KR20030088358A

KR20030088358A - 자기 디스크 장치

Info

Publication number: KR20030088358A
Application number: KR10-2003-0030128A
Authority: KR
Inventors: 아쯔미다께노리
Original assignee: 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼
Priority date: 2002-05-14
Filing date: 2003-05-13
Publication date: 2003-11-19
Also published as: CN1460995A; JP2003331543A; JP4010867B2; US6927934B2; US20030214749A1; CN1229777C; KR100540095B1

Abstract

자기 디스크 장치 등의 위치 결정 제어계에서, 임의의 주파수에서의 위치 결정 정밀도를 향상시키는 것을 목적으로 한다. 제어 대상의 주파수 특성을 측정하고, 제어 대상이 갖는 진동 모드를 위상 조건에 의해 안정시키는 추종 보상기를 설계한다. 이어서, 위치 결정 정밀도를 개선하는 주파수 부근에 공진점을 갖는 공진 필터를 설계하고, 제어 대상에 대하여 병렬로 결합한다. 그 때, 제어계에 의해 안정시키는 주파수와 위상 -180°교차 주파수의 관계로부터, 공진 필터에 의해 생기는 진동 모드를 안정하도록 공진 필터의 모드 상수의 정부를 결정한다. 이에 의해, 제어계의 감도 함수가 0㏈ 이상인 주파수 영역에서도, 제어계를 불안정하게 하지 않고 특정 주파수에서의 위치 결정 정밀도를 향상시킬 수 있다.

Description

자기 디스크 장치{MAGNETIC DISK DEVICE}

본 발명은, 자기 디스크 장치의 헤드의 위치 결정에 적합한 위치 결정 제어 장치에 관한 것이다.

컴퓨터의 외부 기억 장치인 자기 디스크 장치는, 자기 헤드가 회전하고 있는 자기 디스크면 위의 목표로 하는 트랙을 추종하여, 그 트랙 위에 데이터의 기록 재생을 행하고 있다. 이것을 행하기 위해서는, 자기 헤드를 목표로 하는 트랙 위에 정확하게 위치하도록 하기 위한 제어가 필요하다. 최근에는, 자기 디스크 장치의 기억 용량을 증가시키기 때문에, 트랙 폭이 작아지는 경향이 있으며, 위치 결정 정밀도의 향상과 고속화가 한층 더 필요해지고 있다.

위치 결정 정밀도를 악화시키는 요인 중 하나로 디스크의 회전에 동기한 위치 신호의 진동이나 외부로부터의 외란이 있다. 이들은 위치 신호의 진동이 되어 나타나며, 이러한 진동을 충분히 억압하는 제어가 필요하다. 이를 위한 종래 기술로서는, 예를 들면 일본 특개평5-298842가 있으며, 위치 정보에 포함되는 편심 성분을 추종하여 헤드를 위치 결정하는 방법이 개시되어 있다. 이 종래 기술에서는, 디스크 회전이나 외란 등에 기인하는 진동 주파수에 공진점을 갖는 수학 모델을 이용하여 그 진동을 억제하기 위한 제어 신호를 생성하고, 이것을 자기 헤드의 위치 결정을 위한 서보 제어 신호에 추가하는 방법을 이용하고 있다.

상기한 일본 특개평5-298842의 기술에 의하면, 회전 등에 수반하는 진동 성분을 억압할 수 있지만, 그 진동의 주파수가 제어계의 감도 함수가 0㏈ 이상으로되는 주파수 영역에 존재하는 경우에는 제어계가 불안정해져, 발산하는 경우가 발생할 수 있다.

본 발명은, 제어계의 감도 함수가 0㏈ 이상이 되는 주파수 영역으로 억제하려는 주파수가 있는 경우라도, 제어계의 안정성을 손상시키지 않고 진동을 억지할 수 있도록 한 위치 결정 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명의 위치 결정 제어 장치의 구성예를 도시한 블록선도.

도 2는 자기 디스크 장치의 헤드 위치 결정 제어계를 도시한 기능 블록도.

도 3은 제어 대상의 게인 특성과 위상 특성 예를 도시한 도면.

도 4는 추종 보상기의 게인 특성과 위상 특성 예를 도시한 도면.

도 5는 도 3의 특성을 갖는 제어 대상과 도 4의 특성을 갖는 추종 보상기를 직렬 결합했을 때의 게인 특성과 위상 특성을 도시한 도면.

도 6은 도 5의 특성의 벡터 궤적을 도시한 도면.

