KR20070109828A - 자기 디스크 장치 및 헤드위치 제어방법 - Google Patents

자기 디스크 장치 및 헤드위치 제어방법 Download PDF

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KR20070109828A
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다카쿠라 신지
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가부시끼가이샤 도시바
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    • G—PHYSICS
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Abstract

피드백 컨트롤러는 목표위치와 헤드의 실제위치 사이의 오차에 기초해서 피드백 제어를 수행한다. 모델 컨트롤러는, 미리 설정한 제어식 모델을 이용해서 제어명령, 목표위치에 대한 명령으로서 피드백 컨트롤러로 출력되는 모델위치, 및 목표속도를 추종하는 헤드에 대한 모델속도를 구하고, 상기 모델위치로부터 상기 목표위치까지의 잔여거리에 대응하는 목표속도의 미분값에 기초해서 입력으로서의 목표위치에 따라 상기 제어명령과 상기 모델위치를 구한다.

Description

자기 디스크 장치 및 헤드위치 제어방법 {MAGNETIC DISK DEVICE AND HEAD-POSITION CONTROL METHOD}
도 1은 제1실시예에 따른 하드디스크 드라이브의 개략도,
도 2는 제1실시예에 따른 헤드위치결정 제어시스템의 제어블록도,
도 3은 제1실시예에 따른 헤드위치결정 제어처리에 대한 수순을 나타낸 플로우차트,
도 4는 시뮬레이션을 위해 사용되는 액튜에이터에 대한 제어모델의 주파수 특성과, 모델 측 제어시스템을 위해 사용되는 2중 적분 모델(double-integral model)의 주파수 특성을 나타낸 그래프,
도 5 내지 도 8은 비교예에 따른 방법에 있어서 1/3-트랙 탐색 시의 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프,
도 9는 식 (8)에 의해 산출한 제어명령(u)을 사용하는 경우의 모델속도와 목표속도 곡선의 추종성능을 나타낸 그래프,
도 10은 식 (9)에서 이득(λ)이 변화할 때 액튜에이터로의 제어명령의 상태를 나타낸 그래프
도 11 내지 도 14는 식 (9)의 제어명령을 사용할 때 액튜에이터의 위치에서 의 상태를 나타낸 그래프,
도 15 내지 도 18은 식 (9)의 제어명령을 사용할 때 액튜에이터의 위치에서의 2차 미분을 나타낸 그래프,
도 19는 비교예에 따른 헤드위치결정 제어시스템에 의한 고정파형(settling waveform)을 나타낸 그래프,
도 20 내지 도 23은 제1실시예에 따른 헤드위치결정 제어시스템에 의한 고정파형을 나타낸 그래프,
도 24는 1/3 트랙에 대한 연속탐색 시에 노이즈의 1/3 옥타브 분석 결과를 나타낸 그래프,
도 25는 이득과 모델속도의 관계를 나타낸 그래프,
도 26은 제2실시예에 따른 헤드위치결정 제어시스템의 제어블록도,
도 27은 제3실시예에 따른 헤드위치결정 제어시스템의 제어블록도,
도 28은 비교예에 따른 헤드위치결정 제어시스템의 제어블록도이다.
본 발명은, 일반적으로 헤드를 자기 디스크 상의 목표위치에 위치결정하기 위한 위치결정 제어기구를 갖춘 자기 디스크 장치, 및 헤드위치 제어방법에 관한 것이다.
자기 디스크 장치용의 헤드위치결정 제어시스템에서는, 디지털 제어시스템을 형성하기 위해 마이크로컴퓨터가 일반적으로 사용되고 있다. 디지털 제어시스템에서는, 헤드에 대해 이산적으로 구해진 위치정보로부터 마이크로프로세서에 의해 제어명령이 산출되고, 산출된 제어명령은 D/A(digital-to-analog: 디지탈/아날로그) 컨버터를 통해 액튜에이터의 드라이브로 공급된다.
액튜에이터는 일반적으로 고주파수 대역에서 자기공진을 갖는바, 이로써 헤드를 자기 디스크 상의 목표위치로 저진동, 저노이즈의 높은 속도로 이동시키기 위해서는 기계적인 공진을 여기하지 않는 피드포워드 제어입력을 생성하는 것이 매우 중요하다. 헤드를 짧은 거리 동안만 높은 속도로 이동시키기 위해서는, 다음과 같은 기술을 생각할 수 있다. 이 기술은, 기계적인 공진을 여기하지 않도록 하는 액튜에이터에 대한 피드포워드 제어입력과 피드백 제어시스템에 대한 목표위치 명령을 메모리에 테이블로서 기억되는 최적화 기술을 이용해서 미리 산출하고 있는 기술이다. 이 경우, 액튜에이터에 대한 피드포워드 제어입력과 피드백 제어시스템에 대한 목표위치 명령은 헤드의 위치결정 시에 테이블을 참조함으로써 결정된다.
그렇지만, 이러한 헤드위치결정 제어를 위한 기술에서는, 탐색거리마다 액튜에이터에 대한 피드포워드 제어입력과 피드백 제어시스템에 대한 목표위치 명령을 테이블 내에 유지시킬 필요가 있다. 이로써, 마이크로프로세서의 메모리 용량이 제한되기 때문에, 이 기술을 실현하는 것은 불가능하다.
따라서, 장거리 탐색을 필요로 하는 경우에는, 액튜에이터에 대한 피드포워드 제어입력과 목표위치 명령을 연속적으로 산출하는 것이 필요하다. 예컨대, 일 본 공개특허공보 H9-073618호에는, 액튜에이터에 대한 피드포워드 제어입력과 목표위치 명령인 모델 제어시스템에 대한 제어명령과 모델위치를 피드백 제어시스템으로 출력하기 위해, 위치결정 제어시스템에서의 액튜에이터에 대해 모델 제어시스템을 유지하여 모델속도가 목표속도 곡선을 추종하도록 하는 기술이 개시되어 있다.
상술한 바와 같은 종래의 기술에서는, 액튜에이터에 대한 피드포워드 제어입력과 목표위치 명령으로서의 모델 제어시스템에 대한 제어명령과 모델위치가 피드백 제어시스템으로 출력된다. 따라서, 장거리 탐색을 필요로 하는 경우에는, 최적화 기술을 이용하여 액튜에이터에 대한 피드포워드 제어입력과 목표위치 명령을 미리 산출할 수 없다. 이 때문에, 모델속도가 목표속도 곡선을 추종하도록 하는 제어시스템의 구성이 특히 중요하게 된다.
그렇지만, 종래의 기술에 있어서는, 예컨대 일본 공개특허공보 H9-073618호의 문단 [0044]에는 "보상요소(35)가 차분요소(34)의 속도오차에 정수값(K)의 이득을 승산하는 요소이다"라고 개시되어 있다. 상술한 바와 같이, 모델속도는 목표속도에 추종하도록 되어 있기 때문에, 단순한 속도 피드백 제어시스템만이 제공된다.
