TW460868B

TW460868B - System and method for identifying and filtering a head suspension assembly resonance frequency

Info

Publication number: TW460868B
Application number: TW088118117A
Authority: TW
Inventors: Hal Hjalmar Ottesen; Gordon James Smith
Original assignee: Ibm
Priority date: 1998-12-02
Filing date: 1999-10-20
Publication date: 2001-10-21
Also published as: CA2287443A1; MY121768A; SG88764A1; GB2344421B; KR100377844B1; GB2344421A; US6417982B1; KR20000047652A; GB9927982D0

Description

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五、發明說明（1) 發明領域本發明概言之俜Μ μ次t_ +人％ ra 關於資料儲存系統，且更明確地β孫μ 於一種用以辨識及濾波一也况係關關於一用於讀宫拔ss ，員率之糸、..充及方去，而該頻率相、寫磁頭之機械性支撐組件之不良共振。發明背景 k L機系統製造領域為生^ ^ 成”，重:…，題。料不良機械性共振—般yv二 7 I、固別5胃寫磁頭之位置誤差信號（PES )之頻率分曰析來在製造及過濾期間加以辨識。不同hsa &件間之：似鮮吊共振頻率之差異可能很大 / 磁碟機系統之諸懸吊間之彎曲及扭曲模態存二 :頻率差異。磁碟機系統也經常包含多達2◦或更多脱組炫共= = :之不良機械…組件尸夕π * i Ϊ 準確辨識藉由PES量測推導而于之不良/、振頻率。目前無法做到之原因之一是相關於— 般磁碟機系統之伺服取樣速率受到限制定 J機系統可運用一些磁碟之每一磁碟爾服扇區 j磁碟是以每分鐘72㈣轉（72〇〇 RPM)之速度來旋轉。此種，碟機系統具有9〇*72〇〇/6〇 = 1〇. 8千赫兹（kb)之飼服取樣 f，而此伺服取樣率提供72 0 0 /6 〇 = 12〇赫兹之.低頻率解析

又。此種120赫兹之相當低頻率解析度意謂只可辨識一“A 組件共振至+ /-6 0赫茲之準確度。應可理解具有以1〇,〇〇〇

460868 五、發明说明（2) KPM或更品速度來旋轉之磁碟之未來磁碟機系统將展現差之頻率解析度。例如，運用每圈具有8〇伺服扇區且以 1 0, 0 0 0 RPM來旋轉之資料儲存磁碟之磁碟機系統〇罝 1 6 6. 7赫茲之頻率解析度。. 、' /、”有需要一種系統及方法以高度精確地辨識出現於資料系統之麻煩機械性HSA組件共振之頻率。另外需要一子統及方法以高度有效地適庫Μ滷油卞括仿故，，糸緦注，慮波此種麻煩機械性HSA έ且件共振。本發明滿足該等及其他需求。 Λ j 發明摘要本發明係針對一種用以辨識及濾波—支揮结構之率之方法及系統，且談支撐姓槿φ & ，、搌頻楳栌夕附w釗田袓糾構支撐5貝寫磁頭於資料儲存媒體之附近：#用k供於-資料儲存媒體之伺服 f 一： ΐ誤差信號，且取得該位置誤差信號之-頻率轉換特定取樣之大小受到計算，1最= 對每一該等速纟來計算1定PES頻率轉換取]樣改之支且針使用相關於具有最大大小、^ ^ 7 構之共振頻率。特疋取樣之速度來計算支撐結位置誤差信號之頻率轉來產生，纟中包含㈣:換I使用4，頻率轉換技術之一換（FFT)，短時離散^專立莱轉換（DFT)，快速傅立葉轉術。根據—實例來取(STFT) ’或小波轉換技得一 PES頻率轉換取彳于PES頻率轉換之特定取樣涉及取支撐結構之共振頻^夕，且該PES頻率轉換取樣表示一高於頻率之頻率。在根據此實例之共振頻率辨

