KR100640646B1 - 상태 제어 장치의 외란 보상 방법 그리고 이에 적합한 장치및 기록 매체 - Google Patents

상태 제어 장치의 외란 보상 방법 그리고 이에 적합한 장치및 기록 매체 Download PDF

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KR100640646B1
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백상은
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Abstract

본 발명은 본 발명은 상태 제어 장치의 외란 보상 방법에 관한 것으로서 특히, 하드디스크 드라이브의 트랙 추종 제어 장치에서 헤드 구동 장치에 인가되는 외란에 의한 영향을 감소시키기 위한 외란 보상 방법 및 이에 적합한 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 하드디스크 드라이브의 트랙 추종 제어 장치는 외란이 인가되는 헤드 구동 장치; 헤드에 의해 읽혀지는 서보 샘플들에 의해 상기 헤드 구동 장치의 상태를 추정하고, 상기 헤드 구동 장치의 상태를 제어하기 위한 제어 입력을 발생하는 상태 추정기 및 제어기; 외란 보상을 위한 전달함수를 가지며, 상기 제어입력에 대하여 상기 전달 함수를 적용하여 외란 보상을 위한 제어 입력을 발생하는 전달함수 변조 제어기; 및 상기 제어 입력과 상기 외란 보상을 위한 제어 입력을 가산하여 상기 헤드 구동 장치에 제공하는 가산기를 포함한다.
본 발명에 따른 외란 보상 방법은 크로스오버 주파수보다 낮은 주파수 대역에서 이득이 전체적으로 감소하고, 크로스오버 주파수의 시프트가 거의 없으며, 그리고 크로스오버 주파수보다 높은 주파수 대역에서 피크가 거의 증가하는 매우 양호한 외란 보상을 달성하는 효과를 갖는다.

Description

상태 제어 장치의 외란 보상 방법 그리고 이에 적합한 장치 및 기록 매체{Disturbance compensating method of state control device, and apparatus and recording medium for the same}
도 1은 도 1은 종래의 하드디스크 드라이브의 트랙 추종 제어 장치의 구성을 보이는 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 장치에 있어서 상태추정기 및 제어기의 이득과 트랙 추종 제어 장치의 이득/주파수 특성과의 관계를 보이는 그래프이다
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 하드디스크 드라이브의 트랙 추종 제어 장치의 구성을 보이는 블록도이다.
도 4는 도 3에 도시된 트랙 추종 장치의 주파수/이득 특성을 보이는 그래프이다.
도 5는 도 4는 도 3에 도시된 트랙 추종 장치에 의한 위치 에러 신호(Position Error Signal; PES)의 런아웃 특성을 보이는 그래프이다.
도 6은 본 발명이 적용되는 하드디스크 드라이브의 헤드/디스크 어셈블리(Head Disk Assembly; HDA)의 구성을 보이는 것이다.
도 7은 본 발명이 적용되는 하드디스크 드라이브의 전기적인 회로를 보이는 것이다.
본 발명은 상태 제어 장치의 외란 보상 방법에 관한 것으로서 특히, 하드디스크 드라이브의 트랙 추종 제어 장치에서 헤드 구동 장치에 인가되는 외란에 의한 영향을 감소시키기 위한 외란 보상 방법 그리고 이에 적합한 장치 및 기록 매체에 관한 것이다.
하드디스크 드라이브의 트랙 추종 제어 장치의 목적은 헤드가 목표 트랙을 정확하게 추종하도록 제어하는 것이다. 그런데, 하드디스크 드라이브의 헤드 구동 장치에 가해지는 외란은 헤드가 트랙의 중심을 추종하는 것을 방해하게 되므로, 외란에 의한 영향을 효과적으로 제거하도록 하는 것이 필요하다.
도 1은 종래의 하드디스크 드라이브의 트랙 추종 제어 장치의 구성을 보이는 블록도이다. 도 1에 도시된 트랙 추종 제어 장치는 플랜트(plant; P, 102) 상태를 추정하고 플랜트(102)의 추정된 상태에 근거하여 플랜트의 상태를 제어하는 상태 추정기 및 제어기(Estimator & Controller; C, 104)를 구비하는 상태 제어 장치로 구현되어 있다.
플랜트(104)는 하드디스크 드라이브의 헤드 구동 장치에 상당하며, 플랜트의 출력은 헤드에 의해 읽혀진 서보 샘플들 즉, 헤드의 위치이다.
상태 추정기 및 제어기(106)는 헤드에 의해 읽혀진 서보 샘플들로부터 헤드 구동 장치의 상태 즉, 헤드의 위치 및 속도를 추정하고, 추정된 헤드의 위치 및 속 도에 의해 기준 신호 ref에 의해 규정되는 일정한 상태를 유지하기 위한 제어 입력을 발생한다.