도 7은 공진 필터의 게인 특성과 위상 특성 예를 도시한 도면.

도 8은 제어부의 전달 특성 Cpf(z)의 게인 특성과 위상 특성 예를 도시한 도면.

도 9는 도 8의 특성을 갖는 제어부와 도 3의 특성을 갖는 제어 대상을 접속했을 때의 개방 루프 전달 특성의 게인 특성과 위상 특성을 도시한 도면.

도 10은 도 9의 특성의 벡터 궤적을 도시한 도면.

도 11은 도 7의 공진 필터의 진동 모드 상수의 부호를 반전시킨 경우의 개방 루프 전달 특성의 벡터 궤적을 도시한 도면.

도 12는 도 11의 공진 필터로 점성 계수를 더 크게 한 경우의 개방 루프 전달 특성의 벡터 궤적을 도시한 도면.

도 13은 도 9의 개방 루프 전달 특성에 대응하는 감도 함수의 게인 특성을 도시한 도면.

도 14는 도 5의 개방 루프 전달 특성에 대응하는 감도 함수의 게인 특성을 도시한 도면.

도 15는 위치 신호에 대한 정현파의 외란 신호의 예를 도시한 도면.

도 16은 도 8의 특성을 갖는 제어부에 의해서 제어를 행했을 때의 도 15의 외란 신호에 대한 위치 신호의 시각력(時刻歷) 응답을 도시한 도면.

도 17은 도 4의 특성을 갖는 제어부에 의해서 제어를 행했을 때의 도 15의 외란 신호에 대한 위치 신호의 시각력 응답을 도시한 도면.

도 18은 공진 필터의 다른 게인 특성과 위상 특성을 도시한 도면.

도 19는 도 18의 특성을 갖는 공진 필터를 적용한 경우의 개방 루프 전달 특성의 벡터 궤적을 도시한 도면.

도 20은 피에조 소자를 미동 액튜에이터로서 이용한 헤드 구동 기구 제어부를 도시한 도면.

도 21은 제어 대상인 미동 액튜에이터와 그 추종 보상기를 직렬 결합했을 때의 게인 특성과 위상 특성 예를 도시한 도면.

도 22는 도 21의 특성의 벡터 궤적을 도시한 도면.

도 23은 도 22의 벡터 궤적에 공진 필터 보상을 행하여 생성한 특성의 벡터 궤적을 도시한 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 자기 헤드

2 : 음성 코일 모터(VCM)

4 : 캐리지

5 : 자기 디스크

6 : 스핀들 모터

10 : AD 변환기

11 : DA 변환기

20 : 위치 신호

21 : VCM 제어 신호

24 : 목표 위치

25 : PES

28 : 추종 보상기

29 : 공진 필터

30 : 제어 대상

105 : 서스펜션

106, 107 : 피에조 소자

108 : 피에조 소자 제어부

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 액튜에이터와, 액튜에이터에 의해 구동되는 헤드와, 헤드가 정보 기록 재생 매체로부터 판독한 정보로부터 헤드 위치 신호를 추출하는 회로를 제어 대상으로 하고, 상기 회로에 의해 추출된 헤드 위치 신호가 나타내는 헤드 위치가 부여된 목표 위치로 되도록 제어하기 위한 조작 신호를 생성하여 상기 액튜에이터를 제어하는 자기 디스크 장치를,

상기 목표 위치와 상기 헤드 위치와의 차를 오차 신호로서 추출하는 오차 검출 수단과,

상기 수단으로부터의 오차 신호를 입력으로 하고, 적어도 상기 제어 대상에 존재하는 진동 모드를 안정시키도록 위상 보상을 행하여 상기 조작 신호를 생성하는 보상기와,

상기 보상기로부터 출력되는 조작 신호를 입력으로 하고, 부여된 위치 결정 정밀도 향상 대상 주파수 혹은 그 근방에 그 공진 주파수를 갖고, 또한 그 출력이 상기 헤드 위치 신호에 가산되는 지점의 공진 필터,

로 구성한다.

또한, 상기한 자기 디스크 장치에서, 상기 보상기 및 공진 필터를 구비한 해당 자기 디스크 장치와 상기 제어 대상을 접속했을 때의 개방 루프 전달 특성을 나이퀴스트선도 상에 나타낸 벡터 궤적에 있어서, 상기 공진 필터는, 상기 위치 결정 정밀도 향상 대상 주파수의 근방에서 주파수의 증대와 함께 나이퀴스트선도 상의 불안정점 (-1, 0)으로부터 멀어지는 방향의 시계 방향의 원 궤적을 생성하는 특성을 갖도록 하면 된다.