따라서, 목표속도가 증가하는 경우에는, 모델속도는 목표속도를 추종할 수 없고, 이에 따라 모델위치에서 오버슈트(overshoot: 지나침)가 발생하게 된다.
또한, 모델속도의 목표속도로의 추종성능을 향상시키기 위해, 속도 피드백 이득을 높은 값으로 설정하는 것을 생각할 수도 있다. 그렇지만, 이 경우에는 모 델속도가 목표속도에 도달하자마자 속도가 갑자기 감속(deceleration)으로 전환되어, 가속(acceleration)으로부터 감속으로 갑자기 전환하는 피드포워드 제어명령이 액튜에이터로 제공된다. 그 결과, 기계적인 공진의 여기를 억제할 수 없다.
본 발명은, 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 모델속도의 목표속도로의 추종능력을 향상시킬 수 있고, 제어명령을 가속으로부터 감속으로 스무드하게 전환함으로써 기계적인 공진의 여기를 억제할 수 있는 자기 디스크 장치 및 헤드위치 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 한 국면(局面)에 따른 자기 디스크 장치는, 데이터가 기록되어 있는 자기 디스크와, 이 자기 디스크에 관하여 데이터를 기록 및 재생하는 헤드, 상기 헤드를 자기 디스크의 반경방향으로 이동시키는 헤드 구동기 및, 상기 헤드가 자기 디스크 상의 목표위치에 놓이도록 제어하기 위한 제어명령을 상기 헤드 구동기로 내리는 위치결정 컨트롤러를 구비하고 있다. 상기 위치결정 컨트롤러는. 상기 목표위치와 상기 헤드의 실제위치 사이의 오차에 기초해서 피드백 제어를 수행하는 피드백 컨트롤러와, 미리 설정한 제어식 모델을 이용해서 제어명령, 목표위치에 대한 명령으로서 피드백 컨트롤러로 출력되는 모델위치, 및 목표속도를 추종하는 헤드에 대한 모델속도를 구하고, 상기 모델위치로부터 상기 목표위치까지의 잔여거리(remaining distance: 나머지 거리)에 대응하는 목표속도의 미분값에 기초해서 입력으로서의 목표위치에 따라 상기 제어명령과 상기 모델위치를 구하는 모델 컨트롤러를 갖추고 있다.
본 발명의 다른 국면에 따른 헤드위치 제어방법은, 자기 디스크 상에서 헤드 위치를 제어하는 방법으로서, 목표위치와 상기 헤드의 실제위치 사이의 오차에 기초해서 피드백 제어를 수행함으로써 자기 디스크 상의 목표위치에 놓이는 자기 디스크에 관하여 데이터를 기록 및 재생하는 헤드를 제어하는 단계와, 상기 헤드를 자기 디스크의 반경방향으로 이동시키는 헤드 구동기로 내려지는 제어명령을 구할 때, 미리 설정한 제어식 모델을 이용해서 제어명령, 목표위치에 대한 명령으로서 피드백 컨트롤러로 출력되는 모델위치, 및 목표속도를 추종하는 헤드에 대한 모델속도를 구함과 더불어, 상기 모델위치로부터 상기 목표위치까지의 잔여거리에 대응하는 목표속도의 미분값에 기초해서 입력으로서의 목표위치에 따라 상기 제어명령과 상기 모델위치를 구하는 단계를 구비하고 있다.
(실시예)
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예에 대해 상세히 설명한다. 이하의 실시예에서는, 본 발명에 따른 자기 디스크 장치가 하드디스크 드라이브(hard disk drive: HDD)에 적용되고 있다.
제1실시예에 따른 HDD는, 도 1에 나타낸 바와 같이 하드디스크(HD; 114), 액튜에이터(130) 및 HDD 컨트롤러(140)를 포함하고 있다. 구체적으로는, 액튜에이터(130)는 자기헤드(111), 아암(arm; 112) 및 보이스 코일 모터(voice coil motor: VCM)(113) 등과 같은 기구를 가지고 있다. HDD 컨트롤러(140)는 하드디스크 드라 이브의 인쇄기판 상에 헤드위치결정 제어기구(head-positioning control mechanism)를 가진 제어회로로서 제공된다.
HD(114) 중 적어도 하나는 HDD용으로 제공되어 스핀들 모터에 의해 고속으로 회전된다. HD(114) 상에는 복수의 트랙이 동심원모양으로 형성되어 있고, 각 트랙은 소정의 간격으로 형성된 서보영역(servo area; 120)을 갖고 있다. 각 서보영역(120)에는 트랙위치정보가 미리 매립되어 있고, 서보영역(120) 사이에는 사용자 데이터를 기록하기 위한 데이터 섹터가 설치되어 있다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 헤드(111)는 액튜에이터(130)의 아암(112)에 의해 유지되어 있다. 헤드(111)는 서보영역(120)으로부터 트랙위치정보를 읽어내거나, 데이터 섹터로부터 사용자 데이터를 읽어낸다. 아암(112)은 헤드(111)를 HD(140)의 반경방향으로 이동시키기 위해 VCM(113)의 구동력에 의해 선회(pivot)하도록 만든다. VCM(113)은 마그네트(115)와 구동코일(116)을 포함하고서, 후술하는 전력증폭기(117)로부터 공급되는 구동전류에 의해 회전된다.
도 1에 나타낸 바와 같이, HDD 컨트롤러(140)는 주요한 구성요소로서의 마이크로프로세서(MPU; 118)와 서보데이터 처리회로(122), 헤드 증폭기(121) 및 전력증폭기(117)를 포함하고 있다.
헤드 증폭기(121)는, 트랙위치정보 또는 헤드(111)로부터 읽어낸 사용자 데이터에 대응하는 독출신호(read signal: 리드신호)를 증폭하고, 이 독출신호를 MPU(118)로 출력한다.
MPU(118)는 D/A 컨버터(119)와 입출력(I/O) 포트(123)를 포함하고 있다. MPU(118)는 제1실시예에 따른 헤드위치결정 제어시스템에 대한 각종의 산출처리를 실행하고, VCM(113)으로 공급되는 제어명령을 생성한다.
전력증폭기(117)는, MPU(118)로부터의 제어명령 입력을 구동전류로 변환하고, 이 구동전류를 VCM(113)으로 공급한다.
헤드(111)는 서보영역(120)으로부터의 신호를 읽어내고, 헤드 증폭기(121)는 헤드(111)로부터 독출신호를 수신하여 이 독출신호를 증폭하며, 증폭된 독출신호를 서보데이터 처리회로(122)로 공급한다. 서보데이터 처리회로(122)는 증폭된 독출신호로부터 서보정보를 생성하고, 이 서보정보를 소정의 시간 간격으로 MPU(118)로 출력한다. MPU(118)는 I/O 포트(123)로부터 입력되는 서보정보로부터 헤드위치를 산출하고, 얻어진 헤드위치로부터 소정의 시간간격에 VCM(113)으로 공급되는 제어명령(피드포워드 제어명령: u)을 산출한다. MPU(118)는 산출한 제어명령을 D/A 컨버터(119)에 의해 전력증폭기(117)로 공급해야 할 아날로그 신호로 변환한다. 전력증폭기(117)는 MPU(118)로부터의 제어명령 입력을 구동전류로 변환하고, 이 구동전류를 VCM(113)으로 공급한다. 이에 따라, VCM(113)이 회전하고, 헤드(111)가 제어명령에 따라 HD(114)의 반경방향으로 이동하게 된다.