도 1에 있어서 ref는 기준 신호, d는 보상되어야 할 외란, 그리고 y는 제어 대상의 위치 예를 들어, 헤드 구동 장치에 의해 움직이는 헤드의 위치를 나타낸다.
외란 d은 여러 주파수들에 걸쳐서 존재하며, 이중에서 플랜트(104)의 오버 크로스 주파수(over cross frequency) 이내의 주파수를 가지는 저주파 외란의 제거가 외란 제어의 주요한 목적이 된다.
외란 d를 보상하기 위해 상태추정기 및 제어기(104)의 이득을 높이는 것이 고려될 수 있다. 그렇지만, 상태추정기 및 제어기(104)의 이득을 높이면, 저주파 외란에 의한 영향은 감소되는 대신에 외란의 고주파 외란에 의한 영향 즉, 플랜트(104)의 오버크로스 주파수 이상의 주파수를 가지는 외란에 의한 영향은 오히려 증가하게 되는 문제점이 있다.
도 2는 도 1에 도시된 장치에 있어서 상태추정기 및 제어기의 이득과 트랙 추종 제어 장치의 이득/주파수 특성과의 관계를 보이는 그래프이다. 도 2에 있어서 4가지 경우의 이득들에 대한 이득/주파수 특성들이 도시되고 있다. 도 2를 참조하면 상태추정기 및 제어기의 이득이 증가할수록 이득/주파수 특성곡선에서의 크로스오버 주파수가 점점 높게 시프트(shift)되는 것을 알 수 있다. 또한 상태추정기 및 제어기의 이득이 증가할수록 크로스오버 주파수 이내에 있는 주파수 성분들의 이득은 감소하지만 크로스오버 주파수 이상의 주파수 성분들의 이득은 오히려 증가하는 것을 알 수 있다. 이와 같은 현상을 워터베드 현상(waterbed effect)라고 한다.
도 2를 참조하면, 외란을 보상함에 있어서 저주파 외란을 제거하는 것, 크로스오버 주파수의 시프트가 적을 것, 그리고 고주파 외란이 적어도 커지지 않을 것 등의 조건들을 만족해야 하는 것을 알 수 있다.
본 발명은 상태 제어 장치에 있어서 플랜트에 인가되는 외란에 의한 영향을 제거하는 외란 보상 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 상기의 방법에 적합한 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 하드디스크 드라이브의 트랙 추종에 있어서 헤드 구동 장치에 인가되는 외란에 의한 영향을 제거하는 외란 보상 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기의 하드디스크 드라이브에 있어서 헤드 구동 장치에 인가되는 외란을 보상하는 트랙 추종 제어 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 헤드 구동 장치에 인가되는 외란을 효과적으로 보상하는 하드디스크 드라이브를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기의 방법들에 적합한 프로그램들을 저장하는 컴퓨터로 읽어들일 수 있는 기록 매체들을 제공하는 것에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 상태 제어 장치의 외란 보상 방법은
플랜트의 출력에 의해 플랜트의 상태를 추정하고, 플랜트의 상태를 제어하기 위한 제어 입력을 발생하는 상태 추정기 및 제어기를 구비하는 상태 제어 장치에서 상기 플랜트에 인가되는 외란을 보상하는 방법에 있어서,
플랜트에 입력되는 제어 입력에 대하여 외란 보상을 위한 주파수/이득 특성을 가지는 전달 함수를 적용하여 외란 보상을 위한 제어 입력을 발생하는 과정;
상기 제어 입력과 상기 외란 보상을 위한 제어 입력을 가산하여 상기 플랜트에 인가하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 전달함수 변조 과정의 전달 함수 H(s)는
Figure 112005034364076-pat00001
인 것이 바람직하다.
