KR20010110778A - 서보메카니즘의 여기를 제어하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

서보메카니즘의 여기를 제어하기 위한 장치 및 방법 Download PDF

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KR20010110778A
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Abstract

본 발명은, 단지 고주파수(사각파) 자극에 대한 서보메카니즘의 응답 모델만을 제어 시스템이 포함할 필요가 있는, 디스크 드라이브에서 저주파수 자극에 의한 서보메카니즘의 여기를 제어하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 피드포워드 입력 신호로서 사각파를 사용한다. 사각파 입력 신호는 로우 패스 필터링되어, 탐색 오퍼레이션 동안 서보메카니즘을 여기시키기 위한 자극으로서 사용된다. 서보메카니즘의 응답은 일정한 간격으로 측정된다. 서보메카니즘의 응답은, 마치 서보메카니즘이 필터링된 대응부 대신 사각파(파형 신호)에 의해 여기된 것처럼, 서보메카니즘 모델에 의해 예측된다. 서보메카니즘의 예측된 응답은 유사한 로우 패스 필터를 이용하여 필터링된다. 필터링 및 모델링된 응답과 측정된 응답 사이의 차는 서보메카니즘을 자극하는 신호를 조정하는데 후속하여 사용된다.

Description

서보메카니즘의 여기를 제어하기 위한 장치 및 방법 {APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLED EXCITATION OF A SERVOMECHANISM}
디스크 드라이브를 위한 저장 매체는 국부 자기 영역(localized magnetic field)을 보유할 수 있는 평평한 원형 디스크이다. 디스크상에 저장되는 데이터는 이러한 국부 자기 영역을 통해서 물리적으로 표현된다. 데이터는 트랙으로 알려진 디스크상의 동심원 경로에 정렬된다.
국부 자기 영역이 헤드에 거의 접근했을 때, 상기 영역은 헤드에 의해 검출될 수 있다. 디스크가 계속하여 회전하는 오퍼레이션 동안, 각 회전에 대하여 디스크의 중심으로부터 주어진 반지름상에 유지되는 헤드는 주어진 트랙을 따라서 모든 국부 자기 영역과 만나게 된다. 헤드의 방사상 위치를 변경함으로써, 헤드는 상이한 트랙을 따라서 데이터를 판독 또는 기록할 수 있다.
헤드는 서보 제어 시스템에 의해 회전되는 액추에이터 암에 장착된다. 따라서, 헤드의 트랙 위치는 서보 시스템에 의해 제어된다. 헤드가 상이한 트랙에 액세스할 필요가 있을 때, 액추에이터 암은 회전되어 헤드를 원하는 트랙상으로 위치시킨다. 탐색으로 언급되는 헤드를 새로운 트랙으로 이동시키는 프로세스는 가속 상태와 감속 상태를 포함하고, 탐색이 일어나는 기간은 액세스 시간으로 알려져 있다.
종래 디스크 드라이브에 있어서, 탐색 오퍼레이션은 피드백 루프(feedback loop)에 의해 제어되며, 그리고 부가적으로 피드포워드(feedforward)를 이용하는데, 이는 제어 시스템을 보다 좁은 대역폭으로 동작시킬 수 있는 장점을 가진다. 이러한 디스크 드라이브에 있어서, 제어 프로세스는 통상 다음과 같이 동작한다. 탐색 오퍼레이션이 가속 상태인 동안, 피드포워드 신호는 서보 시스템을 여기시키는데 사용되어 헤드가 원형 호(arc)를 따라서 가속되도록 한다. 헤드가 가속되는 동안 헤드의 속도 및 위치는 주기적으로 측정되고, 이러한 측정값은 타깃(target) 속도 및 위치 값과 비교된다. 측정 값과 타깃 값 사이의 차는 서보 시스템을 여기시키는 피드포워드 신호을 조정하기 위하여 후속하여 사용된다.
감속 기간동안, 서보 시스템을 여기시키기 위하여 음(negative)의 피드포워드 신호가 사용되어 헤드를 감속시킨다. 그리고, 헤드가 감속되는 동안 헤드의 속도 및 위치는 주기적으로 측정되고, 이러한 측정값은 타깃 속도 및 위치 값과 비교된다. 측정 값과 타깃 값 사이의 차는 서보 시스템을 여기시키는 피드포워드 신호을 조정하기 위하여 후속하여 사용된다.
전술한 제어 시스템을 실행하는 비용 효과적인 수단은 피드포워드 신호로서 사각파(square wave)(사각파의 양의 부분은 가속에 대응하고, 음의 부분은 감속에대응한다)를 사용하는 것이다. 사각파를 사용하는 장점은, 수행될 각 탐색 길이에 대해 상이한 테이블(table)을 필요로 하지 않고, 피드포워드 신호가 메모리 디바이스에 저장된 하나의 테이블로부터 생성될 수 있다는 것이다. 마찬가지로, 유사한 형상의 3단 파형(tripartite waveform)이 피드포워드 신호로서 사용될 수 있으며, 여기서 신호의 일정한 양의 부분 및 음의 부분은 동일한 지속기의 정지 기간으로 분리된다. 상기 파형에서, 가속은 파형의 양의 부분에 대응하고, 감속은 음의 부분에 대응하며, 정지 부분(출력이 없음)은 그 사이의 상태에 대응한다. 그리고, 상기 피드포워드 신호는 하나의 테이블로부터 생성될 수 있다. 따라서, 이러한 방식은 메모리 공간을 적게 요구하므로, 디스크 드라이브의 총 비용을 감소시킨다.
전술한 비용 효과적 실행은, 서보 시스템을 여기시키는데 사용된 피드포워드 신호가 사각파이므로 고주파수 성분을 포함하고 있는 단점을 가진다. 사각파의 고주파수 성분은 액추에이터 암 부재에 공진을 일으켜 잠재적 에러를 발생시킨다. 사각파의 고주파수 성분은 또한 디스크 드라이브가 오퍼레이션 동안 소리를 내는 음향 노이즈를 발생시켜, 소비자의 입장에서 볼 때 바람직하지 못한 특성을 야기한다.
본 발명은 하드 디스크 드라이브에 관련된 것으로, 더 상세히는 저주파수 신호에 대한 서보메카니즘의 응답 모델을 포함할 필요없이, 디스크 드라이브에서 저주파수 신호에 의하여 서보메카니즘을 여기시키는 장치 및 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 디스크 드라이브를 도시한 것이다.
도 2는 도 1의 디스크 드라이브를 위해 호스트와 연결된 디스크 드라이브 시스템을 도시한 것이다.
도 3은 가속도가 일정한 기간동안 디스크 드라이브내 헤드의 변위 및 속도에 있어 예상되는 진행을 시간영역에서 도시한 것이다.
도 4는 2개의 상이한 대역 제한 가속도 기간동안 디스크 드라이브내 헤드의 변위 및 속도에 있어 예상되는 진행을 시간영역에서 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 제어 시스템을 도시한 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 방법을 도시한 것이다.
본 발명에 따른 장치 및 방법은, 단지 고주파수(사각파) 자극(stimulus)에 대한 서보메카니즘의 응답 모델만을 필요로 하는, 서보메카니즘을 저주파수 자극에 의해 여기시키는 전술한 문제점 및 또다른 문제점들을 해결한다. 상기 방법은 필터링된 입력 신호를 생성하기 위하여, 제 1 로우 패스 필터로 서보메카니즘을 여기시키는데 사용되는 고주파수 입력 신호를 필터링하는 단계를 포함한다. 서보메카니즘의 다양한 응답은 일정한 간격으로 측정된다. 측정된 다양한 응답은 헤드 위치 또는 소정 수의 그 무한 도함수(속도, 가속도 등)를 포함한다. 다음, 필터링되지 않은 고주파수 입력 신호에 대한 서보메카니즘의 다양한 응답은 모델링된다. 서보메카니즘의 모델링된 응답은 그 후 로우 패스 필터에 의해 필터링되어, 모델링 및 필터링된 응답을 생성한다. 마지막으로, 필터링된 입력 신호는 모델링 및 필터링된 응답 및 서보메카니즘의 측정된 응답 사이의 차에 기초하여 조정된다.