다음에는 MPU(118)에 의해 실현되는 헤드위치결정 제어시스템에 대해 설명한다. 제1실시예에 따른 헤드위치결정 제어시스템은 헤드(111)가 현재위치로부터 목표위치로 이동하도록 탐색제어를 수행한다. HD(114)의 액세스 방법이 섹터 단위에 기초를 두고 있는 경우, 여기서 설명되는 목표위치는 그 섹터를 포함하는 목표트랙(실린더)을 지시하게 된다.
제1실시예에 따른 헤드위치결정 제어시스템은, 도 2에 나타낸 바와 같이 모델 측 제어시스템(250) 및 위치오차 피드백 제어시스템(C(z); 260)과 같은 2개의 제어루프를 포함하고 있다.
위치오차 피드백 제어시스템(260)은 헤드(111)의 목표위치와 그 실제 위치 사이의 오차에 기초해서 피드백 제어를 수행하기 위한 제어루프이다.
모델 측 제어시스템(250)은, 미리 설정한 제어식 모델을 이용해서 VCM(113)으로 공급되는 피드포워드 제어명령(u), 위치오차 피드백 제어시스템(260)으로 출력되는 목표위치 명령으로서의 모델위치 및 모델속도를 생성하고, 모델속도가 헤드(111)의 목표속도를 추종하도록 하기 위한 제어루프이다.
탐색성능을 향상시키기 위해서는, 스무드한 피드포워드 제어명령을 VCM(113)에 공급하는 것이 중요하다. 이 때문에, 모델 측 제어시스템(250)에서는, 업 샘플러(up sampler; 261)와 다운 샘플러(down sampler; 262)에 의해 위치오차 피드백 제어시스템(260)의 샘플링주파수의 n배의 샘플링주파수에서 계산이 수행된다.
위치오차 피드백 제어시스템(260)은 탐색 시에 관측자 모드와 2자유도(two-degree-of-freedom) 제어모드를 가지고 있다. 탐색동작의 전반부에서는, 스위치가 관측자 모드로 전환되는 모델 측 제어시스템(250)에 접속되도록 제어가 제공되고, 피드백 컨트롤러(C(z); 210)의 출력신호는 모델 측 제어시스템(250)의 입력단자로 부가되며, 모델 상태(모델위치와 모델속도)는 액튜에이터(130)의 이동에 접근한다. 탐색동작의 후반부에서는, 스위치가 2자유도 제어모드로 전환되는 VCM(113)에 접속되고, 피드백 컨트롤러(C(z); 210)의 출력신호는 VCM(113)으로 입력된다. 상기한 바와 같이 제공되는 제어는, 탐색 시에 전류포화의 영향 및 위치검출오차의 영향이 저감되도록 한다. ZOH(208)는 피드백 컨트롤러(C(z); 210)의 샘플링되는 출력신호를 연속시간신호(continuous-time signal)로 변환하고, 변환된 신호를 VCM(113)으로 출력하는 0차 홀더(zero-order holder)이다.
도 28은 비교예에 따른 헤드위치결정 제어시스템의 제어블록도이다. 비교예에 따른 헤드위치결정 제어시스템은 도 1과 마찬가지로 위치오차 피드백 제어시스템(260)을 포함하고 있다. 모델 측 제어시스템(2850)은 가속 시에 전류포화를 갖고, 일정한 피드백 이득(β)이 목표속도와 모델속도 사이의 속도오차에 가해진다. 목표속도 테이블(2851)은 목표속도가 목표위치와 모델위치 사이의 차, 즉 모델위치로부터 목표위치까지의 거리(잔여거리)와 목표속도 곡선으로서 미리 관련되어 있는 테이블이다.
비교예에 따른 헤드위치결정 제어시스템에서는, 탐색속도를 올리기 위해 목표속도가 증가되는 경우에는, 목표위치의 오버슈트를 일으키는 일정한 피드백 이득 제어에 의해 목표속도를 추종할 수 없다. 모델속도의 목표속도에 대한 오차를 저감시키기 위해, 속도의 일정한 피드백 이득(β)이 증가될 필요가 있다. 그렇지만, 일정한 피드백 이득(β)이 증가되는 경우, 모델속도는 목표속도로의 도달 시에 즉시 감속으로 변화하게 된다. 따라서, 가속으로부터 감속으로의 모델에 대한 제어명령(액튜에이터로의 피드포워드 제어)이 갑자기 변화하게 된다. 이와 같이 갑자기 변화하는 피드포워드 제어명령은, 탐색의 완료 시에 잔류진동(residual vibration)을 일으키거나 혹은 탐색 중에 노이즈(noise: 잡음)를 발생시키는 액튜 에이터의 기계적인 공진을 여기한다. 이 때문에, 제1실시예에 있어서는, 모델 측 제어시스템(250)은 목표속도로의 추종능력을 희생시키지 않고 가속으로부터 감속으로의 제어명령의 변화를 스무드하게 만드는 속도제어시스템을 포함하도록 구성된다.
다음에는 제1실시예에 따른 헤드위치결정 제어시스템에서의 모델 측 제어시스템(250)의 원리에 대해 설명한다.
먼저, 모델의 상태식은 식 (1)에 의해 표현된다. 여기서, x1은 모델위치의 목표위치까지의 거리(잔여거리)이고, x2는 모델속도이다.
Figure 112007030135373-PAT00001
목표속도가 f(x1)으로 나타내어지는 경우, 속도오차(σ)는 식 (2)에 의해 표현된다.
Figure 112007030135373-PAT00002
모델속도가 목표속도를 추종할 때에는, 속도오차는 σ=0이고, 이에 따라 식 (3)이 유지된다.
Figure 112007030135373-PAT00003
식 (3)이 식 (1)로 치환되면, 식 (4)가 유지된다.
Figure 112007030135373-PAT00004
액튜에이터가 2차 시스템과 기계적인 공진에 의해 표현되기 때문에, 완전한 2중 적분이 모델로서 선택되는 경우, 식 (1)의 파라미터는 식 (5)에 나타낸 바와 같이 된다.
Figure 112007030135373-PAT00005
식 (5)의 파라미터가 식 (4)로 치환될 때, 목표속도를 추종하기 위해 필요한 제어입력(ueq)은 식 (6)에 의해 표현된다.
Figure 112007030135373-PAT00006
여기서, 식 (6)의 물리적인 의미를 생각해 본다. 식 (6)은 식 (7)로 변형될 수 있다.
