KR20000071735A

KR20000071735A - 디스크 드라이브에서 헤드 로딩시 스핀들 모터의 속력제어 방법 및 속력 조절 시스템

Info

Publication number: KR20000071735A
Application number: KR1020000020616A
Authority: KR
Inventors: 도베크제프리조셉; 로완브리얀스코트; 세라노루이스조셉; 유맨틀만혼
Original assignee: 포만 제프리 엘; 인터내셔널 비지네스 머신즈 코포레이션
Priority date: 1999-04-27
Filing date: 2000-04-19
Publication date: 2000-11-25
Also published as: KR100371788B1; CN1271934A; DE10020092A1; JP2000339821A; US6388832B1; MY120605A; CN1154100C; SG91860A1

Abstract

본 명세서에서는 디스크 드라이브에서의 헤드 로딩 시 스핀들 모터의 속력을 제어하는 방법 및 시스템의 특징들이 기술되어 있다. 이 특징들은 시변 레퍼런스 속도 프로파일 신호(time-varying reference velocity profile signal)를 입력하는 단계와 스핀들 모터의 속력을 제어하는 제어기를 선택하는 단계를 포함하고 있다. 또한, 헤드 로딩 작업시 드래그(drag)를 미리 보상하여 동작 허용 범위 이내에서 스핀들 모터의 속력을 유지하는 데 충분한 제어 신호들을 피드 포워드하는 단계를 더 포함하고 있다.

Description

디스크 드라이브에서 헤드 로딩시 스핀들 모터의 속력 제어 방법 및 속력 조절 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR PROVIDING SPINDLE MOTOR CONTROL FOR HEAD LOADING IN A DISK DRIVE}

본 출원은 본 발명의 양수인으로부터 양수받고 발명의 명칭 "METHOD AND SYSTEM FOR POWER AMPLIFIER OFFSET NULLING"(SA9-99-072/1324P)인 출원 계류중의 미국특허 출원번호 제 호에 관한 것이다.

본 발명은 디스크 드라이브의 스핀들 모터에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 디스크 드라이브에서 헤드를 로딩하기 위한 스핀들 모터 제어기에 관한 것이다.

통상, 디지털 데이터 저장 장치는 회전하는 강성 디스크(rigid disks)를 구비한 디스크 드라이브를 이용하고 있다. 기술의 진보는 중량과 전력 소비를 감소하면서 디스크 드라이브의 저장 용량과 정밀도를 증가하고자 노력해왔다. 그 기술의 진보에 의해, 회전형 디스크(spinning disks)의 정밀 제어는 보다 중요해졌다. 일반적으로, 표준 제어형의 일부 관련 피드백 보정, 즉 서보 루프를 이용하여 정상 전류(steady-state current)를 스핀들 모터에 공급함으로써 드라이브의 스핀들 모터의 속력(speed)을 일정 속도(velocity)로 유지하려는 시도가 행해지고 있다.

도 1은 종래의 스핀들 모터 제어 루프를 나타내고 있다. 도시된 바와 같이, 통상 펌웨어(firmware)형인 비례 적분 디지털 제어기(10)는 제어 출력 신호를 디지털/아날로그 변환기(D/A)(10)로 송신한다. D/A(10)는 모터 프리드라이버(14)에 입력하기 위해 그 제어 신호를 아날로그 형태로 변환한다. 모터 프리드라이버(14)는 그 신호를 이용하여 스핀들 모터(16)의 속력을 조절한다. 스핀들 모터(16)의 속력은 복수의 회전 속도계 펄스(tachometer pulses)로서 모터 프리드라이브(14)로부터 전송된다. 회전 속도계 펄스는 펄스의 주파수를 판단할 수 있도록 하기 위해 디지털 카운터(18)에 의해 카운트된다. 펄스의 주파수는 펄스간 주기의 측정값을 제공하여 스핀들 모터(16)의 속력을 추정할 수 있다. 이어서, 측정된 속력 신호는 일정 주기를 갖는 입력 레퍼런스 신호에서 감산되어 속력 오차 신호가 생성된다. 속력 오차 신호는 디지털 제어기(10)에서 피드백으로서 이용되어 스핀들 모터(16)에 대해 소망하는 일정 속력에 비례하는 스핀들 모터 속력이 조절된다.

