KR20020031107A - 액추에이터 포화동안 서보 안정성을 유지시키기 위한 장치및 방법 - Google Patents

액추에이터 포화동안 서보 안정성을 유지시키기 위한 장치및 방법 Download PDF

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KR20020031107A
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Abstract

본 발명은 디스크 드라이브(100)에서 서보 루프의 안정성을 유지하면서 헤드(110)를 디스크(106)상으로 위치시키는 장치 및 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 장치는 디스크상에서 헤드를 이동시키는 큰 스케일 액추에이터(308) 및 마이크로-액추에이터(314)를 구비하는 액추에이터-헤드 어셈블리(310)를 포함한다. 안티-와인드업 보상 컴포넌트(312, 322, 320)는 마이크로-액추에이터 컨트롤러(304)가 마이크로-액추에이터(314)를 포화시키는 마이크로-액추에이터 제어값을 생성하는 때를 검출한다. 마이크로-액추에이터 제어값을 이용하여, 안티-와인드업 보상 컴포넌트는 포화 트랙킹 에러 신호 δyaw(k)를 생성한다. 그리고, 합 컴포넌트(318)는 헤드가 디스크상의 자신의 위치에 기초하여 생성한 위치값을 포화 트랙킹 에러 신호와 결합하여 마이크로-액추에이터의 포화를 마스크하는 위치 에러값을 생성한다.

Description

액추에이터 포화동안 서보 안정성을 유지시키기 위한 장치 및 방법 {METHOD AND APPARATUS FOR MAINTAINING SERVO STABILITY DURING ACTUATOR SATURATION}
컴퓨터 디스크 드라이브에서, 데이터는 동심원 트랙의 컴퓨터 디스크상에 저장된다. 비교적 높은 트랙 밀도를 가지는 디스크 드라이브에서는 판독 및 기록 오퍼레이션동안 헤드를 원하는 트랙상에 유지시키기 위하여 서보 피드백 루프가 사용된다. 이는 디스크상에 산재된 섹터 또는 전용의 서보 디스크에 미리 기록된 서보 정보를 이용하여 수행된다. 트랙 추종동안, 헤드에 의해 감지된 서보 정보는 복조되어, 헤드와 트랙 중심 사이의 거리를 지시하는 위치 에러 신호(PES)를 생성한다. 그리고, PES는 액추에이터 제어 신호로 변환되어, 헤드를 위치시키는 액추에이터를 제어하는데 사용된다.
과거에는 단지 하나의 액추에이터(전형적으로는 보이스 코일 모터)가 헤드를 위치시키는데 사용되었다. 그러나, 최근에는 마이크로-액추에이터가 개발되어 보이스 코일 모터와 함께 헤드를 위치시키는데 이용되고 있다. 마이크로-액추에이터는 작기 때문에, 일반적으로 보이스 코일 모터보다 양호한 주파수 응답을 가진다.이런 점에서, 마이크로-액추에이터는 고주파수 제어 신호를 잘 추종할 수 있다.
비록 마이크로-액추에이터가 보이스 코일 모터보다 양호한 주파수 응답을 가지지만, 마이크로-액추에이터는 보다 제한된 동작 범위를 가진다. 마이크로-액추에이터가 동작 범위의 한계에 도달한 경우, 마이크로-액추에이터에 대한 제어 신호를 증가시키더라도 마이크로-액추에이터는 더 이상 움직이지 않는다. 이러한 상태를 마이크로-액추에이터가 포화(saturation)되었다고 한다.
마이크로-액추에이터가 서보 루프에서 포화되었을 때, 이는 2가지 문제를 야기한다. 첫째, 서보 루프의 안정성은 마이크로-액추에이터의 반응을 포함하여 설계되었기 때문에, 마이크로-액추에이터가 포화되면 이는 전체 서보 루프를 불안정하게 할 수 있다. 둘째, 마이크로-액추에이터에 대응하는 액추에이터 컨트롤러는 통상 몇몇 형태의 이전 상태(past state) 피드백을 포함한다. 마이크로-액추에이터가 컨트롤러에 의해 설정된 위치를 이동시킬 수 없을 때, 컨트롤러에 저장된 이전 상태는 더 이상 헤드의 움직임을 제어하지 못한다. 이전 상태에 있어 이러한 불일치는 컨트롤러에 대한 입력이 마이크로-액추에이터의 포화를 야기하는 값 이하로 떨어진 후에도 컨트롤러의 수행에 영향을 미친다. 이전 상태 불일치에 의해 발생된 에러를 와인드업(windup)이라 한다.
