KR20020030739A

KR20020030739A - 디스크 저장 시스템에서 반복 학습 제어를 이용한반복가능한 런아웃 보상

Info

Publication number: KR20020030739A
Application number: KR1020017014218A
Authority: KR
Inventors: 퀴앙 비; 케빈 에이. 고메즈; 양콴 첸; 키안켕 오이
Original assignee: 추후; 시게이트 테크놀로지 엘엘씨
Priority date: 1999-05-07
Filing date: 1999-12-29
Publication date: 2002-04-25
Also published as: GB0125938D0; WO2000068939A1; JP2002544639A; GB2364433A; CN1357139A; US6563663B1; DE19983952T1

Abstract

디스크 저장 시스템(100)은 반복가능한 런아웃을 보상하기 위하여 서보 제어 루프(232)를 포함한다. 반복가능한 런아웃은

보상값(k+1) = 보상값(k) + K Φ(z) RRO(k)

형태의 테이블을 이용하여 보상되며, 상기 식에서 K는 학습율(learning rate), k는 반복 지수(iteration number), Φ(z)는 필터, 그리고 RRO(k)는 반복가능한 런아웃 에러이다. 또한, 하기의 부등식

ρ(jw) = ｜1 - K Φ(jw) / (1 + PC(jw))｜ < 1

을 만족하며, 상기 식에서 PC(jw)는 서보 루프의 개루프 주파수 응답이다. 필터는 2차 필터로 구성될 수 있다.

Description

디스크 저장 시스템에서 반복 학습 제어를 이용한 반복가능한 런아웃 보상 {REPEATABLE RUNOUT COMPENSATION USING ITERATIVE LEARNING CONTROL IN A DISC STORAGE SYSTEM}

디스크 드라이브는 디스크상에 형성된 동심원 트랙을 따라서 정보를 판독 및 기록한다. 판독-기록 헤드를 디스크상의 특정 트랙에 위치시키기 위하여, 디스크 드라이브는 통상 디스크상의 구현된 서보 영역을 이용한다. 이러한 구현된 영역은 서보 서브시스템에 의해 이용되어 헤드를 특정 트랙상에 위치시킨다. 서보 영역은 디스크 드라이브가 제조될 때 디스크상에 기록되고, 그 후 위치를 결정하기 위해 디스크 드라이브의 판독-기록 헤드에 의해서 판독된다. 다중-비율(multi-rate) 서보 시스템은 특정 샘플링 비율로 특정 트랙과 관련된 헤드의 위치를 샘플링하고, 측정된 위치 샘플 사이에서 헤드의 위치를 평가함으로써 다중 샘플링 비율로 헤드의 위치를 조정한다.

헤드는 디스크상의 완전한 동심원 경로를 따라서 이동하는 것이 바람직하다. 그러나, 2가지 형태의 에러가 헤드가 이러한 이상적 경로를 추적하는 것을 방해한다. 첫번째 형태의 에러는 서보 기록 프로세스에서 서보 영역의 형성동안 발생하는 기록 에러(written-in error)이다. 기록 에러는 서보 영역을 생성하는데 사용되는 기록 헤드가 항상 완전한 동심원 경로를 추적하지는 않기 때문에 발생한다. 이는 주로 디스크상 헤드의 비행에 있어 공기역학, 디스크의 파동(fluttering), 스핀들 모터의 진동, 디스크의 휨(bending), 헤드를 지지하는데 사용되는 짐벌에 있어 진동 등에 의해서 기록 헤드에 예기치 않은 압력 효과가 가해지기 때문이다. 이러한 장애 때문에, 디스크상에 기록된 트랙은 완전한 동심원 경로가 아니며 디스크의 헤드는 완전한 동심원이 아닌 경로를 추적한다.

동심원 경로를 방해하는 두번째 형태의 에러는 트랙 추적 장애(track following disturbance)로서 알려져 있다. 트랙 추적 에러는 헤드가 서보 영역에 의해 정의된 경로를 추적하기 시작할 때 발생한다. 장애는 기록 에러를 일으키는 동일한 공기역학 및 진동 효과에 의해 야기될 수 있다. 또한, 트랙 추적 에러는, 서보 시스템 대역폭이 제한되기 때문에 그리고 헤드가 서보 영역에 의해 정의된 경로에서 높은 주파수 변화에 충분히 신속하게 응답할 수 없기 때문에 발생될 수도 있다.