또한, 상기한 자기 디스크 장치에서, 상기 공진 필터는 a를 모드 상수, ω를 공진 주파수의 2π 배의 값, ζ을 점성 계수로 했을 때,

a / (s²+ 2ζωs + ω²)

로 표시되는 전달 특성을 갖도록 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 도 2는, 자기 디스크 장치의 헤드 위치 결정 제어계를 도시한 기능 블록도이다. 도 2에서, 스핀들 모터(6)에는 기록 매체인 자기 디스크(5)가 고정되어 있고, 정해진 회전 수에 의해 회전하고 있다. 또한, 스핀들 모터(6)에 유지된 자기 디스크(5)의 측 방향으로는, 주축 베어링(3)이 스핀들 모터축으로 평행하게 되도록 설치되어 있다. 캐리지(4)는 주축베어링(3)에 요동 가능하게 고정되어 있고, 자기 헤드(1)는 캐리지(4)의 선단에 고정되어 있다. 자기 헤드(1)를 이동시키기 위한 동력은 음성 코일 모터(VCM)(2)에 의해 발생한다. 자기 디스크 위의 서보 섹터(7)에 기록되어 있는 위치 신호 등의 신호는 자기 헤드(1)에 의해 검출되고, 헤드 신호 증폭기(8)에 의해 증폭되고, 서보신호 복조기(9)에 의해 복조된다. 복조된 서보 신호(19)는 AD 변환기(10)에 의해 디지탈화되고, 이 중에 디지탈화된 위치 신호(20)도 포함되어 있다. 이렇게 해서 얻어진 위치 신호(20)는 버스(13)를 통해 MPU(16)에 입력된다.

MPU(16)에 대해서는 버스(13)를 통해 ROM(l5), RAM(14)이 설치되어 있다. ROM(15)에는 MPU(l6)에서 실행하는 각종 제어 프로그램이 저장되고, 또한 각종 제어에 필요한 파라미터도 저장되어 있다. 또한, MPU(16)에 대해서는 버스(13)를 통해 인터페이스 컨트롤러(17)가 접속됨으로써, 호스트측 컨트롤러(18)로부터의 커맨드를 받아, MPU(16)에 대하여 리드 라이트의 액세스를 요구한다. 데이터의 리드 라이트를 요구하는 커맨드가 발행되면, MPU(16)는 ROM(15)에 저장되어 있는 위치 결정 제어용 프로그램을 실행하며, 입력된 위치 신호(20)로부터 목표 위치까지의 거리를 구하고, 이 이동 거리에 대응하여 최적의 VCM 제어 신호(21)를 생성한다. 생성된 VCM 제어 신호(21)는 DA 변환기(11)를 통해 파워 증폭기 제어 신호(22)로 되고, 파워 증폭기(12)를 통해 전류(23)로 변환되고, VCM(2)로 인가된다. 이에 의해 자기 헤드는 목표로 하는 위치에 위치 결정된다.

이상의 도 2에 도시한 기능 블록도는 본 발명의 위치 결정 제어 장치에서도 동일하지만, 본 발명은 위치 신호(20)를 입력하여 VCM 제어 장치 신호(21)를 생성하기 위한 MPU(16)에 의한 처리 방법에 특징이 있다. 도 1은, 본 발명의 위치 결정 제어 장치의 구성예를 도시한 블록선도이다. 도 1에서, 제어 대상(30)은 도 2의 MPU(16)에서 산출된 VCM 제어 신호(21)를 입력으로 하고, 디지탈화된 위치 신호(20)를 출력하는 지점의, DA 변환기(11)로부터 AD 변환기(10)에 이르기까지의부분에 상당하며, 그 입출력 특성을 나타낸 것이 전달 함수 P(z)이다. 또한, 제어부(27)는, 본 발명이 특징으로 하는 공진 필터(29)(전달 함수를 Cp(z)로 함)와 자기 디스크 장치에서는 공지인 지점의 바람직한 제어 성능을 실현하기 위한 추종 보상기(28)(전달 함수를 Cf(z)로 함)로 구성되어 있다. 이 구성에서는, 도 2의 호스트측 컨트롤러로부터 목표 위치를 포함하는 커맨드가 발행되면, 이 목표 위치와 위치 신호(20)의 차분 신호인 PES(position error signal)(25)를 추종 보상기(28)로 입력함으로써, 추종 보상기(28)의 출력 신호인 VCM 제어 신호(21)를 생성한다. 이 VCM 제어 신호(21)를 제어 대상(30) 및 공진 필터(29)에의 입력으로 한다. 그리고, 공진 필터(29)로부터의 출력(26)을 위치 신호(20)에 가산한다.