근래의 디스크 드라이브에서 인식되는 문제는 디스크가 고속 회전할 때 디스크의 주위를 순환하는 공기와 드라이브 헤드간의 상호 작용을 초래하는 드래그 힘(force of drag)이다. 일부 시스템, 예컨대 미국특허번호 제5,473,230호 및 제5,592,345호에 기재된 시스템들에서는 헤드 위치 결정 시의 드래그 힘(the force of drag during head positioning)을 극복하고자 시도하고 있다. 그러나, 이들 시스템은 그 위로 헤드가 위치하게 되는 디스크의 로케이션, 즉 지역에 의한 시스템의 보상에 기초하고 있다. 헤드 위치 결정 시 드래그가 보상되는 것으로 보이지만, 헤드가 로드되는 순간에는 여전히 문제가 존재한다. 그 이유는 스핀들 모터의 드래그 토크가 증가하여 모터를 감속시키기 때문이다. 복수의 플래터와 복수의 헤드를 갖는 고속 드라이브에 있어서, 이 감속은 모터가 통상의 동작 허용 범위(normal operating tolerance)를 벗어난 속력으로까지 느려질 수 있을 만큼 충분히 클 수 있다. 또한, 예상치 않은 로드의 변화에 대해 속력 제어기가 응답하게 되면 스핀들의 속력을 허용 가능한 값으로 복귀시키는 데 시간이 걸리게 된다. 그 지연은 모터의 속력이 회복되는 동안 로딩 프로세스를 완료하는 데 필요한 시간의 증가를 초래하여 시스템 스타트-업 시 데이터에 대한 초기의 액세스 또는 오차 복구(initial access to data during system start-up or error recovery)를 늦출 수 있다.

따라서, 헤드 로딩 프로세스 시 소정의 허용 범위 이내로 스핀들 모터의 속력을 제어하는 시스템 및 장치가 필요하다. 본 발명은 그러한 필요성을 감안하여 이루어진 것이다.

도 1은 스핀들 모터의 속도를 제어하기 위한 종래의 스핀들 속도 제어 루프를 나타내는 다이어그램.

도 2는 헤드 로딩 프로세스에 필요한 램프(ramp)를 포함하고 있는 디스크 드라이브의 구성 요소들을 나타내는 단면도.

도 3은 본 발명에 의한 스핀들 모터 제어 루프의 다이어그램으로서, 헤드 로딩 작업시 스핀들 모터의 제어를 나타내는 다이어그램.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

12 : 디지털/아날로그 변환기

14 : 모터 프리드라이버

16: 스핀들 모터

20 : 디스크

28: 부양 탭(lift tab)

29: 램프(ramp)

30: 피드 포워드 제어기

34: 로드/언로드 제어 유닛

디스크 드라이브에서의 헤드 로딩 시 스핀들 모터의 속력을 제어하는 방법 및 시스템의 특징들이 기술되어 있다. 이 특징들은 시변 레퍼런스 속도 프로파일 신호(time-varying reference velocity profile signal)를 입력하는 단계와 스핀들 모터의 속력을 제어하는 제어기를 선택하는 단계를 포함하고 있다. 또한, 헤드 로딩 작업시 드래그를 미리 보상(precompensate for drag)하여 동작 허용 범위 이내에서 스핀들 모터의 속력을 유지하는 데 충분한 제어 신호들을 피드 포워드하는 단계를 더 포함하고 있다.

본 발명에 따르면, 디스크 드라이브의 램프 위치로부터의 헤드 로딩시 드래그 영향을 미리 보상함으로써 적절한 스핀들의 속력을 달성할 때 서보 제어 루프를 통한 지연 가능성(potential for delay)을 감소시킨다. 본 발명의 이들 및 기타 장점들은 후술하는 상세한 설명 및 첨부 도면과 관련하여 충분히 이해될 것이다.