Figure 112007030135373-PAT00007
바꾸어 말하면, 식 (6)에 나타낸 제어입력(ueq)은 가속 피드포워드(acceleration feedforward)를 나타낸다. 그렇지만, 제어입력(ueq)은 모델속도가 목표속도에 도달한 후에 추종을 위해 필요한 것으로 속도오차를 포함하고 있지 않 기 때문에, 모델속도는 목표속도에 이르기까지 가속될 수 없다. 피드백 컨트롤러(210)의 출력은 탐색동작의 전반에 모델 측 제어시스템(250)에 부가되고, 그에 따라 식 (6)의 제어입력에 의해서만 목표속도와 모델속도 사이의 오차가 발생한다. 따라서, 식 (8)에 나타낸 제어입력을 생각할 수 있다.
Figure 112007030135373-PAT00008
식 (8)의 첫번째 항은 가속 피드포워드이고, 두번째 항은 2자유도 제어시스템을 형성하는 속도오차의 비선형 피드백이다. 두번째 항에 있어서, 속도오차가 클 때, 피드백의 양은 작지만, 속도오차가 작아질수록 피드백의 양은 커진다. 그렇지만, 첫번째 항은 모델 및 목표속도 곡선으로부터 결정되기 때문에, 식 (8)에 의해 표현되는 제어입력은 목표속도 곡선에 도달하는 방법을 조정하기 위한 자유도를 갖고 있지 않지만, 그 방법은 두번째 항의 α와 β에 의해 결정된다. α를 더 작게 만들고 β를 더 크게 만듦으로써, 목표속도에 도달하는 방법을 더 스무드하게 만들 수 있다. 동시에, 탐색동작의 전반에 부가된 피드백 컨트롤러(210)의 출력은 또한 목표속도 곡선에 대한 추종성능을 떨어뜨린다. 이 때문에, 제1실시예에서는, 식 (9)를 실현하는 모델 측 제어시스템(250)은 도 2에 나타낸 바와 같이 구성되어 식 (9)에 나타낸 제어입력을 허용한다.
Figure 112007030135373-PAT00009
식 (9)에서, 첫번째 항은 모델위치로부터 목표위치까지의 잔여거리에 대응하는 목표속도의 미분값에 모델속도를 승산하여 구한 승산값에 기초한 값이다. 두번째 항은 모델속도와 목표속도 사이의 오차(σ)에 기초한 값이다. 세번째 항은 잔여거리에 대응하는 목표속도의 미분값과 잔여거리의 승산값에 이득정수(λ)를 승산하여 구한 값에 기초한 값이다. 식 (9)에 의해 표현되는 제1실시예에 따른 모델 측 제어시스템(250)은 이들 3개의 항의 값으로부터 피드포워드 제어명령(u)을 구한다.
보다 구체적으로는, 피드포워드 제어명령(u)은 다음과 같이 산출된다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 목표위치가 모델 측 제어시스템(250)으로 입력되도록 설정되어 있는 경우에는, 차분요소(211)에 의해 목표위치와 2중 적분 모델(207)에 의해 산출된 모델위치 사이의 차인 잔여거리(x1)를 구한다. 그 후, 잔여거리(x1)에 대응하는 목표속도 f(x1)를 목표속도 테이블(201) 내의 목표속도 곡선을 참조하여 구한다. 목표속도 테이블(201)은, 목표속도 f(x1)와 잔여거리(x1)가 미리 목표속도 곡선으로서 서로 관련되어 있고, MPU(118) 내의 메모리와 같은 기억부 내에 미리 기억되어 있는 테이블이다.
그 후, 차분요소(212)는 구한 목표속도 f(x1)와 2중 적분 모델(207)에 의해 산출된 모델속도(x2) 사이의 차인 속도오차(σ)를 산출한다. 속도오차(σ)는 보상요소(203, 204)에 있어서 각각 산출되고, 식 (9)의 두번째 항의 값은 보상요 소(204)로부터 출력된다.
한편, 목표위치는 모델 측 제어시스템(250)으로 입력되고, 잔여거리(x1)에 대응하는 목표속도 f(x1)의 잔여거리(x1)에 의한 미분값 df(x1)/dx1은 미분값 테이블(202)을 참조함으로써 구해진다. 미분값 테이블(202)은, 잔여거리(x1)와 목표속도 f(x1)의 잔여거리(x1)에 의한 미분값 df(x1)/dx1이 서로 관련되어 있고, MPU(118) 내의 메모리와 같은 기억부 내에 미리 기억되어 있는 테이블이다. 제1실시예에서는, 목표속도 f(x1)의 잔여거리(x1)에 의한 미분값 df(x1)/dx1은 미분값 테이블(202)을 참조함으로써 구해지지만, 이 값은 그것에 의해 한정되지 않는다. 예컨대, MPU(118)가 높은 처리능력을 가지면, 미분값은 목표속도 테이블(201)로부터 구한 목표속도 f(x1)를 미분하여 구해도 좋다.
미분값 df(x1)/dx1에는 승산기(205)에서 2중 적분 모델(207)에 의해 산출된 모델속도(x2)가 승산되고, 그 승산값에는 보상요소(216)에서 1/B이 승산되며, 식 (9)의 첫번째 항의 값이 보상요소(216)로부터 출력된다.
더욱이, 미분값 df(x1)/dx1에는 승산기(217)에서 잔여거리(x1)가 승산되고, 그 승산값에는 보상요소(016)에서 1/B이 승산되며, 또 보상요소(205)에서 이득(λ)이 승산되고, 식 (9)의 세번째 항의 값이 보상요소(205)로부터 출력된다.
상술한 바와 같이 산출된 식 (9)의 첫번째 항, 두번째 항 및 세번째 항의 값 은, 제어명령(u)을 구하기 위해 가산요소(218) 및 차분요소(214)에 의해 각각 가산 및 감산된다. 제어명령(u)은 2중 적분 모델(207)로 입력되어 피드포워드 제어명령(u)으로서 액튜에이터로 공급된다.
2중 적분 모델(207)은 제어명령(u)을 수신하여 모델속도(x2) 및 모델위치를 산출한다. 모델위치는 목표위치 명령으로서 위치오차 피드백 제어시스템으로 출력된다.
제1실시예에서는, 제어명령의 가속으로부터 감속으로의 변화를 더 스무드하게 만들기 위해, 단순히 모델속도(x2)가 목표속도에 스무드하게 도달하도록 설정하고 있다는 사실에 관심이 집중되어 있다. 그 때, 모델 측 제어시스템은, 목표속도에 대응하는 잔여거리(x1)를 이용해서 목표속도를 추종하는 모델속도(x2)에 필요한 피드포워드 제어명령(u)을 생성하기 위해, 잔여거리(x1)에 관한 목표속도의 미분값 df(x1)/dx1을 이용하여 구성되어 있다. 이 생성에 의해, 이득(λ)을 필요 이상으로 증가시킬 필요가 없고, 모델속도(x2)는 목표속도에 스무드하게 도달할 수 있다.
