基に、前記周波数整形フィルタの状態量推
定器により前記ヘッド切り替え後に読み書きを行うトラ
ックに追従したときの前記周波数整形フィルタの状態量
の予測値を計算する。
【０００７】前記ヘッド切り替えを閉ループ制御系のス
テップ応答としたときの前記周波数整形フィルタの状態
量と前記周波数整形フィルタの状態量の予測値との二乗
誤差積分を最小化するように前記位相補償フィルタと前
記周波数整形フィルタの状態量を再設定する。
【０００８】また、２番目の方法としては、状態推定器
は同じで、前記ヘッド切り替え後に周波数整形フィルタ
の状態量を予測値に変更すると共に周波数整形フィルタ
の入力を切り離し、周波数整形フィルタのフィードフォ
ワード出力と周波数整形フィルタの入力としていた値を
直接的に制御器に入れ、一定サンプル時間後周波数整形
フィルタに入力を入れるとともに、制御器に直接入れて
いた周波数整形フィルタの入力を切り離すことにより元
のフォロー制御系に戻す。
【０００９】
【作用】本発明の磁気ディスク装置では、ヘッド切り替
え動作において切り替え後の周波数整形フィルタの状態
量の目標値と実際のヘッドの状態量の誤差積分値が最小
になるように状態量再設定を行う。すなわち、状態量誤
差が短時間で圧縮できるように状態量の再設定を行う。
【００１０】また、周波数整形フィルタによるフィード
フォワード制御により、周波数整形フィルタにより生じ
る低周波数の減衰モードを消し、ヘッド切り替え直後の
過渡応答を抑制する事によりトラックのオフトラックず
れにより生じる整定時間を短縮する。
【００１１】
【実施例】本発明について図面を参照して説明する。
【００１２】図１は、本発明の一実施例を示すブロック
図である。
【００１３】ディスク１には、図３に示すようなサーボ
領域２１にサーボ信号が書かれてあり、磁気ヘッド２で
サーボ信号を読み出すことにより、ディスク１と磁気ヘ
ッド２との相対位置を示す位置誤差信号１４が得られ
る。位置誤差信号１４はＡＤＣ３によりディジタル信号
に変換されて制御器に読み込まれる。位置誤差信号１４
は周波数整形フィルタ４により回転同期成分のゲインを
上げて位相補償フィルタ５に送られる。位相補償フィル
タ５では制御系の安定性を確保し、位相補償フィルタの
出力信号である制御信号１５はＤＡＣ６によりアナログ
信号に変換されてアクチュエータの制御入力１６とな
る。ただし、制御域より高い周波数にある機械共振等の
影響は制御系では抑えられないため、ノッチフィルタ７
により共振周波数のゲインを落としてからパワーアンプ
８に送られる。パワーアンプ８では、電圧で与えられる
アクチュエータの制御入力１６をアクチュエータを動作
する駆動電流１７に変換してアクチュエータ９を駆動す
る。
【００１４】また、ヘッド速度推定器１０では、ＡＤＣ
３によりディジタル信号に変換された位置誤差信号１４
とアクチュエータを制御する制御信号１５を入力として
ヘッド速度を推定する。状態推定器１１では、後述する
方法によりあらかじめ計算しておいた係数と周波数整形
フィルタの状態量２０によりヘッド切り替え後の周波数
整形フィルタの状態量の予測値１９を計算する。
【００１５】ヘッド切り替えと同時に発生される状態量
再設定命令１３により設定状態生成器１２では周波数整
形フィルタの状態量の予測値１９とヘッド速度推定値１
８により、周波数整形フィルタと位相補償フィルタの状
態量の再設定値を計算し、周波数整形フィルタ４と位相
補償フィルタ５のフィルタの状態量を設定する。
【００１６】それでは、周波数整形フィルタの状態量推
定器１１の計算内容を説明する。
【００１７】まず周波数整形フィルタの状態方程式で表
すと数式１になる。
【００１８】
【数１】
【００１９】この式で ω：回転同期周波数Ｔ：サンプル時間 ｒ［ｋ］：フィルタへの入力（位置誤差信号） ｋ：インデックスからのサーボ情報のサンプル番号 ヘッドが目標位置に制定している時にはｒ［ｋ］≒０と
なる。このときの状態量は数式２のようになる。
【００２０】
【数２】
【００２１】この状態から次のヘッドに移った時の状態
量は数式３のように示す。
【００２２】