第7頁 460868 五、發明說明（3) 識期間，資料饳存媒體之速度受到降低。根據另一 f例，取得特定取樣涉及取得一 pES頻率轉換取樣，且該PES頻率轉換取樣表示一低於支撐結構之共振頻率之頻率。在根據此實例.之共振頻率辨識期間，資料儲存媒體之速度受到增加。本發明之另一方面係關於抵消相關於一位置誤差信號之讀寫磁頭懸吊之一或更多共振頻率的影響。根據一實例，支撐於對應支撐結構之一或更多換能器位於資料儲存媒體之附近。該等換，器之每—換能器是界定於一對應伺服迴圈以内。一位^誤差信號係使用該等換能器之一對應換能器來產生於5亥等飼服迴圈之每一伺服迴圈以内。一或更多可程式設計型濾波器提供於該等伺服迴圈之每—伺服迴圈以内。一處，=程式設計該等可程式設計型濾波器之選定濾波器’以貫貝上抵消相關於該等支撐結構之每一支撐結構之一或更多共振頻率對於對應之位置誤差信號之影響。在本發明之另一方面，該等選定可程式設計型濾波器之每〆濾波器增力:滯後至其之對應伺服迴圈，且處理器調整以補償此額外滞後。處理器可，例如，藉由增加超前至對應之伺服迴圈來補償該額外滯後。處理器可包含一等比__ 積分-微分（P 1 D )控制器，且該等可程式設計型濾波器可包含玎程式6又δ十型陷波濾波器或可程式設計塑橢圓濾波器。根據本發明之原理用以辨識一讀寫磁頭支撐結構之共振頻率之一種方法及裝置可建構於一資料儲存系統，且，最好’原處建構於一資料儲存系統，而無需使用該資料儲存

460868 五、發明說明（4) 系統以外之電路 —士發明之别述摘要並未意欲說明本 —建構。連同附圖來閱讀下 :月之母一實例或每可更加明瞭及理解本發明之=及及申請專利範圍應發明。成砘，且更完整瞭解本圖1是上罩蓋受到移^簡短Μ 又玉』移除之一磁碟機系圖2是包含多個資料儲存 ’、'、、之頂視圖；面圖；存磁碟之一磁碟機系統之側視平圖3是展示於一模擬開路piD( =移函數之頻率大小響應之懸吊心微：)補償致動 "中模擬之離散傅立葉轉換（dft)頻率I大小的圖形顯示，於轉移函數大小響應之上.、、革取樣如圖所示疊加圖4展示根據本發明附近之DFT取樣成一位於共振尖峰之頂點 β Z 杈準於共振尖峰頂點之结果. 圖5疋原處建構於—磁炙、.口果，的方塊圖； ”、’、、，.衣兄之本發明之一實例構==二圖之圖形，且該處理流程圖是用以建供於-磁碟機= =計/演算法，以辨識提圖7顯示根據本發明之一更每夕HSA j =之共振頻率；且碟機系統致動芎開路M 貝例之一扠擬PID及陷波補償磁利益间路轉移函數。雖然本發明存在各節已藉由，範例Ϊ力修改及更替型態、’本發明之特定細口从展不且將詳細說明於下文。但是， 460868 五、發明說明（5) 應可瞭解本文並未意欲使得本發明受限於所述之〜例。相反地，本發明意欲涵蓋屬於本發明之範 =貫有修改，等效&，及替代物，而本發明之範所申請專利範圍來定義。附加之各種實例詳細說明在顯示實例之下列說明中，本文將參考構成該一部=之附圖，且藉由圖形來展示可實現本發明之各例。應可瞭解，在不脫離本發明之範疇之下，可只實例且可進行結構及功能變更。用/、他本^明之適應型濾波系統及方法最好是用於磁碟機統，以精確辨識磁碟機系統之機械性磁頭/懸吊/臂（HSA) 之不=振的頻率。本發明之系統及方法可進—步用以抵巧良以振頻率對於磁碟機系統之每一咖組件之伺服定位^響：抵消麻須_組件共振對於伺服定位系統之=二=好，藉由一或更多數位陷波濾波器之適應型調整來達成、，且該等數位陷波濾波器是提供於每一該等hsa伺服控制圈以内。磁碟機系統之此種麻煩機械性A組件共振頻率之影響的抵消可改善伺服追縱效能，資料可靠度及乓加用於硬碟機系統之資料儲存磁碟之潛在磁執密度。 ^ —請ί看附圖’且更明確地說請參看圖1及2，g等圖形顯 7F -貝料儲存系統20 ’其中本發明之磁頭懸不共振估計及補償法可獲得建構。磁碟機系統20 ,最佳展示於圖2，一般包3或更多剛性資料儲存磁碟2 4 ,且該等磁碟以縱向