여기서, 우리는 기록 에러를 중점적으로 살펴본다. 기록 에러는 종종 반복가능한 런아웃 에러(repeatable runout error)로 언급되는데, 이는 헤드가 트랙을 따라서 통과할 때마다 동일한 위치에서 동일한 에러가 발생되기 때문이다. 트랙 밀도가 증가함에 따라서, 이러한 반복가능한 런아웃 에러는 트랙 피치를 제한하기 시작한다. 특히, 서보 영역에 의해 형성된 이상적 트랙 경로와 실제 트랙 경로 사이의 편차는 내부 트랙 경로와 외부 트랙 경로 사이의 방해를 일으킨다. 이는 제 1 기록 에러가 헤드를 내부 트랙의 이상적 동심원 경로에서 바깥쪽으로 벗어나도록 하고 제 2 기록 에러가 헤드를 외부 트랙의 이상적 동심원 경로에서 안쪽으로 벗어나도록 할 때 특히 심각해진다. 이는 종종 트랙 스퀴즈(track squeeze) 문제로 언급된다. 트랙 피치에 따르는 제한을 극복하기 위해서는, 시스템이 이러한 반복가능한 런아웃 에러를 보상할 필요가 있다.

저장된 보상값을 서보 루프로 삽입함으로써 기록 에러는 보상될 수 있다. 그러나, 보상값의 결정에는 복잡한 계산이 요구되는데, 이는 종종 디스크 저장 시스템에서 수행되기 어렵다. 본 발명은 이러한 또는 또다른 문제들에 대한 간단한 해결책을 제공하며, 종래 기술을 능가하는 유리한 장점들을 제공한다.

본 발명은 일반적으로 디스크 드라이브 데이터 저장 시스템에 관한 것이다. 더욱 상세히는, 본 발명은 서보 시스템에 있어 에러 보상과 관련된 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 디스크 드라이브의 평면도를 도시한 것이다.

도 2는 이상적인 트랙 및 구현된 기록 트랙을 보여주는 디스크 섹션의 평면도를 도시한 것이다.

도 3은 종래 기술에 따른 서보 루프의 블록도를 도시한 것이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 서보 루프의 블록도를 도시한 것이다.

본 발명은 디스크 드라이브에서 기록 반복가능한 런아웃(written-in repeatable runout)에 대한 보상과 관련된 것이다. 본 발명은 전술한 문제점을 해결하는 런아웃 보상을 가지는 디스크 드라이브와 관련된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 디스크 저장 시스템에 반복가능한 런아웃 보상이 제공되어, 디스크 표면상의 트랙과 관련하여 헤드의 위치를 지시하는 서보 위치값이 디스크 표면으로부터 판독된다. 그 후, 보상값 테이블로부터 보상값이 검색되고, 검색된 보상값에 기초하여 서보 위치값이 보상된다.

본 발명의 또다른 실시예에 따르면, 디스크 드라이브는 헤드를 디스크상에 위치시키는 서보 루프를 포함한다. 디스크는 데이터를 트랙상에 저장하고, 상기트랙은 위치를 지시하는 서보 정보를 저장하는 서보 영역을 포함한다. 헤드는 디스크상에 위치한 서보 정보를 감지하여, 이로부터 서보 위치 신호를 생성한다. 서보 위치 신호는 기준 신호와 결합되어, 트랙과 관련된 헤드의 실제 위치 및 원하는 위치 사이의 차이를 나타내는 위치 에러 신호를 생성한다. 서보 컨트롤러는 위치 에러 신호에 응답하여 서보 제어 신호를 생성한다. 서보 제어부와 연결된 액추에이터는 서보 제어 신호에 응답하여 헤드를 이동시킨다. 메모리 또는 서보 영역에 저장된 보상 테이블은 기록 반복가능한 런아웃 보상값을 서보 제어 신호에 제공한다.

본 발명의 특성으로부터의 다양한 특징 및 장점들은 관련 도면을 참조하여 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.

도 1은 베이스 판(102)과 상부 커버(104)(상부 커버 부분은 도면을 명확히 하기 위하여 생략되었다) 및 베이스 판(102)을 구비하는 하우징을 포함하는 디스크 드라이브(100)의 평면도를 도시한 것이다. 디스크 드라이브(100)는 스핀들 모터(미도시) 위에 장착된 디스크 팩(disc pack; 106)을 더 포함한다. 디스크 팩(106)은 중심축에 대하여 함께 회전할 수 있도록 장착된 다수의 개별 디스크를 포함할 수 있다. 각각의 디스크 표면은 디스크 표면과 통신하기 위해 디스크 드라이브(100)에 장착되는 관련 헤드 짐벌 부재(head gimbal assembly; HGA)(112)를 구비한다. 각 HGA(112)는 하나 이상의 판독 및 기록 헤드를 지탱하는 짐벌 및 슬라이더를 포함한다. 각 HGA(112)는 서스펜션(118)에 의해 지지되고, 서스펜션(118)은 일반적으로 액추에이터 부재(122)의 고정부(fixture)로 알려진 트랙 액세스 암(track accessing arm; 120)에 차례로 부착되어 있다.