종래 기술의 시스템은 마이크로-액추에이터 및 보이스 코일 모터 컨트롤러의 이득을 보정함으로써 불안정성(unstability) 및 와인드업을 방지하려고 시도하였다. 비록 이러한 시스템은 마이크로-액추에이터 포화는 예방할 있지만, 이는 마이크로-액추에이터를 포화시키지 않는 제어 신호에 대해서도 마이크로-액추에이터가양호하게 응답하지 못하게 하므로 서보 루프의 전체 수행을 또한 감소시킨다.
따라서, 마이크로-액추에이터가 포화인 경우에도 불안정성 및 와인드업을 방지할 수 있으며 마이크로-액추에이터가 포화되지 않았을 경우에는 서보 루프의 전체 수행에 영향을 미치지 않는 서보 시스템이 요구된다.
본 발명은 디스크 드라이브와 관련된 것이다. 특히, 본 발명은 서보 시스템과 관련된 것이다.
도 1은 본 발명의 일 태양에 따른 사시도이다.
도 2는 종래 기술의 서보 루프 블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른 안티-와인드업 보상을 가진 서보 루프의 블록도이다.
도 4는 포화 오퍼레이터의 전달함수 그래프이다.
도 5는 서보 루프에서 와인드업을 감소시키는 프로세스의 흐름도이다.
도 6은 종래 기술에 따른 서보 루프에 있어서 회전 가속도에 대한 위치 에러의 그래프이다.
도 7은 본 발명에 따른 서보 루프에 있어서 회전 가속도에 대한 위치 에러의 그래프이다.
본 발명은 디스크 드라이브에서 서보 루프의 안정성을 유지하면서 헤드를 디스크상으로 위치시키는 장치 및 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 장치는 디스크상에서 헤드를 이동시키는 큰 스케일 액추에이터 및 마이크로-액추에이터를 구비하는 액추에이터-헤드 어셈블리를 포함한다. 안티-와인드업(anti-windup) 보상 컴포넌트는 마이크로-액추에이터 컨트롤러가 마이크로-액추에이터를 포화시키는 마이크로-액추에이터 제어값을 생성하는 때를 검출한다. 마이크로-액추에이터 제어값을 이용하여, 안티-와인드업 보상 컴포넌트는 포화 트랙킹 에러 신호를 생성한다. 그리고, 합 컴포넌트는 헤드가 디스크상의 자신의 위치에 기초하여 생성한 위치값을 포화 트랙킹 에러 신호와 결합하여 마이크로-액추에이터의 포화를 마스크하는 위치 에러값을 생성한다.
도 1은 본 발명에 유용한 디스크 드라이브(100)의 사시도이다. 디스크 드라이브(100)는 베이스(102) 및 상부커버(미도시)를 구비한 하우징을 포함한다. 디스크 드라이브(100)는 또한 디스크 팩(106)을 포함하는데, 이는 디스크 클램프(108)데 의해 스핀들 모터(미도시)에 장착된다. 디스크 팩(106)은 동일한 중심축(109)에 대하여 회전하도록 장착된 다수의 개별 디스크를 포함한다. 각각의 디스크 표면은 디스크 표면과의 통신을 위해 디스크 드라이브(100)에 장착되는 관련 디스크 헤드 슬라이더(110)를 가진다. 도 1에 도시된 예에서, 슬라이더(110)는 액추에이터(116)의 트랙 액세싱 암(114)에 차례로 부착된 서스펜션(112)에 의해 지지된다. 도 1의 액추에이터는 공지된 회전 동작식 코일 액추에이터 방식이며, 도면부호 118로 표시된 보이스 코일 모터(VCM)를 포함한다. 보이스 코일 모터(118)는 헤드(110)가 부착된 액추에이터(116)를 피봇축(120)에 대하여 회전시켜, 디스크의 내경(124) 및 외경(126) 사이의 아치형 경로(122)를 따라서 원하는 데이터 트랙상에 헤드(110)를 위치시킨다. 보이스 코일 모터(118)는 헤드(110) 및 호스트 컴퓨터(미도시)에 의해 생성된 신호에 기초하여 서보 전자장치(130)에 의해 구동된다.
