KR960006874B1

KR960006874B1 - 포지션닝 제어시스템

Info

Publication number: KR960006874B1
Application number: KR1019930001326A
Authority: KR
Inventors: 에이지 오까무라
Original assignee: 후지쓰 가부시끼가이샤; 세끼자와 다다시
Priority date: 1992-01-31
Filing date: 1993-02-01
Publication date: 1996-05-23
Also published as: EP0554125A3; EP0554125A2; DE69312338D1; US6014285A; JPH05210419A; JP2714905B2; EP0554125B1; DE69312338T2

Abstract

내용 없음

Description

포지션닝 제어시스템

제1(a)및 1(b)도는 각각, 자기디스크 드라이브의 평면도와 측면도.

제2도는 액주에이터(actuator)의 전달특성을 예시한 그래프.

제3도는 종래기술에 의한 포지션닝(positioning)제어시스템을 나타낸 개봉도.

제4도는 노치 필터(notch filter)의 전달특셩을 예시한 간략한 그래프.

제5도는 제3도의 노치필터 그룹의 전달특성을 예시한 그래프.

제6도는 본 발명의 원리에 의한 핵심 실시예를 나타낸 개봉도.

제7도는 제6도의 타원함수필터의 전달특성을 나타낸 간략한 필터.

제8도는 본 발명에 의한 구체 실시예의 포지션닝 제어시스템을 나타낸 개봉도.

제9도는 제8도의 필터전달 함수를 이득환산으로 나타낸 그래프.

제10도는 제8도의 필터전달 함수를 위상환산으로 나타낸 그래프.

제11도는 자기디스크 드라이브의 헤드포지션닝 제어시스템에 본 박명을 적용한 일예를 나타낸 개봉도.

제12도는 자기디스크 드라이브의 메카니즘을 나타낸 부분절개 사시도.

제13도는 제인도의 방진필터가 온,오프되는 상태를 설명하기 위한 간략한 개봉도.

제14도는 제13도의 방진필터의 작용을 설명하기 위한 간략한 그래뜨.

제15도는 제11도의 헤드 포지션닝 제어시스템의 동작을 설명한 후로우챠트.

제16도는 본 발명과 종래기술간의 차이를 명시하기 위한 개방 루우프 전달특성을 나타낸 그래프.

본 발명은, 적어도 하나의 자기헤드 또는 유사한 피제어장치를 지정위치에 고속으로 포지션닝하기 위한 포지션닝 제어시스템에 관한 것이다.

최근, 컴퓨터 시스템에서, 대향의 데이타를 고속으로 전달하는 것이 요망되고 있고, 따라서, 대량의 데이터를 고속으로 전달하여 호스트장치와 데이타를 교환하기 위해서 자기디스크드라이브 또는 광디스크장치등의 보조기억장치도 또한 요구되고 있다.

이러한 요구를 충족시키기 위해서, 자기헤드, 광헤드, 프린트헤드등의 피제어장치를, 고속 및 고정확도로 지정된 위치에 배치시켜야 하는 것이 필수적이다. O상기 피제어장치는, 헤드 포지션닝(헤드 시크(seek)동작)이 고속으로 실행될때, 고속 및 고가속도로 구동되므로, 헤드 포지션닝이 종료된 후에도 상기 피제어장치를 진동시키는 기계적 공진현상이 발생하기가 쉽다. 따라서, 피제어장치의 진동에 의해 나타나는 기계적 공진특성을 억제함으로써 안정한 제어를 제공하는 것이 요구되고 있다.

통상, 자기디스크 드라이브등에서는, 기록매체로서 자기디스크등을 회전시키는 모터의 회전속도에 의하여 데이타 전달속도가 제한된다. 따라서, 현재의 회전속도로 실질상 더 높은 데이타 전달속도를 얻고자하는경우, 무엇보다도 각각 고밀도의 기록면(예를들어, 고 트랙피치가 1Oμm미만)을 갖는 다수의 자기디스크등의 기록매체를 자기디스크드라이브내에 함유시켜 데이타 기록밀도와 데이타기억용량을 증가시킬것이 필요하다. 다음은, 각각의 기록매체에 대응하여, 복수의 자기헤드와 같은 피제어장치를 설치하고, 이 복수의 자기헤드를 하나의 액추에이터로 동시에, 고속으로 가동시킴으르써 자기디스크에 대해서 데이타를 병렬로 기입 및 독출하는 것이 필요하다.

다시말해서, 다수의 자기헤드가 복수의 헤드아암을 통해서 하나의 액추에이터상에 설치돼 있으므로" 각각의 자기헤드와 헤드아암들로 인하여 복수의 기계적 공진주파수가 발생된다. 또한, 자기헤드들은 고속으로 동작해야 하므로, 각각의 헤드아암이 가능한한 경량이어야 한다. 그러므로, 각종 기계적 공진모드가 발생하기 쉬우며, 이것은, 기계적 공진특성의 제어를 복잡하게 한다.

하기에서, 피제어장치의 기계적 공진의 이해를 돕기 위하여, 자기헤드를 포함한 자기디스크드라이브의 구성을 도면을 참조하여 설명한다.

제1(A)와 1(B)도는, 자기 디스크드라이 브를 나타낸 도면들이다. 더 구체적으로는, 제1(A)도는 자기 디스크드라이브의 개략 평면도이고, 제1(B)도는 그의 개략 측면도이다.

참조번호(50)은, 복수의 자기디스크(5l)은 회전축,(52)는 액추에이터,(53)은 아암,(54)는 짐발,(55)는자기헤드를 포함한 코어슬라이더(slider)및 (56)은 회전축을 나타낸다.

자기디스크(50)가 그위에 고정돼 있는 회전축(51)은 도시된예에서(도시안된)모터에 의해 회전되며, 이 회전축(51)상에 10개의 자기디스크(50)가 고정돼 있다. 그러나, 필요한 기억용량과 데이타전달 속도에 따라서 상기 회전축(51)상에 1이상의 자기디스크(50)를 고정시킬 수도 있다.