상기 장치는 고주파수 입력 신호를 필터링하여 필터링된 입력 신호를 생성하는 제 1 로우 패스 필터를 포함한다. 필터링된 입력 신호는 가산기의 제 1 입력에 수신되고, 그 출력은 드라이버 및 측정 모듈의 제 1 입력에 동작가능하게 연결된다. 드라이버는 가산기에 의해 제공된 합에 기초하여 서보메카니즘에 전류를 공급한다. 서보메카니즘은 전류를 수신하여, 이에 의해 여기되고 가속된다. 상기 응답은 서보메카니즘과 연결된 측정 모듈에서 측정된다. 상기 장치는 또한 고주파수 자극(사각파)에 의해 여기되는 서보메카니즘의 다양한 응답을 예측하는 서보메카니즘 모델을 포함한다. 서보메카니즘 모델은 다양한 모델링된 응답의 고주파수 대역을 약화시키는 로우 패스 필터 모듈과 연결된다. 에러 신호 생성 모듈(error signal generating module)은 하나의 입력으로서 다양한 모델링 및 필터링된 응답을 수신하고, 또다른 입력으로서 측정 모듈로부터 다양한 측정된 응답을 수신하여, 보상기(compensator)의 입력으로 제공되는 에러 신호를 생성한다. 보상기는 제어 시스템을 안정화하도록 설계되며, 그 출력은 부가적인 입력으로서 가산기에 입력된다.
본 발명의 특성으로부터의 다양한 특징 및 장점들은 관련 도면을 참조하여 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
하기의 상세한 설명에 있어서, 도 1 및 도 2와 관련된 설명은 디스크 드라이브의 주요 기능적 컴포넌트를 상기시키기 위한 것이다. 도 3 및 도 4와 관련된 설명은 전술한 문제점을 해결하는 본 발명의 장점을 이해시키기 위한 것이다. 마지막으로, 도 5 및 도 6은 본 발명과 직접 관련된 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라서 구성된 디스크 드라이브(100)가 도 1에도시되어 있다. 디스크 드라이브(100)는 디스크 드라이브(100)의 다양한 컴포넌트가 장착되는 베이스(102)를 포함한다. 부분적으로 절단되어 도시된 상부 커버(104)는 베이스(102)와 함께 종래의 방식으로 디스크 드라이브의 밀봉된 내부를 형성한다. 컴포넌트는 일정한 속도로 하나 이상의 디스크(108)를 회전시키는 스핀들 모터(106)를 포함한다. 탐색 오퍼레이션 동안 디스크(108)에 인접하여 위치한 베어링 축 부재(112)에 대하여 회전하는 액추에이터 부재(actuator assembly; 110)를 이용하여 디스크(108)상의 트랙에 정보를 기록 및 판독한다. 액추에이터 부재(110)는 디스크(108)를 향해 연장되어 있는 다수의 액추에이터 암(114)을 포함하며, 액추에이터 암(114)은 각각의 액추에이터 암(114)으로부터 연장되는 하나 이상의 만곡부(flexure; 116)를 포함한다. 각 만곡부(116)의 말단에는 헤드(118)가 장착되며, 헤드(118)는 관련 디스크(108)의 대응하는 표면에 거의 밀접하여 헤드(118)를 비행(fly)할 수 있게 하는 에어 베어링 슬라이더(air bearing slider)를 포함한다.
탐색 오퍼레이션 동안, 헤드(118)의 트랙 위치는 보이스 코일 모터(VCM; 124)를 이용하여 제어되며, 보이스 코일 모터(124)는 통상 액추에이터 부재(110)에 부착된 코일(126) 뿐만 아니라 코일이 있는 영역에 자기장을 형성하는 하나 이상의 영구자석(128)을 포함한다. 코일(126)에 제어된 전류를 인가함으로써 코일(126) 및 영구자석(128) 사이에 자기적 상호작용을 일으켜, 그 결과 코일(126)은 공지된 로렌츠 법칙에 따라서 이동하게 된다. 코일(126)이 이동함에 따라, 액추에이터 부재(110)는 베어링 축 부재(112)에 대해 피봇(pivot)되고, 헤드(118)는 디스크(108)의 표면을 가로질러 이동하게 된다.
디스크 드라이브(100)가 연장된 시간 주기동안 사용되지 않을 때에는, 통상 스핀들 모터(116)에 전류가 공급되지 않는다. 드라이브 모터에 전류가 공급되지 않는 경우, 헤드(118)는 디스크(108)의 내경 가까이의 파크 존(park zone; 120)으로 이동한다. 헤드(118)가 파킹되었을 때 액추에이터 부재(110)의 의도하지 않은 회전을 방지하는 액추에이터 래치(latch) 장치를 이용하여, 헤드(118)는 파크 존(120)에서 보호된다.
플랙스 부재(flex assembly; 130)는 오퍼레이션 동안 액추에이터 부재(110)의 피봇 움직임을 허용하는 한편, 액추에이터 부재(110)에 대하여 필요한 전기적 연결 경로를 제공한다. 플랙스 부재는 헤드의 전선(미도시)이 연결된 인쇄회로기판을 포함한다. 헤드 전선은 액추에이터 암(114) 및 만곡부(116)을 따라서 헤드(118)에 연결되어 있다. 인쇄회로기판(132)은 통상 기록 오퍼레이션 동안 헤드(108)에 인가되는 기록 전류를 제어하고 판독 오퍼레이션 동안 헤드(108)에 의해 생성된 판독 신호를 증폭하기 위한 회로를 포함한다. 플랙스 부재는 디스크 드라이브(100)의 하부면에 장착된 디스크 드라이브 인쇄회로기판(미도시)과 베이스 데크(102)를 통해서 통신하기 위한 플랙스 브래킷(flex bracket; 134)에서 끝난다.
도 2에는 도 1의 디스크 드라이브(100)의 기능 블록도가 도시되어 있는데, 이는 디스크 드라이브 인쇄회로기판에 존재하며 디스크 드라이브(100)의 오퍼레이션을 제어하는 주요 기능 회로를 보여준다. 도 2에 도시된 바와 같이, 디스크 드라이브(100)는 호스트 컴퓨터(140)에 종래의 일반적인 방식으로 장착되며, 호스트컴퓨터(140)와 동작가능하게 연결된다. 호스트 컴퓨터(140) 및 디스크 드라이브 마이크로프로세서(142) 사이에는 제어 통신 경로가 제공되며, 마이크로프로세서(142)는 일반적으로 마이크로프로세서 메모리(MEM)(143)에 저장된 프로그램과 함께 디스크 드라이브(100)에 대하여 최상의 통신 및 제어를 제공한다. MEM(143)은 마이크로프로세서(142)를 위하여 랜덤 액세스 메모리(RAM), 리드 온리 메모리(ROM) 및 다른 종류의 상주 메모리를 포함할 수 있다.
디스크(108)는 스핀들 제어 회로(148)에 의해서 일정한 고속으로 회전하며, 스핀들 제어 회로(148)는 통상 후 기전력(back electromotive force; BEMF) 감지를 이용하여 스핀들 모터(106)(도 1)와 전기적으로 통신한다. 탐색 오퍼레이션 동안, 헤드(118)의 트랙 위치는 액추에이터 부재(110)의 코일(126)에 전류를 인가함으로써 제어된다. 서보 제어 회로(150)가 이러한 제어를 담당한다. 탐색 오퍼레이션 동안 마이크로프로세서(142)는 헤드(118)의 속도 및 가속도와 관련된 정보를 수신하고, 상기 정보를 메모리(143)에 저장된 설비 모델과 연관시켜 이용하여, 고주파수 자극에 의한 서보메카니즘 응답을 생성하여 서보 제어 회로(150)와 통신하며, 서보 제어 회로(150)는 보이스 코일 모터(126)에 제어된 양의 전류를 인가함으로써 액추에이터 부재(110)를 피봇되게 한다.