상기의 다른 목적을 달성하는 외란 보상 장치는
외란이 인가되는 플랜트;
상기 플랜트의 출력에 의해 상기 플랜트의 상태를 추정하고, 플랜트의 상태를 제어하기 위한 제어 입력을 발생하는 상태 추정기 및 제어기;
기준 입력과 제어 입력을 가산하는 제1가산기;
외란 보상을 위한 전달함수를 가지며, 상기 제1가산기의 출력에 대하여 상기 전달 함수를 적용하여 외란 보상을 위한 제어 입력을 발생하는 전달함수 변조 제어기; 및
상기 제어 입력과 상기 외란 보상을 위한 제어 입력을 가산하여 상기 플랜트에 제공하는 제2가산기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기의 또 다른 목적을 달성하는 본 발명에 따른 하드디스크 드라이브의 외란 보상 방법은
헤드에 의해 읽혀지는 서보 샘플들에 의해 헤드 구동 장치의 상태를 추정하고, 상기 헤드 구동 장치의 상태를 제어하기 위한 제어 입력을 발생하는 상태 추정기 및 제어기를 구비하는 하드디스크 드라이브의 트랙 추종 제어 장치에서 상기 헤드를 구동시키는 헤드 구동 장치에 인가되는 외란을 보상하는 방법에 있어서,
상기 헤드 구동 장치에 입력되는 제어 입력에 대하여 외란 보상을 위한 주파수/이득 특성을 가지는 전달 함수를 적용하여 외란 보상을 위한 제어 입력을 발생하는 과정;
상기 제어 입력과 상기 외란 보상을 위한 제어 입력을 가산하여 상기 헤드 구동 장치에 인가하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기의 또 다른 목적을 달성하는 본 발명에 따른 하드디스크 드라이브의 트랙 추종 장치는
외란이 인가되는 헤드 구동 장치;
헤드에 의해 읽혀지는 서보 샘플들에 의해 상기 헤드 구동 장치의 상태를 추정하고, 상기 헤드 구동 장치의 상태를 제어하기 위한 제어 입력을 발생하는 상태 추정기 및 제어기;
외란 보상을 위한 전달함수를 가지며, 상기 제어입력에 대하여 상기 전달 함수를 적용하여 외란 보상을 위한 제어 입력을 발생하는 전달함수 변조 제어기; 및
상기 제어 입력과 상기 외란 보상을 위한 제어 입력을 가산하여 상기 헤드 구동 장치에 제공하는 가산기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기의 또 다른 목적을 달성하는 본 발명에 따른 하드디스크 드라이브는
소정의 정보를 저장하는 디스크;
상기 디스크를 회전시키는 스핀들 모터;
상기 디스크에 정보를 기록하고 상기 디스크로부터 정보를 읽어내는 헤드;
상기 헤드를 상기 디스크의 표면을 가로질러 이동시키는 보이스 코일 모터를 구동하는 VCM 드라이버 ; 및
상기 VCM 드라이버를 제어하여 상기 헤드를 통하여 데이터를 목표 서보 섹터에 기록하도록 제어하는 콘트롤러를 포함하며,
상기 콘트롤러는
상기 헤드에 의해 읽혀지는 서보 샘플들에 의해 헤드 구동 장치의 상태를 추정하고, 상기 헤드 구동 장치의 상태를 제어하기 위한 제어 입력을 발생하며, 상기 헤드 구동 장치에 입력되는 제어 입력에 대하여 외란 보상을 위한 주파수/이득 특성을 가지는 전달 함수를 적용하여 외란 보상을 위한 제어 입력을 발생하고, 상기 제어 입력과 상기 외란 보상을 위한 제어 입력을 가산하여 상기 VCM 드라이버에 인가하는 것을 특징으로 하는 하드디스크 드라이브.
상기의 또 다른 목적을 달성하는 본 발명에 따른 기록 매체는
플랜트의 출력에 의해 플랜트의 상태를 추정하고, 플랜트의 상태를 제어하기 위한 제어 입력을 발생하는 상태 추정기 및 제어기를 구비하는 상태 제어 장치에서 상기 플랜트에 인가되는 외란을 보상하는 프로그램이 기록된 컴퓨터로 읽어들일 수 있는 기록 매체에 있어서,
플랜트에 입력되는 제어 입력에 대하여 외란 보상을 위한 주파수/이득 특성을 가지는 전달 함수를 적용하여 외란 보상을 위한 제어 입력을 발생하는 과정; 및
상기 제어 입력과 상기 외란 보상을 위한 제어 입력을 가산하여 상기 플랜트에 인가하는 과정을 포함하는 프로그램이 기록된 것을 특징으로 한다.
상기의 또 다른 목적을 달성하는 본 발명에 따른 기록 매체는
헤드에 의해 읽혀지는 서보 샘플들에 의해 헤드 구동 장치의 상태를 추정하고, 상기 헤드 구동 장치의 상태를 제어하기 위한 제어 입력을 발생하는 상태 추정기 및 제어기를 구비하는 하드디스크 드라이브의 트랙 추종 제어 장치에서 상기 헤드를 구동시키는 헤드 구동 장치에 인가되는 외란을 보상하는 프로그램이 기록된 컴퓨터로 읽어들일 수 있는 기록 매체에 있어서,
상기 헤드 구동 장치에 입력되는 제어 입력에 대하여 외란 보상을 위한 주파수/이득 특성을 가지는 전달 함수를 적용하여 외란 보상을 위한 제어 입력을 발생하는 과정; 및
상기 제어 입력과 상기 외란 보상을 위한 제어 입력을 가산하여 상기 헤드 구동 장치에 인가하는 과정을 포함하는 프로그램이 기록된 것을 특징으로 한다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 동작을 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 하드디스크 드라이브의 트랙 추종 제어 장치의 구성을 보이는 블록도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 하드디스크 드라이브의 트랙 추종 제어 장치는 기준 신호 ref와 제어 입력 ue(k)을 감산하는 제1가산기(302), 제1가산기(302)의 출력으로부터 외란 보상을 위한 제어 입력 ul(k)를 발생하는 전달 함수 변조 제어기(open loop transfer function shaping controller; 304), 제1가산기(302)의 출력과 외란 보상을 위한 제어 입력 ul(k)을 가산하여 플랜트(308)에 인가하는 제2가산기(306), 그리고 플랜트(308)의 상태 출력과 외란에 상응하여 제어 입력 ue(k)를 산출하는 상태 추정기 및 제어기(310)를 포함한다.