또한, 본 실시예에서는, 상기 코어슬라이더(55)가 2개의 짐발(54)을 통하여 각 아암(53)상에 고정돼 있다. 상기 코어슬라이더들(55)은, 상기 아암(53)을 상기 액추에이터(52)의 회전축(56)을 중심으로 회전시킴으로써 상기 자기디스크(50)를 가로질러 직경방향으로 이등하며, 그럼으로써, 각각의 자기헤드가 지정된 위치(트랙)에 배치된다. 상기 자기혜드들을 통하여 상기 자기디스크(50)상에 데이타가 기입되거나 또는 상기 자기디스크(50)에 기억된 데이타가 그로부터 독출된다.

상기 자기디스크(50)의 기록밀도(트랙밀도)가 증가함에 따라, 상기 액추에이터(52)를 고속으로 동작시켜야 하고, 각각의 자기헤드를 고속 및 고정확도로 지정트랙에 이동 및 위치시켜야 한다. 이 경우, 상기 코어슬라이더들(55)을 포함하는 아암들(53)이 액추에이터(52)에 의해서 고속 및 고가속도로 구동되고, 따라서.자기헤드의 진동을 가져오는 기계적 공진이 문제로 된다. 따라서, 기계적 공진특성을 억제시키거나 또는 공진주파수를 고주파대로 이동시켜서, 제어주파수대에 대한 자기헤드의 영향을 제거하는 것이 필요하다.

제2도는, 상기 액추에이터의 전달특성에(x/i 특성: 액추에이터를 구성하는 보이스 코일모터에 공급된 전류i에 관한 헤드위치의 응답 x)를 나타낸 그래프이다. 제2도에서, 웅답 x는 통상, 헤드포지션닝 제어시스템의 이득 및 위상의 주파수응답으로 표현된다. 더욱 구체적으로는, 횡축을 주파수(Hz), 좌종축은 이득(dB), 우종축은 위상(deg)을 나타낸다. 곡선(a)는 이득특성을 나타낸다. 곡선(b)는 위상 특성을 나타낸다. 상기 전달특성들로부터 명백하듯이 액추에이터, 자기헤드의 구조로 인하여 이득이 현저히 증가하는 수개의 기계적공진이 있다. 대표적 공진에는, 액추에이터 전체의 주공진 및 비틀림 공조, 다수의 헤드가 위해 장치돼 있는 포크형 아암의 수직방향공진 및 비틀림공진, 상기 헤드와 액추에이터간의 스프링 아암의 공진 및. 보이스코일모터의 공진등이 있다.

상기 공진특성들은, 공진주파수, 기억장치 각각의 공진강도등의 면에서 불균일하며, 기억장치에 따라서다르다. 또한, 특정장치에서도, 상기 공진특성들은, 온도변화, 노화 및 각 아암의 회전위치(헤드위치들)에 따라서 변한다. 상기 유형의 액추에이터를 제어하는 경우에, 액추에이터의 전달함수 F(S)와 기계적 공진특성을 나타내는 전달함수 Freso(s)는 하기와 같이 표시된다.

F(s)=×Freso(s)…………………………………………………⒧

Freso=…………………………………………………⑵

Km=[m/A-S²)] …………………………………………………⑶

상기 액추에이터를 강성제로 가정해서 예를들면, Freso(s)=1로 간주할 수 있다. 또한, 식(3)에서 km는,회전식 액추에이터의 관성모멘트가 J(kg·㎥), 보이스 코일모터의 토크상수가 KT(N-m/A). 회전중심과헤드간 거리를 R_H(m)이라는 가정하에 표현된 것이다.

상기의 공진특정을 갖는 종래의 액추에이터에 대한 제어시스템이 제3도에 도시돼있다. 이 도면에서, 참조번호(61}은, 가산기(또한 ∑로 표시됨),(62)는 루우프 보상기 (63)은 제4도 및 제5도와 관련해서 후술되는 노치필터그룹,(64)는 전원증폭기, 및 (65)는 액추에이터와 자기헤드를 포함한 피제어장치(플랜트)이다.상기 피제어장치(65)의 위치정보와 지정위치 정보는 상기 가산기(61) 에 제공되며, 상기 피제어장치(65)는 루우프보상기(62), 노치필터그룹(63), 전원증폭기(64)를 통해서 제어됨으로써, 위치정보와 지정위치정보간의 차이가 영(0)과 같은 특정치로 된다.

상기 제어시스템내의 루우프 보상기(62)는, 시스템의 위상각을 조정하여 루우프를 안정화시키기 위한 리드(lead)지연 필터와, 고주파대의 잡음을 감소시키기 위한 제2필터의 조합을 포함하고 있고, 출력신호 대입력신호의 비율을 나타내는 그의 전달함수 Gc(s)는 하기와 같이 식(4)로 표현된다.

Gc(s)=Gco……………………………………⑷

식중 Gco는 직류이득,ω_LD는리드보상 각주파수(위상각에 대응하는 각주파수),ω_LD는 지연보상 각주파수, ζc와 ωc는 각각, 제2필터의 감쇠율, 차단각 주파수이다.

봉상, 상기 루우프 보상기는, 정상위치 에러를 제거하기 위해서 직렬 접속된 적분기(전달함수=[(S+wi)/S])를 갖고 있다.

그러나, 본 실시예에서는, 상기 적분기가 편의상 생갹돼 있다. 상기 피제어장치(65)의 기계 공진특성이 없거나 또는 무시할 수 있을 정도인 경우는, 제3도에 도시된 바의 루우프 보상기(62)를 설치함으로써 안정하게 실행할 수 있다.

또한, 루우프 보상기(62)를 사용한 상태피드백 조정기를 관측기로 사용할 수 있다. 이 경우의 상태 방정식과 츨력방정식은 하기식(5)와 (6)으로 표현된다. 식(5)와 (6)에 의하여, 식(7)로 표현되는 관측방정식이 구해진다.