도 2는 종래 기술의 서보 전자장치(130)에서 사용되는 서보 루프(202)의 블록도이다. 서보 루프의 정확한 구조는 본 발명에 중요하지 않기 때문에 여기서는 간단하게 도시하였다. 당업자는 서보 루프가 도 2에 도시된 것보다는 훨씬 복잡하다는 것을 알 것이다.
도 2에서, 서보 루프(202)는 디스크상의 헤드에 대한 원하는 위치를 지시하는 기준 신호(REF)를 수신하는 합접점(summing node; 210)을 포함한다. 하기에 설명된 바와 같이, 합접점(210)은 기준 신호를 위치 신호와 결합하여 위치 에러 신호를 디지털 컨트롤러(204)에 제공한다. 디지털 컨트롤러(204)는 보이스 코일 모터 컨트롤러(206) 및 마이크로-액추에이터 컨트롤러(208)을 포함하며, 이들은 각각 위치 에러 신호를 수신한다. 보이스 코일 모터 컨트롤러(206)는 위치 에러 신호에 기초하여 디지털 제어값을 생성하고, 이는 액추에이터-헤드 어셈블리(214)의 보이스 코일 모터(212)에 제공된다. 유사하게, 마이크로-액추에이터 컨트롤러(208)도 디지털 제어값을 생성하여 액추에이터-헤드 어셈블리(214)의 마이크로-액추에이터(216)에 제공한다.
제어값은 보이스 코일 모터(212) 및 마이크로-액추에이터(216)를 제어하여, 디스크상의 헤드의 위치를 변화시킨다. 특히, 헤드의 움직임은 보이스 코일 모터에 의한 헤드의 움직임과 마이크로-액추에이터에 의한 헤드의 움직임의 합이다. 이 합의 효과는 도 2에서 합접점(218)으로 표현하였다.
디스크 드라이브에 저장된 서보 패턴을 이용하여, 헤드는 트랙 중심으로부터 헤드의 거리를 나타내는 아날로그 신호를 생성한다. 이 아날로그 신호는어셈블리(214)내에서 디지털 신호로 변환되고, 디지털 신호(y)는 합접점(210)으로 피드백된다. 그리고, 합접점(210)은 기준 신호로부터 디지털 신호를 빼서 위치 에러 신호(PES)를 생성한다.
도 2에서 폐루프 이득은 다음과 같다.
..... (1)
여기서, Hloop(z)는 서보 루프의 폐루프 이득을 나타내고, "Kvcm(z)" 및 "Kpzt(z)"는 각각 보이스 코일 모터 컨트롤러(206) 및 마이크로-액추에이터 컨트롤러(208)의 이산시간 전달함수를 나타내고, "Gvcm(z)" 및 "Gpzt(z)"는 각각 보이스 코일 모터 및 마이크로-액추에이터(216)의 이산시간 전달함수를 나타낸다.
서보 루프의 안정성(stability)은 방정식 (1)의 분모에 의해 결정된다. 따라서, 안정성은 마이크로-액추에이터의 전달함수 "Gpzt(z)"에 의존한다. 설계 과정에서, 설계자는 일반적으로 마이크로-액추에이터의 전달함수는 이에 제공되는 제어 신호의 크기에 상관없이 동일하다고 가정한다. 그러나, 대부분의 마이크로-액추에이터를 구성하는 압전 크리스탈은 스트로크(stroke)가 제한되어 있다. 따라서, 제어 신호가 임계값을 초과할 때, 마이크로-액추에이터의 전달함수는 갑자기 변한다. 특히, 제어 신호의 크기에 있어 부가적인 증가가 마이크로-액추에이터를 이동시키지 않도록 전달함수는 변한다. 마이크로-액추에이터가 자신의 응답 능력을 넘어서 구동되는 경우를 포화라고 말한다.