도 3에 도시된 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 하드디스크 드라이브의 트랙 추종 제어 장치는 도 1에 도시된 장치에 비해 소정의 전달 함수를 가지고 제어 입력 ue(k)을 변조하는 전달 함수 변조 제어기(304)와 전달 함수변조 제어기(304)에서 출력되는 외란 보상을 위한 제어 입력 ul(k)과 제어 입력 ue(k)을 가산하는 제2가산기(306)가 추가된 구조를 가지는 것을 알 수 있다.
트랙 추종 제어 장치에 있어서 기준신호 ref는 0이다.
전달함수 변조 제어기(304)의 전달 함수 H(s)는 아래의 수학식 1과 같이 표현된다.
Figure 112005034364076-pat00002
수학식 1의 우변에서 첫 번째 항 Kp는 외란에 대한 상수(constant value)의 이득이고, 두 번째 항
Figure 112005034364076-pat00003
은 저주파 외란을 -20dB/decade로 제거 할 수 있게 하는 항이며, 세 번째 항
Figure 112005034364076-pat00004
은 저주파 외란을 -40dB/decade로 제거 할 수 있게 하는 항이다.
여기서, K1 및 K2는 상수이고, ω1 및 ω2는 외란을 -20dB/decade 및 -40dB/decade로 제거함에 있어서의 각각의 컷오프 주파수(cutoff frequency)들을 나타내며, 크로스오버 주파수보다는 낮다. 세 번째 항의 ζ2는 저주파 외란을 -40dB/decade로 제거함에 있어서 피크의 동태를 결정한다. ω1, ω2, 그리고 ζ2는 제어하고자 하는 장치 및 제어 장치의 주파수 특성, 이득 특성 등에 의존하여 결정되는 것이다.
상태추정기(estimator)의 상태 변수는 공지된 바와 같이 아래의 수학식 2로 나타내어 진다.
Figure 112005034364076-pat00005
상태추정기 및 상태 변수에 대한 기술 내용은 프랭클린의 디지털 제어기 (Digital Controller) 제2판에 잘 소개되어 있다.
또한, 수학식 1을 상태변수로 표현하면 아래의 수학식 3과 같다.
Figure 112005034364076-pat00006
그리고, 상태 추정기를 이용한 제어입력은
Figure 112005034364076-pat00007
이다. 그리고 전체 제어 입력은 아래의 수학식 4로 표현된다.
Figure 112005034364076-pat00008
수학식 2와 4를 이용하면 상태 추정기의 상태 변수는 아래의 수학식 5와 같다.
Figure 112005034364076-pat00009
여기서, 수학식 3과 4를 이용하면, 플랜트(208)에 입력되는 제어 입력은 아래의 수학식 6과 같다.
Figure 112005034364076-pat00010
그러므로, 수학식 3, 5, 그리고 6을 이용하면 도 3에 도시된 트랙 추종 제어 장치의 상태 변수는 아래의 수학식 7과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112005034364076-pat00011
도 4는 도 3에 도시된 트랙 추종 장치의 주파수/이득 특성을 보이는 그래프이다. 도 4에 있어서 상측에 도시된 그래프는 전달함수 변조 제어기(304)가 없을 때의 특성을 보이는 것이고, 하측에 도시된 그래프는 있을 때의 특성을 보이는 것이다.
도 4를 참조하면 크로스오버 주파수보다 낮은 주파수 대역에서 이득이 전체적으로 감소하여 있고, 크로스오버 주파수의 시프트가 거의 없으며, 그리고 크로스오버 주파수보다 높은 주파수 내역에서 약간의 이득 증가는 있지만 그다지 크지는 않으며 특히 피크가 거의 증가하지 않아 실질적으로 매우 양호한 특성을 보이는 것을 알 수 있다.
즉, 도 3에 도시된 전달함수 변조 제어기(304)를 사용하면, 저주파 외란을 효과적으로 감소시킬 수 있음을 알 수 있다.