액추에이터 부재(122)는 보이스 코일 모터(124)에 의해서 샤프트(126)에 대하여 회전하며, 보이스 코일 모터(124)는 서보 제어부(미도시)에 의해서 제어된다. HGA(112)는 디스크의 내경(132) 및 외경(134) 사이에서 정확한 경로(130)를 따라서 이동한다. 헤드가 적절하게 위치될 때, 기록 회로 제어부(미도시)는 디스크 상에 저장을 위하여 데이터를 인코딩하고 인코딩된 신호를 내부 회로(128)를 통하여 HGA(112)의 헤드에 전송하며, 헤드는 정보를 디스크에 기록한다. 또 다른 경우, HGA(112)의 판독 헤드는 저장된 정보를 디스크로부터 판독하고, 복구된 신호를 검출 회로 및 디코더 회로 제어부(미도시)에 전송하여 복구된 데이터 신호를 생성한다.

도 2는 이상적인 완전한 동심원 트랙(200)과 실제의 기록 트랙(202)을 보여주는 디스크 섹션(198)의 단면도를 도시한 것이다. 상기 섹션(198)은 서보 영역 (204) 및 (206)과 같은 방사상으로 연장된 다수의 서보 영역을 포함한다. 이러한서보 영역은 디스크의 섹션(198)을 따라서 실제 트랙(202)의 위치를 식별하는 서보 정보를 포함한다. 통상의 디스크 드라이브에 있어서는 헤드가 실제 트랙(202)을 추적할 것이다.

실제 트랙(202)과 이상적 트랙(200) 사이의 차이로서 정의되는 기록 에러(written-in error)는 서보 기록 프로세스에서 도입된다. 기록 에러는 동일한 에러가 디스크상의 특정 원주 위치에서 발생되기 때문에 반복가능한 런아웃 에러(runout error)로 여겨질 수 있다. 이상적 트랙(200)의 트랙 추적은 실제 트랙(202)의 트랙 추적보다 훨씬 쉽다. 이는 이상적 트랙의 경우에 있어 제어의 기준 신호는 간단한 DC 신호인 반면, 실제 트랙에 있어 제어의 기준 신호는 DC 신호(트랙 200)에 복잡한 AC 신호(기록 에러)가 더해지기 때문이다. 부가되는 복잡한 AC 신호는 컨트롤러에 대해 제어 작업을 증가시킨다. 또한, 만약 서보 대역폭이 제한되고 헤드가 완전하게 실제 트랙(202)을 추적할 수 없다면, 이는 더 큰 헤드 위치 에러 신호(position error signal; PES)를 초래한다.

본 발명에 따르면, 트랙(202)에 대해 기록 또는 판독을 시도하는 헤드는 트랙(202)을 추적하지 않고, 그 대신 완전한 동심원 트랙(200)을 더욱 근접하여 추적한다. 이는 서보 시스템이 트랙(202)의 불규칙적 형태로부터 유발되는 반복가능한 런아웃 에러을 트랙킹하는 것을 방지하는 보상 신호를 이용함으로써 성취될 수 있다. 그 결과, 헤드 PES는 감소된다.

도 3은 종래 기술에 따른 서보 루프(208)의 블록도를 도시한 것이다. 서보 루프는 전달 함수 "C"의 서보 컨틀로러(210) 및 전달함수 "P"의 디스크드라이브(212)를 포함한다. 서보 컨틀로러(210)는 통상 마이크로프로세서 및 몇몇 부가 회로들을 이용하여 구현된다. 디스크 드라이브(212)는 엑추에이터 부재(122), 보이스 코일 모터(124), 트랙 액세스 암(120), 서스펜션(118) 및 헤드 짐벌 부재(112)를 포함하며, 이는 모두 도 1에 도시되어 있다.

서보 컨트롤러(210)는 디스크 드라이브(212)의 보이스 코일 모터를 구동하는 제어 전류(214)를 생성한다. 응답으로서, 디스크 드라이브(212)는 헤드 동작(216)을 일으킨다. 도 3에서 기록 에러 d_w는 만약 도 3의 기준 신호 r(224)가 완전한 동심원 경로로서 취급되었을 경우 분리 입력 신호(separate input signal; 218)를 나타낸다. 헤드 동작(216)으로부터 기록 에러(218)의 분리는 본 발명의 이해를 더욱 쉽게 한다. 또한, 서보 시스템에서 노이즈는 분리되어 노이즈(220)로 나타나고, 이는 헤드 동작에 가산된다. 헤드 동작(216), 기록 에러(218) 및 노이즈(220)의 합은 헤드의 서보 위치 신호(222)를 생성한다. 서보 위치 신호(224)는 헤드의 원하는 위치(기준 신호 r (224))에 기초하여 마이크로프로세서에 의해 생성된 기준 신호(224)에서 감산된다. 기준 신호(224)로부터 감산된 서보 위치 신호(222)는 위치 에러 신호(PES; 226)를 생성하고, 이는 서보 컨트롤러(210)로 입력된다.