【数３】
【００２３】
【数４】
【００２４】数式４をすべてのディスク面で、それぞれ
の状態量についてあらかじめ測定しておくことにより、
ヘッド切り替え後のディスク面の情報とインデックスか
らのサーボ情報の番号により以下の式で予測値が計算で
きる。
【００２５】ｘ［ｋ］＝ａ1 ｃｏｓ（ωｋｔ）＋ｂ1 ｓ
ｉｎ（ωｋｔ） また、周波数整形フィルタの状態量予測値の計算法の別
の方法としては、数式５〜７の方法がある。
【００２６】
【数５】
【００２７】
【数６】
【００２８】をあらかじめ演算しておくことにより、数
式７によりヘッド切り替え後の周波数整形フィルタの状
態量を求めることができる。
【００２９】
【数７】
【００３０】この式は、周波数整形フィルタの状態量を
フーリエ級数の係数を求める正弦波として利用し、結果
としてヘッド切り替え前後の振幅比と位相差を求めてい
る。
【００３１】次に、状態再設定器１２による周波数設計
フィルタ及び位相補償フィルタの再設定値の計算方法に
ついて説明する。
【００３２】ＶＣＭ（状態Ｘp ）と位相補償フィルタ
（状態Ｘc ）及び周波数整形フィルタ（状態Ｘf ）を含
む制御器の閉ループ方程式は、状態を
【００３３】
【数８】
【００３４】ランナウトをｒroとすると数式９になる。
【数９】Ｘ［ｋ＋１］＝ＡＸ［ｋ］＋Ｂｒro［ｋ］ 周波数整形フィルタの状態方程式は非減衰周期関数であ
るので、位置誤差の整定時間と比較して無視できる程度
に時定数の大きな減衰要素
【００３５】
【外１】
【００３６】を乗算して漸近安定化をして目標値の状態
方程式をつくると数式１０になる。
【００３７】
【数１０】
【００３８】目標状態起動に周波数整形フィルタの状態
量を高速に整定させることを目的に評価関数を設定す
る。
【００３９】
【数１１】
【００４０】目標起動モデルを含めた拡大系を状態方程
式で示すと数式１２になる。
【００４１】
【数１２】
【００４２】ここで、Ｃ、Ｃr はそれぞれ周波数整形フ
ィルタの状態量及び目標軌道を出力するためのマトリッ
クスである。これを用いて、
【００４３】
【数１３】
【００４４】と重み関数を定義し直した評価関数におい
て、離散時間Ｌｙａｐｕｎｏｖ方程式を解くことにより
数式１４が得られる。
【００４５】離散時間Ｌｙａｐｕｎｏｖ方程式：Ａext
t ＰＡext −Ｐ＝−Ｑext
【００４６】
【数１４】
【００４７】ただし、この式においてランナウトに対し
てディスク間のオフトラックが大きい場合にはｅｘｔ←
ｅｘｔ２とし、逆の場合にはｅｘｔ←ｅｘｔ３とする。
【００４８】Σ以降を０として制御器と周波数整形フィ
ルタの状態量を合わせて書き直すと数式１５になる。
【００４９】
【数１５】
【００５０】ここで評価関数をＸcf［０］で偏微分し
て、評価関数を極小化する初期値を求める。
【００５１】Ｘcf［０］＝−ｐ22 -1（ｐ12 t Ｘp ［０］
＋ｐ23Ｘr ［０］） 以上のように、ヘッド切り替え直後、状態量をオンライ
ンで求められた再設定に変更することにより図２に示す
ように、ヘッド切り替え特性の改善をはかることが可能
となる。すなわち図２では、状態再設定を行った場合と
行わない場合の整定時におけるヘッドの位置誤差（ａ）
とヘッドの速度誤差（ｂ）の収束を示している。横軸で
時間経過を示しており、図２（ａ）の縦軸が位置誤差
を、図２（ｂ）の縦軸が速度誤差を示している。また、
実線が状態再設定をした場合を示し、点線が状態再設定
をしない場合を示している。この図を見ると位置誤差も
速度誤差も実線の方が早く０付近に収束していることが
わかる。
【００５２】本発明の２つめの補償方式を、図４、図
５、図６に示す制御系ブロックにより説明する。図４は
この方式の概要図である。モード切り替え器２２により
図５に示したフォローモードと図６に示した整定モード
を切り替える。ヘッドがトラックに追従している状態で
はフォローモードになっており、図１を用いて前述した
制御系とほぼ同等である。
【００５３】ヘッド切り替え命令が送られると、モード
切り替え命令２３が生じモード切り替え器２２により整