이 구성의 특징은, 상기한 일본 특개평5-298842에서는 공진 특성을 갖는 수학 모델의 입력이 상기한 PES이고, 또한 그 출력도 PES에 가산하고 있으며, 수학 모델은 PES에 대한 피트포워드 보상기로서 이용되는데 비하여, 본 발명의 도 1의 구성에서는 공진 필터(29)가 억제하려는 주파수에 공진점을 갖는 점은 상기 공지측과 마찬가지이지만, 제어부(27)의 출력인 VCM 제어측(21)을 공진 필터(29)의 입력으로 하여 그 출력을 PES로 피드백함으로써 PES에 대한 보상을 행하도록 구성하는 점이다.

이하, 도 1의 상세한 내용을 설명한다. 우선, 제어 대상(30)은, 강체 모드와 하나의 진동 모드로 이루어지는 수학식 1의 기구계 모델 Pc(s)를, 디지털 제어계인 것을 상정하여 영차 홀드를 붙여 이산화한 것으로 한다.

그 때, 샘플링 시간을 Ts로 한다. 예를 들면, 모드 상수 ar=-1, 점성 계수 ζr= 0.03, 공진 주파수 ωr/2π= 6000㎐로 하고, 샘플링 시간 Ts를 50㎲로 한다. 도 3은, 이 때의 제어 대상(30)의 전달 특성 P(z)(게인 특성31, 위상 특성32)를 나타낸다. 이 제어 대상(30)에서는, 진동 모드의 모드 상수 ar은 마이너스이고, 강체 모드의 모드 상수(1)와는 정부가 반대(역상)이다. 또, 여기서 말하는 공진 주파수 ω r은 예를 들면 캐리지 등의 고유 진동 주파수이다.

추종 보상기(28)는 예를 들면 다음과 같은 특성을 갖도록 설정한다. 외력이 제어계에 작용하는 경우에도 정상 편차를 생기지 않도록, 저주파수 영역에서 1차의 적분 특성을 부여한다. 또한, 강체 모드를 안정시키기 위해 1㎑∼2㎑에서의 위상 진행이 커지는 1차 위상 진행 특성을 부여한다. 또한, 진동 모드의 위상을 안정시키기 위해, 5㎑ 이후의 위상을 지연시키는 1차 위상 지연 특성을 부여한다. 또한 보상기의 비례 게인은 제어계의 개방 루프 전달 특성에서의 게인 0㏈ 크로스 오버 주파수(입출력의 진폭비가 1로 되는 주파수)가 1700㎐로 되도록 게인 특성을 부여한다. 도 4는, 이 때의 추종 보상기(28)의 전달 특성(게인 특성33, 위상 특성34)을 도시한다.

도 5는, 도 3의 특성을 갖는 제어 대상(30)과 도 4의 특성을 갖는 추종 보상기(28)를 직렬로 결합한 경우의 개방 루프 전달 특성 Cf(z)·P(Z)의 게인 특성36및 위상 특성37을 나타낸다. 또한, 도 6은 상기 도 5의 개방 루프 전달 특성 Cf(z)·P(z)의 나이퀴스트선도 상의 벡터 궤적(38)을 도시하고 있다. 이 나이퀴스트선도 상에서 벡터 궤적(38)이 실축과 교차하는 주파수(위상 -180°교차 주파수)는 3.4㎑이고, 이 위상 -180°교차 주파수보다 낮은 주파수(하반 평면에 있는 주파수)에서는 모드 상수 ar이 플러스인 모드가 안정되고, 위상 -180°교차 주파수보다 높은 주파수(상반 평면에 있는 주파수)에서는 모드 상수 ar이 마이너스인 모드가 안정된다. 도 3의 특성을 갖는 제어 대상(30)의 공진 주파수는 ωr/2π= 6㎑ 이기 때문에, 이것은 추종 보상기(28)에 의해, 제어 대상이 갖는 진동 모드가 나이퀴스트선도의 상반 평면을 통과하도록 하여 안정시키는 것을 의미한다. 즉, 추종 보상기에 의해 캐리지 등의 고유 진동 등에 대해서는, 헤드가 안정적으로 추종하도록 제어되어 있다.