식 (9)에 있어서는, 모델속도가 목표속도에 도달하기 전에는 두번째 항과 세번째 항이 지배하고 있는바, 모델속도는 주로 두번째 항 및 세번째 항에 의해 목표속도 곡선에 도달하게 된다. 목표속도 곡선에 도달한 후에는 첫번째 항 및 두번째 항이 지배하게 된다. 이 경우, α와 β는 모델속도의 목표속도 곡선으로의 추종성능으로부터 결정되고, 모델속도가 어떻게 목표속도 곡선에 도달하는지는 이득(λ) 에 의해 조정된다. 이득(λ)의 증가는 모델속도가 목표속도 곡선에 스무드하게 도달하도록 하고, 그에 따라 가속으로부터 감속으로의 변화도 더 스무드하게 이루어질 수 있다. 따라서, 제1실시예에서는, 이득(λ)이 가변가능하도록 제어되고 있다.
그렇지만, 목표속도 곡선에 도달하는 스무드한 방법은 탐색시간이 증가되게 만든다. 이 때문에, λ의 진폭과 탐색시간 사이에는 트레이드오프(trade-off)의 관계가 있다.
다음에는 식 (9)에 나타낸 제어입력을 이용할 때 모델 측 제어시스템이 안정하게 되는 조건에 대해 생각해 보기로 한다.
속도오차(σ)에 의한 식 (10)은 다음과 같이 정의되고, 여기서 V는 리아프노프 함수(Lyapunov function)이다.
Figure 112007030135373-PAT00010
리아프노프 함수(V)가 0에 가까워질 때, 피드백 제어시스템은 안정하게 된다. 리아프노프 함수(V)의 미분은 식 (11)에 의해 표현된다.
Figure 112007030135373-PAT00011
식 (9)에 나타낸 제어입력(u)은 식 (11)에 가산되고, 식 (12)는 다음과 같이 구해진다.
Figure 112007030135373-PAT00012
식 (12)가 음(negative)일 때, 리아프노프 함수(V)는 0에 가까워진다. 따라서, 케이스를 다음과 같은 4가지 경우로 분리하여 생각하기로 한다. 여기서, df(x1)/dx1 > 0이고, β는 ｜σ｜와 비교하여 충분히 더 작으며, r은 이동거리이다.
먼저, σ < 0이고 x1 < 0이면, 식 (13)이 유지된다. 따라서, 식 (14)를 유지하는 것이 필요할 뿐이다.
Figure 112007030135373-PAT00013
Figure 112007030135373-PAT00014
식 (15)는 식 (14)로부터 구해지고, 식 (16)이 유지된다.
Figure 112007030135373-PAT00015
Figure 112007030135373-PAT00016
이상으로부터, σ < 0이고 x1 < 0이면, 이득(λ)이 식 (17)을 만족하도록 선택될 때, 식 (12)는 음이고, 리아프노프 함수(V)는 0에 가까워지며, 모델 측 제어시스템(250)은 안정하게 된다.
Figure 112007030135373-PAT00017
목표속도 곡선은 일반적으로 식 (18)과 같은 식에 의해 표현된다. 따라서, 식 (19)에 나타낸 바와 같이 잔여거리가 짧을 때, 즉 일정한 값일 때, df(x1)/dx1의 최대값은 기울기(slope; R1)가 된다.
Figure 112007030135373-PAT00018
Figure 112007030135373-PAT00019
σ < 0이고 x1 ≥ 0이면, 식 (12)는 항상 음이다. 따라서, 이 경우, 모델 측 제어시스템(250)은 항상 안정하게 된다.
이때, σ ≥ 0이고 x1 < 0이면, 식 (12)는 항상 음이다. 따라서, 이 경우, 모델 측 제어시스템(250)은 항상 안정하게 된다.
σ ≥ 0이고 x1 ≥ 0이면, 식 (20)이 유지된다.
따라서, 식 (21)이 만족되면, 식 (12)는 음이다.
Figure 112007030135373-PAT00021
식 (22)는 식 (21)로부터 구해지고, 식 (23)이 유지된다.
Figure 112007030135373-PAT00022
Figure 112007030135373-PAT00023
이상으로부터, σ ≥ 0이고 x1 ≥ 0이면, 이득(λ)이 식 (24)를 만족하도록 선택될 때, 식 (12)는 음이고, 리아프노프 함수(V)는 0에 가까워지며, 모델 측 제어시스템(250)은 안정하게 된다.
Figure 112007030135373-PAT00024
식 (17) 및 식 (23)으로부터, 제1실시예는 이득(λ)이 식 (25)의 조건을 만족하도록 설정가능하게 구성되고, 모델 측 제어시스템(250)은 식 (9)에 나타낸 제어명령에 의해 안정하게 된다.
Figure 112007030135373-PAT00025
다음에는 도 3을 참조하여 상술한 바와 같이 구성된 제1실시예에 따른 헤드위치결정 제어시스템에 대해 설명한다.
먼저, 모델 측 제어시스템(250)으로 목표위치를 설정하고(스텝 S301), 모델 측 제어시스템(250)에 의해 모델위치와 목표위치 사이의 차로부터 잔여거리를 산출한다(스텝 S302). 그 후, 탐색동작이 첫번째 샘플에서의 탐색동작인지 여부를 판정한다(스텝 S303). 첫번째 샘플에서의 탐색동작인 경우(스텝 S303에서 YES)는, 식 (25)의 범위 내에서 이득(λ)을 설정한다(스텝 S304). 탐색동작이 두번째 샘플에서의 탐색동작인 경우(스텝 S303에서 NO)는, 이득(λ)을 설정하지 않는다.
목표속도 테이블의 목표속도 곡선을 참조해서 잔여거리로부터 목표속도를 구하고, 미분값 테이블을 참조해서 잔여거리에 관한 목표속도의 미분값을 더 구한다(스텝 S305). 그 후, 목표속도와 모델속도의 차를 산출한다(스텝 S306). 그리고 식 (9)에 따라 모델속도, 모델위치, 목표속도 및 잔여거리에 관한 목표속도의 미분값으로부터 2중 적분 모델(207)에 대한 제어명령을 구한다(스텝 S307). 또한, 2중 적분 모델(207)에 대한 제어명령(u)을 피드포워드 제어명령(u)으로서 액튜에이터로 공급한다(스텝 S308).
2중 적분 모델(207)은 입력되는 제어명령(u)으로부터 모델위치와 모델속도를 산출하고(스텝 S309), 모델위치를 목표위치 명령으로서 위치오차 피드백 제어시스 템(260)에 공급한다(스텝 S310). 이들 처리에 의해, 위치오차 피드백 제어시스템(260)은 목표위치 명령으로서의 모델위치와 현재의 헤드(111)의 실제 위치에 기초해서 위치오차 피드백 제어를 수행하고, 헤드(111)의 탐색제어를 수행한다.
한편, 모델 측 제어시스템(250)은 모델위치와 목표속도가 서로 정합하는지 여부를 판단한다(스텝 S311). 이들 위치가 정합하는 경우는, 모델 측 제어시스템(250)에 의한 처리가 종료된다. 이들 위치가 정합하지 않는 경우에는, 스텝 S302로부터 스텝 S310까지를 반복해서 실행하도록 되어 있다.
이하, 계산의 결과 및 실험의 결과를 이용해서 제1실시예에 따른 하드디스크 드라이브(HDD)에 의한 헤드위치결정 제어의 효과에 대해 설명한다.