디스크 드라이브 인터페이스(144)를 통해 호스트 컴퓨터(140)와 디스크 드라이브(100) 사이에 데이터가 전송되며, 디스크 드라이브 인터페이스(144)는 통상 호스트 컴퓨터(140)와 디스크 드라이브(100) 사이의 고속 데이터 전송을 용이하게 하기 위하여 버퍼를 포함한다. 디스크 드라이브(100)에 기록될 데이터는 호스트 컴퓨터에서 인터페이스(144)를 통과하여 판독/기록 채널(146)로 전송되고, 판독/기록 채널(146)에서는 데이터를 인코딩하고 연속적으로 나열(serialize)하여 헤드(118)에 필수 기록 전류 신호를 제공한다. 디스크 드라이브(100)에 의해 이미 저장된 데이터를 검색하기 위하여, 판독 신호가 헤드(118)에 의해서 생성되어 판독/기록 채널(146)에 제공되며, 판독/기록 채널(146)은 디코딩과 에러 검출 및 정정 동작을 수행하고 호스트 컴퓨터(140)로의 전송을 위하여 검색된 데이터를 인터페이스(144)로 출력한다. 이러한 디스크 드라이브(100)의 동작은 종래 기술로 공지되어 있으며, 예컨대 Shaver 등에 의해 1994년 1월 4일 특허된 미국 특허 제 5,276,662호에 기술되어 있다.
도 3은 가속도가 일정한 기간동안 (서보메카니즘의 단부에 장착된) 헤드의 변위 및 속도에 있어 예상되는 진행을 시간영역에서 도시한 것이다. 헤드의 속도는 일련의 "속도"로 표기되어 있고, 헤드의 가속도는 일련의 "가속도"로 표기되어 있다. 도 3에서, 가속도가 시작되는 시점에서는 헤드가 변위 및 속도를 가지지 않지만, 이러한 조건은 하기에 설명될 원리의 적용에 있어 필요 조건은 아니다.
도 3에 도시된 바와 같이, 헤드의 예상 속도는 관계식 v(t) = at 에 의해 결정되며, 여기서 v(t)는 시간의 함수인 헤드의 속도를 나타내고, a는 헤드의 일정 가속도를 나타내며, t는 헤드가 가속되는 시간(기간)을 나타낸다. 변위는 관계식 x(t) = 1/2 at2에 의해 결정되고, 여기서 x(t)는 시간의 함수인 헤드의 변위를 나타내며, a는 헤드의 일정 가속도를 나타내고, t는 헤드가 가속되는 시간(기간)을나타낸다.
탐색 오퍼레이션이 수행되는 동안, 서보메카니즘은 사각파(square-wave) 피드포워드(feedforward) 신호로 여기되고, 사각파의 양의 부분은 가속 기간과 관련되어 있고, 음의 부분은 감속 기간과 관련되어 있다. 서보메카니즘의 가속도는 이를 구동하는 전류의 양에 비례하므로, 서보메카니즘은 사각파에 의해 여기되었을 때 일정한 가속 기간 후 일정한 감속 기간이 나타난다. 트랙 길이를 변화시키는 탐색 오퍼레이션은 펄스 폭을 변화시키는 사각파 피드포워드 신호에 의해 구동된다. 따라서, t0는 (가속과 관련된) 사각파의 양의 부분이 시작되는 시점으로 생각할 수 있으며, t1및 t2는 (감속과 관련된) 사각파의 양의 부분이 끝나는 2개의 시점으로 생각할 수 있다. 그러므로, t0-t1기간은 사각파 피드포워드 신호의 하나의 가능한 양의 부분으로 생각할 수 있는 한편, t0-t2기간은 사각파 피드포워드 신호의 또다른 가능한 양의 부분으로 생각할 수 있다.
전술한 t0-t1및 t0-t2의 기간에 대한 개념을 인지하면, t0-t1기간에 대하여 예상 헤드 속도를 표현하는 급수(series)는 보다 긴 t0-t2기간에 대한 예상 헤드 속도를 표현하는 급수의 부분집합이라는 것을 알 수 있다. 마찬가지로, t0-t1기간에 대하여 예상 헤드 변위를 표현하는 급수는 보다 긴 t0-t2기간에 대한 예상 헤드 변위를 표현하는 급수의 부분집합이다. 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 관계는 제 2 기간을 부분적으로 합한 기간에 있어 어떤 속도 또는 변위 급수에 대해서도 성립한다.
요약하면, 도 3에서 일정한 가속도를 가지는 몸체의 상태는 (초기 속도를 0이라고 가정하면) 관계식 v = at 및 x = 1/2 at2으로 표현될 수 있다. 주어진 가속도에 대하여, 각 상태 변수(속도 및 변위)의 진행은 연속적인 시간값의 수열(t=1, t=2,...)을 사용하여 결정될 수 있다. 따라서, 속도의 경과 및 변위의 경과는 하나의 미리 계산된 표로서 간결하게 표현될 수 있으며, 상기 표는 결정되어야 할 상태에 대하여 일정 가속도가 유지되는 최대 기간보다 길다. 그러므로, 하나의 속도 급수 또는 하나의 변위 급수는 저장되며, 어떤 주어진 사각파 신호의 양의 부분에 대하여, 예상 속도 또는 변위의 응답은 상응하는 저장된 급수의 부분집합(또는 이들의 배수)으로 표현될 수 있다. 이는 피드포워드 신호의 각 가능한 펄스 폭에 대하여 별도 궤도(trajectory) 급수를 저장할 필요가 없기 때문에 바람직하다.
도 4는 2개의 상이한 사인파 가속도 기간동안 헤드의 변위 및 속도에 있어 예상되는 진행을 시간영역에서 도시한 것이다. 2개의 가속도 기간은 "가속도-1" 및 "가속도-2"로 표기하였다. 각각의 가속도 급수는 "가속도-2"의 주파수가 "가속도-1" 주파수의 1/2인 것을 제외하고는 관계식 a(t) = sin(ωt) 를 만족하고, 2배의 트랙을 횡단하는 탐색 오퍼레이션을 제어하기 위해 이용된다. 비록 도 4에 도시된 특정 가속도는 사인파 형상이지만, 하기에 설명될 원리는 어떤 대역 제한(band-limited) 피드포워드 신호에 의한 서보메카니즘의 여기(excitation)에잘 적용된다.
도 4에서, "속도-1"은 "가속도-1"에 대응하는 헤드의 예상 속도를 나타내고, "속도-2"는 "가속도-2"에 대응하는 헤드의 예상 속도를 나타낸다. 각각의 속도 급수는 관계식 v(t) = 1/ω[cos(ωt)]에 의해 결정되고, 여기서 v(t)는 시간의 함수인 헤드의 속도를 나타내며, ω는 펄스 폭의 주파수를 나타내고, t는 헤드가 가속되는 시간(기간)을 나타낸다. 변위는 관계식 x(t) = 1/ω[t - 1/ωsin(ωt)]에 의해 결정되고, 여기서 x(t)는 시간의 함수인 헤드의 변위를 나타내며, ω는 펄스 폭의 주파수를 나타내고, t는 헤드가 가속되는 시간(기간)을 나타낸다.
도 4에 도시된 바와 같이, 만약 가속도가 대역 제한되면, 주어진 가속 기간에 대응하는 속도 급수는 이를 포함하는 제 2의 기간에 대응하는 속도 급수의 부분집합으로 표현될 수 없다. 도시된 바와 같이, 시간 t에서 "가속도-1"에 대응하는 속도는 v1이고, "가속도-2"에 대응하는 속도는 v2이며, v1≠v2이다. 2개의 가속 기간에 대응하는 변위 급수도 마찬가지이다. 변위 또는 속도 급수를 제 2의 가속 기간에 대응하는 이러한 또다른 급수의 부분집합으로 표현할 수 없는 부분(ramification)은, 제어 시스템이 대역 제한된 가속 기간에 대한 급수를 생성하기 위해서 각각의 가속 기간에 대응하는 별도의 급수가 저장되야 한다.
비록 대역 제한된 가속도는 외관상으로 각각의 가능한 가속도 기간에 대응하는 별도의 속도 및 변위 급수의 저장을 요구하는 어려움이 있지만, 그럼에도 불구하고 (사각파에서 발견되는 것과 같은) 고주파수와 관련된 기계적 공진 및 음향 노이즈의 전술한 문제점때문에 헤드 가속도의 고주파수 대역을 제한하는 것이 바람직하다.
예상 변위 급수 및 예상 속도 급수의 중요성을 요약하면, 이러한 급수에 포함된 값들은 궤도로서 이용될 수 있다. 궤도는 제어 루프를 폐루프로 만드는 값들이며, 주어진 자극에 대하여 시스템의 예상 응답을 나타낸다. 제어 시스템은 탐색 오퍼레이션을 통해서 궤도가 공급될 것을 요구하기 때문에, 그리고 몇몇 순간에 이러한 궤도를 프로세서의 대역폭을 해치지 않고 공급하는 것이 바람직하기 때문에, 이러한 궤도를 (소정의 탐색 길이에 적용될 수 있는) 미리 계산된 값의 하나의 집합으로 표현하는 것이 바람직하며, 상기 값은 제어 루프에 제공하기 위해서 메모리 디바이스에 저장된 테이블로부터 쉽게 검출될 수 있다.