460868 五、發明說明（6) 間隔關係來共軸堆疊，並以 2 6旋轉。如圖1所述，每一々多個間隔之同心磁轨5 〇。磁成為包含一螺旋磁轨組態， 5 數位資訊通常是以磁性磁轨50通常分隔成為一些扇資訊攔位，其中包含，例如及同步資訊之欄位。寫入資料於磁性資料儲存過換能器組件2 7之寫入組件面24之一特定位置磁化。自疋藉由換能器組件27之讀取位置發出之磁場或磁通量線之磁碟表面2 4時，讀取組件交互作用導致電氣信號產生常稱為讀回信號。致動β30 —般包含一也交 =或更多安裝於負載束25之資訊來往於資料儲存磁碟2 4 動力起重機，以當轉軸馬達 27脫離磁碟24之表面，並導旋轉所產生之空氣軸承來漂碟表面24間之距離通常稱為般是40-100奈米（nm)之數量相當高之旋轉速度繞轉軸馬達 έ碟24通常是格式化成為包含碟24之一或更多另外可格式化或同心及螺旋磁轨組態之紐^ 變遷之型態沿磁執5 〇來儲存。區52 ’且每一扇區52包含一些，用以儲存資料，及扇區識別磁碟2 4通常涉及使得一電流通以產生磁通量線，來使磁碟表一指定磁碟位置讀取資料一般組件感測自磁碟表面2 4之磁化來完成。當讀取組件通過旋轉及磁碟表面2 4之磁化位置間之於讀取組件’且該電氣信號通織之致動臂2 8，且每一臂具有換能器2 7及滑動組件3 5以轉移。滑件3 5 —般是設計成為空氣之旋轉速率增加時舉起換能器致換能器27藉由磁碟24之高速浮於磁碟24之上。滑件35及磁磁頭至磁碟間距或間隔，且— 級。

d 60 86 8 五、發明說明（7) 致動益3 0 —般女裝於靜止之致動轴3 2，且繞軸3 2旋轉以移動致動臂28進出資料儲存磁碟24之堆疊。安裝於致動哭 30之線圈架34之線圈組件36通常旋轉於永久磁鐵結構3

上磁鐵組件40及下磁鐵組件42所界定之間隙4丄構3以8 J 致動臂28，接著，通過資料儲存磁碟24之表面。轉軸馬達 26 —般包含由電源46所激勵且受到調整以旋轉資料儲存磁碟24之多相交流馬達或，另外，直流馬達。、線圈組件3 6及永久磁鐵結構38之上磁鐵組件4 〇與下磁組=42共同運作來充當致動器聲圈馬達39，以回應飼服處理器56所產生之控制信號。伺服處理器56控制傳送至馬達39之控制電流之方向及大小。當可變方向及大小制電流在線圈組件36中流動且永久磁鐵結構38所產生 :存：時’致動器聲圈馬達39會對於致動器線圈架 = = 器線圈架34之轉矩力導致致動物沿某些方向進订對應之旋轉移動，且該組件36中流動之控制電流之極性。、疋於在線圈 ,f Y斤展示之資料儲存系統2 〇最好運用-閉路伺服控制 = 於資料健存磁碟24之指= 器來钱敌杳π ^ / 作中通吊使用—伺服換能 f °貝 ' 遵循—指定磁執（亦即磁軌遵循）及定位 :即搜，碟表面24之指定磁轨及資料扇區遵及：： :服換月“通常安裝於讀寫換：成為換能器組件27之讀取組件。 ^ $另外可心根據-伺服技術’插入之伺服圖樣資訊沿區段寫入磁碟

第12頁 460868 五、發明說明（8) ___ 24，且該等區段通常是沿自磁碟24之中^' =。插入之，圖樣因此形成於每一磁軌= 該資料圖樣通常稱為1服突波圖樣，且當轉而 :磁軌50之指定貧料屬區時’該資料圖樣唯持二：換能器27對於磁執50 <中心線之最佳校準。伺服ΐ持項寫包含扇區及磁軌識別石馬，而該等識也可組件27之位置。 1疋用以辨織換能器當自磁碟24讀取資料及寫入資料至磁器56與讀取通道電子電路57合作，以調節服處理 39來:多動致動臂28及換能器”至指定之磁轨5。；= 置。伺服處理器56鬆散耦接至磁碟機控制二位 :㈣通常包含控制電路及軟體以協調=資控