도 4는 시뮬레이션을 위해 사용되는 액튜에이터에 대한 제어모델의 주파수 특성과, 모델 측 제어시스템을 위해 사용되는 2중 적분 모델의 주파수 특성을 나타낸다. 이 예에서는, 2.5인치 크기의 HDD에 대한 액튜에이터의 모델링이 사용된다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 액튜에이터는 주로 10.6kHz 근방 및 14kHz 근방에 기계적인 공진을 갖는다. 위치 오차가 판독되는 샘플링 주기는 10.08kHz이고, 모델 측 제어시스템에서는 계산이 샘플링 주기의 2배의 주기(20.16kHz)로 수행된다. 비교예에 따른 방법에서의 1/3-트랙 탐색 시에 모델에 대한 시뮬레이션의 결과를 도 5 내지 도 8에 나타내고 있다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 액튜에이터에 대한 제어명령의 감속으로의 전환(switching)은 가파르다. 따라서, 도 6에 나타낸 바와 같이 샘플점 사이에 응답시간을 포함하는 액튜에이터의 위치에 잔류진동(residual vibration)이 있음을 알 수 있다. 또한, 도 7에 나타낸 액튜에이터의 위치에서의 2차 미분으로부터, 감속으로의 전환 시에 기계적인 공진이 여기됨을 알 수 있다. 이러한 점으로부터, 비교예에 따른 방법을 이용하여 헤드위치결정 제어를 수행할 때, 탐색 시의 노이즈가 커지고 있다고 생각할 수 있다. 더욱이, 모델속도의 목표속도로의 추종능력은 도 8에 나타낸 바와 같이 목표속도에 관하여 오차를 갖는다. 따라서, 비교예에 따른 방법에서의 헤드위치결정 제어에 의해서는 모델속도가 높은 목표속도를 추종할 수 없음이 명백하다.
다음에는 도 2의 제1실시예에 따른 헤드위치결정 제어시스템을 사용할 때 동일한 액튜에이터의 제어모델에 대한 시뮬레이션의 결과에 대해 설명한다. 도 9에 나타낸 바와 같은 식 (8)에 의해 산출된 제어명령(u)을 사용할 때의 모델속도의 목표속도 곡선으로의 추종성능과 같이, 식 (8)의 제어명령을 사용할 때의 목표속도로의 추종성능이 비교예에 따른 방법과 비교해서 향상되고 있음이 명백하다. 그렇지만, 목표속도 곡선이 제공되면, 잔여거리에 관한 목표속도의 미분이 결정된다. 따라서, 어떻게 모델속도가 목표속도에 도달하는지를 제어하기 위해서는, α와 β를 변화시키는 것이 필요하다. 그렇지만, α와 β가 변화되고 그에 따라 도달하는 방법이 변화되면, 이 변화는 목표속도로의 추종성능에 영향을 미친다. 따라서, 식 (9)에 나타낸 제어명령을 이용하게 된다.
식 (9)에 있어서 이득(λ)이 변화할 때, 액튜에이터로의 제어명령의 상태는 도 10에 나타내고 있다. 식 (9)의 제어명령을 사용할 때, 액튜에이터의 위치에서의 각 상태는 λ=0의 경우를 나타내는 도 11, 도 12: λ=2, 도 13: λ=4, 및 도 14: λ=6에 나타내고 있다.
도 10에 나타낸 바와 같이 이득(λ)의 증가는 제어명령의 가속 및 감속의 스무드한 변화를 가능하게 하고, 액튜에이터의 고정(settling) 시의 잔류 진동이 도 11에 나타낸 바와 같이 감소된다. 그 고정시간의 액튜에이터의 위치에서의 2차 미분은 λ=0의 경우를 나타내는 도 15, 도 16: λ=2, 도 17: λ=4, 및 도 18: λ=6에 나타내고 있다.
도 15 내지 도 18로부터 명백해진 바와 같이, 감속으로의 제어명령의 변화는 더 스무드하게 이루어질 수 있다. 따라서, 감속 시에 기계적인 공진의 여기가 비교예에 따른 방법과 비교해서 억제된다. 이러한 사실로부터, 탐색 시에 낮은 노이즈를 기대할 수 있다.
2.5인지 크기의 HDD로 제안된 제어시스템을 실현하고 제1실시예에 따른 헤드위치결정 제어 및 비교예에서의 방법에 따른 헤드위치결정 제어를 이용함으로써, 1/3-트랙 탐색 시에 고정파형 및 노이즈에 대한 측정이 수행된다. 비교예에 따른 헤드위치결정 제어시스템에 의한 고정파형을 도시하는 도 19에 나타낸 바와 같이, 시뮬레이션의 결과와 마찬가지로, 액튜에이터의 기계적인 공진에 기인한 잔류 진동이 나타나고 있음을 알 수 있다.
제1실시예에 따른 헤드위치결정 제어시스템에 의한 고정파형은 λ=0의 경우를 나타내는 도 20, 도 21: λ=2, 도 22: λ=4, 및 도 23: λ=6에 나타내고 있다. 도 20 내지 도 23에 나타낸 고정파형으로부터, 시뮬레이션의 결과와 마찬가지로, 이득(λ)의 증가가 기계적인 공진에 기인한 잔류 진동의 억제를 가능하게 하고 있 음이 명백하다.
1/3 트랙에 대한 연속 탐색 시에 노이즈의 1/3 옥타브 분석의 결과로서, 도 24에 나타낸 바와 같이 노이즈의 1/3 옥타브 분석으로부터 고주파수 영역에서의 노이즈가 크게 감소될 수 있음이 명백하다.
비교예에 따른 헤드위치결정 제어시스템에 있어서, 목표속도로의 추종능력을 희생시키지 않고 가속으로부터 감속으로 스무드하게 전환하기 위해서는, 속도 피드백 계수를 속도오차에 의존해서 변화시킬 필요가 있다. 예컨대, 다음과 같은 방법을 생각할 수 있다. 이 방법은, "이득은 모델속도가 목표속도와 크게 떨어지고 있을 때 목표속도에 도달하는데 필요한 시간을 줄이기 위해 증가되고, 반면에 이득은 모델속도가 목표속도에 가까워지고 있을 때 목표속도에 더 스무드하게 도달하기 위해 감소된다. 그 후, 이득은 속도오차가 고정된 값보다 더 작아질 때 추종성능을 향상시키기 위해 증가된다."고 하는 것이다. 이 경우의 예가 도 25에 나타내어져 있다. 도 25에 나타낸 바와 같이, 모델속도가 목표속도 곡선에 접근함에 따라 이득을 감소시킴으로써, 감속으로의 전환 시의 변화를 스무드하게 만들 수 있다. 게다가, 목표속도로의 추종능력이 크게 떨어지지 않는다.