서보 루프의 안정성은 마이크로-액추에이터의 전달함수에 의해 좌우되기 때문에, 마이크로-액추에이터 전달함수의 갑작스런 변화는 서보 루프를 불안정한 상태로 만들 수 있다. 따라서, 마이크로-액추에이터가 포화되면, 전체 서보 루프는 불안정해질 수 있다.
또한, 컨트롤러는 보통 상태 정보를 포함하기 때문에 서보 루프의 이전 상태에 의해 영향을 받을 수 있다. 마이크로-액추에이터가 제어 신호에 대하여 충분히 응답할 수 없을 경우, 컨트롤러에 저장된 이전 상태는 헤드의 움직임을 더이상 정확하게 제어하지 못한다. 따라서, 컨트롤러의 상태는 포화동안에 바이어스된다. 비록 마이크로-액추에이터가 포화에서 벗어난 후에도, 바이어스된 이전 상태는 얼마동안 컨트롤러에 남게되며 컨트롤러의 수행에 부정적인 영향을 미친다. 이러한 상황을 종종 와인드업이라 한다.
와인드업의 한가지 해결책은 회전 진동과 같은 불안정한 경우에도 마이크로-액추에이터가 포화되지 않도록 마이크로-액추에이터 컨트롤러를 설계하는 것이다. 그러나, 이를 위하여는 컨트롤러의 설계에 부가적인 제약이 가해져야 한다. 또한, 마이크로-액추에이터 전달함수는 불안정한 경우가 존재하지 않는 경우에도 서보 루프의 수행이 영향을 받도록 변화된다.
도 3은 본 발명에 따른 서보 루프(301)의 블록도를 도시한 것으로, 마이크로-액추에이터 컨트롤러에 부가적인 제약을 가하지 않고 서보 루프의 수행에 전체적으로 영향을 미치지 않으면서 마이크로-액추에이터가 포화되지 않도록 한다.도 3에서 합접점(300)은 기준값 r(k)와 수정된 피드백 값 yc(k)을 결합한다. 합접점(300)의 출력은 위치 에러 값(303)이고, 이는 디지털 컨트롤러(306)의 보이스 코일 모터 컨트롤러(302) 및 마이크로-액추에이터 컨트롤러(304)에 제공된다. 위치 에러 값에 기초하여 보이스 코일 모터 컨트롤러(302)는 보이스 코일 제어값 Uvcm(k)을 생성하며, 이는 액추에이터-헤드 어셈블리(310)의 보이스 코일 모터(308)에 제공된다. 유사하게, 마이크로-액추에이터 컨트롤러(304)도 위치 에러 값에 기초하여 마이크로-액추에이터 제어값 Upzt(k)를 생성한다.
마이크로-액추에이터 제어값은 마이크로-액추에이터에 직접 제공되지 않는다. 대신에, 제어값은 포화로 인한 마이크로-액추에이터의 비선형 동작을 표현하는 포화 오퍼레이터(312)를 통과한다. 특히, 포화 오퍼레이터(312)은 포화 제어값 Us pzt를 제공하고, 이는 다음과 같다.
..... (2)
여기서, Us pzt는 포화 오퍼레이터(312)의 출력이고, Upzt는 포화 오퍼레이터(312)의 입력이며, Uh는 마이크로-액추에이터가 포화일 때 양의 임계 포화값이고, Ul은 마이크로-액추에이터가 포화일 때 음의 임계 포화값이다. 이러한관계는 도 4에 그래프로 나타나 있으며, 여기서 Us pzt는 수직축(400)에 Upzt는 수평축(402)에 나타나 있다.
포화 오퍼레이터(312)의 출력은 액추에이터-헤드 어셈블리(310)의 마이크로-액추에이터(314)에 제공된다. 마이크로-액추에이터(314)는 수정된 제어 신호에 기초하여 헤드를 움직인다. 이 움직임은 도 3의 합접점(316)에서 나타난 바와 같이 보이스 코일 모터(308)에 의해 생성된 움직임과 결합된다. 새로운 위치에서, 헤드는 위치값 y(k)를 생성하고, 이는 서보 펌웨어(미도시)로 출력되고 합접점(318)으로 피드백된다.