도 5는 (저주파수 가속도에 대응하는) 저주파수 피드포워드 신호로 서보메카니즘을 여기시키는 장치를 도시한 것이며, 단지 하나의 예상 속도 급수 및 하나의 예상 변위 급수의 저장만을 필요로 한다. 제어 시스템(200)은 드라이브 모델(202)을 구비한다. 드라이브 모델(202)은, (시스템을 동작시키는) 사각파 피드포워드 신호를 수신하고 사각파 피드포워드 신호에 의해 여기되는 서보메카니즘(204)에 응답하여 헤드의 예상 위치 데이터 및 예상 속도를 리턴(return)하는 모듈이다.
드라이브 모델(202)의 일 실시예에 있어, 드라이브 모델(202)에 의해 리턴된 위치 데이터는 헤드가 가속되었는가 또는 감속되었는가에 따라서 달라진다. 가속 기간동안, 위치 데이터는 헤드의 예상 변위를 나타낸다. 감속 기간동안, 위치 데이터는 목적 트랙으로부터의 헤드 거리를 나타낸다. 드라이브 모델(202)은 관계식x = 1/2 t2을 만족하는 예상 위치 데이터의 저장된 수열을 가지며, 여기서 x는 몇몇 기준점에서의 헤드 거리를 나타내며, t는 몇몇 기준점에서 측정된 시간을 나타낸다. 가속 기간동안, 위치 정보가 측정되는 기준점은 탐색 오퍼레이션의 개시에 따른 헤드의 원점을 나타내고, 시간이 측정되는 기준점은 탐색 오퍼레이션이 개시되는 시점을 나타낸다. 그러나, 감속 기간동안, 위치 정보가 측정되는 기준점은 목적 트랙을 나타내고, 시간이 측정되는 기준점은 탐색 오퍼레이션이 끝나는 시점을 나타낸다. 드라이브 모델(202)은 또한 관계식 v = t 를 만족하는 예상 속도 데이터의 저장된 수열을 가지며, 여기서 v는 헤드의 예상 속도를 나타내며, t는 몇몇 기준점에서 측정된 시간을 나타낸다. 가속 기간동안, 시간이 측정되는 기준점은 탐색 오퍼레이션이 개시되는 시점을 나타낸다. 그러나, 감속 기간동안, 시간이 측정되는 기준점은 탐색 오퍼레이션이 끝나는 시점을 나타낸다. 따라서, 전술한 바와 같이 측정된 시간을 이용하여, 예상 위치 데이터 및 예상 속도 데이터의 저장된 수열은, 사각파 피드포워드 신호에 의해 지시되는 가속 비율에 의해 곱해질 때 원하는 예상 위치 및 속도 데이터를 산출하는 수(figure)를 생성하기 위해 액세스된다.
전술한 드라이브 모델(202)의 실시예는 가능한 실시예들 중 단지 하나를 나타낸 것이다. 주어진 드라이브 모델(202)의 실시예를 선택하기 위한 요구조건은, 드라이브 모델(202)이 가정 자극에 대하여 서보메카니즘의 이상적 응답을 나타내야 하고 서보메카니즘(204)의 실제 응답을 측정하는 장비로부터 리턴된 데이터처럼 동일한 기준점에서 측정된 예상 응답 데이터를 리턴하는 것이다. 드라이브 모델(202)에 의해 모델링된 응답은 위치 정보 및 이의 도함수(속도, 가속도 등)로 구성된다. 드라이브 모델(202)은 마이크로부로세서 및 메모리 디바이스로 구성되어 함께 전술한 기능을 실행한다. 드라이브 모델(202)은 주어진 자극에 대하여 시스템 응답을 시뮬레이터하는 상기 방정식을 실행하는 마이크로프로세서 회로내에 구현될 수 있다.
드라이브 모델(202)에 제공되는 사각파 피드포워드 신호(206)는 또한 로우 패스 필터(206)에도 제공된다. 고주파수 성분이 기계적 공진 및 음향 노이즈와 관계되므로, 로우 패스 필터(206)는 사각파의 고주파수 성분을 충분히 약화시킬 수 있는 특성을 가지도록 설계된다. 로우 패스 필터(206)의 출력은 가산기(208)의 제 1 입력으로 제공되며, 가산기(208)의 출력은 서보메카니즘(204)을 구동시키는데 이용된다.
측정 모듈(210)은 가산기(208)의 출력에 연결되고, 또한 서보메카니즘에 연결된다. 측정 모듈은 헤드의 위치와 관련된 정보 및 헤드 위치의 다양한 도함수와 관련된 정보를 생성한다. 측정 모듈(210)의 출력은 에러 신호 생성 모듈(212)에 공급된다.
측정 모듈(210)의 일 실시예에 있어서, 측정 모듈(210)은 평가기(estimator; 214) 및 변환기(transducer; 216)을 구비한다. 변환기(216)는 서보메카니즘(204)에 연결되어, 헤드 위치를 지시하는 전기 신호를 생성한다. 이 신호는 측정 모듈의 출력이 됨과 동시에 평가기(214)의 입력이 된다. 평가기(214)는 또한 입력으로서 가산기(208)의 출력을 수신한다. 헤드 속도(헤드 위치의 제 1 도함수)를 생성하는 평가기(214)는 상기 2개의 입력을 이용하여, 변환기(216)에 의해 제공되는 위치 데이터의 차로서 제 1 도함수가 계산될 때 발생될 수 있는 위상 지연(phase lag)을 제거한다. 헤드 속도도 또한 측정 모듈의 출력으로서 제공된다.
도 5의 측정 모듈(210)의 특정 실시예는 출력으로서 헤드 위치 및 헤드 속도를 생성하는 측정 모듈을 공개한다. 선택적으로, 측정 모듈은 출력으로서 헤드 위치 및 무한 수의 그 도함수(헤드 속도, 헤드 가속도 등)를 생성한다.
로우 패스 필터 모듈(218)은 드라이브 모델(202)과 연결되어 있다. 로우 패스 필터 모듈(218)은 예상 응답 데이터를 수신하고, 이를 필터링하여 고주파수 성분을 제거한다. 결과 데이터는 저주파수 자극(서보메카니즘(204)을 실제로 구동시키는 신호)에 대한 시스템의 예상 응답이다.
도 5에 도시된 특정 실시예에 있어서, 로우 패스 필터 모듈은 2가지 형태의 예상 응답 데이터, 즉 예상 위치 및 예상 속도를 가지고 있다. 로우 패스 필터(220,222)는 각각의 예상 응답 수열을 제공받는다. 각각의 로우 패스 필터(220,222)는 로우 패스 필터(206)와 동일한 특성을 가지고 있다. 선택적으로, 로우 패스 필터 모듈(218)은 예상 위치 데이터 및 어떤 수의 그 도함수(예상 속도, 예상 가속도 등)로 구성되는 예상 응답 데이터를 가지고 있다. 로우 패스 필터 모듈(218)에 제공되는 각 데이터 수열을 필터링하는 수단은 로우 패스 필터 모듈(218)에 의해 구비된다.
에러 신호 생성 모듈(212)은 입력으로서 로우 패스 필터 모듈(218)에서 제공된 데이터 및 측정 모듈(210)에서 제공된 데이터를 수신한다. 에러 신호 생성 모듈(212)은 상응하는 예상 데이터들로부터 측정된 데이터들을 감산하여, 에러 신호를 출력한다.
도 5에 도시된 특정 실시예에 있어서, 에러 신호 생성 모듈(212)은 2가지 형태의 예상 응답 신호, 즉 예상 헤드 위치 및 예상 헤드 속도를 가지고 있다. 에러 신호 생성 모듈(212)은 또한 2가지 형태의 측정 데이터, 즉 측정된 헤드 위치 및 측정된 헤드 속도를 가지고 있다. 감산기(224,226)는 각 데이터 집합의 쌍을 제공받아, 각 데이터 집합의 쌍에 상응하는 에러 신호를 생성한다. 선택적으로, 에러 신호 생성 모듈(212)은 소정 수의 헤드 위치의 도함수를 위한 데이터 집합 쌍을 수신하고, 상응하는 감산기(가령 224 또는 226)는 제공된 각 데이터 집합 쌍에 대해 에러 신호를 생성한다.