도 5는 도 4는 도 3에 도시된 트랙 추종 장치에 의한 위치 에러 신호(Position Error Signal; PES)의 런아웃(runout) 특성을 보이는 그래프이다. 도 5에 있어서 상측에 도시된 것은 전달함수 변조 제어기(304)가 없을 때의 특성을 보이는 것이고, 하측에 도시된 그래프는 있을 때의 특성을 보이는 것이다. 도 5에 도 시된 것들은 RRO(Repeatable RunOut)와 NRRO(Non-Repeatable RunOut)에한 특성을 종합적으로 보이는 것이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 전달 함수 변조 제어기(304)를 사용하였을 때, 전체 주파수 영역에 걸쳐서 편차(σ)가 상당하게 감소하였고, 특히 500Hz 이하의 영역에서 PES의 편차(σ)가 두드러지게 감소하는 것을 알 수 있다. 이는 본 발명에 따른 전달 함수 변조 제어기(304)를 사용했을 때, 헤드가 트랙을 보다 안정적으로 추종하게 되는 것을 의미한다.
도 6은 본 발명이 적용되는 하드디스크 드라이브의 헤드/디스크 어셈블리(Head Disk Assembly; HDA)의 구성을 보이는 것이다.
도 6을 참조하면, HDA(Head Disk Assembly; 10)는 스핀들 모터(14)에 의하여 회전되는 적어도 하나의 이상의 디스크(12)를 포함하고 있다. HDA(10)는 디스크 표면에 인접되게 위치한 헤드(도면에 미도시)를 또한 포함하고 있다.
헤드는 각각의 디스크(12)의 자계를 감지하고 자화시킴으로써 회전하는 디스크(12)에서 정보를 읽거나 기록할 수 있다. 전형적으로 헤드는 각 디스크 표면에 결합되어 있다. 비록 단일의 헤드로 설명되어 있지만, 이는 디스크(12)를 자화시키기 위한 기록용 헤드와 디스크(12)의 자계를 감지하기 위한 분리된 읽기용 헤드로 이루어져 있다고 이해되어야 한다. 읽기용 헤드는 자기 저항(MR : Magneto-Resistive) 소자로부터 구성되어 진다.
헤드는 헤드(16)에 통합되어 질 수 있다. 헤드(16)는 헤드와 디스크 표면사이에 공기 베어링(air bearing)을 생성시키는 구조로 되어 있다. 헤드(16)는 헤드 스택 어셈블리(HSA:22)에 결합되어 있다. 헤드 스택 어셈블리(22)는 보이스 코일(26)을 갖는 액튜에이터 암(24)에 부착되어 있다. 보이스 코일(26)은 보이스 코일 모터(VCM : Voice Coil Motor 30)를 특정하는 마그네틱 어셈블리(28)에 인접되게 위치하고 있다. 보이스 코일(26)에 공급되는 전류는 베어링 어셈블리(32)에 대하여 액튜에이터 암(24)을 회전시키는 토오크를 발생시킨다. 액튜에이터 암(24)의 회전은 디스크 표면을 가로질러 헤드를 이동시킬 것이다.
정보는 전형적으로 디스크(12)의 환상 트랙 내에 저장된다. 각 트랙(34)은 복수의 섹터들로 분할되며, 또한 각 섹터는 서보 영역과 데이터 영역을 구비한다.
도 7은 본 발명이 적용되는 하드디스크 드라이브의 전기적인 회로를 보이는 것이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 하드디스크 드라이브는 디스크(12), 헤드(16), 프리 앰프(210), 기록/판독 채널(220), 버퍼(230), 콘트롤러(240), 메모리(250) 및 호스트 인터페이스(260)를 구비한다.
위의 프리 앰프(210) 및 기록/판독 채널(220)을 포함하는 회로 구성을 기록/판독 회로라 칭하기로 한다.
메모리(250)에는 디스크 드라이브를 제어하는 소프트웨어 프로그램이 저장되어 있다. 이때 메모리(250)는 비휘발성 메모리인 플래쉬 메모리로 설계한다. 특히, 메모리(250)에는 트랙 추종 모드에서 도 3에 도시된 장치를 소프트웨어로 구현하는 프로그램이 저장되어 있다.
데이터 읽기(Read) 모드에서, 디스크 드라이브는 디스크(12)로부터 헤드(16 ; 일명 헤드라 칭함)에 의하여 감지된 전기적인 신호를 프리 앰프(210)에서 신호 처리에 용이하도록 증폭시킨다. 그리고 나서, 기록/판독 채널(220)에서는 증폭된 아날로그 신호를 호스트 기기(도면에 미도시)가 판독할 수 있는 디지털 신호로 부호화시키고, 스트림 데이터로 변환하여 버퍼(230)에 일시 저장시킨 후에 호스트 인터페이스(260)를 통하여 호스트 기기로 전송한다.