이어서 본 발명의 특징으로 하는 공진 필터(29)의 구조와 설계 방법을 나타낸다. 공진 필터(29)의 전달 특성 CP(z)는, 수학식 2에 나타내는 2차의 연속 시간 필터 Cpc(s)를 영차 홀드에 의해 이산화한 필터로 하고, 그 샘플링 시간을 Ts로 한다.

이하 수학식 2의 계수 a, ζ, ω의 부여하는 방법을 나타낸다. 처음에 위치 결정 정밀도를 향상하려는, 즉 특히 진동 등에 의한 외부를 억제하려는 주파수를예를 들면 2㎑로 설정한다. 그렇게 하면 2㎑는 도 6의 위상 -180° 교차 주파수 3.4㎑보다 낮은 주파수이므로 제어 대상의 6㎑ 진동 모드와는 역상이 되도록 모드 상수 a를 플러스로 하여 선정한다. 모드 상수 a의 절대값의 크기는 공진 필터가 영향을 주는 주파수 영역을 결정하는 것이며, 공진 필터의 효과를 기대하는 주파수 폭에 대응하여 결정한다. 여기서는 a= 0.1로 하고, 공진 필터의 영향을 2㎑ 부근으로 한정한다. 또한, 점성 계수 ζ는 공진 필터의 피크 게인을 결정하는 것으로, ζ가 작으면 작을 수록 공진 필터의 효과가 커진다. 여기서는 ζ = 0으로 한다. 공진 주파수 ω는 위치 결정 정밀도를 향상시키는 주파수와 거의 일치하도록 선정한다. 단, 제어계의 감도 함수가 주파수 ω에서 가장 압축되는 것은 아니며, 감도 함수가 원하는 주파수에서 가장 압축되도록 미세 조정할 필요가 있다. 여기서는, 2㎑에서의 감도 함수가 최소가 되도록 ω= 2×π×1950〔rad/s〕로 선정하였다. 도 7에 이 때의 공진 필터(29)의 전달 함수 Cp(Z)(게인 특성39, 위상 특성40)를 나타낸다.

전달 특성 Cf(z)와 전달 특성 Cp(z)를 갖는 도 1의 제어부(27)의 전달 특성 Cpf(z)는 수학식 3으로 된다.

도 8은, 추종 보상기(28)의 전달 특성 Cf(z)가 도 4이고, 공진 필터(29)의 전달 특성 Cp(z)가 도 7일 때, 제어부(27)의 전달 특성 Cpf(z)(게인 특성42, 위상특성43)를 나타낸 것이다. 또한 이 도 8의 특성을 갖는 제어부(27)와 제어(30)를 접속했을 때의 개방 루프 전달 특성 Cpf(z)·P(z)는 도 9로 표시된다(게인 특성45, 위상 특성46).

도 8에 도시한 바와 같이, 공진 필터를 설치함으로써 제어부(27)의 위상 특성43은 공진 필터(29)의 공진 주파수인 1950㎐ 부근에서, 국소적으로 위상이 지연된 후에 국소적으로 위상이 진행되는 특성을 갖고 있는 것을 알 수 있다. 이것은, 개방 루프 전달 특성으로부터 제어 대상의 전달 특성을 제하고 확인하는 것도 가능하다. 그리고 도 9의 개방 루프 전달 특성 Cpf(z)·P(z)의 위상 특성도, 공진 필터(29)의 공진 주파수인 1950㎐ 부근에서, 국소적으로 위상이 지연된 후에 국소적으로 위상이 진행되는 특성을 갖는 것을 알 수 있다.

도 10은, 도 9의 개방 루프 전달 특성을 나이퀴스트선도로 나타낸 벡터 궤적이다. 공진 필터(29)가 없을 때의 추종 보상기(28)(전달 특성 Cf(z))의 벡터 궤적은 도 6이었지만, 공진 필터(29)를 부가시킴으로써, 도 10에서는 원형의 궤적(48)이 도 6의 궤적에 부가된 형태로 되어 있다. 이 부가된 원형의 궤적(48)은 공진 필터(29)의 게인이 커지는 공진 주파수 근방의 주파수 영역으로 나타나고, 도 9의 특성에 대하여, 불안정점인 좌표(-1, 0)로부터 멀어지는 방향으로 시계 방향으로 원 궤적을 그리고 있다. 공진 필터(29)의 파라미터에 의존하여, 그 원 궤적의 크기나 형태는 변화하지만, 벡터 궤적에서 가장 중요한 것은 공진 필터에 의해 새롭게 발생한 원 궤적이, 불안정점인 좌표(-1, 0)로부터 멀어지는 방향으로 시계 방향의 궤적을 그리는 것이다. 이에 의해, 제어계의 안정성을 유지한 상태에서 공진주파수 부근에서의 감도 함수의 게인 특성을 개선하는 것이 가능해진다.