보상기 모듈(228)은 에러 신호 생성 모듈(212)에서 생성된 다양한 에러 신호를 수신한다. 보상기 모듈(228)은 각각의 에러 신호를 시스템 안정을 위해 선택된 상수와 곱한다.
도 5에 도시된 특정 실시예에 있어서, "상태 피드백 컨트롤러"로 알려진 보상기 모듈(228)은 2가지 형태의 에러 신호(헤드 위치에 대한 에러 신호 및 헤드 속도에 대한 에러 신호)를 가지고 있다. 각각의 에러 신호 형태를 위하여 2개의 스케일러(scaler)(230,232)가 보상기 모듈에 구비된다. 헤드 위치 또는 그 무한한 도함수 중 하나와 각각 상응하는 어떤 수의 에러 신호가 보상기 모듈에 제공될 수 있으며, 시스템 안정성을 위하여 상응하는 스케일러(가령 230 또는 232)가 제공되고 선택될 수 있다. 보상기 모듈(228)의 각 출력은 필터링된 피드포워드 자극을 조정하기 위하여 가산기(208)로 입력된다.
드라이브 모델(202), 로우 패스 필터(218), 에러 신호 생성 모듈(212), 보상기(228), 측정 모듈(210), 로우 패스 필터(206), 그리고 가산기(208)는 모두 펌웨어로서 실행될 수 있다. 따라서, 이러한 유니트는 마이크로프로세서 회로내에 구현될 수 있다. 선택적으로, 이러한 유니트는 이산 전자 컴포넌트로 구현될 수도 있다.
도 6은 디스크 드라이브에 있어 저주파수 자극에 의한 서보메카니즘의 여기를 제어하기 위한 방법을 도시한 것으로, 저주파수 자극에 대한 서보메카니즘의 응답 모델은 반드시 포함될 필요는 없다. 상기 방법은 서보메카니즘을 여기하도록 의도된 자극의 고주파수 대역을 약화시키는 로우 패스 필터 오퍼레이션(300)으로 개시한다. 그리고, 여기 오퍼레이션(302)은 필터링된 자극에 비례하는 비율로 서보메카니즘을 가속시킨다. 상기 단계는 서보메카니즘을 필터링된 자극에 비례하는 전류로 구동시킴으로써 수행된다.
측정 오퍼레이션(304)은 일정 간격으로 필터링된 자극에 의해 여기된 서보메카니즘의 실제 응답을 측정한다. 상기 단계에서 측정된 응답은 헤드 위치 또는 그 도함수(속도, 가속도 등)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 헤드 위치 및 헤드 속도가 측정될 수 있다. 이러한 응답 중 어떤 것(가령 헤드 위치)은 변환에 의해 직접 측정될 수 있고, 나머지는 서보메카니즘을 여기시키는데 사용된 자극 및 직접 측정된 응답으로부터 평가된다. 예를 들어, 헤드 속도는 서보메카니즘을 여기시키는데사용된 자극 및 직접 측정된 응답으로부터 평가될 수 있다.
모델링 오퍼레이션(306)은 필터링 되지 않은 자극으로 여기된 서보메카니즘의 다양한 응답을 예측한다. 그리고, 상기 단계에서 예측된 응답은 헤드 위치 또는 그 도함수(속도, 가속도 등)을 포함할 수 있다. 통상, 모델링된 응답은 측정 오퍼레이션(304)에서 얻어진 것과 동일한 응답이다. 예를 들어, 예상 헤드 위치 및 예상 헤드 속도는 동일한 응답이 측정 오퍼레이션(304)에서 측정된다는 것을 가정한 예측된 응답이다.
모델링 오퍼레이션(306)은 서브 오퍼레이션으로 구성될 수 있으며, 여기서 예상 응답은 가속 기간동안에는 제 1 오퍼레이션에서 예측되지만, 감속 기간동안에는 제 2 오퍼레이션에서 예측된다. 예를 들면, 가속 기간동안에는, 메모리 테이블의 속도값에 액세스하기 위하여 인덱스로서 시간값을 사용하여, 예상 헤드 속도가 헤드의 가속이 개시된 이후 시간의 경과에 대한 함수로서 측정될 수 있다. 그러나, 감속 기간동안에는, 메모리 테이블의 속도값에 액세스하기 위하여 인덱스로서 시간값을 사용하여, 예상 헤드 속도가 헤드가 원하는 트랙 위치에 도달할 때까지 잔여 시간의 함수로서 측정될 수 있다. 조사된 속도값은 예상 헤드 속도를 적절히 반영하기 위하여 자극 레벨에 의해 스케일될 필요가 있다.
마찬가지로, 가속 기간동안, 메모리 테이블의 속도값에 액세스하기 위하여 인덱스로서 시간값을 사용하여, 예상 헤드 위치가 헤드의 가속이 개시된 이후 시간의 경과에 대한 함수로서 측정될 수 있다. 그러나, 감속 기간동안에는, 메모리 테이블의 속도값에 액세스하기 위하여 인덱스로서 시간값을 사용하여, 예상 헤드 위치가 헤드가 원하는 트랙 위치에 도달할 때까지 잔여 시간의 함수로서 측정될 수 있다. 감속 기간동안, 예상 위치 값은 예상 헤드의 변위 대신에 헤드의 원하는 위치로부터 헤드의 예상 거리를 반영한다. 그리고, 조사된 위치값은 예상 헤드 위치를 적절히 반영하기 위하여 자극 레벨에 의해 스케일될 필요가 있다.
로우 패스 필터 오퍼레이션(308)에서, 오퍼레이션(306)에서 예측된 모델링된 예상 응답은 오퍼레이션(300)에서 사용된 것과 동일한 특성을 가지는 필터로 로우 패스 필터링된다. 비록 시스템의 저장된 예상 응답만이 고주파수 자극에 대한 시스템 응답과 관계하지만, 상기 오퍼레이션의 결과는 필터링된 저주파수 자극에 의해 여기된 시스템의 다양한 응답이 예측된다. 상기 오퍼레이션은 각각의 예상 응답에 사용되는 하나의 로우 패스 필터로 수행하거나 또는 (각 예상된 응답이 각각 필터링되는) 다수의 로우 패스 필터로 수행할 수 있다.
마지막으로, 조정 오퍼레이션(310)에서, 필터링된 저주파수 자극은 다양한 모델링된 예상 시스템 응답과 그 측정된 대응부 사이에 존재하는 차에 기초하여 변경된다. 상기 조정 오퍼레이션은 특정의 모델링된 예상 시스템 응답과 그 측정된 대응부 사이에 존재하는 차(예들 들면, 예상 헤드 속도와 측정된 헤드 속도 사이의 차 또는 예상 헤드 위치와 측정된 헤드 위치 사이의 차)를 계산하고, 이를 상수로 곱함으로써 수행될 수 있다. 이는 측정 및 모델링된 각각의 시스템 응답에 대해서 수행된다. 산출된 결과는 필터링된 자극에 가산되고, 이에 의해서 조정이 수행된다.
본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 요약하면, (저주파수 가속도에 상응하는) 저주파수 피드포워드 신호로 서보메카니즘을 여기시키는 장치는 다음과 같이 구성된 하나의 예상 속도 및 하나의 예상 변위 급수의 저장만을 필요로 한다. 제어 시스템(가령 200)은 드라이브 모델(가령 202)을 구비한다. 드라이브 모델(가령 202)은 사각파 피드포워드 신호(시스템의 기동력으로 기능하는 신호)를 수신하고, 사각파 피드포워드 신호로 여기되는 서보메카니즘(가령 204)에 응답하여 헤드의 예상 위치 데이터 및 예상 속도 데이터를 리턴한다.