종래 기술에 따른 서보 루프에 있어 헤드는 기록 에러에 응답하여 이동할 것이다. 이러한 움직임은 헤드를 이상적인 동심원 트랙 경로를 벗어나 위치시키기 때문에 바람직하지 못하다. 이는 2가지 효과를 초래한다. 첫째, PES는 기록 에러가 존재하지 않을 때 루프에서 PES보다 클 것이고, 이는 디스크 제어에 있어 바람직하지 못하다. 둘째, 제로(0)가 아닌 기록 에러와 등가인, 실제 트랙(202)을 추적하는 것은 트랙 스퀴즈 문제을 일으킨다. 기록 에러에 의해 생성된 원하지 않는 헤드 동작을 제거하기 위하여, 보상 신호를 서보 루프에 삽입하는 본 발명에 따른 피드포워드 제어를 사용할 수 있다. 이러한 감산은 도 4의 서보 루프(232)에 도시되어 있다. 도 4에서, 도 3과 공통적인 요소는 동일한 참조번호를 사용하였다. 보상 신호(228)는 프로세서에서 미리 계산되고, 메모리 또는 하드디스크에 저장된다. 도 4의 서보 루프가 작동할 경우, 보상 신호(228)가 메모리 또는 하드디스크로부터 판독되어 루프로 삽입된다. 특정 트랙에 있어, 보상 신호(228)는 기록 반복가능한 런아웃 값의 테이블을 섹터 번호의 크기와 관련시킨다. 상이한 트랙은 상이한 보상 테이블를 가진다. 이러한 보상 기술은 반복가능한 런아웃(repeatable runout; RRO) 보상 또는 제로 가속 경로(zero acceleration path; ZAP) 보상으로 언급되는데, 이는 헤드가 트랙을 추적할 때 헤드의 가속이 제로(0)인 경향이 있기 때문이다.

본 발명의 일 태양에서 보상 테이블은 반복 학습 제어(Iterative Learning Control; ILC) 구성의 형태이다. ILC는 정규의 피드백 제어 루프에 부가되는 피드포워드 제어이다. 이는 정규 컨트롤러에 의해 수행되는 제어의 반복적 부분을 감소시킨다. 이는 기준 명령 또는 시스템 장애가 반복적인 것일 때 매우 효과적이다. ILC 출력의 공통 제어 업데이트 규칙(updating law)은 하기와 같다.

..... (1)

여기서, U_k(z)는 k 반복(iteration)에서 ILC 명령의 z-변환, K는 학습율(learning rate), Ф(z)는 필터, 그리고 E_k(z)는 제어 에러이다. 업데이트 후에, U_k+1(z)는 정규 피드백 컨트롤러 출력에 가산된다. G(z)를 플랜트 입력 U(z)에서 플랜트 출력 Y(z)로의 z-변환 함수라 하고 z=e^jwt라 두면, 시스템 에러 E_k(z)는 만약 모든 주파수에서 하기 식(2)을 만족할 경우 모든 반복(iteration)을 감소시킬 것이다.

..... (2)

상기 식은 ILC에서 중요한 부등식이다. 상기 조건을 만족하면 각 반복 단계에서 식(1)의 E를 감소시킨다. 어떤 ZAP 보상 구성에서, 보상(또는 ZAP) 테이블은 유사한 업데이트 규칙을 가진다.

또는

..... (3)

여기서, K는 학습율(learning rate),는 사인 삽입 테스트(sine injection test)를 이용하여 측정된, RRO_k(jw)는 k 반복에서 반복가능한 런아웃 RRO_k의 이산 푸리에 변환(discerte Fourier transform; DFT)이다. ZAP(k) 및 RRO_k는 모두 벡터이다. 식(1)과 식(3)을 비교하면,

..... (4)

및..... (5)

을 알 수 있다.

만약, Δ(jw)를 Φ(jw) G (jw) 로 정의하면, 장기간의 안정성 조건(2)은 다음과 같다.

..... (6)

만약, 모든 주파수에서 ρ가 상기 조건을 만족한다면, 런아웃 보상은 각 반복에 있어 모든 주파수에서 반복가능한 런아웃 에러 보상을 줄일 것이다.