본 발명은 헤드 로딩 작업시 스핀들 모터의 제어에 관한 것이다. 후술하는 설명은 당업자가 본 발명을 제조 및 사용할 수 있도록 기재되고 특허 출원과 그의 필요 요건의 전후 관계에 맞게 제공된다. 당업자에게는 본 명세서에 기재되는 양호한 실시예 및 상위 개념의 원리 및 특징에 대한 다양한 변형예들이 용이하게 명백해질 것이다. 따라서, 본 발명은 제시된 실시예에만 한정되는 것은 아니며 본 명세서에 기술되는 원리 및 특징과 일치하는 가장 넓은 범위로 허용되어야 한다.

본 발명은 헤드 로딩 프로세스시 소정의 허용 범위, 즉 속도 프로파일 이내로 스핀들 모터의 속력을 제어하는 시스템 및 방법을 제공한다. 도 2를 참조하면, 헤드 로딩 프로세스에 포함되는 드라이브의 기구적 구성 요소들에 관한 단면도의 기본 다이어그램이 나타나 있다. 그 구성 요소들에는 스핀들 모터(도시되지 않음)에 의해 구동되는 스핀들(22)에 설치된 디스크 스택(20)이 포함되어 있다. 램프형의 로드/언로드 기구는 액튜에이터(24)(즉, 판독/기록 헤드를 유지하는 아암)가 음성 코일 모터(VCM)(26)를 통해 디스크의 외경을 벗어나서 주행하여 디스크 스택(20)의 밖에 헤드를 정지(park)시킬 때 각 디스크의 표면으로부터 헤드를 부양(lift)시키는 데 이용된다. 각 헤드/서스펜션 조립체의 단부에는, 램프(29), 즉 디스크의 외경에 배치된 경사형의 캠 표면과 맞물리는 부양 탭(28)이 존재한다. 헤드 로딩 작업시 헤드는 램프(29)에서 디스크(20)로 이동된다.

헤드가 로드되는 순간에, 스핀들 모터의 드래그 토크는 증가한다. 본 발명은 모터의 고정밀 제어가 유지되도록 스핀들 모터의 제어를 헤드 로딩 프로세스에 연결하는 수단을 제공한다. 이에 의해, 헤드 로딩 프로세스시 모터가 동작 허용 범위를 달성 또는 유지하는 데 필요한 시간이 감소되고 헤드 로딩 프로세스를 완료하는 데 필요한 총 시간도 감소된다.

본 발명에 의하면, 헤드 로딩 작업시 피드 포워드 제어 신호를 스핀들 모터에 공급하기 위해 피드 포워드 제어기가 설치된다. 도 3은 도 1에 도시된 종래의 루프를 개량한 본 발명의 스핀들 속력 제어 루프를 나타내고 있다. 도시된 바와 같이, 제어 루프는 피드 포워드 제어기(30)를 포함하고 있다. 양호하게는, 당업자에게 잘 이해되는 바와 같이, 피드 포워드 제어기(30)는 펌웨어 형태로 제공된다. 헤드 로딩 동작시의 드래그 변화는 판단될 수 있기 때문에, 그 드래그 변화를 미리 보상하기 위해 예상 드래그 변화(expected drag change)가 사용되어 적절한 제어를 스핀들 모터(16)에 공급할 수 있다. 물론, 예상 드래그 변화는 특정의 서보 기구 시스템에 발생하는 특유의 변화에 맞게 조율된다. 양호하게는, 피드 포워드 제어기(30)는 예상 드래그 변화를 미리 보상하는 피드 포워드 제어 신호를 공급한다. 또한, 피드 포워드 제어 신호는 제어기(32)로부터의 제어기 출력 신호와 조합되어, D/A(12)에 의해 변환되어 모터 프리드라이버(14)로 제공될 제어 신호를 발생한다. 피드 포워드 제어 신호의 공급은 헤드 로딩 작업의 발생을 인식할 때 발생하며, 이 신호는 시스템에 있어서 로드/언로드 제어 유닛(34)에서 피드 포워드 제어기(30)로 전송된다.