드라이브 모델(가령 202)의 일 실시예에 있어서, 드라이브 모델(가령 202)에 의해 리턴된 위치 데이터는 헤드가 가속 상태인가 감속 상태인가에 따라서 달라진다. 가속 기간동안에는 위치 데이터가 헤드의 예상 변위를 나타낸다. 감속 기간동안에는 위치 데이터가 목적 트랙으로부터의 헤드 거리를 나타낸다. 드라이브 모델(가령 202)은 관계식 x = 1/2 t2을 만족하는 예상 위치 데이터의 저장된 수열을 포함하며, 여기서 x는 몇몇 기준점으로부터의 헤드의 거리를 나타내고, t는 몇몇 기준점에서 측정된 시간을 나타낸다. 가속 기간동안, 위치 정보가 측정되는 기준점은 탐색 오퍼레이션을 개시할 때의 헤드의 원점이고, 시간이 측정되는 기준점은 탐색 오퍼레이션이 개시되는 시점이다. 그러나, 감속 기간동안, 위치 정보가 측정되는 기준점은 목적 트랙이고, 시간이 측정되는 기준점은 탐색 오퍼레이션이 끝나는 시점이다. 드라이브 모델(가령 202)은 또한 관계식 v = t 을 만족하는 예상 속도 데이터의 저장된 수열을 포함하며, 여기서 v는 헤드의 속도를 나타내고, t는 몇몇 기준점에서 측정된 시간을 나타낸다. 가속 기간동안, 시간이 측정되는 기준점은 탐색 오퍼레이션이 개시되는 시점이다. 그러나, 감속 기간동안, 시간이 측정되는 기준점은 탐색 오퍼레이션이 끝나는 시점이다. 따라서, 전술한 바와 같이 측정된 시간을 이용하여, 예상 위치 데이터 및 예상 속도 데이터의 저장된 수열은, 사각파 피드포워드 신호에 의해 지시되는 가속 비율에 의해 곱해질 때 원하는 예상 위치 및 속도 데이터를 산출하는 수(figure)를 생성하기 위해 액세스된다.
드라이브 모델(가령 202)에 제공되는 사각파 피드포워드 신호(가령 206)는 또한 로우 패스 필터(가령 206)에도 제공된다. 고주파수 성분이 기계적 공진 및 음향 노이즈와 관계되므로, 로우 패스 필터(가령 206)는 사각파의 고주파수 대역을 충분히 약화시킬 수 있는 특성을 가지도록 설계된다. 로우 패스 필터(가령 206)의 출력은 가산기(가령 208)의 제 1 입력으로 제공되며, 가산기(가령 208)의 출력은 서보메카니즘(가령 204)을 구동시키는데 이용된다.
측정 모듈(가령 210)은 가산기(가령 208)의 출력에 연결되고, 또한 서보메카니즘에 연결된다. 측정 모듈은 헤드의 위치와 관련된 정보 및 헤드 위치의 다양한 도함수와 관련된 정보를 생성한다. 측정 모듈(가령 210)의 출력은 에러 신호 생성 모듈(가령 212)에 공급된다.
측정 모듈(가령 210)의 일 실시예에 있어서, 측정 모듈(가령 210)은 평가기(가령 214) 및 변환기(가령 216)을 구비한다. 변환기(가령 216)는 서보메카니즘(가령 204)에 연결되어, 헤드 위치를 지시하는 전기 신호를 생성한다. 이 신호는 측정 모듈의 출력이 됨과 동시에 평가기(가령 214)의 입력이 된다. 평가기(가령 214)는 또한 입력으로서 가산기(가령 208)의 출력을 수신한다. 헤드 속도(헤드 위치의 제 1 도함수)를 생성하는 평가기(가령 214)는 상기 2개의 입력을 이용하여, 변환기(가령 216)에 의해 제공되는 위치 데이터의 백워드 차(backward difference)로서 제 1 도함수가 계산될 때 발생될 수 있는 위상 지연을 제거한다. 헤드 속도도 또한 측정 모듈의 출력으로서 제공된다.
로우 패스 필터 모듈(가령 218)은 드라이브 모델(가령 202)과 연결되어 있다. 로우 패스 필터 모듈(가령 218)은 예상 응답 데이터를 수신하고, 이를 필터링하여 고주파수 성분을 제거한다.
일 실시예에 있어서, 로우 패스 필터 모듈은 2가지 형태의 예상 응답 데이터, 즉 예상 위치 및 예상 속도를 가지고 있다. 로우 패스 필터(가령 220,222)는 각각의 예상 응답 수열을 제공받는다. 각각의 로우 패스 필터(가령 220,222)는 로우 패스 필터(가령 206)와 동일한 특성을 가지고 있다.
에러 신호 생성 모듈(가령 212)은 입력으로서 로우 패스 필터 모듈(가령 218)에서 제공된 데이터 및 측정 모듈(가령 210)에서 제공된 데이터를 수신한다. 에러 신호 생성 모듈(가령 212)은 상응하는 예상 데이터들로부터 측정된 데이터들을 감산하여, 에러 신호를 출력한다.
일 실시예에 있어서, 에러 신호 생성 모듈(가령 212)은 2가지 형태의 예상 응답 신호, 즉 예상 헤드 위치 및 예상 헤드 속도를 가지고 있다. 에러 신호 생성 모듈(가령 212)은 또한 2가지 형태의 측정 데이터, 즉 측정된 헤드 위치 및 측정된 헤드 속도를 가지고 있다. 감산기(가령 224,226)는 각 데이터 집합의 쌍을 제공받아, 각 데이터 집합의 쌍에 상응하는 에러 신호를 생성한다.
보상기 모듈(가령 228)은 에러 신호 생성 모듈(가령 212)에서 생성된 다양한 에러 신호를 수신한다. 보상기 모듈(가령 228)은 각각의 에러 신호를 시스템 안정을 위해 선택된 상수와 곱한다.
일 실시예에 있어서, 보상기 모듈(가령 228)은 2가지 형태의 에러 신호(헤드 위치에 대한 에러 신호 및 헤드 속도에 대한 에러 신호)를 가지고 있다. 각각의 에러 신호 형태를 위하여 2개의 스케일러(가령 230,232)가 보상기 모듈에 구비된다.
디스크 드라이브에 있어 저주파수 자극에 의한 서보메카니즘의 여기를 제어하기 위한 방법은, 저주파수 자극에 대한 서보메카니즘의 응답 모델을 포함할 필요없이, 다음의 단계를 수행함으로써 실행된다. 상기 방법은 서보메카니즘을 여기하도록 의도된 자극의 고주파수 대역을 약화시키는 로우 패스 필터 오퍼레이션(가령 300)으로 개시한다. 그리고, 여기 오퍼레이션(가령 302)은 필터링된 자극에 비례하는 비율로 서보메카니즘을 가속시킨다. 상기 단계는 서보메카니즘을 필터링된 자극에 비례하는 전류로 구동시킴으로써 수행된다.
측정 오퍼레이션(가령 304)은 일정 간격으로 필터링된 자극에 의해 여기된 서보메카니즘의 실제 응답을 측정한다. 상기 단계에서 헤드 위치 및 헤드 속도가 측정될 수 있다. 이러한 응답 중 어떤 것(가령 헤드 위치)은 변환에 의해 직접 측정될 수 있고, 나머지는 서보메카니즘을 여기시키는데 사용된 자극 및 직접 측정된 응답으로부터 평가된다. 예를 들어, 헤드 속도는 서보메카니즘을 여기시키는데 사용된 자극 및 직접 측정된 응답으로부터 평가될 수 있다.
모델링 오퍼레이션(가령 306)은 필터링 되지 않은 자극으로 여기된 서보메카니즘의 다양한 응답을 예측한다. 예상 헤드 위치 및 예상 헤드 속도가 모델링될 수 있다. 모델링 오퍼레이션(가령 306)은 서브 오퍼레이션으로 구성될 수 있으며, 여기서 예상 응답은 가속 기간동안에는 제 1 오퍼레이션에서 예측되지만, 감속 기간동안에는 제 2 오퍼레이션에서 예측된다. 예를 들면, 가속 기간동안에는, 메모리 테이블의 속도값에 액세스하기 위하여 인덱스로서 시간값을 사용하여, 예상 헤드 속도가 헤드의 가속이 개시된 이후 예상 헤드 속도가 시간의 경과에 대한 함수로서 측정될 수 있다. 그러나, 감속 기간동안에는, 메모리 테이블의 속도값에 액세스하기 위하여 인덱스로서 시간값을 사용하여, 예상 헤드 속도가 헤드가 원하는 트랙 위치에 도달할 때까지 잔여 시간의 함수로서 측정될 수 있다. 조사된 속도값은 예상 헤드 속도를 적절히 반영하기 위하여 자극 레벨에 의해 스케일될 필요가 있다.