ΞΛ之資Λ轉移。雖然伺服處王里器56及磁碟機控制器: 不疋—分離裝置，應可瞭解伺服處理哭U 致元件成本之下降。益而此通常導典型磁碟機系統運用許多資料儲存磁碟，例 :通；：=資料。若使用此種組態，則此頭白疋—對應伺服迴圈之—部份^項寫磁 :服迴圈。如果每一磁碟是格式化成= 圈以：磁磲每旋轉一圈會在該等20伺服迴圈之：3们0扇圈以内產生90位置誤差信號。目之母-词服迴

第13頁 460868 五、發明說明（9)

=低伺服處理器之計算負荷，可自磁碟每旋轉一圈之該等20伺服迴圈之每一伺服迴圈所開發的9"ft取樣中只選擇一DFT取樣，以辨識相關於該等2〇 ^組件之每—_ 組件之一或更多共振頻率。I 可用以計算此人知之高爾赤樂演f法脱組件共下文所討論，相關於 ^ ^ ^ ^ ^ ^ ]^；v ^Λ 服迴圈之位置誤差信號中幾乎消‘。5服f之母5 碑落所提及，機：性hsa組件共振會在磁昭追縱過程中造成獨特問題。現在將參由PES量測推導來精確辨識麻煩機械性圖3展示利用—位置誤罢二二益開路轉移函數之圖形。 ^ ^ X Λ Λ #""1LDFT ^ ^ # ^ 7,2〇〇㈣之迷度'旋轉的圈磁具/^伺服取樣及以根據本發明之一實例利用貝一Τ存磁碟推導而得。圖4展示 DFT頻率取梯夕7班位置块差信號來計算之一些伺服取樣且以7 7 ’且该位置誤差信號是自每圈具有90 得。 Λ7’〇97㈣之速度旋轉的資料儲存磁碟取的懸吊共振大小有：赫茲之自然頻率及〇.。2之阻尼比率數GH(z)之頻率不.果擬之開路PID補償致.動器轉移函率取樣疊加於散傅立葉轉罐T )頻大小專應之上，而該等頻率取樣是 d60868 五、發明說明（ίο) 以黑點— 來表示’且是自具有1 〇 _ 8千赫茲之伺服取樣速率及 1 2 0赫兹之頻率解析度的磁碟機系統取得。應可自圖3看出沒有任何黑點（亦即D F T頻率取樣）是直接落於共振尖峰之頂點上。最接近位於4，1 40赫茲之共振尖峰之頂點的黑點是位於 34 .120 = 4, 080赫茲之第34頻率取樣。第二接近位於4, ι40 赫兹之共振尖峰之頂點的黑點是位於3 5 · 1 2 〇 = 4，2 0 0赫兹之第3 5頻率取樣。圖3清楚展示由於一般磁碟機系統組態之固有飼服取樣速率受到限制對於精確辨識HSA組件共振之頻率所造成之問題。應可理解具有以1 〇，〇〇〇 RPM或更高速度旋轉之磁碟之未來磁碟機系統將呈現更差之頻率解析度。例如’以1 〇，〇〇 0 R PM之速度旋轉之磁碟機可具有 1 6 6. 7赫兹之頻率解析度。對於運用8 〇伺服扇區之此種磁碟機系統而言’第2 4頻率取樣將落於4，0 0 0赫茲，且第2 5 頻率取樣將落於4，1 6 7赫茲。根據本發明之一實例，資料儲存磁碟之旋轉速度受到改變，以在具有高度精確性之下辨識麻煩之機械性HSA組件共振頻率。磁碟之速度稍微受到調整以偏離一恆定速度，例如藉由實施轉動磁碟之轉軸之速度的少許變動。此種磁碟/轉軸速度之調整導致所有DF T取樣頻率之等比例偏移。例如’當轉軸速度自7, 2 0 0 RPM降至7, 0 0 0 時，此構成轉軸速度下降2 . 8 %，則如前針對圖3所述之第3 5頻率取樣將自4，2 0 0赫茲偏移至4，〇 8 3赫茲。藉由降低轉軸速度自 7, 2 0 0 RPM至7, 097 RPM，而此表示轉軸速度下降1 · 43% ’