……………………………………⑸

……………………………………………………………………⑹

U=k₁×estx=K₁×Estv ………………………………………………………⑻

식(7)의 LlM L2가, 관련 참조문헌(G, F. 프랭클린, J. D. 파웰 및 M L. 워크맨 "Digital Contro1 of Dynanuc Sytems",2판, 애디슨-웨슬리,1990)을 참조해서 선택되면, Est_x.와 Est_v가 선택됨으로써, 이들이각각, 위치 x와 v의 개산치가 된다. 따라서, 상태 피드백을 사용하여 식(8)로 표현된 제어식에 의하여 이득 K_l, K₂를 선택함으로써 상기 피제어장치를 제어할 수 있다.

그러나, 기계 공진 특성들이 무시할 수 없을 정도인 경우는, 하기식(9)에 나타난 바와 같이, 큰 기계공진특성에 의해 야기된 공진에너지를 상쇄시키기 위해서, 필요한 수 m의 노치필터들이 상기 루우프 보상기(62)와 직렬로 접속돼 있다. 다시말해서, 복수의 노치필터로 구성된 노치필터그룹이 구비된다.

식중, ζn_j는 노치필터들의 감쇠율이고,ωn_J는 각 노치부의 중심의 노치중심 각 주파수이고, d_nJ는 각 노치부의 깊이이다. 여기서, d_nj<1로 가정된다.

또한, 제3도의 노치필터 그룹의 기능을 더욱명확히 이해하기 위해서, 단일 노치필터와 노치필터 그룹의 전달특성 예를 제4도와 제5도에 각각 나타냈다.

제4도에 명시된 바와 같이, 상기 노치필터의 이득의 주파수 특성은 노치형상을 갖고 있으며 여기서는,노치 중심 주파수 f₀의 최근방의 극히 협소한 주파수 범위에 대응하는 이득만이 현저하게 낮다. 상기 노치필터를 통해서, 주파수 f₀를 갖는 입력신호가 제거되고, 따라서 실질상 전달되지 않는다.

노치필터의 상기 특성으로 인하여, 상기 공진 주파수 f₀에서 발생된 기계공진에너지를 제거할 수 있다. 따라서, 복수의 노치필터가, 제2도와 제5도에 도시된 각각 대응하는 공진주파수(제5도에서,6개의 공진 주파수 f₀∼ f₀가 각각 도시돼 있음)와 일치해서 설계된 경우, 그리고 상기 노치필터 그룹이 이 노치필터들을 캐스케이드식으로 접속하여 구성된 경우, 다수의 기계공진을 동시에 제거할 수 있다.

상기와 같은 구성에서는, 상기 노치필터들은, 노치중심 각 주파수 ωn_J가 각 기계 주파수와 기계공진 주파수와 일치하도록, 각각 구성돼 있다. 그러나, 상기 공진주파수와 공진강도가 자기디스크드라이브등의 기억장치에 따라서 상이하면, 상기 노치필터를, 각 기억장치의 공진주파수와 공진강도에 따라서 설계해야 한다. 또한, 특정의 장치에서도, 온도변화와 노화로 인하여, 공진주파수가 노치중심 주파수로부터 숴프트(shift)됨으로써, 공진 특성을 효과적으로 억제할 수 없는 결점을 초래한다. 피제어장치(65)의 더 많은 기계공진 포인트가 있는 경우, 이것은 각각의 공진포인트(주파수)에 대응하는 노치필터들을 포함한 노치필터그룹(63)의 구성의 대형화를 가져온다.

상기 노치필터들의 아날로그 회로들로써 구성하는 경우, 부품수가 증가하여, 노치필터그룹의 크기와 비용을 더 크게 만든다. 다른한편, 상기 노치필터들이 디지탈회로로 구성되는 경우, 필터 산출시간이 더 길어지지 않도록 각종 신호들을 고속으로 처리하기 위해서, 비싼 고속동작 DSF(디지탈 프로세서)의 설치가 필요하게 되는 문제가 생긴다.

특히, 자기디스크 드라이브에 대해서는, 상기한 바와 같이 대량의 데이타를 고속으로 전달하는 것이 최근 요구되고 있다.

이러한 요구를 만촉시키기 위해서, 각 자기디스크의 트랙밀도가, 가능한한 높게 설계되며, 하나의 자기디스크 드라이브내에 포함된 자기디스크의 수가 가능한 크게 설계된다. 또한, 자기디스크의 수가 증가함에 따라, 대응하는 자기헤드와 헤드아암의 수가 증가되기 쉽다. 그러므로, 더 많은 수의 헤드와 헤드아암의 하나의 액추에이터에 고정되며, 이것은 액추에이터의 구조를 복잡하게 한다 또한, 데이타 전달을 고속으로 하기 위하여, 상기 액추에이터, 아암등을 고속으로 동작시켜야 하므로, 이들은, 알미늄등의 경금속을 사용해서 만들어야 한다. 따라서, 기계적 공진모드와 공진주파수가 증가되기 쉽다. 상기 공진모드에 의해 야기된 각종 공진에너지로 인하여, 시이크동작이 종료된후 자기헤드의 잔류진동이 더 넓은 주파수 범위에 걸쳐서 발생하기 쉽다.

결과적으로, 상기 자기디스크 드라이브에서 상기 노치필터 그룹만에 의하여, 상기 모든 공진에너지를 소거시키기가 곤란해진다.

상기 문제점들을 해결하기 위하여, 본 발명의 주목적은, 적어도 하나의 피제어장치를 고속 및 고정확도로 지정된 위치에 위치시킬 수 있는 포지션닝 제어시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 피제어장치의 기계공진의 영향을 비교적 간딘한 구성으로 제거함으로써 안정한 제어를 행할 수 있는 포지션닝 제어시스템을 재공하는데 있다.

본 발명의 또다른 목적은, 복수의 기계적 공진, 특히 다수의 자기헤드를 갖는 자기디스크 드라이블에서발생하는 공진을, 노치필터 그룹등의 복잡한 필터구성을 사용치 않고, 확실히 억제할 수 있는 포지션닝 제어시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또다른 목적은 시이크동작이 종료된후, 자기공진으로 인해 발생하는 각각의 자기헤드의 잔류진동을 신속히 억제할 수 있는 포지션닝 제어시스탬을 제공하는데 있다.