다음으로 쓰기(Write) 모드에서, 디스크 드라이브는 호스트 인터페이스(260)를 통하여 호스트 기기로부터 데이터를 입력받아 버퍼(230)에 일시 저장시킨 후에, 버퍼(230)에 저장된 데이터를 순차적으로 출력하여 기록/판독 채널(220)에 의하여 기록 채널에 적합한 바이너리 데이터 스트림으로 변환시킨 후에 프리 앰프(210)에 의하여 증폭된 기록 전류를 헤드(16)를 통하여 디스크(12)에 기록시킨다.
콘트롤러(240)는 호스트 인터페이스(260)를 통하여 호스트 기기로부터 수신되는 명령을 분석하고 분석된 결과에 상응하는 제어를 실행한다. 호스트 기기로부터 기록 명령이 입력되면 콘트롤러(240)는 서보 섹터에 기록된 서보 정보를 참조하여 트랙을 추종하면서 서보 섹터들 사이의 데이터 섹터들에 데이터를 기록한다.
본 발명에 따른 트랙 추종 제어 방법에 따른 동작을 상세히 설명한다.
트랙 추종 모드에서 콘트롤러(240)는 도 3에 도시된 바와 같은 모델에 의해 헤드가 목표 오프트랙량을 가지고 목표 트랙을 추종하도록 제어한다. 기준 신호 ref는 0 즉, 에러 없이 추종하도록 하는 것이다. 트랙 추종 동작에 있어서 헤드(16)에 의해 읽혀진 서보 샘플들 즉, 서보 버스트들에 의해 헤드(16)의 위치 및 속도가 추정되며, 추정된 위치 및 속도에 근거하여 다음 상태에서의 헤드(16)의 움직 임을 제어하게 된다.
본 발명은 방법, 장치, 시스템 등으로서 실행될 수 있다. 소프트웨어로 실행될 때, 본 발명의 구성 수단들은 필연적으로 필요한 작업을 실행하는 코드 세그먼트들이다. 프로그램 또는 코드 세그먼트들은 프로세서 판독 가능 매체에 저장되어 질 수 있으며 또는 전송 매체 또는 통신망에서 반송파와 결합된 컴퓨터 데이터 신호에 의하여 전송될 수 있다. 프로세서 판독 가능 매체는 정보를 저장 또는 전송할 수 있는 어떠한 매체도 포함한다. 프로세서 판독 가능 매체의 예로는 전자 회로, 반도체 메모리 소자, ROM, 플레쉬 메모리, 이레이져블 ROM(EROM : Erasable ROM), 플로피 디스크, 광 디스크, 하드디스크, 광 섬유 매체, 무선 주파수(RF) 망, 등이 있다. 컴퓨터 데이터 신호는 전자 망 채널, 광 섬유, 공기, 전자계, RF 망, 등과 같은 전송 매체 위로 전파될 수 있는 어떠한 신호도 포함된다.
첨부된 도면에 도시되어 설명된 특정의 실시 예들은 단지 본 발명의 예로서 이해되어 지고, 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 본 발명에 기술된 기술적 사상의 범위에서도 다양한 다른 변경이 발생될 수 있으므로, 본 발명은 보여지거나 기술된 특정의 구성 및 배열로 제한되지 않는 것은 자명하다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 외란 보상 방법은 크로스오버 주파수보다 낮은 주파수 대역에서 이득이 전체적으로 감소하고, 크로스오버 주파수의 시프트가 거의 없으며, 그리고 크로스오버 주파수보다 높은 주파수 대역에서 피크가 거의 증 가하는 매우 양호한 외란 보상을 달성하는 효과를 갖는다.

Claims (21)

  1. 플랜트의 출력에 의해 플랜트의 상태를 추정하고, 플랜트의 상태를 제어하기 위한 제어 입력을 발생하는 상태 추정기 및 제어기를 구비하는 상태 제어 장치에서 상기 플랜트에 인가되는 외란을 보상하는 방법에 있어서,
    플랜트에 입력되는 제어 입력에 대하여 외란 보상을 위한 주파수/이득 특성을 가지는 전달 함수를 적용하여 외란 보상을 위한 제어 입력을 발생하는 과정; 및
    상기 제어 입력과 상기 외란 보상을 위한 제어 입력을 가산하여 상기 플랜트에 인가하는 과정을 포함하는 외란 보상 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전달함수 변조 과정의 전달 함수 H(s)는
    상기 전달함수 변조 과정의 전달 함수 H(s)는
    Figure 112005034364076-pat00012
    로 표현되며,
    여기서, Kp는 외란에 대한 상수의 이득이고, ω1 및 ω2는 외란에 대한 컷오프 주파수들을 나타내며, ζ2는 외란에 대한 이득/주파수 특성에서의 피크의 동태를 결정하는 것을 특징으로 하는 외란 보상 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 상태 제어 장치에 인가되는 기준 신호는 0인 것을 특징으로 하는 외란 보상 방법.