第15頁 460868 五、發明說明（11) 則第3 5 D F T取樣可偏移成為精確位於圖3所示之共振尖峰之頂點。偏移第3 5 D F T取樣至共振尖峰之頂點之結果描述於圖4。以一類似方式，轉軸速度可受到增加，而非減少，以致第3 5 DF T取樣偏移成為與4，1 4 0赫茲共振尖峰重合。但是，吾人相信增加轉軸速度至超過額定速度會不利地增加功率消耗，且隨著時間之轉移可能對於轉軸軸承造成傷害。因此，最好轉軸速度可稍為降低以導致鄰近一共振尖峰之DFT取樣向下偏移，以致向下偏移之DFT取樣校準於共振尖峰之頻率。除了前述困難以外，當試圖藉由一些DFT技術來決定HSA 組件頻率響應時另一種複雜情況會出現，其中該等D F T技術只使用板上（亦即原處）磁碟機系統計算設施，例如伺服微處理器。例如，如果N = 9 0，則D F T方法會要求執行總共 3 ·90 .90 = 24，300複數運算。應注意的是執行一複數運算 (例如乘法及加法）所需之時間通常等於執行二實數運算所需之時間。進一步舉例而言，如果使用快速傅立葉轉換 (F F Τ )演算法，且如果Ν = 9 0，則需要一 1 2 8 -點 FFT(N = 128)，且複數運算之數目是N log2N = 8 9 6在Ν = 128之情形中，必須附加3 8個零至9 0 PE S取樣以使用該1 2 8 -點 FFT。如果需要所有頻率取樣，則FFT演算法很有用，但是如果所有N -扇區P ES取樣皆受到使用，則F F T演算法被視為對於計算不敏感。應可看出DFT方法可較FFT方法27倍對於計算不敏感。在許多伺服及讀寫通道應用中.，相對於其他

第16頁 ^60868 五、發明說明（12) 應用，只需要一或一些頻率取樣。一解決板上計算資源有限之問題之方法是運用較不為人知之高爾赤樂演算法。當只需要D F T之〆或一些取樣時，高爾赤樂演算法是計算DFT之—種優雅遞迴方法。因為原處應用幾乎全部是由實數加法及乘法所組成，所以在原處應用中使用咼爾赤樂〉臾具法特別具有吸引力。每一頻率取樣/、品要一複數乘法及一複數加法。運用向爾赤樂演算法之方法未要求N必需是2之乘方。、'^ 請參看N = 9 0之先前範例’若使用高爾赤樂演算法，則實數乘法運算之數目將是2(N+2) = 184，且實數加法之數目是 4(N+1) = 364，而總共是548實數運算。當與實施FFT建構所需之專效1，792實數運算來比較時，這表示實數運算之大幅減少。運用高爾赤樂演算法可達成多於三倍之計算負^ 之降低。總體而言，若使用高爾赤樂演算法，則磁^機I 統應用之成本及效能可獲得大幅改善。應可瞭解本文所述之方法不一定要運用高爾赤樂演算法’但是當在磁碟= 統應用中執行原處DFT運算時，高爾赤樂演算法可糸算負荷之大幅降低。 ^ 現在參照圖5-7來更詳細說明本發明之—實例。實例’機械性HS A組件共振之精確頻率位乂 ^ 式來決疋：對於轉軸速度實施小幅遞増變動，且曾誤差信號之DFT之一獨特頻率取樣。此資 a π位置 uc . 貝说疋用以調单总一HSA伺服迴圈之一或更多數位陷波渡正母新計算數位陷波濾波器之係數，以實現错由重汽現機械性HSA級件共