그렇지만, 피드백 이득이 목표속도로의 추종능력을 향상시키기 위해 다시 증가되는 경우에는, 제어명령이 갑자기 변화하고, 그에 따라 액튜에이터의 기계적인 공진이 쉽게 여기된다. 비교예에 따른 방법에 의해 기계적인 공진을 회피하기 위해서는, 가속으로부터 감속으로 변화시키기 위한 짧은 기간에 이득전환(gain switching)을 여러 차례 수행하는 것이 필요하다. 짧은 기간의 이득전환은 타이밍 의 설정을 극히 어렵게 만든다. 더욱이, 가속으로부터 감속으로의 변화의 모드가 탐색거리에 의존해서 변화하기 때문에, 제어 프로그램을 매우 복잡하게 만드는 탐색거리에 의존해서 감속으로의 전환의 타이밍을 변화시킬 필요가 있다. 이러한 사실은, 비교예에 따른 방법에 있어서 가속으로부터 감속으로 전환하는 방법의 제어가 극히 어렵다는 것을 나타낸다.
제1실시예에 따른 하드디스크 드라이브용의 헤드위치결정 제어시스템에 있어서, 모델 측 제어시스템은 잔여거리(x1)에 관한 목표속도의 미분값 df(x1)/dx1을 이용하여 구성되고, 목표속도를 추종하는 모델속도(x2)에 필요한 피드포워드 제어명령(u)은 목표속도에 대응하는 잔여거리(x1)를 이용해서 생성된다. 따라서, 모델속도의 목표속도로의 추종능력을 향상시킬 수 있고, 제어명령을 가속으로부터 감속으로 스무드하게 전환함으로써 기계적인 공진의 여기를 억제할 수 있다.
제2실시예에 따른 하드디스크 드라이브가 제1실시예에 따른 하드디스크 드라이브와 다른 점은, 헤드위치결정 제어시스템에서 제어명령(u)을 산출하는 방법에 있다.
또한, 제2실시예에 따른 헤드위치결정 제어시스템도, 도 26에 나타낸 바와 같이 모델 측 제어시스템(2650) 및 위치오차 피드백 제어시스템(C(z); 260)과 같은 2개의 제어루프를 가지고 있다. 위치오차 피드백 제어시스템(C(z); 260)은 제1실시예와 마찬가지이다.
제2실시예에서는, 제어명령(u)이 제1실시예에서의 제어명령(u)을 산출하기 위한 식 (9) 대신 식 (26)에 의해 구해진다.
Figure 112007030135373-PAT00026
바꾸어 말하면, 식 (26)의 세번째 항은 식 (9)의 세번째 항과 다르다. 구체적으로는, 모델 측 제어시스템(2650)에 있어서, 제어명령(u)과 모델위치는, 잔여거리(x1)에 대응하는 목표속도 f(x1)의 잔여거리(x1)에 의한 미분값 df(x1)/dx1에 모델속도(x2)를 승산하여 구한 승산값에 기초해서, 또한 미분값 df(x1)/dx1과 잔여거리(x1)의 승산값과 모델속도(x2) 사이의 차에 이득정수(λ)를 승산하여 구한 값에 기초해서 구해진다.
보다 구체적으로는, 도 26에 나타낸 바와 같이, 승산기(217)는 미분값 df(x1)/dx1에 잔여거리(x1)를 승산하여 승산값을 구한다. 차분요소(2601)는 승산값과 2중 적분 모델(207)에 의해 산출된 모델속도(x2) 사이의 차를 산출한다. 그 후, 보상요소(206, 205)는 그 차에 1/B 및 이득(λ)을 각각 순차적으로 승산한다. 이 계산에 의해, 식 (26)의 세번째 항의 값이 보상요소(205)로부터 출력된다. 식 (26)의 첫번째 항 및 두번째 항의 값은 제1실시예와 마찬가지로 산출된다.
상기한 바와 같이 산출된 식 (26)의 첫번째 항, 두번째 항 및 세번째 항의 값은 제어명령(u)을 구하기 위해 가산요소(218) 및 차분요소(214)에서 각각 가산 및 감산된다. 제어명령(u)은 2중 적분 모델(207)로 입력되고, 또한 피드포워드 제 어명령(u)으로서 액튜에이터로 공급된다.
제2실시예에 따른 하드디스크 드라이브용의 헤드위치결정 제어시스템에 있어서, 모델 측 제어시스템은 잔여거리(x1)에 관한 목표속도의 미분값 df(x1)/dx1을 이용하여 구성되고, 목표속도를 추종하는 모델속도(x2)에 필요한 피드포워드 제어명령(u)은 목표속도에 대응하는 잔여거리(x1)를 이용해서 생성된다. 따라서, 모델속도의 목표속도로의 추종능력을 향상시킬 수 있고, 제어명령을 가속으로부터 감속으로 스무드하게 전환함으로써 기계적인 공진의 여기를 억제할 수 있다.
제3실시예에 따른 하드디스크 드라이브가 제1 및 제2실시예에 따른 하드디스크 드라이브와 다른 점은, 헤드위치결정 제어시스템에서 제어명령(u)을 산출하는 방법에 있다.
또한, 제3실시예에 따른 헤드위치결정 제어시스템도, 도 27에 나타낸 바와 같이 모델 측 제어시스템(2750) 및 위치오차 피드백 제어시스템(C(z); 260)과 같은 2개의 제어루프를 가지고 있다. 위치오차 피드백 제어시스템(C(z); 260)은 제1실시예와 마찬가지이다.
제3실시예에서는, 제어명령(u)은 제1실시예에서의 제어명령(u)을 산출하기 위한 식 (9) 대신 식 (27)에 의해 구해진다.
Figure 112007030135373-PAT00027
바꾸어 말하면, 식 (27)의 세번째 항은 식 (9) 및 식 (26)의 세번째 항과 다르다. 구체적으로는, 모델 측 제어시스템(2750)에 있어서, 잔여거리(x1)에 대응하는 목표속도 f(x1)의 잔여거리(x1)에 의한 미분값 df(x1)/dx1이 소정의 임계값(L)보다 작은 경우, 제어명령(u)과 모델위치는, 미분값 df(x1)/dx1과 모델속도(x2)의 승산값에 기초해서, 또한 미분값 df(x1)/dx1과 임계값(L) 사이의 차에 모델속도(x2) 및 이득정수(λ)를 각각 승산하여 구한 값에 기초해서 구해진다.
보다 구체적으로는, 도 27에 나타낸 바와 같이, 차분요소(2602)에 의해 임계값(L; 임계치 유지부(2701)에 유지되어 있는 값)과 미분값 df(x1)/dx1 사이의 차를 산출하고, 승산기(217)에 의해 그 차에 2중 적분 모델(207)에 의해 산출된 모델속도(x2)를 승산하여 승산값을 구한다. 이 승산값은, 보상요소(206)에서 1/B과, 보상요소(205)에서 이득(λ)과 순차적으로 승산된다. 미분값 df(x1)/dx1이 임계값(L)보다 작으면, 스위치는 턴온되고, 그 값은 식 (27)의 세번째 항으로서 보상요소(205)로부터 출력된다. 한편, 미분값 df(x1)/dx1이 임계값(L)보다 크면, 스위치는 턴오 프되고, 보상요소(205)로부터 아무런 값도 출력되지 않는다. 미분값 df(x1)/dx1이 임계값(L)과 같으면, 스위치는 턴온되거나 턴오프된다.