피드 포워드 제어기(34)에 부가하여, 본 발명은 스핀들 속력 제어 루프에서 속력 오차의 판단 시 사용할 디지털 레퍼런스 속도 프로파일 신호를 이용한다. 레퍼런스 속도 프로파일을 사용하는 경우, 로딩 작업은 드래그의 계단식 변화(a step change in drag)로서만이 아니고 소망하는 속도에서의 보다 현실적인 변화로서 검토된다. 따라서, 속도 프로파일은 헤드 로드, 피드 포워드 및 소망하는 최종 속도(desired terminal velocity)의 영향들을 고려하기 위해 시간상 또는 작업시 예컨대 헤드 로딩시의 목표 속도를 교체하는 입력 레퍼런스 전압 신호를 제공한다. 이에 반해, 종래기술은 로딩 및 피드 포워드의 영향을 고려함이 없이 일정한 레퍼런스 신호 입력에 기초하여 소망하는 속도를 서보(servo)하는 데 불과하다. 룩업 테이블은 레퍼런스 속도 프로파일로서 사용하기 위한 정보를 제공하는 적합한 방법이다. 여기에서, 레퍼런스 프로파일을 교체하기 위해 테이블을 액세스하는 시기는 당업자에게 잘 이해되는 바와 같이 기계 상태의 이해를 통한 작업의 인식에 대한 응답, 즉 드라이브의 메인 프로세서에서(in response to event recognition through knowledge of the machine state, i.e., in a main processor of the drive) 판단된다.

또한, 제어기(32)는 도 3에서 하나의 요소로서 도시되어 있지만, 본 발명에 의하면 하나의 헤드 로딩용 제어기와 하나의 통상의 판독 기록 수행용 제어기 즉 표준 비례 적분 제어기를 설치하도록 복수의 제어기 논리가 이용될 수 있다. 두 개의 제어기를 이용함으로써, 모터의 성능은 기계 상태에 의해 지시된 바와 같은 헤드 로딩 작업의 발생에 따라서 적절한 제어기를 선택함으로써 각각의 경우에 맞게 개별적으로 최적화될 수 있다. 통상의 판독 기록에 대한 속력 조정 요건(the speed regulation requirements)은 흔히 헤드 로딩과는 다르기 때문에, 본 발명의 피드 포워드 신호를 통해 달성되는 바와 같이, 한 개 이상의 제어기를 사용하는 것은 헤드 로딩을 고려함이 없이 판독 기록만을 고려하는 단일 모터 제어 루프를 이용하는 시스템보다 나은 이점을 제공한다.

본 발명은 제시된 실시예에 따라서 기술되었지만, 당업자는 실시예에 대한 수정예들이 존재할 수 있고 이들 수정예들은 본 발명의 사상 및 범주 내에서 있을 것임을 용이하게 인식할 것이다. 따라서, 당업자에게는 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 벗어나지 않고서도 많은 변형예들이 만들어질 수 있을 것이다.

본 발명에 따르면, 디스크 드라이브 램프 위치로부터의 헤드 로딩시 드래그 영향을 미리 보상함으로써 적절한 스핀들의 속력을 달성할 때 서보 제어 루프를 통한 지연 가능성(potential for delay)을 감소시킨다.

Claims

디스크 드라이브에서의 헤드 로딩시 스핀들 모터 속력 제어 방법에 있어서,

시변 레퍼런스 속도 프로파일 신호(time-varying reference velocity profile signal)를 입력하는 단계와,

스핀들 모터의 속력을 제어하기 위해 제어기를 선택하는 단계와,

헤드 로딩 작업 시 드래그를 미리 보상(precompensate for drag)하고 동작 오차 범위(operating tolerance) 이내에서 스핀들 모터의 속력을 유지하기에 충분한 제어 신호들을 피드 포워드(feed forward)하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브에서의 헤드 로딩시 스핀들 모터 속력 제어 방법.
제1항에 있어서, 상기 제어기 선택 단계는 상기 헤드 로딩 작업 시 사용하기 위한 제1 제어기를 선택하는 단계와 통상의 판독 기록 행위 시 사용하기 위한 제2 제어기를 선택하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브에서의 헤드 로딩시 스핀들 모터 속력 제어 방법.
제1항에 있어서, 상기 시변 레퍼런스 속도 프로파일 입력 단계는 헤드 로딩, 피드 포워드 및 상기 스핀들 모터의 소망하는 최종 속도를 고려하는 속도 레퍼런스 신호를 제공하는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브에서의 헤드 로딩시 스핀들 모터 속력 제어 방법.
제3항에 있어서, 상기 시변 레퍼런스 속도 프로파일로서 룩업 테이블을 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브에서의 헤드 로딩시 스핀들 모터 속력 제어 방법.
제1항에 있어서, 로드/언로드 제어 유닛에 의해 헤드 로딩 작업의 개시를 식별하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브에서의 헤드 로딩시 스핀들 모터 속력 제어 방법.
제1항에 있어서, 상기 피드 포워드 단계는 펌웨어(firmware)를 통해 수행되는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브에서의 헤드 로딩시 스핀들 모터 속력 제어 방법.
디스크 드라이브에서의 헤드 로딩시 스핀들 모터 속력 조절 시스템에 있어서,