마찬가지로, 가속 기간동안, 메모리 테이블의 속도값에 액세스하기 위하여 인덱스로서 시간값을 사용하여, 예상 헤드 위치가 헤드의 가속이 개시된 이후 시간의 경과에 대한 함수로서 측정될 수 있다. 그러나, 감속 기간동안에는, 메모리 테이블의 속도값에 액세스하기 위하여 인덱스로서 시간값을 사용하여, 예상 헤드 위치가 헤드가 원하는 트랙 위치에 도달할 때까지 잔여 시간의 함수로서 측정될 수 있다. 감속 기간동안, 예상 위치 값은 예상 헤드의 변위 대신에 헤드의 원하는 위치로부터 헤드의 예상 거리를 반영한다. 그리고, 조사된 위치값은 예상 헤드 위치를 적절히 반영하기 위하여 자극 레벨에 의해 스케일될 필요가 있다.
로우 패스 필터 오퍼레이션(가령 308)에서, 모델링 오퍼레이션(가령 306)에서 예측된 모델링된 예상 응답은 로우 패스 필터 오퍼레이션(가령 300)에서 사용된 것과 동일한 특성을 가지는 필터로 로우 패스 필터링된다. 상기 오퍼레이션은 각각의 예상 응답에 사용되는 하나의 로우 패스 필터로 수행하거나 또는 (각 예상된 응답이 각각 필터링되는) 다수의 로우 패스 필터로 수행할 수 있다.
마지막으로, 조정 오퍼레이션(가령 310)에서, 필터링된 저주파수 자극은 다양한 모델링된 예상 시스템 응답과 그 측정된 대응부 사이에 존재하는 차에 기초하여 변경된다. 상기 조정 오퍼레이션은 특정의 모델링된 예상 시스템 응답과 그 측정된 대응부 사이에 존재하는 차(예들 들면, 예상 헤드 속도와 측정된 헤드 속도 사이의 차 또는 예상 헤드 위치와 측정된 헤드 위치 사이의 차)를 계산하고, 이를 상수로 곱함으로써 수행될 수 있다. 산출된 결과는 필터링된 자극에 가산되고, 이에 의해서 조정이 수행된다.
본 발명이 고유의 특성 뿐만 아니라 전술한 목적 및 장점을 성취하기 위해 잘 적용될 수 있다는 것은 명백하다. 비록 전술한 바람직한 실시예는 본 발명의 개시를 위한 목적으로 설명되었지만, 여기에 개시되고 하기의 청구항으로써 정의된 본 발명의 사상을 벗어나지 않고 이로부터 다양한 변형이 있을 수 있다는 것은 본 기술분야의 당업자에게는 명백한 것이다.

Claims (26)

  1. 저주파수 신호를 가지는 디스크 드라이브에서, 저주파수 신호에 대한 서보메카니즘의 응답 모델을 포함할 필요없이, 단부에 헤드가 장착된 서보메카니즘의 여기를 제어하기 위한 방법으로서,
    a) 필터링된 입력 신호를 생성하기 위하여, 제 1 로우 패스 필터로 고주파수 입력 신호를 필터링하는 단계;
    b) 필터링된 입력 신호로 서보메카니즘을 여기시키는 단계;
    c) 측정된 응답을 생성하기 위하여, 필터링된 입력 신호에 대한 서보메카니즘의 응답을 일정 간격으로 측정하는 단계;
    d) 모델링된 응답을 생성하기 위하여, 고주파수 입력 신호에 대한 서보메카니즘의 응답을 모델링하는 단계;
    e) 모델링 및 필터링된 응답을 생성하기 위하여, 모델링된 서보메카니즘의 응답을 로우 패스 필터로 필터링하는 단계; 및
    f) 모델링 및 필터링된 응답과 서보메카니즘의 측정된 응답 사이의 차에 기초하여 필터링된 입력 신호를 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 서보메카니즘의 여기를 제어하기 위한 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 단계 b)는
    필터링된 입력 신호에 비례하는 전류로 서보메카니즘을 구동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 서보메카니즘의 여기를 제어하기 위한 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 단계 c)는
    g) 일정한 간격으로 헤드의 속도를 측정하는 단계; 및
    h) 일정한 간격으로 헤드의 변위를 측정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 서보메카니즘의 여기를 제어하기 위한 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 단계 g)는
    조정된 입력 신호 및 측정된 헤드의 변위에 기초하여 헤드의 속도를 평가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 서보메카니즘의 여기를 제어하기 위한 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 단계 d)는
    g) 필터링되지 않은 고주파수 입력 신호로 여기된 서보메카니즘에 대한 응답에서 나타나는 헤드의 속도를 모델링하는 단계; 및
    h) 필터링되지 않은 고주파수 입력 신호로 여기된 서보메카니즘에 대한 응답에서 이동하는 헤드의 거리를 모델링하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 서보메카니즘의 여기를 제어하기 위한 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 단계 g)는
    i) 헤드가 가속되는 동안, 저장된 속도 궤도의 집합으로부터 필터링되지 않은 고주파수 입력 신호로 여기된 서보메카니즘에 대한 응답에서 나타나는 헤드의 가속 상태의 속도를 조사하기 위하여, 가속이 개시된 이후에 경과된 시간을 인덱스로서 이용하는 단계; 및
    j) 헤드가 감속되는 동안, 저장된 속도 궤도의 집합으로부터 필터링되지 않은 고주파수 입력 신호로 여기된 서보메카니즘에 대한 응답에서 나타나는 헤드의 감속 상태의 속도를 조사하기 위하여, 헤드가 정지될 때까지의 시간을 인덱스로서 이용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 서보메카니즘의 여기를 제어하기 위한 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 단계 i)는
    k) 저장된 속도 궤도의 집합으로부터 필터링되지 않은 고주파수 입력 신호로 여기된 서보메카니즘에 대한 응답에서 나타나는 헤드의 속도에 비례하는 값을 조사하기 위하여, 가속이 개시된 이후에 경과된 시간을 인덱스로서 이용하는 단계; 및
    l) 필터링되지 않은 고주파수 입력 신호로 여기된 서보메카니즘에 대한 응답에서 나타나는 헤드의 속도를 얻기 위하여 상기 단계 k)의 값을 스케일링하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 서보메카니즘의 여기를 제어하기 위한 방법.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 단계 j)는
    k) 저장된 속도 궤도의 집합으로부터 필터링되지 않은 고주파수 입력 신호로 여기된 서보메카니즘에 대한 응답에서 나타나는 헤드의 속도에 비례하는 값을 조사하기 위하여, 헤드가 정지될 때까지의 시간을 인덱스로서 이용하는 단계; 및
    l) 필터링되지 않은 고주파수 입력 신호로 여기된 서보메카니즘에 대한 응답에서 나타나는 헤드의 속도를 얻기 위하여 상기 단계 k)의 값을 스케일링하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 서보메카니즘의 여기를 제어하기 위한 방법.