여기서, 수학식 2의 연속 시간 필터 Cpc(s)의 모드 상수 a를 마이너스(a=-0.1)로 한 경우에 대해 생각한다. 다른 상수는 도 7인 경우와 동일하게 한다. 이 경우의 개방 루프 전달 특성이 그리는 벡터 궤적은 도 11로 되고, 공진 주파수 1950㎐ 부근에서 반시계 방향으로 원호를 그림으로써 확인할 수 있다. 이 경우, 제어계는 불안정해진다. 또한, Cpc(s)의 모드 상수가 마이너스로서 점성 계수가 큰 경우(a=-0.1, ζ=0.1)에서는 개방 루프 전달 특성 Cpf(z)·P(z)가 그리는 벡터 궤적(73)은 도 12로 되고, 공진 주파수 1950z 부근에서, 불안정점 (-1, 0)에 근접하는 방향으로 시계 방향의 원호를 그린다. 이 경우, 불안정점을 원호의 내부에 포함하고 있지 않기 때문에, 제어계는 불안정하게 되지는 않지만, 공진 주파수 부근에서의 감도 함수의 게인 특성은 현저히 악화한다.

도 13은, 도 7의 특성을 갖는 공진 필터(29)를 적용한 경우의 감도 함수의 게인 특성이다. 여기서, 감도 함수는 수학식 4로써 계산할 수 있다.

또한, 비교를 위해, 공진 필터를 적용하지 않는 경우의 감도 함수의 게인 특성을 도 14에 도시한다. 이 감도 함수는 수학식 5로 계산할 수 있다.

도 14와 도 13을 비교하면 분명히 알 수 있듯이, 본 발명을 적용하지 않는 도 14인 경우, 2㎑ 근방에서 감도 함수의 게인이 약 16㏈로 되어 있는 것을 알 수 있다. 이러한 주파수에서는, 상기 종래 기술에서는 계가 불안정으로 되어 버린다. 한편, 도 13에 도시한 본 발명을 적용한 경우에는, 상술한 바와 같이 안정성이 유지되고 있으며, 그 감도 함수에서는 2㎑ 근방에서 감도 함수의 게인이 약 -6㏈로 되며, 본 발명을 적용하지 않는 경우와 비교하여, 제어 성능을 향상시키려는 2㎑ 근방에서의 감도 함수 게인 특성을 약 12㏈ 개선한다는 것을 확인할 수 있다.

본 발명을 적용한 경우의 효과를 나타내기 위해, 도 1의 위치 신호(20)에 주파수 2㎑, 진폭(1)의 정현파(도 15)를 외란으로 하여 추가한 경우의, 위치 신호(20)의 응답을 조사하였다. 제어 대상(30)은 도 3의 특성을 갖는 것으로 하여, 도 16은 도 7의 공진 필터를 이용한 경우의 응답이며, 도 17은 공진 필터를 이용하지 않는 경우의 응답이다. 본 발명을 적용한 경우, 시각 3㎳ 이후의 응답 진폭이 본 발명을 적용하지 않는 경우와 비교하여 약 4분의 1로 개선되어 있는 것을 확인할 수 있다.

이상에서는, 도 3의 특성을 갖는 제어 대상(30)을 도 4의 특성을 갖는 추종 보상기(28)로 제어하는데, 2㎑ 근방의 제어 특성을 더 향상시키기 위한 공진 필터(29)의 특성을 설명하였다. 여기서는, 제어 대상 및 추종 보상기는 상기의 경우와 동일하지만, 제어 특성을 향상시키는데, 즉 위치 결정 정밀도를 향상시키는 주파수를 위상 -180°교차 주파수보다 높은 5㎑로 설정했을 때의 공진 필터에 요구되는 특성에 대하여 설명한다. 이 경우, 5㎑는 위상 -180°교차 주파수보다 높은 주파수이므로, 진동 모드와 동상이 되도록 수학식 2의 모드 상수 a를 마이너스로 한다. 여기서는 a=-0.1로 한다. 또한, 점성 계수ζ=0으로 하고, 공진 주파수는 ω=2×π×5050〔rad/s〕로 한다. 도 18은 이 때의 공진 필터의 특성 Cp(z)(게인 특성 61과 위상 특성 62)이다.