스핀들 모터를 구동하는 스핀들 모터 프리드라이버와,

헤드의 로딩/언로딩을 제어하는 로드/언로드 제어 유닛과,

상기 로드/언로드 제어 유닛에 의해 로드 작업을 나타내는 신호를 수신하여 상기 로드 작업시 상기 스핀들 모터의 드래그를 선보상하는 상기 스핀들 모터 프리드라이버에 피드 포워드 신호를 공급하는 피드 포워드 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브에서의 헤드 로딩시 스핀들 모터 속력 조절 시스템.
제7항에 있어서, 상기 로드/언로드 제어 유닛에 연결되는 램프(ramp)를 더 포함하고, 상기 램프로부터 상기 헤드가 로드/언로드되는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브에서의 헤드 로딩시 스핀들 모터 속력 조절 시스템.
제7항에 있어서, 판단된 오차 신호 및 상기 피드 포워드 신호에 따라서 상기 스핀들 모터의 속도를 조절하는 적어도 하나의 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브에서의 헤드 로딩시 스핀들 모터 속력 조절 시스템.
제9항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제어기는 입력 레퍼런스 속도 신호에 기초하여 더 조절하는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브에서의 헤드 로딩시 스핀들 모터 속력 조절 시스템.
제10항에 있어서, 상기 입력 레퍼런스 속도 신호는 시간에 따라 변화하는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브에서의 헤드 로딩시 스핀들 모터 속력 조절 시스템.
제7항에 있어서, 상기 피드 포워드 제어기는 상기 디스크 드라이브에 펌웨어를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브에서의 헤드 로딩시 스핀들 모터 속력 조절 시스템.
헤드 로딩 작업시 스핀들 모터 제어를 제공하는 시스템에 있어서,

램프와,

상기 램프로 로드되거나 상기 램프로부터 로드되는 헤드와,

상기 헤드에 의해서 판독/기록되는 적어도 하나의 디스크와,

상기 디스크를 회전시키는 스핀들 모터와,

상기 스핀들 모터의 속도를 제어하고, 헤드 로딩 작업시 시변 디지털 레퍼런스 속도 프로파일 신호 및 피드 포워드 제어 신호에 기초하여 스핀들 모터의 속도를 조절하는 적어도 하나의 제어기와,

상기 스핀들 모터에 대한 동작 허용 범위가 유지되고 상기 헤드 로딩 작업을 완료하는 데 필요한 총 시간이 감소되도록, 상기 헤드 로딩 작업시 상기 피드 포워드 제어 신호를 공급하여 상기 헤드 로딩 작업시 기대 드래그 변화를 선보상하는 피드 포워드 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 헤드 로딩 작업시의 스핀들 모터 제어 시스템.
제13항에 있어서, 상기 헤드 로딩 작업의 발생을 상기 피드 포워드 제어기에 전송하는 로드/언로드 제어 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 헤드 로딩 작업시의 스핀들 모터 제어 시스템.
제13항에 있어서, 상기 피드 포워드 제어기 및 적어도 하나의 제어기가 상기 시스템에 펌웨어로서 설치되는 것을 특징으로 하는 헤드 로딩 작업시의 스핀들 모터 제어 시스템.
제13항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제어기는 표준 비례 적분 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 헤드 로딩 작업시의 스핀들 모터 제어 시스템.
제13항에 있어서, 상기 시변 디지털 레퍼런스 속도 프로파일 신호를 위한 룩업 테이블을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 헤드 로딩 작업시의 스핀들 모터 제어 시스템.