합접점(318)은 또한 마이크로-액추에이터의 포화로부터 야기되는 헤드 위치에서 계산된 편차(트랙킹 에러) δyaw(k)를 수신한다. 이 계산된 편차는 포화 오퍼레이터(312)에 제공된 제어값과 포화 오퍼레이터(312)의 출력 사이의 차 Δpzt(k)에 기초하여 와인드업 보상기(320)에서 생성된다. 도 3에서, 상기 차는 합접점(322)에서 생성된다.
대부분의 실시예에 있어서, 마이크로-액추에이터가 포화되지 않았을 경우 안티-와인드업 보상기(320)의 출력이 헤드가 이동한 거리를 표현하도록 안티-와인드업 보상기(320)는 마이크로-액추에이터(314)의 전달함수를 모델화한다. 접점(318)에서 합 오퍼레이션의 순수한 효과는 컨트롤러로부터의 마이크로-액추에이터 포화에 기인한 플랜트 성능의 저하를 보상하는 것이다. 이러한 저하를 보상함으로써, 보상기(320)는 와인드업을 예방할 수 있고, 안정한 범위에서 서보 루프의 오퍼레이팅을 유지할 수 있다.
포화동안, 보상기(320)의 효과는 출력 위치값 y(z)의 성분을 조사함으로써 수학적으로 계산될 수 있다. 도 3에서 이는 다음과 같다.
..... (3)
여기서, e(z)는 합접점(300)에서 출력된 이산-시간 신호 e(k)의 z 변환이며, 이는 다음과 같이 정의된다.
..... (4)
여기서, Kvcm및 Kpzt는 각각 보이스 코일 컨트롤러와 마이크로-액추에이터 컨트롤러의 전달함수이고, Gvcm(z) 및 Gpzt(z)는 각각 보이스 코일과 마이크로-액추에이터의 전달함수이며,는 안티-와인드업 보상기의 전달함수이고, r(z)는 기준 신호의 z 변환이며, Δpzt(z)는 포화 제어 오퍼레이터의 입력과 출력 사이의 차에 대한 z 변환이다.
방정식 (3) 및 (4)를 결합하여 변형하면 다음과 같다.
..... (5)
여기서,
..... (6)
이다.
만약 안티-와인드업 보상기가 마이크로-액추에이터를 정확하게 모델화하면,가 되고 방정식 (5)는 다음과 같이 간단화된다.
..... (7)
방정식 (7)의 우측편에 있는 제 1항은 포화되지 않았고 안티-와인드업 보상이 없는 경우의 서보 루프의 폐루프 응답을 나타낸다. 폐루프 응답은 포화가 없이 안정화되도록 설계되었기 때문에, 상기 항은 안정화 값을 표현한다. 우측편에 있는 제 2항은 마이크로-액추에이터가 포화되도록 구동되지 않을 경우 0이 된다. 다시 말하면, 안티-와인드업 보상기는 포화가 아닐 때 드라이브 컨트롤러로부터 유효하게 결합이 풀린다. 따라서, 마이크로-액추에이터가 정상 모드에서 동작할 때 서보 루프의 응답은 안티-와인드업 보상기에 의해 영향을 받지 않는다. 이는 마이크로-액추에이터가 정상 모드에서 동작할 경우에도 서보 루프의 응답에 영향을 미치는 종래의 안티-와인드업 시스템에 비해 유리한 장점을 가진다.
마이크로-액추에이터 컨트롤러로부터의 제어 신호가 포화점 이상으로 증가함에 따라서, 방정식 (7)의 우측편에 있는 제 2항은 증가한다. 이는 헤드의 위치에 있어서 에러를 표현한다. 다시 말하면, 우측의 제 2항은 서보 시스템이 헤드에 대한 트랙킹의 실패 정도를 나타낸다. 비록 포화인 동안 트랙킹의 수행이 방해를 받지만, 서보 루프의 안정성은 유지된다. 또한, 비록 서보 루프가 트랙킹을 잘 못하더라도, 서보 펌웨어는 헤드의 위치에 대한 정확한 데이터를 계속하여 수신한다. 따라서, 펌웨어는 헤드 드리프트가 트랙으로부터 너무 멀어질 경우 오퍼레이션의판독 또는 기록을 중지한다.