460368 五、發明說明（13) "一'' 振所導致之特定PES分量之完美衰減（例如抵消）。 …發明者藉由極端複雜之丨丨S A組件共振之實驗已決定一特疋共振將具有隨溫度及時間之函數變化之頻率及阻尼比 ^因此必須針對每—I1SA重新計算，在—磁碟機系統之相' ? ’陷波遽波器係數，以提供PES信號之該等不要it振 =最佳；:咸。在磁碟機系統熱機期間這特別重要舉頻^ ^ r尸ί政之型砧接點可嚴重改變一給定HSA組件之择阻尼特徵。磁碟空氣亂流可進-步激勵HSA組件丘振，以致位於磁碟之外古炖—u t — τ 直徑之共振程度:、《振程度大於位於磁碟之内針對一給定HSA結構來引進一咬改變词服迴圈之增益邊限及相Λ 1 Λ t 服迴圈之增益及相位特徵可改另：…咖時間之變動。il此，每一HSA电#二£，例如’溫度隨著系統運作期間以一重複方式來必須補償由於每-脱_圈之？皮；。:爾理器通常用所造成的增益及相位邊限變化ϋ皮^之選擇性使之陷波濾波器一般會引進延遲或、特定伺服迴圈川控制器之實例中，相對於積分伺服迴圈。在運用 ^動控制將受到扭曲以引進偏移數二旦制而言’ PID控制器之處於作用運作之HSA伺服迴圈。里之超前至陷波濾波器現在請參看圖5，該圖展示原虚境之本發明之一實例的方塊圖'冓於一磁碟機系統環上系統1 00之一實例，以適應型淚=方塊圖示意描述板 …不良之機械性HSA組件 4 §〇B68 五*發明说明（μ) " ~~ 共振。記錄磁頭102如圖所示遵循資料儲存磁碟ι〇4之磁碟表面1 0 3之έ己錄資汛磁執。磁碟1 〇 4是在速度控制1 〇 7之控制下由轉軸馬達106來旋轉。磁碟表面1〇3包含預先記錄之伺服圖樣’且PES資訊是藉由伺服解調變器丨〇8自該等伺服圆樣取得。機械性致動器及Hs A i 〇 6受到閉路伺服控制之制。用以遵循一記錄資訊磁軌之閉路伺服迴圈包含伺服解調變器1 08 ’數位伺服補償器丨丨〇，一或更多數位陷波渡波器112，零階保持（Z0H)及功率放大器丨14，與移動式機械性致動器及HSA組件11 6。在區塊1 2 0利用高爾赤樂演算法取得第ku個DFT頻率取樣 x(ku) °在區塊1 22以一適應型計算演算法（ACA)來處理DFT 頻率取樣x( ku)。根據本發明之一實例來建構於區塊丨22之適應型計算演算法的處理流程圖顯示於圖6，且下文稍後將。兒明該流程圖之細節。通常，適應型計算演算法計算一，增轉軸速度變化，△ RPM以做為線1 24之信號。適應型計鼻演算法進一步提供表示重新計算之取樣速率fs及估計之共振頻率f r之信號於線1 2 4。如前所討論，轉軸速度之變化，以R Ρ Μ為單位來表示，導致位置誤差信號之取樣速率fs之變化。取樣速率fs及取樣週期Ts可表示成為： fs = N · RPM/60 C1 ]

Ts=l/fs [2]. 其中N表示每一圈之PES取樣之數目。估計之共振頻率fr 可表示成為：

第19頁 d6〇S68 五，發明說明Π5) fr=(RPM+ ARPM) · ku/60 [ 在針對每一 H S A組件之每一共振頻率所執行之估計過矛。中，在區塊1 1 2陷波濾波器受到解致動。陷波濾波器是^ 由下列方式來解致動：設定下文之方程式[5 ]之濾波器&係#數 b() = 1 ，且設定所有其他係數為零。在一特定共振頻率f受到估計之後’利用適當之係數來致動對應之陷波渡波器程序接著可利用伺服迴圈之先前致動之陷波淚波來々. 至相同HSA結構之另一共振。當下一共振頻率受到辨識~ ’ 時’伺服迴圈之另一陷波濾波器受到致動。用以決定"每— HSA結構之一或更多共振頻率’及用以配置伺服迴圈之相關陷波濾波器的程序受到重複。估計之調整陷波滤波器係數[bj，aj]在區塊128受到計算，且在區塊112經由傳' 送至陷波濾波器演算法。再一次強調在區塊112可能存在相關於每一HSA之多於— 陷波濾波器。如果存在許多麻煩之HSA組件共振，則^能需要多於一巴特沃茲（Butterworth)或契比舍夫、 (Chebyshev)陷波濾波器。使用一4階橢圓陷波濾波哭可# ::二非使用許多串接之2階陷波濾波器，且4階橢“ 波f波益有效提供一非常寬之凹谷，例如針對圖3及4所用之把例所定義之自2千赫茲至5千赫茲的凹谷。通常’板上適應型濾波系統1 〇〇所建構之數位演算法是取樣速率fs之函數。控制數位伺服補償器u Q之$、^法= :數因此必須改變’以回應取樣頻率匕之變化：二：，如果伺服補償器m是建構成為PID控制器，則轉移函數c⑴