상기 목적들을 달성하기 위해서 본 발명에 위한 포지션닝 제어시스템은, 공진특성을 갖으며 지정위치에 위치된 피제어장치와, 상기 피제어장치의 이동위치를 검출키 위한 위치검출수단과;상기 위치검출수단으로부터의 위치검출신호에 의하여 그리고 와 지정위치에 의하여 구동신호를 발생키위한 산술제어수단 및;상기 산술제어수단으로부터의 구동신호에 따라서 상기 피제어장치를 동작시키는 구동수단을 구비하고 있다.또한, 상기 산술제어수단은, 이득 주파수 특성이 급경사와 불연속포울(pole)을 갖는 저역 필터를 구비하고 있음으로써, 상기 피제어장치의 공진 특성을 억제할 수 있다.

바람직하게는, 상기 산술제어수단은, 노치필터와 타원 함수 필터의 조합으로 구성됨으로써, 공진 특성에 발생하는 모든 공진주파수를 여파시킬 수 있다. 또한, 바람직하게는, 상기 노치필터에 의하여 최저 공진주파수를 억제할 수 있고, 타원함수 필터에 의하여 두번째로 낮은, 또는 그이상의 공진주파수를 함께 제거할수 있다.

또한, 바람직하게는, 상기 저역필터는, 예를들어, 피제어장치의 시이크-동작중에는 오프되고, 예를들어, 피제어장치의 추적동작중에는 온되도록 구성돼 있다.

또한, 바람직하게는, 본 발명에 의한 포지션닝 제어시스템은, 자기디스크 드라이브, 광디스크 드라이브,프린터등에 적용할 수 있다.

특히, 자기디스크 드라이브에서는, 상기 피제어장치가, 적어도 하나의 자기디스크상에서 동작 가능한 적어도 하나의 자기헤드와 상기 자기헤드를 지정된 트랙위치에 포지션닝하기 위한 액추에이터를 구비하고 있다

본 발명에서, 피제어장치의 진동을 초래하는 공진 특성은, 통상. 노치필터와 타원함수 필터의 조합을 사용하는 간단한 저역필터 구성에 의하여 안정하게 억제할 수 있다

본 발명의 상기 목적 및 특정들은, 첨부도면을 참조한 양호 실시예들의 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다

제6도는 본 발명의 원리에 의한 핵심실시예를 나타낸 개통도이다.

제6도에서, 포지션닝 제어시스템은, 공진 특성을 갖으며, 지정위치에 위치된 피제어장치(1)와. 상기 피제어장치(1)의 이동된 위치를 검출키 위한 위치검출수단(2)과, 상기 위치검출수단(2)으로 부터의 위치검출신호 Spo에 의하여, 그리고 호스트 장치로 부터 산술제어수단(3)내로 입력된 지정위치번지(코드)Sde에 의하여 구동신호 Sdr을 발생하는 산술제어수단(3) 및;상기 산술제어수단(3)으로 부터의 구등신호 Sdr에 의하여 피제어장치(1)를 동작시키는 구등수단(4)을 구비하고 있다.

이 경우, 상기 산술제어수단(3)은 노치떨터(5)와 타원함수필터(6)의 조합인 저역필터(7)를 구비하고 있고, 상기 저역필터(7)에 의하여 상기 피제어장치(1)의 공진 특성을 억제한다.

또한 상기 저역필터(7)는 온, 오프되도록 구성될 수 있고, 이 저역필터(7)가 오프되면 상기 저역필터(7)에 의해서 상기 공진특성들을 억제하기 위한 초기치가 주어지며. 이에 대해서는 후술한다.

상기 산술제어수단(3)은 루우프 보상기(8), 노치필터(5) 및 타원함수필터(6)를 구비하고 있고, 종래기술의 노치필터(5) 그룹과 등기인 노치필터(5) 및 타원함수필터(6)를 구비한 져역필터(7)에 의하여 공진특성을 억제한다. 예를들어 최저의 공진 주파수는 상기 노치필터(5)의 노치중심주파수를 일치시키으로써 제거할 수있고, 두번째로 낮은 또는 더높은 공진주파수는 차단주파수 보다 더 높은 타원함수필터(6)의 감쇠특성에 의하여 함께 제거할 수 있다. 이경우, 상기 최저 공진주파수는 비교적 인정하고, 상기 노치중심 주파수와 정확히 일치될 수 있음을 주목해야 한다. 따라서, 최조 주파수 이외의 공진주파수가 자기디스크드라이브의 각장치에 대한 변화 또는 온도변화 등으로 인해서 변하더라도 상기 타원함수필터(6)에 의하여, 공진 특성을·억제할 수 있다. 상기 타원함수필터의 이득-주파수 특성은 점선(l 억제한표시된 통상의 저역필터(7)의 것들과 함께, 제7도에 실선도시돼 있다. 상기 타원함수필터(6)의 차단주파수 직전에 이득이 증가되는 특성이있으나, 이러한 특성은 노치필터(5)에 의해서 억제할 수 있다. 따라서, 간단한 필터구성으로 공진특성을 억제할 수 있다.

후술하는 바와 같이 피제어장치(1)를 지정위치로 이동시키는 처리에서 속도제어기간중, 상기 피제어장치(1)가 지정위치에 도달한 후 포지션닝을 행하는 경우에는 필터연산을 생략할 수 있다, 이경우, 상기 저역필터(7)가 오프되고, 포지션닝제어로 동작이 진행할때 온된다. 저역필터(7)가 오프될 때는 상기 저역필터(7)의 입력/출력 상태가 불확실하므로, 상기 저역필터(7)의 상태가 오프에서 온으로 바뀌면 제어루우프를 안정화시키는데 필요한 시간이 길어진다. 이러한 관점에서 저역필터(7)가 온 될때, 제어루프를 고속으로 안정화시키기 위해 저역필터(7)가 오프되면 초기치가 주어진다.