定モードに切り替わる。また周波数整形フィルタの状態
推定器１１により前述した方法と同様にして周波数整形
フィルタの予測値１９を求め、周波数整形フィルタの状
態量を予測値１９に変更する。同時に、図６に示すよう
にＡＤＣ３の信号を周波数整形フィルタ４から切り離
し、位相補償フィルタ５に直接入れる。周波数整形フィ
ルタ４の信号はフィードフォワード信号としてＡＤＣ３
の信号と加算して位相補償フィルタ５に入力する。位相
補償フィルタ５以降はフォローモードと同様な信号経路
を通りアクチュエータ９を駆動する。
【００５４】数サンプル時間後に、モード切り替え命令
２３により、モード切り替え器２２で周波数整形フィル
タ４にＡＤＣ３出力を入れ、図５に示すフォローモード
に戻す。以上により前記方法と同様に整定時間の短縮を
はかることが可能である。
【００５５】
【発明の効果】以上説明したように、本願発明の磁気デ
ィスク装置での状態量再設定または、周波数整形フィル
タによるフィードドワード制御により、同一シリンダ上
で動作ヘッド２を切り替えるヘッド切り替え動作におい
て、ヘッド切り替え前後に追従するトラックのオフトラ
ックずれにより生じる整定時間を短縮することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例のブロック図である。
【図２】ディスク面上のサーボ情報の配置を示した図で
ある。
【図３】状態量再設定法のシミュレーション結果を示し
た図である。
【図４】本発明の一実施例の概要ブロック図である。
【図５】フォロー制御系のブロック図である。
【図６】周波数整形フィルタをフィードフォワードとし
て用いた場合のブロック図である。
【符号の説明】
１ 磁気ディスク ２ 磁気ヘッド ３ Ａｎａｌｏｇ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅ
ｒ ４ 周波数整形フィルタ ５ 位相補償フィルタ ６ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｎａｌｏｇ Ｃｏｎｖｅｒｔｅ
ｒ ７ ノッチフィルタ ８ パワーアンプ ９ アクチュエータ １０ ヘッド速度推定器 １１ 状態量推定器 １２ 状態再設定器 １３ 状態量再設定命令 １４ 位置誤差信号 １５ 制御信号 １６ アクチュエータ制御入力 １７ アクチュエータ駆動電流信号 １８ ヘッド速度推定値 １９ 状態量予測値 ２０ 周波数整形フィルタ状態量 ２１ サーボ領域 ２２ モード切り替え器 ２３ モード切り替え命令

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】複数個の同一半径上にヘッド位置情報を書
    き込むスプリットデータフィールド方式を用い、その一
    つにインデックス情報が書き込まれてある複数枚の磁気
    ディスク媒体と、ディスク面にデータの記録再生をおこ
    なう複数の磁気ヘッドと、 前記複数の磁気ヘッドと同時に移動させる回転型アクチ
    ュエータと、 前記磁気ヘッドの位置決め安定性を確保するための位相
    補償フィルタと回転同期成分の位置誤差を圧縮するため
    に正弦波発生モデルを内部に持つ周波数整形フィルタと
    を用いたヘッドの位置決め制御器と、前記ヘッドの移動
    速度を求めるヘッド速度推定器と、 各ディスク面のトラックに追従している時の前記周波数
    整形フィルタの状態量を正弦波と仮定し、離散フーリエ
    級数により計算される前記正弦波の振幅及びディスク面
    上に記録された前記インデックス情報に対する位相ずれ
    情報を含む係数をあらかじめ計算して記憶し、同一シリ
    ンダ上の異なるディスク面のデータを記録再生するため
    に動作ヘッドの切り替えを行う際に、前記ヘッド切り替
    え直前の前記インデックス情報からのヘッド位置を基
    に、前記周波数整形フィルタの状態量推定器により前記
    ヘッド切り替え後にデータの記録再生を行うトラックに
    追従したときの前記周波数整形フィルタの状態量の予測