일 실시예에서, 드라이브 컨트롤러 및 안티-와인드업 보상기는 16비트 상태 공간 구현을 이용하여 고정 소수점 산술방식으로 구현되는데, 이는 양자화 에러의 1 LSB 보다 작은것이 보장된다. 컨트롤러 상태에 대한 적절한 폐루프 스케일링에 의해 수치 오버플로어(numerical overflow)가 예방되고, 안티-와인드업 보상기에서 마이크로-액추에이터를 표현하는데 3차원 모델이 이용된다. 특히, 모델의 상태 매트릭스가 생성되어, 마이크로-액추에이터의 측정된 전달함수를 MATLAB과 같은 적당한 제어 소프트웨어에 제공한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 안티-와인드업 보상 구조의 흐름도이다. 도5의 단계 500에서, 섹터 또는 샘플 카운터 k, 컨트롤러의 출력 및 보상 오퍼레이터의 출력을 0으로 설정함으로써 시스템이 초기화된다. 단계 502에서, 양의 값 y(k)가 서보 루프의 출력에서 측정된다.
단계 504에서, 포화 오퍼레이터의 출력 Us pzt(k)이 마이크로-액추에이터 컨트롤러의 출력 Upzt(k)에 기초하여 결정된다. 단계 506에서, 포화 오퍼레이터의 출력과 마이크로-액추에이터 컨트롤러의 출력 사이의 차가 결정된다. 상기 차 Δpzt(k)는 단계 508에서 하기와 같은 형태의 이산 시간 필터를 이용하여 트랙킹 에러 δyaw(k)를 결정한다.
..... (8)
..... (9)
여기서, xaw(k)는 내부 상태변수이고,,,,는의 상태 공간 구현이며,는 하기의 관계식을 만족한다.
..... (10)
단계 508에서 트랙킹 에러가 계산된 후에, 단계 510에서 수정된 위치값 yc(k)이 계산되며, 이는 하기와 같다.
..... (11)
단계 512에서 보이스 코일 모터 제어값 Uvcm(k) 및 마이크로-액추에이터 제어값 Upzt(k)이 하기의 관계식을 이용하여 결정된다.
..... (12)
..... (13)
여기서, xcont(k)는 내부 상태변수이고, Acont, Bcont, Ccont, Dcont는 플랜트 모델의 상태 공간 구현이며, 하기의 관계식을 만족한다.
..... (14)
여기서, Kpzt,vcm(z)는 마이크로-액추에이터 컨트롤러 및 보이스 코일 모터 컨트롤러의 결합된 전달함수이다.
단계 514에서, k를 k+1로 증가시킴으로써 시스템이 다음 서보 샘플 또는 섹터로 시스템이 증가(increment)된다.
도 6은 종래의 서보 루프에서 회전 가속도에 대한 위치 에러를 나타내는 그래프이다. 위치 에러는 수직축(610)을 따라서 마이크로인치로 표시되고, 회전 가속도는 수평축(612)을 따라서 rad/sec2으로 표시된다. 샘플 600, 602, 604, 606과 같은 샘플들은 작은 x로 표시하였으며, 이는 드라이브에서 대응하는 회전 불안(rotational disturbance)에 대하여 서보 루프에서 생성된 위치값 y(k)를 나타낸다. 라인 608은 마이크로-액추에이터의 포화에 기인하여 회전 불안이 서보 루프가 불안정한 상태가 되도록 야기하는 지점을 나타낸다.