따라서, 반복가능한 런아웃(ZAP) 보상은 ILC로 분류될 수 있다. 이상적인 경우로서, 만약 Δ가 1, 즉의 평가가 정확하다면, (0,2)에서 K는 각각의 반복 후에 RRO를 감소시킬 것이다. 그러나, 실제로는, Δ는 대개 주파수에 의존하며 1과는 상당한 차이를 나타낸다. 그러나, 이러한 모델링 미스매치(mismatch)(Δ는 1에 근접하지 않다)는 반복 안정성에 문제되지 않는다. 만약, K가 적절하게 선택되고 조건(2)이 만족된다면, 비록 몇몇 모델링 미스매치가 있더라도 ZAP 보상은 여전히 RRO를 감소시킬 수 있다. 이는 ILC에 있어 중요한 개념이다.

만약, 학습율이 적절하지 않게 선택된다면, RRO의 표준편차는 처음의 몇몇 반복동안 급히 감소할 것이며, 수렴하지 않고 급히 발산하거나 또는 진동할 것이다. 이러한 현상은 또한 반복 학습 제어 영역(Iterative Learning Control aera)의 조사를 통해서 관찰된다. 그 이유는 어떠한 주파수에서 안정 조건이 만족되지 않기 때문이다. 이를 극복하기 위한 몇 가지 기술이 존재한다 (1) 정확하게를 결정하는 방법. 그러나, 이 방법은 몇몇 예에서는 어렵다. (2) 각 반복 단계에서 적절한 학습을 선택하는 방법. 학습율은 고정될 필요가 없으며, 그 시퀀스(sequence)는 각 반복에서 최대의 에러 감소를 얻기 위하여 최적화될 수 있다. (3) 필터링에서 위상 시프트를 줄이기 위해 제로-위상 필터를 사용하는 방법. (4) 불확실성이 큰 주파수에서 학습을 차단(cutoff)하는 방법.

ZAP 보상은 반복 학습 제어(iterative learning control)의 특별한 경우이다. ZAP 보상에서는 요구조건이 ILC와 약간 다르다. ZAP 보상에서 중점적인 것은 다음과 같다. (1) 최소의 반복 단계에서 최대의 RRO 감소를 얻는 방법. (2) 각 반복 단계에서 최대의 RRO 감소. (3) RRO 보상은, (i) RRO의 표준편차가 불안정해지기 전에, 즉 증가하거나 진동하기 전에 또는 (ii) RRO의 표준편차가 요구되는 범위로 감소하기 전에, 정지될 수 있기 때문에 RRO 보상에서 장기간 안정성 문제는 중요하지 않다.

식(1)에서 반복 학습 제어 업데이트 규칙에 근거하여, E_k(z)를 RRO_k(z)로 두고 Φ(z)를 1로 함으로써 가장 간단히 수행되고, 그 결과는 하기와 같다.

..... (7)

그러나, ρ가 낮은 주파수에서보다 훨씬 크기 때문에, 이는 C에서 적분될 때 (통상적으로 진실(true)이다) 성립하지 않는다.

하드 디스크 서보 시스템에서 Φ(z)의 최선의 선택은이며, 여기서또는는 각각 평가된 1+PC 또는 PC 이다.또는는 사인 삽입 테스트로부터 얻을 수 있다. 업데이트 규칙은 하기와 같다.

ZAP(k+1)을 얻기 위해서, RRO_k(jw)를 얻기 위한 RRO_k에 대한 이산 푸리에 변환(DFT)은 수행될 필요가 없으며, ZAP(k+1)에 대한 역 DFT가 수행된다. 그러나, DFT는 시간이 소요되며, 이는 데이터의 실수 및 허수 부분에 대한 변수 공간 뿐만 아니라 아주 큰 코드 공간을 요구한다.는 복소 계산이며, 이는 마이크로프로세서에 의한 보다 복잡한 계산을 요구한다. 계산을 줄이기 위하여, 본 발명에서는 새로운 계산 방법이 사용된다. 주파수 영역에서을 수행하는 대신에, 시간 영역에서 방정식이 수행되고, 계산이 휠씬 간단해 진다. 여기서, 필터 Φ(z)는를 저차 필터, 예컨대 2차 필터로 근사화(fitting)함으로써 얻어진다.는 사인 삽입 테스트 또는 동적 신호 분석(Dynamic Signal Analyzer; DSA)으로부터 얻어진다고 가정하자. 저차 필터 Φ(z)를 구하기 위해,의 저주파수 부분을 2차 s-변환 함수로 변환하는 MATLAB의 'invfreqs' 함수를 사용하고, 그 후 MATLAB의 'c2dm'('tustin') 함수를 사용하여 Φ(z)를 얻을 수 있다. 또는, MATLAB의 Mu-toolbox에서 'sysfit'를 사용하여에 기초하여 Φ(z)가바로 계산될 수도 있다. 주파수 응답, 예컨대를 상이한 주파수에서 상이한 가중치(weighting)를 가지는 z-변환 함수로 직접 변환하기 위해 프로그램이 또한 기록될 수 있다. ZAP 테이블 업데이트 규칙은 하기와 같다.