    値を計算する周波数整形フィルタの状態量推定器と、 前記ヘッド切り替えを閉ループ制御系のステップ応答と
    したときの前記周波数整形フィルタの状態量と前記周波
    数整形フィルタの状態量の予測値との二乗誤差積分を最
    小化するように前記位相補償フィルタと前記周波数整形
    フィルタの状態量を再設定する周波数整形フィルタの状
    態量再設定器とを有することにより前記ヘッド切り替え
    により生じるヘッド整定時間を短縮することを特徴とす
    る磁気ディスク装置。
  2. 【請求項２】前記周波数整形フィルタの状態量推定器に
    かえて、各々の２面のディスク面間の周波数整形フィル
    タの状態量の振幅比及び位相差をあらかじめ計算して記
    憶し、前記ヘッド切り替え直前の前記周波数整形フィル
    タの状態量を基にして前記ヘッド切り替え後にデータの
    記録再生を行うトラックに追従したときの前記周波数整
    形フィルタの状態量の予測値を計算する周波数整形フィ
    ルタの状態量推定器を有することを特徴とする請求項１
    記載の磁気ディスク装置。
  3. 【請求項３】複数個の同一半径上にヘッド位置情報を書
    き込むスプリットデータフィールド方式を用い、その中
    の一つにインデックス情報が書き込まれてある複数枚の
    磁気ディスク媒体と、ディスク面にデータの記録再生を
    おこなう複数の磁気ヘッドと、前記複数の磁気ヘッドを
    同時に移動させる回転型アクチュエータと、 前記磁気ヘッドの位置決めの安定性を確保するための位
    相補償フィルタと回転同期成分の位置誤差を圧縮するた
    めに正弦波発生モデルを内部に持つ周波数整形フィルタ
    とを用いたヘッドの位置決め制御器と、前記ヘッドの移
    動速度を求めるヘッド速度推定器と、 各ディスク面のトラックに追従している時の前記周波数
    整形フィルタの状態量を正弦波と仮定し、離散フーリエ
    級数により計算される前記正弦波の振幅及びディスク面
    上に記録された前記インデックス情報に対する位相ずれ
    情報を含む係数をあらかじめ計算して記憶し、同一シリ
    ンダ上の異なるディスク面のデータを記録再生するため
    に動作ヘッドの切り替えを行う際に、前記ヘッド切り替
    え直前の前記インデックス情報からのヘッド位置を基
    に、前記周波数整形フィルタの状態量推定器により前記
    ヘッド切り替え後にデータの記録再生を行うトラックに
    追従したときの前記周波数整形フィルタの状態量の予測
    値を計算する周波数整形フィルタの状態量推定器と、 前記ヘッド切り替え後に周波数整形フィルタに入力を入
    れず、周波数整形フィルタのフィードフォワード出力
    と、フォロー制御系で周波数整形フィルタの入力となる
    値をフィードバック値として足し合わせて制御系にい
    れ、一定サンプル時間後に周波数整形フィルタに入力を
    入れると共に前記フィードバック入力を切り、元のフォ
    ロー制御系に戻すモード切替器とを有することにより前
    記ヘッド切り替えにより生じるヘッド整定時間を短縮す
    ることを特徴とする磁気ディスク装置。
  4. 【請求項４】前記周波数整形フィルタの状態量推定器に
    かえて、各々の２面のディスク面間の周波数整形フィル
    タの状態量の振幅比及び位相差をあらかじめ計算して記
    憶し、前記ヘッド切り替え直前の前記周波数整形フィル
    タの状態量を基にして前記ヘッド切り替え後に読み書き
    を行うトラックに追従したときの前記周波数整形フィル
    タの状態量の予測値を計算する周波数整形フィルタの状
    態量推定器を有することを特徴とする請求項３記載の磁
    気ディスク装置。
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Cited By (3)

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