도 7은 안티-와인드업 보상기를 가진 본 발명에 따른 서보 루프에서 회전 가속도에 대한 위치 에러를 나타내는 그래프이다. 위치 에러는 수직축(710)을 따라서 마이크로인치로 표시되고, 회전 가속도는 수평축(712)을 따라서 rad/sec2로 표시된다. 샘플 700, 702, 704, 706과 같은 샘플들은 작은 x로 표시하였으며, 이는 드라이브에서 대응하는 회전 불안에 대하여 서보 루프에서 생성된 위치값 y(k)를 나타낸다. 라인 708은 회전 불안이 서보 루프가 불안정한 상태가 되도록 야기하는 지점을 나타낸다.
본 발명의 수행 특징은 도 6을 도 7과 비교함으로써 알 수 있다. 특히, 종래 기술에서 서보 루프는 약 9 rad/sec2정도의 가속도에서 불안정하게 된다는 것을 알 수 있다. 그러나, 본 발명에 따르면, 서보 루프가 21 rad/sec2까지의 가속도에는 불안정해지지 않는다. 따라서, 본 발명에 따른 서보 루프는 종래의 회전 불안의 2배 이상에 대하여 불안정 없이 처리할 수 있다.
요약하면, 본 발명은 서보 루프의 안정성을 유지하면서 헤드(110)을 디스크(106)상으로 위치시키는 디스크 드라이브(100)를 위한 서보 루프(301)를 제공한다. 상기 서보 루프(301)는 헤드(110)를 이동시키기 위한 보이스 코일 모터(308) 및 마이크로-액추에이터(314)를 구비하는 액추에이터-헤드 어셈블리(310)를 포함한다. 상기 헤드(110)는 디스크상의 헤드 위치에 기초하여 위치값 y(k)를 생성한다.
마이크로-액추에이터 컨트롤러(304)는 위치 에러값(303)에 기초하여 마이크로-액추에이터를 구동하기 위한 마이크로-액추에이터 제어값 Upzt(k)를 생성한다. 마이크로-액추에이터 컨트롤러(304)에 결합된 안티-와인드업 보상 컴포넌트(312, 322, 320)가 액추에이터 제어값에 기초하여 포화 트랙킹 에러 δyaw(k)를 생성한다. 그리고, 합접점(318, 300)은 헤드로부터의 적어도 하나의 위치값과 포화 트랙킹 에러를 결합하여로부터 위치 에러값(303)을 생성한다.
본 발명에 따른 방법은 액추에이터(314), 헤드(110) 및 디스크(106)를 포함하는 서보 루프(301)에서 위치 에러값(303)을 결정한다. 상기 방법은 디스크(106)상의 헤드(110) 위치에 기초하여 위치 에러값 y(k)를 생성하는 단계를 포함한다. 액추에이터 제어값 Upzt(k)이 생성되고 조사되어, 상기 값이 액추에이터(314)에 대한 임계 포화값(Uh, Ul) 보다 큰가를 판단한다. 액추에이터 제어값이 임계 포화값을 초과하는 양에 기초하여 트랙킹 에러 δyaw(k)가 생성된다. 위치값 및 트랙킹 에러에 일부 기초하여 위치 에러값이 생성된다.
지금까지, 본 발명의 다양한 실시예의 구조 및 기능을 참조하여 본 발명의 다양한 특징 및 장점을 개시하였지만 이는 단지 본 발명의 설명을 위한 것이고, 하기에 정의된 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 변형 및 응용이 가능한다는 것을 당업자는 알 것이다. 예를 들면, 안티-와인드업 보상기는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 소프트웨어 대신에 하드웨어로 구현될 수도 있다. 마찬가지로, 또다른 여러가지 변형도 가능하다.