..... (8)

여기서는 단지 몇 번의 실수 덧셈 및 곱셈이 수행된다. 코드 및 데이터 공간에 대한 요구조건이 완화되고, 계산 시간이 크게 줄어든다. 학습율 K는 식(2)에서 ρ가 1보다 작도록 선택될 수 있다. ZAP 테이블은 Φ(z) 및 학습율을 이용하는 식(8)을 사용하여 만들어질 수 있다. 수행 단계는 다음과 같이 요약된다.

(1) 스핀들 주파수(f_s)의 모든 고조파에서, 서보 시스템의 나이퀴스트 주파수(N/2ㆍf_s)까지,, w = mㆍ(2πf), m= 1,...,N/2 를 계산한다. 여기서, N은 섹터 번호이다.

(2) MATLAB의 'invfreqs' 및 'c2dm'을 이용하거나 또는 다른 근사화 알고리즘(fitting algorithm)을 이용하여,의 저주파수 부분을 저차 필터Φ(z)로 근사화한다.

(3) 조건(2)를 만족하는 적절한 학습율을 선택한다.

(4) 반복 k=0 으로 설정한다. 비교값(0)=0 로 초기화한다. (기록 반복가능한 런아웃(WI-RRO) 정정을 삽입하지 않고) PES 데이터의 R회전을 수집하고, RRO(k)를 계산한다.

(5) 디지털 필터 Φ(z)를 통해서 RRO(k)를 전송하고, 식(8)에서 ZAP(k+1)를 계산한다.

(6) WI-RRO 정정 신호 ZAP(k+1)을 삽입하는 동안 PES 데이터의 R 회전을 수집한다.

(7) RRO를 계산한다. 만약 RRO의 표준편차가 임계값보다 크면, k=k+1로 하고 단계 4에서 반복을 계속한다. 그렇지 않으면, ZAP를 최종 ZAP(k+1)로 설정한다.

Φ(z)와 1+P(jw)C(jw) 사이의 모델 매치는 학습율 K가 적절하게 선택되는 한 중요하지 않다. 비록 Φ(z) 근사화가 마이크로프로세서를 복잡하게 할 수 있지만, 이는 통상 드라이브에 대해 단지 한 번만 수행되고, 일반적인 개인용 컴퓨터(PC)상에서 계산이 수행될 수 있다. 근사화 후에, 필터 Φ(z)의 파라미터는 마이크로프로세서로 전송될 수 있다. 표준편차를 최대한 줄이기 위하여, 상이한 반복 단계에서 상이한 K가 선택될 수 있다.

RRO를 디지털 필터 Φ(z)에 통과시킬 때 초기의 과도 현상을 제거하기 위하여, 정규 신호 프로세싱(normal signal processing) 방법이 사용될 수 있다. 하나의 간단한 기술로는 2주기에 걸쳐서 RRO를 복사하고, 2주기의 RRO를 필터링하고, 그리고 필터링된 출력으로서 2번째 주기의 출력을 검색하는 것이다. 상이한 드라이브에 대해서는, 루프 주파수 응답에 따라서 Φ(z)의 상이한 구조가 고려될 수 있다. 종래 기술이 모든 트랙에 대하여 푸리에 변환을 요구하는 반면, 본 발명에 따르면 필터 모델링에 있어 근사화 계산은 드라이버에 대해 단지 한 번 수행된다.

제 2 실시예에서,를 저차 필터로 근사화하는 대신에 P(jw)C(jw)가 저차 필터 예컨대 2차 필터로 근사화된다. P(jw)C(jw)는 사인 삽입 테스트 또는 동적 신호 분석으로부터 얻어질 수 있다. 업데이트 규칙은 하기와 같다.

..... (9)

이는 보다 일반적인 경우이다. 필터 F(z)를 구하기 위해, 제 1 실시예에서와 동일한 방식으로, MATLAB 'invfreqs' 함수를 사용하여 P(jw)C(jw)의 저주파수 부분을 2차 F(z)로 변환할 수 있다. 식(2)의 ρ가 1보다 작은가를 결정하기 위해, 학습율이 선택되고 체크된다. F(z)와 함께, 상기 단계들은 방정식 (9)에서 정의된 보상 테이블을 만드는 데 사용될 수 있다. 학습율 K₁및 K₂는 서로 다를 수 있다.