第20頁 460868 五、發明說明（16) 可表示如下： C(z) = Kp[l /:Λ (•〜I) [4] 其中’ τ,，Td分別表示等比增益，積分間。-般而言，參數Kp，T.= ”及微分時 p .1及Td疋根據為眾所知之曰格勒匕了專：斯（Ziegler-Nichoic；') 士用技、、表H丨丨+ 3立从θ 丄 ◦ 1 s ) 5周^•去則來加以調整。應注思的疋，因為轉移函數C(z)是取樣速數，C(z)之值可輕易重新計算。 s之間早山二常服 ,\ i圏之陷波濾波态之數目及頻率響應的函數。例二ί; ’陷波渡波器將引進滯後至-伺服迴圈，因 y服迴圈更不穩定。此種滯後可藉由利用伺服補償二Ρτη :入？前至伺服迴圈來獲得補償，一般是藉由相對；控制器之積分增益來增加微分增益來達成。、^服，償器1 1 0之調整可藉由許多方式來達成。一種方法涉及If由執行一尋找/過沖測試來測試每一 HS Α伺服迴圈，》周正運作下之動態情形。當執行一短尋找運作，例如自 Q才5 0 〇至圓柱5 1 〇 ’以回應一步階函數時，一特定η S A組件之磁碩過沖之數量可受到決定。決定於過沖及趨穩特徵’词服補償器丨丨〇之積分及/或微分P丨D控制分量可受到調整以增加或降低一給定HS A伺服迴圈之滯後或超前之數 ® °請參考前文之方程式[4 ]，微分P I D控制分量是以Td項來表示，而積分PI D控制分量是以L項來表示。

第21頁 ^^4 60868 一___ 五、" 一 --〜· 另一短尋找運作可受到執行’且HSA伺服迴圈前特徵可重新受到評估。此程序可重複直到 /ηΓ傻/超 HSA伺服迴圈之過沖及趨穩特徵為止。可4 ' 給定 J St 1 區塊112所用之該（等）數位陷波濾波器也決^ 率fs。例如，如果一給定應用所運用之陷波浚疋於取樣逮成為2階巴特沃茲陷波濾波器，則此濾波琴Λ"、波器是建構 Gn (ζ )可表示如下： °之轉移函數前特徵可重新受到評估。此程序可重複直到哪使/ HSA伺服迴圈之過沖及趨穩特徵為止。可針對 ' 給定波濾波器在運作之每一 H S A伺服迴圈來執p有—數位p彳試。丁兮找/過沖踯 ^™ u該（等）數位陷波濾波器也決^ L 一給定應用所運用之陷’法疋於取樣逮攸、:*、:者，:古哭，η,,.丨.上./ 〜波器县成w [5] b0 +btz—1 +b2z' 1 + α,ζ"1 +α,ζ" 在此種情形之下’ b〇及b2可藉由使用匹配2轉決定：換如下受到 b〇 =b2 1 _2e-^iaL) cos(2, //() + 2(l-cos(0o//t))~~ [6a] 其中 [6b] [6c] [6d] Q0=2ny[P^J2 ΔΩ = 2π{Ρ2 - F,) = ΑπΑ/ Q\ = ^Qo ~ ΔΩ'Τί 估計之陷波濾波器邊緣頻率Fi及F2是表示战為F i = f

五、發明說明（18) △【，且「2 + +^’其中2/^是所要之負3分貝陷波頻寬。前文之方程式[5]之分析顯示，在取樣速率f之小幅變化 (例如±5%)之下，係數\％之變動Q具有一非常線性，正關係。對於方程式[5]之其他係數而言這關係也成立。此意謂’就取樣速率fs之小幅變化而言，陷波遽波器係數 …\可藉由以[b广Q(bp . fs]來表示之簡單線性公式來估计。因此，可能無需使用前文給定之方程式[6叫，也無需使用其他相關方程式來決定濾波器係&。取樣速率f之小巾田=化對於方祆式[4 ]所給定之p丨D補償係數也會造成相同之線性。現^在叫參考圖6，該圖展示一處理流程圖2 0 0，以建構圖 L之一區2!所展不之原處適應型計算演算法，&辨識提供捍 :系統之一或更多HSA組件之共振頻率。如前所，’在啟始—給定HSA之共振頻率估計程序之前，所有數位陷波渡波·] ·] 9 5 妨rA & —A 商112白文到解致動。所有陷波濾波器是藉匕女甘 / Ή疋之方程式[5 ]之陷波濾波器係數b0 = 1及

戶y、他係數為零來解致動，在區塊202。假設第i個HSA :t典型共振頻率範圍[Fi，F已知，例如藉 ^ ^ ,,汗a ’或濾除期間自一特定磁碟機系統取得之測試貢料之統計分析。例如’ 一特定HSA〖組件可具有第二扭曲懸吊共振且第一扭曲懸吊共振具有下列特徵：卜 Fi<fr<F2<fa ’、中n ·#於；Τ'奎斯特頻率。應瞭解奈奎斯特頻率是用以表