Claims (10)

  1. 헤드를 디스크상으로 위치시키기 위하여 디스크 드라이브에서 이용되는 안정성을 유지하는 서보 루프로서, 액추에이터-헤드 어셈블리, 마이크로-액추에이터 컨트롤러, 안티-와인드업 보상 컴포넌트 및 합 컴포넌트를 포함하고,
    상기 액추에이터-헤드 어셈블리는 헤드, 큰 스케일 액추에이터 및 마이크로-액추에이터를 포함하고, 상기 큰 스케일 액추에이터 및 마이크로-액추에이터는 헤드를 디스크상으로 이동시키며, 상기 헤드는 디스크상에서의 자신의 위치에 기초하여 위치값을 생성하고,
    상기 마이크로-액추에이터 컨트롤러는 위치 에러값에 기초하여 마이크로-액추에이터를 구동시키기 위한 마이크로-액추에이터 제어값을 생성하고,
    상기 안티-와인드업 보상 컴포넌트는 상기 마이크로-액추에이터 컨트롤러에 결합되어 마이크로-액추에이터 제어값에 기초하여 포화 트랙킹 에러를 생성하고, 그리고
    상기 합 컴포넌트는 헤드로부터의 적어도 하나의 위치값과 포화 트랙킹 에러를 결합하여 마이크로-액추에이터 컨트롤러에 제공되는 위치 에러값을 생성하는 것을 특징으로 하는 서보 루프.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 안티-와인드업 보상 컴포넌트는 포화 오퍼레이터를 포함하고, 상기 포화 오퍼레이터는 마이크로-액추에이터 제어값을 수신하고 포화 제어값을 선택하여 제공하며, 상기 포화 제어값은 액추에이터 제어값의 크기를 동일한 극성의 임계 포화값의 크기와 비교하여 더 작은 크기를 가지는 값을 포화 제어값으로 선택함으로써 선택되는 것을 특징으로 하는 서보 루프.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 안티-와인드업 보상 컴포넌트는 차접점(difference node)을 더 포함하고, 상기 차접점은 마이크로-액추에이터 제어값과 포화 제어값을 수신하여 상기 액추에이터 제어값과 포화 제어값 사이의 차를 나타내는 차값(difference value)을 생성하는 것을 특징으로 하는 서보 루프.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 안티-와인드업 보상 컴포넌트는 마이크로-액추에이터 모델을 더 포함하고, 상기 마이크로-액추에이터 모델은 마이크로-액추에이터의 전달함수를 모델화하여 상기 차값에 기초하여 포화 트랙킹 에러를 생성하는 것을 특징으로 하는 서보 루프.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 포화 제어값은 마이크로-액추에이터로 제공되어 마이크로-액추에이터를 구동시키는 것을 특징으로 하는 서보 루프.
  6. 액추에이터, 헤드 및 디스크를 구비하는 디스크 드라이브에서 이용되는 서보 루프에서 위치 에러값을 결정하기 위한 방법으로서,
    (a) 디스크상에서의 헤드 위치에 기초하여 위치값을 생성하는 단계;
    (b) 액추에이터 제어값을 생성하는 단계;
    (c) 상기 액추에이터 제어값이 임계 포화값을 초과하는 양에 기초하여 트랙킹 에러를 생성하는 단계; 및
    (d) 상기 위치값 및 상기 트랙킹 에러 값에 부분적으로 기초하여 위치 에러값을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 에러값 결정 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 트랙킹 에러를 생성하는 단계는
    (c)(1) 상기 액추에이터 제어값 및 동일한 극성의 상기 임계 포화값 중 크기가 더 작은 값을 액추에이터 제어값으로 선택함으로써 포화 제어값을 생성하는 단계;
    (c)(2) 차값을 생성하기 위하여 상기 액추에이터 제어값으로부터 상기 포화 제어값을 빼는 단계; 및
    (c)(3) 상기 차값에 기초하여 트랙킹 에러를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 에러값 결정 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 트랙킹 에러를 생성하는 단계는 상기 차값을 액추에이터와 유사한 전달함수를 가지는 모델의 입력으로 제공하는 단계를 더 포함하고, 상기 모델의 출력은 트랙킹 에러를 제공하는 것을 특징으로 하는 위치 에러값 결정 방법.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 액추에이터는 마이크로-액추에이터인 것을 특징으로 하는 위치 에러값 결정 방법.
  10. 디스크상에 정보를 저장하기 위한 디스크 드라이브로서,
    헤드와 결합되어, 액추에이터 컨트롤러에 의해 생성된 제어값에 기초하여 디스크를 가로질러 헤드를 상이한 위치로 이동시키는 액추에이터; 및
    상기 액추에이터 컨트롤러 및 액추에이터와 결합되어, 액추에이터 포화에 기인한 와인드업을 감소시키는 안티-와인드업 보상 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
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