  4. 외란이 인가되는 플랜트;
    상기 플랜트의 출력에 의해 상기 플랜트의 상태를 추정하고, 플랜트의 상태를 제어하기 위한 제어 입력을 발생하는 상태 추정기 및 제어기;
    기준 입력과 제어 입력을 가산하는 제1가산기;
    외란 보상을 위한 전달함수를 가지며, 상기 제1가산기의 출력에 대하여 상기 전달 함수를 적용하여 외란 보상을 위한 제어 입력을 발생하는 전달함수 변조 제어기; 및
    상기 제어 입력과 상기 외란 보상을 위한 제어 입력을 가산하여 상기 플랜트에 제공하는 제2가산기를 포함하는 상태 제어 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전달함수 변조 제어기의 전달 함수 H(s)는
    Figure 112005034364076-pat00013
    로 표현되며,
    여기서, Kp는 외란에 대한 상수의 이득이고, ω1 및 ω2는 외란에 대한 컷오프 주파수들을 나타내며, ζ2는 외란에 대한 이득/주파수 특성에서의 피크의 동태를 결정하는 것을 특징으로 하는 상태 제어 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 기준 신호는 0인 것을 특징으로 하는 상태 제어 장치.
  7. 헤드에 의해 읽혀지는 서보 샘플들에 의해 헤드 구동 장치의 상태를 추정하고, 상기 헤드 구동 장치의 상태를 제어하기 위한 제어 입력을 발생하는 상태 추정기 및 제어기를 구비하는 하드디스크 드라이브의 트랙 추종 제어 장치에서 상기 헤드를 구동시키는 헤드 구동 장치에 인가되는 외란을 보상하는 방법에 있어서,
    상기 헤드 구동 장치에 입력되는 제어 입력에 대하여 외란 보상을 위한 주파수/이득 특성을 가지는 전달 함수를 적용하여 외란 보상을 위한 제어 입력을 발생하는 과정;
    상기 제어 입력과 상기 외란 보상을 위한 제어 입력을 가산하여 상기 헤드 구동 장치에 인가하는 과정을 포함하는 외란 보상 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전달함수 변조 과정의 전달 함수 H(s)는
    H(s) = Kp이며,
    여기서, Kp는 외란에 대한 상수의 이득인 것을 특징으로 하는 외란 보상 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 전달함수 변조 과정의 전달 함수 H(s)는
    Figure 112005034364076-pat00014
    이며,
    여기서, ω1 은 외란에 대한 컷오프 주파수를 나타내는 것임을 특징으로 하는 외란 보상 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 전달함수 변조 과정의 전달 함수 H(s)는
    Figure 112005034364076-pat00015
    이며,
    여기서, ω2는 외란에 대한 컷오프 주파수를 나타내는 것이며, ζ2는 외란에 대한 이득/주파수 특성에서의 피크의 동태를 결정하는 것임을 특징으로 하는 외란 보상 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 전달함수 변조 과정의 전달 함수 H(s)는
    Figure 112005034364076-pat00016
    여기서, Kp는 외란에 대한 상수의 이득이고, ω1 은 외란에 대한 컷오프 주파수를 나타내는 것임을 특징으로 하는 외란 보상 방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 전달함수 변조 과정의 전달 함수 H(s)는
    Figure 112005034364076-pat00017
    이며,
    여기서, Kp는 외란에 대한 상수의 이득이고, ω2는 외란에 대한 컷오프 주파수를 나타내는 것임을 특징으로 하는 외란 보상 방법.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 전달함수 변조 과정의 전달 함수 H(s)는
    Figure 112005034364076-pat00018
    로 표현되며,
    여기서, Kp는 외란에 대한 상수의 이득이고, ω1 및 ω2는 외란에 대한 컷오 프 주파수들을 나타내며, ζ2는 외란에 대한 이득/주파수 특성에서의 피크의 동태를 결정하는 것임을 특징으로 하는 외란 보상 방법.
  14. 외란이 인가되는 헤드 구동 장치;
    헤드에 의해 읽혀지는 서보 샘플들에 의해 상기 헤드 구동 장치의 상태를 추정하고, 상기 헤드 구동 장치의 상태를 제어하기 위한 제어 입력을 발생하는 상태 추정기 및 제어기;
    외란 보상을 위한 전달함수를 가지며, 상기 제어입력에 대하여 상기 전달 함수를 적용하여 외란 보상을 위한 제어 입력을 발생하는 전달함수 변조 제어기; 및
    상기 제어 입력과 상기 외란 보상을 위한 제어 입력을 가산하여 상기 헤드 구동 장치에 제공하는 가산기를 포함하는 트랙 추종 제어 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 전달함수 변조 제어기의 전달 함수 H(s)는
    Figure 112005034364076-pat00019
    로 표현되며,
    여기서, Kp는 외란에 대한 상수의 이득이고, ω1 및 ω2는 외란에 대한 컷오프 주파수들을 나타내며, ζ2는 외란에 대한 이득/주파수 특성에서의 피크의 동태를 결정하는 것을 특징으로 하는 트랙 추종 제어 장치.