이 특성을 공진 필터(29)에 부여했을 때의 개방 루프 전달 특성이 나타나는 벡터 궤적은 도 19로 되고, 도 6의 궤적에 원 궤적(63)이 부가된 형태로 된다. 이 원 궤적(63)은, 불안정점인 좌표(-1, 0)로부터 멀어지는 방향으로의 시계 방향의 궤적이며, 역시 제어계의 안정성을 유지한 상태에서 공진 주파수 5㎑ 근방에서의 감도 함수의 게인을 낮출 수 있다.

이어서, 도 2에 도시한 헤드 위치 결정 제어계에서는, 헤드 구동 기구부는 VCM2를 유일한 액튜에이터로서 갖는 것이었지만, 여기서는 헤드 구동 기구부 액튜에이터가 VCM 외에 미동 액튜에이터를 갖는 2단 액튜에이터 구동계인 경우의 미동 액튜에이터의 위치 결정 제어 장치에 대하여 설명한다. 본 실시예에서는, 미동 액튜에이터로서 2개의 피에조 소자를 캐리지와 헤드를 연결하는 서스펜션 위에 부착하는 방식으로 한다. 도 20은 그 미동 액튜에이터의 구성을 도시하고 있으며, 헤드(1), 캐리지(4), 서스펜션(105), 피에조 소자(106, 107)로 이루어지며, 피에조 소자 제어부(108)에 의해 제어된다.

상기 미동 액튜에이터는 피에조 소자 제어 입력(109)에 의해 피에조 소자(106, 107)을 신축시키고, 헤드(1)를 도 20에 화살표 A, A'의 방향으로 이동시킨다. 이 경우, 제어 대상은 피에조 소자 제어 입력(109)으로부터 헤드 위치(20)까지의 전달 특성이고, 이 제어 대상의 전달 특성 P(z)는 모드 상수 ar가 플러스인 하나의 진동 모드로 이루어지는 수학식 6의 기구계 모델 Pc(s)를 디지털 제어계인 것을 상정하여 영차 홀드를 붙여 이산화한 것으로 한다.

그 때, 샘플링 시간을 Ts로 한다. 예를 들면, ar=1, ζr=0.01, ωr=2×π×8000〔rad/s〕로 하고, 샘플링 시간 Ts를 50㎲로 한다.

피에조 소자 제어부(108)는 도 1과 같이 구성되어 있고, 그 내부의 추종 보상기의 전달 특성 Cf(z)는 제어 대상이 갖는 진동 모드를 위상에 의해 안정화되도록 2차의 위상 지연 특성을 갖고, 또한 제어계의 개방 루프 전달 특성에서의 게인 0㏈ 크로스 오버 주파수가 2500㎐가 된 게인 특성을 갖는 것으로 한다.

도 21은 이 때의 개방 루프 전달 특성 P(z)·Cf(z)(게인 특성 110, 위상 특성 111)을 도시한다. 또한, 도 22는 상기 개방 루프 전달 함수의 벡터 궤적이다. 도 21 및 도 22로부터, 추종 보상기 Cf(z)에 의해, 제어 대상이 갖는 진동 모드는 나이퀴스트선도의 상반 평면을 통과하도록 안정화되어 있다. 이것은, 나이퀴스트선도의 상반 평면을 통과하는 주파수 영역에서는 모드 상수가 플러스인 모드가 안정된 위상 조건을 갖는 것을 나타내고 있다. 한편, 나이퀴스트선도의 하반 평면을 통과하는 주파수 영역에서는 진동 모드와는 역상이 되는 모드 상수가 마이너스의 모드가 안정된 위상 조건을 갖게 된다. 즉, 위상 -180°교차 주파수(도 22에서는 5.8㎑)보다 낮은 주파수에서는 모드 상수가 마이너스인 모드가 안정되고, 위상 -180° 교차 주파수보다 높은 주파수에서는 모드 상수가 플러스인 모드가 안정된다.