제8도는 본 발명에 의한 구체예에서의 포지션닝 제어시스템을 나티낸 개통도이다 참조번호(11)은 가산회로,(12)는 루우프 보상기,(13)은 제2노치필터,(14)는 타원함수필터,(15)는 전원증폭기,(16)은 피제어장치,(l7)은 저역필터(이하 방진필터라고 함)를 나타낸다. 가산회로(11)내에서 상기 피제어장치(l)의 위치검출신호와 호스트장치로 부터 송신된 지정위치번지(즉, 트랙번지)간의 편차가 구해진다. 상기 피제어장치(16)는 루우프보상기(12), 저역필터(17) 및 전원증폭기를 통하여 제어됨으르써 지정된 위치에 위치된다.

바람직하게는 본실시예의 저역필터(17)는 제2 노치필터(13)와 타원함수필터(14)의 조합을 구비하고 있다.

필터(17)의 전달함수는 하기식(10)으로 표현된다. 여기서 제2 노치필터(13)와 타원함수필터(14)는 하기식(11)(12)로 표헌되는 전달함수 Gn(s), Ge(s)를 각각 갖고 있다.

Gne(s)=Gne(s)Ge(s) ………………………………………………………⑽

Gn(s)=……………………………………………⑾

Ge(s)=……………………………………………⑿

여기서 직류이득치를 1.0으로 만들기 위하여 ω²e=de ω²ze이다 식(12)는 제2 타원함수필터의 경우를 나타낸다. 타원함수필터(14)의 계수들을 산출하기가 독잡하므로, 이 계수들은 필터의 저역리플 Rp, 고(차폐)대역의 감쇠 Rs 차단주파수 Fc 및 디그리(degree)에 의한 표로부터 구할 수 있다.

제9도와 10도는 각각 필터전달함수를 나타낸다. 점선곡선(Ⅲ), 점선곡선(Ⅳ)및 실선곡선(V)는 제2 노치필터들이 2단계로 접속된 경우, 제4 디그리 타원함수필터가 사용된 경우. 제2 노치필터와 제2 타원함수필터가 사용된 경우의 구체 실시예를 각각 나타낸다. 제2 노치필터들이 2단계로 접속된 경우가 식(13)으로 표현돼 있다. 제4 디그리 타원함수필터가 사용된 경우는 식(14)로 표현돼 있다. 제2 노치필터와 제2 타원함수필터가 사용된 경우가 식(15)로 표현돼 있다

식중 ω_n1=2π×3000, d_n1=1^-(25/20)(-25dB)

ζ_n1=0.3

ω_n2=2π=0.7

식중 ωe=2π×2400,Rp=0.1dB, and Rs=20dB,

식중 ωn=2π×3000, d_u1=-25dB,ζ_n1=0.3

ωe=2π×2300, Rp=1.0dB, Rs=15dB.

식(13)에서, 상기 제1단계 노치필터의 노치중심 주파수가 3KHz이고, 제2단계 노치필터의 노치중심 주파수가 4.1KHz인 경우, 이득-주파수 특성은 제9도의 쇄선곡선(Ⅲ)으로 표시되고, 위상-주파수 특성은 제10도의 쇄선곡선(Ⅲ)으로 표시돼 있다.

또한, 식(14)에서 상기 차단주파수가 2.4KHz이고, 저주파대리플 Rp이 0.ldB이고, 고주파대의 감쇄 Rs가 20dB인 경우, 이득-주파수 특성들은 제9도의 점선곡선(Ⅳ)으로 표시되고, 위상-주파수 특성들은 제10도의 점선곡선(Ⅳ)로 표시된다.다시 말해서. 다른 두 경우에 비해서, 차단주파수 직선에 이득이 증가하고, 위상지연이 큰 값이 되는 특성이 있다

이와는 반대로, 본 발명의 실시예에 의한 식(l5)에서 상기 노치필터의 노치중심주파수가 3KHz에 세트되고,상기 타원함수필터의 차단 주파수가 2.3KHz에 세트되고, 저주파대리플이 1.0dB에 세트되고, 고주파대의 감쇠Rs가 1,5dB에 세트된 경우, 이득-주파수 특성은 제9도에서 실선곡선(V)로 표시된다. 이 경우, 상기 노치필터의 노치중심 주파수를 최저도의 기계공진 주파수와 일치시키고, 타원함수필터의 영점주파수를 두번째 최저도의 기계공진 주파수와 일치시키는 것이 중요하다.

상기 타원함수필터의 계수들을 구하기 위해서 각종의 공지된 방법을 사용할 수 있다(예, A,B 월리암스,''Electronlc Fllter Deslgn Handbook", 맥그로- 힐, 뉴욕 1981).

또한 제2 타원함수필터는 연산 증폭기로 구성될 수 있고, 그 일예가 상기 참조문헌에 기재돼 있다. 더욱편리하게는 시판되는 프로그램 패키지 "MATLAB"을 사용할 수 있다. 따라서 피제어장치(16)의 기계공진특성에 대응하여 그를 억제하는 타원함수필터(l4) 및 노치필터(13)를 용이하게 실현할 수 있다.

제11도는 본 발명을 자기디스크드라이브의 헤드 포지션닝 제어시스템에 적용한 일예를 나타낸 개통도이다. 이 경우, 제6도의 산술제어수단(3)은 DSPC디지탈 신호프로세서에 의해 구성된다. 이 도면에서, 참조번호(21)는 DA 변환기(DAC),(22)는 산술제어기,(23)는 디지탈 신호프로세서(DSP),(24)는 메모리(NIEM),(25)는 전달레지스터(SR),(26)은 버스,(27)은 서보신호디코더,(28)은 실린더 카운터,(29)는 AD변환기(ADC),(30)은 증폭기(AMP),(31)은 자기디스크드라이브,(32)는 자기디스크,(33)은 스핀들 모터,(34)는자기헤드,(35)는 헤드아암,(36)은 보이스코일모터등을 구비한 액추에이터를 나타낸다.