  9. 제 5항에 있어서,
    상기 단계 h)는
    i) 헤드가 가속되는 동안, 저장된 변위 궤도의 집합으로부터 필터링되지 않은 고주파수 입력 신호로 여기된 서보메카니즘에 대한 응답에서 이동하는 헤드의 가속 상태의 거리를 조사하기 위하여, 가속이 개시된 이후에 경과된 시간을 인덱스로서 이용하는 단계; 및
    j) 헤드가 감속되는 동안, 저장된 변위 궤도의 집합으로부터 필터링되지 않은 고주파수 입력 신호로 여기된 서보메카니즘에 대한 응답에서 이동하는 헤드의 감속 상태의 거리를 조사하기 위하여, 헤드가 정지될 때까지의 시간을 인덱스로서 이용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 서보메카니즘의 여기를 제어하기 위한 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 단계 i)는
    k) 저장된 변위 궤도의 집합으로부터 필터링되지 않은 고주파수 입력 신호로 여기된 서보메카니즘에 대한 응답에서 이동하는 헤드의 거리에 비례하는 값을 조사하기 위하여, 가속이 개시된 이후에 경과된 시간을 인덱스로서 이용하는 단계; 및
    l) 필터링되지 않은 고주파수 입력 신호로 여기된 서보메카니즘에 대한 응답에서 이동하는 헤드의 거리를 얻기 위하여 상기 단계 k)의 값을 스케일링하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 서보메카니즘의 여기를 제어하기 위한 방법.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 단계 j)는
    k) 저장된 변위 궤도의 집합으로부터 필터링되지 않은 고주파수 입력 신호로 여기된 서보메카니즘에 대한 응답에서 이동하는 헤드의 거리에 비례하는 값을 조사하기 위하여, 헤드가 정지될 때까지의 시간을 인덱스로서 이용하는 단계; 및
    l) 필터링되지 않은 고주파수 입력 신호로 여기된 서보메카니즘에 대한 응답에서 이동하는 헤드의 거리를 얻기 위하여 상기 단계 k)의 값을 스케일링하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 서보메카니즘의 여기를 제어하기 위한 방법.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 단계 e)는
    모델링 및 필터링된 응답을 생성하기 위하여, 모델링된 서보메카니즘의 응답을 제 1 로우 패스 필터로 필터링하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 서보메카니즘의 여기를 제어하기 위한 방법.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 단계 e)는
    모델링 및 필터링된 응답을 생성하기 위하여, 모델링된 서보메카니즘의 응답을 제 1 로우 패스 필터와 동일한 특성을 가지는 로우 패스 필터로 필터링하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 서보메카니즘의 여기를 제어하기 위한 방법.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 단계 f)는
    g) 변위 에러 양을 생성하기 위하여, 모델링된 변위 데이터들로부터 측정된 변위 데이터들을 감산하는 단계;
    h) 속도 에러 양을 생성하기 위하여, 모델링된 속도 데이터들로부터 측정된 속도 데이터들을 감산하는 단계;
    i) 변위 에러 적(product)을 생성하기 위하여, 변위 에러 양을 제 1 상수로 곱하는 단계;
    j) 속도 에러 적을 생성하기 위하여, 속도 에러 양을 제 2 상수로 곱하는 단계;
    k) 변위 에러 적 및 속도 에러 적에 필터링된 입력 신호를 가산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 서보메카니즘의 여기를 제어하기 위한 방법.
  15. 저주파 신호를 가지는 디스크 드라이브에서, 단부에 헤드가 장착된 서보메카니즘의 여기를 제어하기 위한 장치로서,
    a) 고주파수 입력 신호를 필터링하여, 필터링된 입력 신호를 생성하는 제 1 로우 패스 필터;
    b) 제 1 입력으로서 필터링된 입력 신호를 수신하고, 그 출력이 드라이버 및 측정 모듈의 제 1 입력에 동작가능하게 연결된 가산기;
    c) 서보메카니즘을 구동시키는 드라이버;
    d) 서보메카니즘의 다양한 응답을 측정하여 이를 에러 신호 생성 모듈의 제 1 입력에 제공하는 측정 모듈;
    e) 고주파수 입력 신호를 수신하고, 서보메카니즘의 다양한 예상 응답을 모델링하여, 모델링된 응답을 생성하는 서보메카니즘 모델;
    f) 모델링된 응답 출력을 수신하고 고주파수 대역을 약화시켜, 모델링 및 필터링된 응답을 출력하는 로우 패스 필터 모듈;
    g) 제 2 입력에서 필터링 및 모델링된 응답 출력을 수신하여, 보상기의 입력으로 제공될 에러 출력을 계산하는 에러 신호 생성 모듈; 및
    h) 에러 신호 생성 모듈로부터의 에러 출력을 스케일링하여 이를 가산기의 제 2 입력에 제공하는 보상기를 포함하는 것을 특징으로 하는 서보메카니즘의 여기를 제어하기 위한 장치.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 드라이버는 전력 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 서보메카니즘의 여기를 제어하기 위한 장치.
  17. 제 15항에 있어서,
    상기 서보메카니즘은 보이스 코일 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 서보메카니즘의 여기를 제어하기 위한 장치.
  18. 제 15항에 있어서,
    상기 측정 모듈은
    i) 변환을 통해 헤드의 위치를 표현하는 제 1 출력 신호를 생성하기 위한, 상기 서보메카니즘과 동작가능하게 연결된 변환기; 및
    j) 제 1 입력으로서 변환기의 제 1 출력 신호를 수신하고 제 2 입력으로서 가산기의 출력을 수신하여, 헤드의 속도를 계산하는 평가기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 서보메카니즘의 여기를 제어하기 위한 장치.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 서보메카니즘 모델은
    i) 헤드 속도 및 헤드 변위 궤적의 집합으로 미리 로드된 ROM; 및
    j) 헤드가 감속하는 동안, 헤드 속도 및 헤드 변위 모델의 감속 부분을 결정하기 위해 상기 ROM과 동작가능하게 연결된 마이크로프로세서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 서보메카니즘의 여기를 제어하기 위한 장치.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 모델링된 응답 출력은
    i) 모델링된 변위 신호; 및
    j) 모델링된 속도 신호를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 서보메카니즘의 여기를 제어하기 위한 장치.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 로우 패스 필터 모듈은
    i) 모델링된 변위 신호를 수신하여 모델링 및 필터링된 변위 신호를 생성하는, 제 1 로우 패스 필터와 동일한 특성을 가지는 제 2 로우 패스 필터; 및
    j) 모델링된 속도 신호를 수신하여 모델링 및 필터링된 속도 신호를 생성하는, 제 1 로우 패스 필터와 동일한 특성을 가지는 제 3 로우 패스 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 서보메카니즘의 여기를 제어하기 위한 장치.
  22. 제 21항에 있어서,
    상기 에러 신호 생성 모듈은
    i) 피감수 입력으로서 모델링 및 필터링된 변위 신호를 수신하고, 감수 입력으로서 측정 모듈의 제 1 출력을 수신하여, 그 차를 변위 에러 신호로서 생성하는 제 1 감산기; 및
    j) 피감수 입력으로서 모델링 및 필터링된 속도 신호를 수신하고, 감수 입력으로서 측정 모듈의 제 2 출력을 수신하여, 그 차를 속도 에러 신호로서 생성하는 제 2 감산기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 서보메카니즘의 여기를 제어하기 위한 장치.
  23. 제 22항에 있어서,
    상기 보상기는
    i) 변위 에러 신호를 수신하고, 상기 신호를 제 1 상수와 곱하여, 가산기의 제 2 입력으로 제공될 출력을 생성하는 제 1 스케일러; 및
    j) 속도 에러 신호를 수신하고, 상기 신호를 제 2 상수와 곱하여, 가산기의제 3 입력으로 제공될 출력을 생성하는 제 2 스케일러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 서보메카니즘의 여기를 제어하기 위한 장치.
  24. 제 15항에 있어서,
    상기 서보메카니즘 모델은 실시간으로 모델링된 응답 출력을 계산하는 마이크로프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 서보메카니즘의 여기를 제어하기 위한 장치.
  25. 저주파수 자극에 대한 시스템 응답을 저장할 필요없이, 응답이 자극의 스펙트럼 면적에 관하여 선형인, 저주파수 자극에 대한 서보메카니즘의 응답을 모델링하는 방법으로서,
    a) 고주파수 자극에 대한 서보메카니즘의 응답 모델로부터, 고주파수 자극에 대한 시스템의 예상 응답을 생성하는 단계; 및
    b) 서보메카니즘 모델이 기초로 하는 고주파수 자극으로부터 서보메카니즘을 여기시키는데 이용되는 저주파수 자극을 충분히 생성할 수 있는 특성을 가지는 로우 패스 필터로, 고주파수 자극에 대한 시스템의 예상 응답을 필터링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 서보메카니즘의 응답을 모델링하는 방법.
  26. 저주파수 자극에 대한 시스템 응답을 저장할 필요없이, 응답이 저주파수 자극의 스펙트럼 면적에 관하여 선형인, 저주파수 자극에 대한 서보메카니즘의 응답을 모델링하는 제어 시스템으로서,
    a) 서보메카니즘; 및
    b) 고주파수 자극에 대한 서보메카니즘 응답의 저장된 모델로부터 저주파수 자극에 대한 서보메카니즘의 응답을 결정하는 수단을 포함하고,
    이에 의하여 저주파수 자극에 대해 서보메카니즘의 결정된 응답에 밀접하게 접근하는 방식으로 서보메카니즘에 응답을 야기하도록 서보메카니즘의 여기를 제어하는 것을 특징으로 하는 서보메카니즘의 응답을 모델링하는 제어 시스템.
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