  16. 소정의 정보를 저장하는 디스크;
    상기 디스크를 회전시키는 스핀들 모터;
    상기 디스크에 정보를 기록하고 상기 디스크로부터 정보를 읽어내는 헤드;
    상기 헤드를 상기 디스크의 표면을 가로질러 이동시키는 보이스 코일 모터를 구동하는 VCM 드라이버 ; 및
    상기 VCM 드라이버를 제어하여 상기 헤드를 통하여 데이터를 목표 서보 섹터에 기록하도록 제어하는 콘트롤러를 포함하며,
    상기 콘트롤러는
    상기 헤드에 의해 읽혀지는 서보 샘플들에 의해 헤드 구동 장치의 상태를 추정하고, 상기 헤드 구동 장치의 상태를 제어하기 위한 제어 입력을 발생하며, 상기 헤드 구동 장치에 입력되는 제어 입력에 대하여 외란 보상을 위한 주파수/이득 특성을 가지는 전달 함수를 적용하여 외란 보상을 위한 제어 입력을 발생하고, 상기 제어 입력과 상기 외란 보상을 위한 제어 입력을 가산하여 상기 VCM 드라이버에 인가하는 것을 특징으로 하는 하드디스크 드라이브.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제어 입력을 변조하기 위한 전달함수 H(s)는
    Figure 112005034364076-pat00020
    로 표현되며,
    여기서, Kp는 외란에 대한 상수의 이득이고, ω1 및 ω2는 외란에 대한 컷오프 주파수들을 나타내며, ζ2는 외란에 대한 이득/주파수 특성에서의 피크의 동태를 결정하는 것을 특징으로 하는 하드디스크 드라이브.
  18. 플랜트의 출력에 의해 플랜트의 상태를 추정하고, 플랜트의 상태를 제어하기 위한 제어 입력을 발생하는 상태 추정기 및 제어기를 구비하는 상태 제어 장치에서 상기 플랜트에 인가되는 외란을 보상하는 프로그램이 기록된 컴퓨터로 읽어들일 수 있는 기록 매체에 있어서,
    플랜트에 입력되는 제어 입력에 대하여 외란 보상을 위한 주파수/이득 특성을 가지는 전달 함수를 적용하여 외란 보상을 위한 제어 입력을 발생하는 과정; 및
    상기 제어 입력과 상기 외란 보상을 위한 제어 입력을 가산하여 상기 플랜트에 인가하는 과정을 포함하는 프로그램이 기록된 것을 특징으로 하는 기록매체.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 전달함수 변조 과정의 전달 함수 H(s)는
    Figure 112005034364076-pat00021
    로 표현되며,
    여기서, Kp는 외란에 대한 상수의 이득이고, ω1 및 ω2는 외란에 대한 컷오프 주파수들을 나타내며, ζ2는 외란에 대한 이득/주파수 특성에서의 피크의 동태를 결정하는 것을 특징으로 하는 기록 매체.
  20. 헤드에 의해 읽혀지는 서보 샘플들에 의해 헤드 구동 장치의 상태를 추정하고, 상기 헤드 구동 장치의 상태를 제어하기 위한 제어 입력을 발생하는 상태 추정기 및 제어기를 구비하는 하드디스크 드라이브의 트랙 추종 제어 장치에서 상기 헤드를 구동시키는 헤드 구동 장치에 인가되는 외란을 보상하는 프로그램이 기록된 컴퓨터로 읽어들일 수 있는 기록 매체에 있어서,
    상기 헤드 구동 장치에 입력되는 제어 입력에 대하여 외란 보상을 위한 주파수/이득 특성을 가지는 전달 함수를 적용하여 외란 보상을 위한 제어 입력을 발생하는 과정; 및
    상기 제어 입력과 상기 외란 보상을 위한 제어 입력을 가산하여 상기 헤드 구동 장치에 인가하는 과정을 포함하는 프로그램이 기록된 것을 특징으로 하는 기록 매체.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 전달함수 변조 과정의 전달 함수 H(s)는
    Figure 112005034364076-pat00022
    로 표현되며,
    여기서, Kp는 외란에 대한 상수의 이득이고, ω1 및 ω2는 외란에 대한 컷오프 주파수들을 나타내며, ζ2는 외란에 대한 이득/주파수 특성에서의 피크의 동태를 결정하는 것을 특징으로 하는 기록 매체.
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