도시된 자기디스크드라이브(31)는 상기스핀들모터(33)에 의해 주어진 속도로 회전되는 자기디스크(32)와 그의 선두단부에 설치된 자기헤드(34)를 갖는 헤드아암(35)을 이동시키고 이 자기헤드부터 (34)를 자기디스크 (32)상의 지정된 트랙위치에 위치시키도록 제어되는 액추에이터(36)를 구비한 간단한 구성을 갖고 있다.상기 자기디스크 드라이브(31)는 제1(a)도와 1(b)도에 도시된 바와 같은 다수의 자기디스크와 헤드들을 갖도록 구성할 수도 있다. 증폭기(30)와 액추에이터(36)의 일부를 포함한 구성은 제6도의 구동수단에 대응하며, 헤드(34), 헤드아암(35) 및 액추에이터(36)의 일부를 포함한 구성은 제3도의 피제어장치(1)에 대응한다.

상기 서보신호디코더(27)는 헤드(34)를 통하여 자기디스크(32)로 부터 독출된 서보신호를 디코드한다. 상기 실린더가운터(28)는 상기 디코드된 서보신호의 영교차점들을 카운트힘으로써 카운터수(트랙수)를 카운트하여, 실린더 수(트랙수)에 의해서 기준점으로 부터의 헤드(34)의 현재 위치를 표시한다. 상기 헤드(34)의 이동거리(시이크거리)는 현재 트랙위치와 지정된 트랙위치간의 트랙수에 대응한다. AD변환기(29)가 디코드된 2위상 서보신호를 디지탈 신호로 변환시킨다. 상기 AD변환기(39)와 실린더카운터(28)의 조합이 기준점으로 부터의 헤드(34)의 현재위치를 검출하여 제6도에서의 위치검출수단(2)에 대응한다. DA변환기(21)가 디지탈신호 프로세서(23)로 부터 버스(26)를 통해서 송신된 구동제어신호를 아날로그신호로 변환시키며, 이신호는 증폭기(20)에 의해 증폭되어 액추에이터(16)를 구동한다.

여기서, 제11도의 자기디스크 드라이브(31)의 구성의 이해를 돕기 위하여, 자기디스크 드라이브의 메카니즘을 나타내는 부분절개된 사시도를 나타낸 부분 단면 평면도가 제12도에 도시돼 있다.

다음은 상기의 요소들을 동일 참조번호를 사용하여 설명한다. 제l2도에 도시된 바와 같이 복수의 자기디스크(즉,11개의 자기디스크)(32)가 동시에 회전된다. 각 디스크(32)의 기록면상의 트랙들에는 소정의 데이타 패턴이 기입된다. 그러나, 상기 디스크(32)의 내측영역과 외측영역의 양단부의 트랙들은 데이타 패턴 대신에 특정 패턴이 기입되는 보호대역(150)으로서 형성돼 있고, 상기 특정패턴은 복수의 자기헤드의 시이크동작을 정지시키기 위해서 사용된다. 상기 자기헤드(34)와 헤드아암들(35)은 각 디스크(32)의 상, 하 표면상에 설치돼있다. 또한, 상기 보호대역(150)의 내,외측에는 상기 헤드들(34)을 기계적으로 정지시키기 위해서,소거영역(155)이 형성돼 있다.

제11도는 재참조 해보면, 상기 산술제어부(22)는 제6도의 산술제어수단(3)에 대응하며, 디지탈 신호프로세서(23), 메모리(24) 및 전달레지스터(25)를 구비하고 있다. 호스트장치로 부터의 번지신호등에 의하여 디지탈신호 프로세서(23)가 현재 위치와 지정된 위치간의 헤드(34)의 이동거리를 산츨하고, 이 산출된 이동거리에 대응하는 목표궤적을 산출하고, 상기 헤드(34)가 산츨된 목표궤적을 추적하도록 상기 액추에이터(36)를 제어한다 이 경우 상기 디지탈 신호프로세서(23)가 연산처리를 실행하여, 이 연산처리가 상기한 바의 상기 루우프 보상기(8,12), 노치필터(5,13) 및 타원함수필터(6,14)의 기능들을 실현한다.

여기서, 상기 저역필터의 디지탈 연산이 비교적 장시간을 필요로 함을 주목해야 한다. 그러나 상기 저역필터 없이는 각 자기헤드의 시이크동작이 종료된 후 자기헤드의 잔류진동이 비교적 장시간 동안 계속된다.그러므로, 상기 저역필터를 사용치 않는 경우, 기입/독출 동작을 안정히 실행키 위하여 장시간이 또한 필요하다.

상기 결점을 해결하기 위해서, 상기 타원함수필터를 구비한 저역필터(방진필터)(17)를, 제13도에 도시된바와 같이 스위칭수단(20)에 의해서 오프 및 온시키는 것이 바람직하다고 고려된다. 더 구체적으로는 제14도의 각 자기헤드의 시이크 동작중, 상기 자기헤드가 더 높은 가속도로 이동하고, 공진특성이 무시할 정도로 되므로, 상기 저역필터가 오프된다. 다른 한편, 정착동작과 그후의 추종 동작중에는, 상기 자기헤드를 고정확도로 지정된 트랙위치에 위치시켜야 하며, 따라서 자기헤드가 더 낮은 가속도로 이동하며, 공진특성이 더 심해진다. 그러나, 상기 타원함수필터가 오프상태중에 있으면, 제14도에 도시된 바와 같이, 상기 장착동작중 잔류진동이 계속되기가 쉽다. 이와는 반대로 상기 정착 및 추종 동작중에 상기 저역필터(17)가 온되면, 잔류진동을 확실히 억제할 수 있다.