여기서, 미동 액튜에이터의 위치 결정 정밀도를 향상시키는 주파수를 예를 들면 4㎑로 한다. 그러면, 4㎑는 위상 -180°교차 주파수인 5.8㎑보다 낮은 주파수이므로, 공진 필터의 특성을 나타내는 수학식 2의 Cpc(s)의 모드 상수 a는 진동 모드와 역상이 되는 마이너스의 상수로서 선정한다. 모드 상수 a=-0.02, 점성 계수(=0, 공진 주파수는 ω=2×π×3950〔rad/s〕로 한 경우의 개방 루프 전달 특성 P(z)·Cpf (z)의 벡터 궤적을 도 23에 도시한다. 그 결과, 공진 필터 설치에 의해 생긴 벡터 궤적 위의 원 궤적(113)은 도 10의 원 궤적(48)과 같이, 불안정점인 좌표(-1, 0)로부터 멀어지는 방향으로 시계 방향의 궤적으로 되며, 제어계의 안정성을 유지한 상태에서 4㎑ 부근의 제어 특성을 향상시킬 수 있는 것을 나타내고 있다. 또, 위치 결정 정밀도를 향상시키는 주파수를 예로 들면 7㎑로 하는 경우에는, 이 주파수가 위상 -180°교차 주파수보다도 높으므로, 수학식 2의 Cpc(s)의 모드 상수 a는 진동 모드와 동상이 되는 플러스의 상수로서 선정하는 것은 물론이다.

이상, 본 발명의 몇몇 실시예를 상세히 설명했지만, 이용하는 공진 필터는 도 2의 MPU(16)의 처리에 의해 실현되는 디지털 필터로 하고 있다. 그러나 이것을 아날로그 필터로 할 수도 있다. 그 경우에는, 공진 필터는 수학식 2로 나타내는Cpc(s)로 된다.

또한, 공진 필터의 출력은 도 1과 같이 위치 신호(20)에 부가하고 있지만, 공진 필터의 출력을 PES로부터 제하도록 해도 되는 것은 분명하다. 또한, 역시 이상의 실시예에서는, 제어 대상에 포함되는 허비 시간의 영향을 고려하지 않았지만, 제어 대상이 갖는 허비 시간이 제어계에 무시할 수 없는 영향을 미치는 경우도 있다. 그 때에는, 공진 필터에 제어 대상과 동등한 허비 시간 특성을 포함시킴으로써, 허비 시간을 고려한 설계가 가능해진다. 그 경우, 공진 필터의 다음 수는 3차 이상으로 된다.

본 발명에 의하면, 자기 디스크 장치의 위치 결정 제어계에서, 제어계의 감도 함수가 0㏈ 이상인 주파수 영역에서도 제어계를 불안정하게 하지 않고 특정 주파수에서의 위치 결정 정밀도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims

정보 기록 재생 매체와,

상기 정보 기록 재생 매체에 정보를 기록 또는 재생하는 헤드와,

상기 헤드를 상기 정보 기록 재생 매체 상에서 이동시키는 액튜에이터와,

상기 헤드가 상기 정보 기록 재생 매체로부터 판독한 정보로부터 헤드 위치 신호를 추출하는 회로를 포함하고,

상기 회로에 의해 추출된 헤드 위치 신호가 나타내는 헤드 위치가, 부여된 목표 위치로 되도록 제어하기 위한 조작 신호를 생성하여 상기 액튜에이터를 제어하는 자기 디스크 장치에 있어서,

상기 목표 위치와 상기 헤드 위치와의 차를 오차 신호로서 추출하는 오차 검출 수단과,

상기 수단으로부터의 오차 신호를 입력으로 하고, 적어도 상기 액튜에이터, 헤드 및 회로를 갖는 제어 대상에 존재하는 진동 모드를 안정화하도록 위상 보상을 행하여 상기 조작 신호를 생성하는 보상기와,

상기 보상기로부터 출력되는 조작 신호를 입력으로 하고, 부여된 위치 결정 정밀도 향상 대상 주파수 혹은 그 근방에 그 공진 주파수를 갖고, 또한 그 출력이 상기 헤드 위치 신호에 가산되는 지점의 공진 필터

를 포함하여 상기 헤드의 위치 결정 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 자기 디스크 장치.
제1항에 있어서,

상기 보상기 및 상기 공진 필터를 구비한 해당 위치 결정 제어 장치와 상기 제어 대상을 접속했을 때의 개방 루프 전달 특성을 나이퀴스트선도 상에 나타낸 벡터 궤적에 있어서, 상기 공진 필터는 상기 위치 결정 정밀도 향상 대상 주파수의 근방에서 주파수의 증대와 함께 나이퀴스트선도 상의 불안정점(-1, 0)으로부터 멀어지는 방향의 시계 방향의 원 궤적을 생성하는 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 자기 디스크 장치.
제1항에 있어서,

상기 공진 필터는 a를 모드 상수, ω를 공진 주파수의 2π배의 값, ζ를 점성 계수로 했을 때,

a / (s²+ 2ζωs + ω²)

로 표시되는 전달 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 자기 디스크 장치.