상기한 바와 같이 산출된 식 (27)의 첫번째 항, 두번째 항 및 세번째 항의 값은 제어명령(u)을 구하기 위해 가산요소(218) 및 차분요소(214)에서 각각 가산 및 감산된다. 제어명령(u)은 2중 적분 모델(207)로 입력되고, 또한 피드포워드 제어명령(u)으로서 액튜에이터로 공급된다.
제3실시예에 따른 하드디스크 드라이브용의 헤드위치결정 제어시스템에 있어서, 모델 측 제어시스템은 잔여거리(x1)에 관한 목표속도의 미분값 df(x1)/dx1을 이용하여 구성되고, 목표속도를 추종하는 모델속도(x2)에 필요한 피드포워드 제어명령(u)은 목표속도에 대응하는 잔여거리(x1)를 이용해서 생성된다. 따라서, 모델속도의 목표속도로의 추종능력을 향상시킬 수 있고, 제어명령을 가속으로부터 감속으로 스무드하게 전환함으로써 기계적인 공진의 여기를 억제할 수 있다.
한편, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있음은 물론이다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 모델속도의 목표속도로의 추종능력을 향상시킬 수 있고, 제어명령을 가속으로부터 감속으로 스무드하게 전환함으로써 기계적인 공진의 여기를 억제할 수 있는 자기 디스크 장치 및 헤드위치 제어방 법을 제공할 수 있다.

Claims (13)

  1. 데이터가 기록되어 있는 자기 디스크와,
    상기 자기 디스크에 관하여 데이터를 기록 및 재생하는 헤드,
    상기 헤드를 자기 디스크의 반경방향으로 이동시키는 헤드 구동기 및,
    상기 헤드가 자기 디스크 상의 목표위치에 놓이도록 제어하기 위한 제어명령을 상기 헤드 구동기로 내리는 위치결정 컨트롤러를 구비하여 구성되되,
    상기 위치결정 컨트롤러가, 상기 목표위치와 상기 헤드의 실제위치 사이의 오차에 기초해서 피드백 제어를 수행하는 피드백 컨트롤러와,
    미리 설정한 제어식 모델을 이용해서 제어명령, 목표위치에 대한 명령으로서 피드백 컨트롤러로 출력되는 모델위치, 및 목표속도를 추종하는 헤드에 대한 모델속도를 구하고, 상기 모델위치로부터 상기 목표위치까지의 잔여거리에 대응하는 목표속도의 미분값에 기초해서 입력으로서의 목표위치에 따라 상기 제어명령과 상기 모델위치를 구하는 모델 컨트롤러를 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 자기 디스크 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 모델 컨트롤러가, 상기 미분값에 상기 모델속도를 승산하여 구한 값에 기초해서 상기 제어명령과 상기 모델위치를 구하는 것을 특징으로 하는 자기 디스크 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 모델 컨트롤러가, 상기 모델속도와 상기 목표속도 사이의 오차에 기초해서 상기 제어명령과 상기 모델위치를 구하는 것을 특징으로 하는 자기 디스크 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 모델 컨트롤러는, 상기 미분값에 상기 목표위치까지의 잔여거리를 승산하여 구한 값에 기초해서 상기 제어명령과 상기 모델위치를 구하는 것을 특징으로 하는 자기 디스크 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 모델 컨트롤러는, 상기 미분값에 상기 목표위치까지의 잔여거리와 이득정수를 승산하여 구한 값에 기초해서 상기 제어명령과 상기 모델위치를 구하는 것을 특징으로 하는 자기 디스크 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 모델 컨트롤러가 상기 이득정수를 변경가능한 방식으로 제어하는 것을 특징으로 하는 자기 디스크 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 모델 컨트롤러는, 상기 미분값에 상기 목표위치까지의 잔여거리를 승산하여 구한 값과 상기 모델속도 사이의 차에 이득정수를 승산하여 구한 값에 기초해서 상기 제어명령과 상기 모델위치를 구하는 것을 특징으로 하는 자기 디스크 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 미분값이 소정의 임계치보다 작은 경우, 상기 모델 컨트롤러는 상기 미분값에 상기 모델속도를 승산하여 구한 값, 상기 모델속도와 상기 목표속도 사이의 오차 및 상기 미분값과 상기 임계치 사이의 차에 상기 모델속도와 이득정수를 승산하여 구한 값에 기초해서 상기 제어명령과 상기 모델위치를 구하는 것을 특징으로 하는 자기 디스크 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 미분값이 소정의 임계치보다 큰 경우, 상기 모델 컨트롤러는 상기 미분값에 상기 모델속도를 승산하여 구한 값 및 상기 모델속도와 상기 목표속도 사이의 오차에 기초해서 상기 제어명령과 상기 모델위치를 구하는 것을 특징으로 하는 자기 디스크 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 잔여거리가 상기 목표속도의 미분값과 관련되어 있는 미분값 테이블을 기억하는 기억부를 더 구비하여 구성되되,
    상기 모델 컨트롤러는, 상기 목표위치와 상기 모델위치로부터 잔여거리를 산출하고, 상기 미분값 테이블로부터 산출한 잔여거리에 대응하는 목표속도의 미분값을 구하며, 구한 미분값에 기초해서 상기 제어명령과 상기 모델위치를 구하는 것을 특징으로 하는 자기 디스크 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 잔여거리가 상기 목표속도와 관련되어 있는 목표속도곡선 테이블을 기억하는 기억부를 더 구비하여 구성되되,
    상기 모델 컨트롤러는, 상기 목표속도곡선 테이블로부터의 상기 목표위치와 상기 모델위치 사이의 차로부터 목표속도를 구하고, 상기 잔여거리에 대응하는 목표속도의 미분값에 기초해서 상기 제어명령과 상기 모델위치를 구하는 것을 특징으로 하는 자기 디스크 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 모델 컨트롤러가 상기 모델위치와 상기 모델속도를 생성하는 2중 적분 프로세서를 더 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 자기 디스크 장치.
  13. 자기 디스크 상에서 헤드 위치를 제어하는 방법으로서,
    목표위치와 상기 헤드의 실제위치 사이의 오차에 기초해서 피드백 제어를 수행함으로써 자기 디스크 상의 목표위치에 놓이는 자기 디스크에 관하여 데이터를 기록 및 재생하는 헤드를 제어하는 단계와,
    상기 헤드를 자기 디스크의 반경방향으로 이동시키는 헤드 구동기로 내려지는 제어명령을 구할 때, 미리 설정한 제어식 모델을 이용해서 제어명령, 목표위치에 대한 명령으로서 피드백 컨트롤러로 출력되는 모델위치, 및 목표속도를 추종하는 헤드에 대한 모델속도를 구함과 더불어, 상기 모델위치로부터 상기 목표위치까지의 잔여거리에 대응하는 목표속도의 미분값에 기초해서 입력으로서의 목표위치에 따라 상기 제어명령과 상기 모델위치를 구하는 단계를 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 헤드위치 제어방법.
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