본 발명의 일 태양에 따르면, 회전하는 디스크(198) 표면상의 트랙(202)과 관련하여 헤드(112)를 위치시키기 위한 서보 루프(232)를 가지는 디스크 드라이브(100)에서 기록 반복가능한 런아웃(RRO) 에러를 보상하는 방법을 제공한다. 서보 위치값은 디스크 표면으로부터 판독되며, 이는 트랙(202)과 관련하여 헤드(112)의 위치를 지시한다. ZAP 보상값은 ZAP값 테이블에서 검색되어 서보 위치값을 보상하는데 사용된다. ZAP값은

ZAP(k+1) = ZAP(k) + K Φ(z) RRO(k)

의 형태이고, 상기 식에서 K는 학습율, k는 반복 지수, Φ(z)는 필터, 그리고 RRO(k)는 PES 반복가능한 런아웃 에러이다. 또한, 하기의 부등식

ρ(jw) = ｜1 - K Φ(jw) / (1 + PC(jw))｜ < 1

을 만족하고, 상기 식에서 PC(jw)는 서보 루프(232)의 개루프 주파수 응답이다. Φ(z)는 1+PC(jw) 또는 PC(jw)로 근사화되는 저차 필터, 예컨대 2차 필터로 구성될 수 있다. 디스크 드라이브(100) 스핀들 주파수의 고조파에서 1+PC(jw) 또는 PC(jw)의 값을 측정함으로써 근사화는 수행된다. 이는 서보 루프(232)에 인가되는 사인파 삽입 테스트를 이용하여 결정될 수 있다. 상기 부등식은 학습율 K를 적절하게 선택하므로써 만족될 수 있다. 본 발명의 또다른 태양에 따르면, 트랙(202)상에 데이터를 저장할 수 있는 디스크(198)를 구비하는 디스크 드라이브(100)가 제공된다. 트랙은 위치를 지시하는 서보 정보를 저장하는 서보 영역을 포함한다. 디스크(198)상에 위치한 서보 정보를 감지하고 서보 위치 신호(222)를 생성하기 위해 헤드(112)가 구비된다. 서보 위치 신호(222)는 기준 신호(224)와 결합되어, 트랙(202)과 관련하여 헤드의 실제 위치와 원하는 위치 사이의 차이를 나타내는 위치 에러 신호(PES)(226)를 생성한다. 서보 컨트롤러(210)는 위치 에러 신호(226)에 응답하여 서보 제어 신호(214)를 생성한다. 서보 컨트롤러(210)와 연결된 액추에이터(122)는 서보 제어 신호(214)에 응답하여 헤드(112)를 이동시킨다. 메모리 또는 디스크상에 저장된 보상(ZAP) 테이블(229)은 기록 반복가능한 런아웃 보상값을 서보 제어 신호에 제공한다. ZAP값은

ZAP(k+1) = ZAP(k) + K Φ(z) RRO(k)

의 형태이고, 상기 식에서 K는 학습율, k는 반복 지수, Φ(z)는 필터, 그리고 RRO(k)는 반복가능한 런아웃이다. 또한, 하기의 부등식

ρ(jw) = ｜1 - K Φ(jw) / (1 + PC(jw))｜ < 1

을 만족하고, 상기 식에서 PC(jw)는 서보 루프(232)의 개루프 주파수 응답이다. Φ(z)는 1+PC(jw) 또는 PC(jw)로 근사화되는 2차 필터로 구성하는 것이 바람직하다. 상기 부등식은 학습율 K를 적절하게 선택하므로써 만족될 수 있다.

본 발명에 따른 여러가지 특성 및 장점이 본 발명의 다양한 실시예에서 나타난 구조 및 기능을 참조하여 상세하게 설명되었지만, 여기에 개시된 것은 단지 설명을 위한 것이고, 하기의 청구항으로써 정의된 본 발명의 사상을 벗어나지 않고 이로부터 다양한 변형(특히 본 발명의 사상의 범위내에서 일부의 구조 또는 배열을 변경하는 것)이 있을 수 있다는 것은 본 기술분야의 당업자에게는 명백한 것이다. 예를 들면, 다른 형태의 필터나 근사화 기술이 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 보상값을 결정하는데 이용될 수 있다. 여기에서 참조되고 도면으로 도시된 개별 블록들은 단지 설명을 위한 것이고, 다른 구현체도 사용될 수 있는 것이다.