제15도는 제11도의 헤드포지션닝 제어시스템의 동작을 설명키 위한 후로의 챠트이다. 노치필터와 타원함수필터를 포함한 저역필터의 기능을 실현하는 상기 산술제어부(22)에서의 연산처리가 단계(a)∼(1)에 나타나 있다. 더 구체적으로, 단계(a)에서 서보변수들이 초기 설명되며, 단계(b)에서 샘플링 시간이 온 상태인가 여부가 판별된다 상기 샘플링 시간이 온이면 단계(c)에서 위치 검출신호 Xn은 AD변환기(ADC)(29)에 의해 독출된다. 다음, 단계(b)에서 구동제어신호 Un의 Un=F(_{XN, ZN∼-1},...,_XNI,Un-1, Un-2,...., Un-j)로서 세트된다. 단계(e)에서는 노치필터와 타원함수필터를 구비한 방진필터(저역필터)가 온돼야 하는가 여부가 선택된다. 그 이유는 자기디스크드라이브의 경우처럼 동작들이 대략적으로 사이크동작과 추종동작으로 분할되는, 경우 상기 방진필터를 오프시켜 시이크동작중 전류를 큰 진폭으르 변화시킴으로써 액추에이터(36)를 구동시키는 것이 바람직하기 때문이다. 이 시이크 동작중, 상기 방진필터 (저역필터)가 오프된다. 다른 한편, 추종동작중 포지션닝을 고속 및 고정확도로 행할때 방진필터(저역필터)가 온된다.

제1단계에서 방진필터(저역필터)의 특성을 나타내는 하기식(l6) Tn을 노치필터의 식(11)에 관련된 함수의 디스크릿(discrete)표현식에 대응한다.

Tn=A_n0U_n+A_n1U_n-1+A_n2U_n-2+B_n1T_N-1+B_n2T_n-2………………(16)

여기서 샘플링기간은 Ts로 가정된다. 통상, 쌍일차 형식의 S-Z 변환후에, 노치 각 주파수 ωn이 쉬프되기 쉽다. 이 주파수 쉬프트를 보상하기 쉽다. 상기 노치 각 주파스 ωn은 ωn'으로 미리 조정(프리워프(prewaq))되며, 여기서,ωn'=(2/Ts) tan(ωn Ts/2)이고, 노치 각 주파수 ωn이 ωn'으로 치환된 식(17)은식 (17')로써 쌍일차 변환(또한 러스틴 변환이라고도 함)되며, 식(16)이 구해진다.다시말해서 A_no, A_nl, A_n2,B_nl, 및 B_n2가 식 (l7a)∼(17c)에 나타나 있다.

이와 유사하게, 상기 제2 타원함수필터의 전달함수를 나타내는 식(12)에서 영점에서의 각 주파수를 ωze'로 프리워프하고, 여기서 ωze'=(1/Ts) tan(ωze Ts/2)이고,ωze를 ωze'로 치환시킨 식(12)이 쌍일차변환되면, 제2단기의 방진필터(저역필터)의 특성을 나타내는 하기식 Sn(18)을 얻을 수 있다.

다시말해서, A_ao, A_al, A_a2, B_al, B_a2,는 식(19a)∼(19e)에 나타난 바와 같다.

상기 연산처리는 단기(h)에서 설행되며, 단계(i)에서 식(18)에 의한 연산결과가 DA변환기(DAC)(21)에 출력된다. 상기 DA변환기(21)를 통해 얻어진 아날로그 신호는 증폭기(30)에 의해서 증폭되어 액추에이터(36)에 공급됨으로써 헤드아암(35)를 포함한 기계공진 특성을 억제한다.

상기 방진필터를 (저역필터들)이 오프된 경우에는 단계(f)에서 제1과 제2단계의 방진필터들이, T_n-1=T_n-2=Un 및, S_n-1=S_n-1=Un 과 같이 필터연산을 실행한다.

이러한 방법으로 상기 방진필터를 (저역필터들)이 오프되고, 단계(d)의 출력 Un이 AD변환기(2l)에 공급된다. 변환된 아날로그 신호는 증폭기(30)에 의해 증폭되어 액추에이터(36)를 구동시킨다. 이 경우, 방진필터 (저역필터)가 온될때, 일시 응답이 생성되지 않도록 초기치가 연속적으로 주어진다.

제l6도는 개방 루우프 전달 특성을 나타낸 그래프이다. 이 그래프에서 실선곡선(a),(c)는 본 발명에 의한 실시예에서 이득-주파수 특성과, 위상-주파수 특성을 각각 나타내는 한편, 점선곡선(b),(d)는 종래기술의 이득-주파수 특성과 위상-주파수 특성을 각각 나타낸다.

상기 그래프로부터 본 발명에 의한 노치필터와 타원함수 필터의 조합인 저역필터에 의하면, 종래기술에 비하여 기계공진 특성을 충분히 억제할 수 있음을 알 수 있다.

상기 실시예에서, 상기 방진필터를(저역필터)이 디지탈 연산기능에 의해 실현되었으나, 연산증폭기등을 구비한 아날로그회로에 의하여 실현할 수 있다. 또한, 본 발명은 자기디스크 드라이브뿐만 아니라. 각종 기계공진 모드를 가지며, 고정확도로 제어 및 배치되는 것이 요구되는 제어도 하나의 헤드와 같은 피제어장치를 구비하는 광자기 디스크드라이브, 광디스크 드라이브, 프린터등의 장치에도 적용할 수 있다.

상기한 바와 같이 본 발명에 의하면, 피제어장치의 공진특성은 노치필터와 타원함수필터의 조합인 저역필터에 의해서 피제어장치의 공진특성이 억제된다. 종래 기술과는 달리, 본 발명에 의한 제어시스템은 다수의 노치필터를 포함하지 않으며, 따라서 저렴하게 구성할 수 있다. 디지털처리의 경우. 연산처리시간이 짧아지므로 공진특성을 개량할 수 있다. 또한, 저역필터를 아날로그 회로에 의해서 실현하는 경우에, 제어시스템을 소형으로 할 수 있으므로 유리하다. 상기 제어시스템은 또한 기계공진 특성에 진동과 노화가 있더라도 상기 타원함수필터에 의하여 기계공진특성을 충분히 억제할 수 있다는 점에서 유리하다

상기 저역필터가 온, 오프 되도록 제어시스템을 구성한 경우, 시이크 동작중과 같이 구동전류가 큰 진폭으로 변할때, 저역필터의 동작이 정지된다. 이것은 디지탈 처리의 경우에 상기 연산처리의 생략을 가능케함으로써, 응답특성을 개량한다. 동작이 시이크동작으로 부터 추종동작으로 억제한다. 따라서 피제어장치를 고정확도로 위치시킬 수 있고, 저역필터가 오프될때 추기치가 주어진다. 따라서, 상기 제어시스템은 저역필터의 상태가 오프에서 온으로 변할때, 안정한 제어를 실행하는데 유리하다.

Claims

공진특성을 가지며, 지정위치에 배치되는 피제어장치(1)와, 상기 피제어장치(1)의 이동위치를 검출키위한 위치검출 수단과, 상기 위치검출수단(2)으로 부터의 위치검출신호에 의하여, 그리고 상기 지정위치에의하여 구동신호를 발생하는 산술제어수단(3)과;상기 산술제어수단(3)으로부터의 상기 구동신호에 의하여 피제어장치(1)를 이동시키기 위한 구동수단(4)을 구비하며, 상기 산술제어수단(3)이 그의 이득-주파수 특성에 급경사와 불연속 포울을 갖는 저역필터(7)를 구비함으로써, 상기 저역필터(7)에 의하여, 상기 피제어장치(1)의 상기 공진특성을 억제할 수 있음을 특징으로 하는 포지션닝 제어시스템.
제1항에 있어서, 상기 저역필터(7)가, 상기 급경사를 갖는 노치필터(5)1와 상기 포울을 갖는 타원함수필터(6)의 조합으로 구성됨으로써, 상기 공진특성에 발생하는 모든 공진주파수를 억제할 수 있는 것이 특징인 포지션닝 제어시스템
제2항에 있어서, 상기 노치필터(5)의 노치중심 주파수를 이용하여 최저 공진주파수를 억제할 수 있고.두번째로 낮은 또는 그 이상의 공진주파수는 상기 타원함수필터(6)의 상기 포울을 이용하여 함께 제거할수 있는 것이 특징인 포지션닝 제어시스템.
제1항에 있어서, 상기 산술제어수단(3)이 디지탈 연산에 의해서 상기 저역필터(7)의 연산을 실행하는디지탈 신호 프로세서로 구성된 것이 특징인 포지션닝 제어시스템.
제2항에 있어서, 상기 저역필터(7)가 온, 오프되도록 구성돼 있고, 이 저역필터(7)가 오프될때, 상기 저역필터(7)에 의해 공진특성을 억제하기 위한 초기치가 제공되는 것이 특징인 포지션닝 제어시스템
제1∼5 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 피제어장치(1)가, 적어도 하나의 자기디스크(32)에서 동작 가능한 적어도 하나의 자기헤드(34)를 구비하고 있고, 상기 자기헤드(34)를 상기 자기디스크(32)상의 지정위치에 위치시키기 위한 액추에이터(36)의 일부를 포함하고 있으며, 상기 구동수단(94)이, 상기 구동신호를 증폭시키기 위한 증폭기(30)를 구비하고 있고, 상기 액추에이터(36)의 다른 부분을 포함하고 있는 것이 특징인 포지션닝 제어시스템
제l∼5 항중 어느 한 한에 있어서, 상기 피제어장치(1)가, 적어도 하나의 광헤드를 구비하고 있고, 상기 광헤드를 상기 광디스크상의 지정위치에 위치시키기 위한 액추에이터의 일부를 포함하고 있으며, 상기구동수단(4)이, 상기 구동신호를 증폭시키기 위한 증폭기를 구비하고 있고, 상기 액추에이터의 다른 부분을 포함하고 있는 것이 특징인 포지션닝 제어시스템.
제1∼5 항중 어느 한 한에 있어서, 상기 피제어장치(1)가 프린팅 쉬트상에서 동작가능한 적어도 하나의 프린트 헤드를 구비하고 있고, 상기 프린트 헤드를 지정위치에 위치시키기 위한 액추에이터의 일부를포함하고 있으며, 상기 구등수단(4)이, 상기 구등신호를 증폭시키기 위한 증폭기를 구비하고 있고, 상기 액추에이터의 다른 부분을 포함하고 있는 것이 특징인 포지션닝 제어시스템.
스핀들모터(33)에 의해 정해진 속도로 회전되는 적어도 하나의 자기디스크(32)와;공진특성을 가지며,상기 자기디스크(32)상의 지정위치에 위치되는 적어도 하나의 자기헤드(34)와, 상기 자기헤드(34)를 이동시키도록 제어되는 액추에이터(36)를 구비한 자기디스크 드라이브(31)를 제어하기 위한 포지션닝 제어시스템에 있어서, 상기 자기헤드(34)의 이동위치를 검출키 위한 위치검출수단과, 상기 위치검출수단으로 부터의 위치검출신호에 의하여, 그리고 상기 지정위치에 의하여 구동신호를 발생하는 산술제어수단및;상기 산술제어수단으로 부터의 상기 구동신호에 의하여 자기헤드(34)를 이동시키기 위한 구동수단을 구비하며, 상기 산술제어수단이 그의 이득-주파수 특성에 급경사와 불연속 포울을 갖는 저역필터를 구비함으로써, 상기 저역필터에 의하여, 상기 자기헤드(34)의 상기 공진특성을 억제할 수 있음을 특징으로 하는 포지션닝 제어시스템.
제9항이 있어서, 상기 산술제어수단이 현재위치와 지정위치간의 상기 자기헤드(34)의 이동거리를 산출하고, 상기 자기헤드(34)가 산출된 이동거리를 추종하도록 상기 액추에이터(36)를 제어하는 디지탈 신호프로세서(32)를 구비하고 있고, 상기 산술제어수단이 상기 저역필터의 기능을 실현하도록 적용된 것이 특징인 포지션닝 제어시스템.
제9항에 있어서, 상기 구동수단이 상기 구동신호를 증폭시키는 증폭기(30)와, 그 증폭된 구동신호에의하여 상기 자기헤드(34)를 이동시키는 상기 액추이이터(36)의 일부를 포함하고 있는 것이 특징인 포지션닝 제어시스템.