Claims

회전하는 디스크 표면상의 트랙과 관련하여 헤드를 위치시키기 위한 서보 루프를 가지는 디스크 드라이브에서 반복가능한 런아웃(RRO) 에러를 보상하는 방법으로서,

(a) 트랙과 관련하여 헤드의 위치를 지시하는, 디스크 표면으로부터 서보 위치값을 검색하는 단계;

(b) ZAP값의 테이블로부터 보상(ZAP)값을 검색하는 단계; 및

(c) ZAP값으로 서보 위치값을 보상하는 단계를 포함하고;

(d) 여기서 ZAP값은

ZAP(k+1) = ZAP(k) + K Φ(z) RRO(k)

의 형태이고, 상기 식에서 K는 학습율, k는 반복 지수, Φ(z)는 필터, 그리고 RRO(k)는 반복가능한 런아웃 에러이며, 하기의 부등식

ρ(jw) = ｜1 - K Φ(jw) / (1 + PC(jw))｜ < 1

을 만족하고, 상기 식에서 PC(jw)는 서보 루프의 개루프 주파수 응답인 것을 특징으로 하는 보상 방법.
제 1항에 있어서,

상기 필터 Φ(z)는 저차 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 보상 방법.
제 2항에 있어서,

상기 (1 + PC(jw))를 저차 필터로 근사화함으로써 저차 필터를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 보상 방법.
제 3항에 있어서,

상기 근사화 단계는 디스크 드라이브의 스핀들 주파수의 고조파에서 (1 + PC(jw))를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 보상 방법.
제 1항에 있어서,

상기 부등식 ρ(jw) = ｜1 - K Φ(jw) / (1 + PC(jw))｜ < 1 을 만족하도록 K 값을 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 보상 방법.
제 3항에 있어서,

2차 필터의 함수로서 ZAP값을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 보상 방법.
제 2항에 있어서,

개루프 주파수 응답 PC(jw)을 저차 필터로 근사화함으로써 2차 필터를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 보상 방법.
제 7항에 있어서,

상기 근사화 단계는 디스크 드라이브의 스핀들 주파수의 고조파에서 개루프 주파수 응답 PC(jw)를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 보상 방법.
제 3항에 있어서,

상기 (1 + PC(jw))는 사인파 삽입 테스트에 의해 측정되는 것을 특징으로 하는 보상 방법.
제 7항에 있어서,

상기 개루프 주파수 응답 PC(jw)은 사인파 삽입 테스트에 의해 측정되는 것을 특징으로 하는 보상 방법.
제 7항에 있어서,

저차 필터의 함수로서 ZAP값을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 보상 방법.
정보를 저장하기 위한 디스크 드라이브로서,

트랙상에 데이터가 저장되는 디스크를 포함하는데, 상기 트랙은 위치를 지시하는데 이용되는 서보 정보를 저장하는 서보 영역을 포함하고;

디스크상에 위치한 서보 정보를 감지하여 이로부터 서보 위치 신호를 생성하는 헤드를 포함하는데, 상기 서보 위치 신호는 기준 신호와 결합하여 트랙과 관련된 헤드의 실제 위치 및 원하는 위치 사이의 차이를 지시하는 위치 에러 신호를 생성하고;

수신된 위치 에러 신호에 응답하여 서보 제어 신호를 생성하는 서보 컨트롤러를 포함하고;

상기 서보 컨트롤러와 연결된 액추에이터를 포함하는데, 상기 액추에이터는 서보 제어 신호에 응답하여 헤드를 이동시키고; 그리고

보상(ZAP) 테이블을 포함하는데, 상기 보상(ZAP) 테이블은 기록 반복가능한 런아웃 ZAP값을

ZAP(k+1) = ZAP(k) + K Φ(z) RRO(k)

의 형태로 서보 제어 신호에 제공하고, 상기 식에서 K는 학습율, k는 반복 지수, Φ(z)는 필터, 그리고 RRO(k)는 반복가능한 런아웃 에러이며, 하기의 부등식

ρ(jw) = ｜1 - K Φ(jw) / (1 + PC(jw))｜ < 1

을 만족하고, 상기 식에서 PC(jw)는 서보 루프의 개루프 주파수 응답인 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
제 12항에 있어서,

상기 필터 Φ(z)는 저차 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
제 13항에 있어서,

상기 저차 필터는 (1 + PC(jw))로 근사화되는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
제 12항에 있어서,

상기 K값은 상기 부등식 ρ(jw) = ｜1 - K Φ(jw) / (1 + PC(jw))｜ < 1 을 만족하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
제 13항에 있어서,

상기 저차 필터는 개루프 주파수 응답 PC(jw)로 근사화되는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
제 13항에 있어서,

상기 ZAP값은 저차 필터의 함수인 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
디스크 드라이브로서,

트랙과 관련하여 헤드의 위치를 제어하는 서보 컨트롤러 및 헤드를 포함하는 서보 루프; 및

기록 반복가능한 런아웃을 보상하기 위하여 상기 서보 루프와 연결된 보상 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브.