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460868 五、發明說明（19) 示取樣頻率之一半頻率。特別感興趣的是有問題之HSA組件共振之3 - σ統計頻率範圍[F i ’ F 2 ]。為預先排除混淆問題，一般要求fn，其中fn表示奈奎斯特頻率。離散傅立葉轉換（DFT)頻率取樣指數，k ，i中k <N/2，是如下在區塊2 0 6受到決定： U " ku:Fu . 60/RPM。 [7]

Fu 2 F2 [ 8 ] 其中Fu表示大於或等於^之第一 DFT指數頻率，而RPMq表示額定之轉軸頻率’例如7, 2〇〇 rpm。DFT取樣GHQ(ku)之大小接著在區塊2 0 8党到計算，且D f T取樣之大小表示致動伺服益之開路補償轉移函數。應注意的是計算第、個D F τ取樣 G H ( ku)之大小可使用南爾赤樂法來加以決定。轉軸速度R P MQ在區塊2 1 〇稍為降低一數量△ r ρ μ以提供 RPM RPmq-/\RPM所表示之新的較低轉軸速度。應可理解有許多方法可用^選擇△ RPM可使用，例如，，，各；f固擊破" =。一相當簡單之方法涉及維持△ Rp Μ固定於一速度，且 =速度，例如’對應於Fu改變1 0赫茲。這意謂△ RPM二、6 0 / ku。在ku= 3 5之情形下，例如，如先前針對圖3及4 =’ ΔΚΡΜ是計算成為大約等於17。因為7,200 RPM之頻 ^^度是12 〇赫兹’每一 1 7 R ΡΜ之轉軸速度變化之1 2遞 ^广涵蓋1 2 0赫茲之頻率解析度空間。在此範例中，遞增速度k化，△ R p Μ，實質上增加頻率解析度1 2倍。 β在步驟2 0 8決定之補償開路轉移函數G H ’（ ku)之先前大小疋用以在步驟212計算〇[1(1^)在降低之轉軸速.度1^^1下之大

第24頁 460868_ 五、發明說明（20) 小。再一次，高爾赤樂法可用以執行此計算。接著在步驟 2 1 4執行| G H ( k J |及| G Η ’（ ku)丨之比較。如果決定| G H ( ku)丨大於或等於| G Η ’（ ku) | ，則轉轴速度降低一額外數量 △ R P Μ，且| G H ( ku) |之先前決定值受到儲存以做為 1 (; Η ’（ ku) | 。接著在步驟2 1 2重新計算| G H ( ku) |之新大小。在決策區塊2 1 4之比較受到重複直到不再滿足該不等式為止。如果決定I G H ( ku) |小於| G Η ’（ ku) | ，則在步驟2 1 8使用前文所給定之方程式[3 ]來估計特定共振頻率I。一旦特定 HSA組件共振頻率fr在步驟21 8受到估計，則接著可在步驟 2 1 8計算對應之陷波濾波器係數[b』，a;]，其中j = 0 ，1 ， 2。如果認為特定之共振尖峰很大，亦即阻尼比率很低，則伺服迴圈之對應陷波濾波器受到致動。觀察到一特定 H S A組件共振之大量阻尼通常會使得對應陷波濾波器之啟動變成無必要。相關於第i個HSA組件之其他HSA組件共振頻率接著可以先前所述之方式在步驟2 2 0受到辨識，或者下一 H S A組件，第i + 1個H S A組件可經歷處理流程步驟2 0 4 - 2 2 0。當一特定 H S A組件之所有有問題之共振皆獲得解決時，程序可前進至磁碟機系統之下一 H S A組件。圖7展示針對圖3及4所示之4，140赫茲HSA組件共振來引進一具有4 0 0赫茲之負3分貝頻寬之適當調整陷波濾波器。應注意的是圖7顯示一具有4，1 4 0赫茲之懸吊共振頻率及 0 . 0 2之阻尼比率的模擬P I D及陷波補償磁碟機系統致動器

第25頁 460868 五、發明說明（21) 開路轉移函數。巴特沃茲凹谷具有4，1 4 0赫茲之中央頻率及G 0 0赫茲之A 3分貝頻宽。黑點顯示藉由一磁碟機系統之位置誤差信號所取得之DFT頻率取樣的位置，且該磁碟機系統運用每一圈具有9 0伺服取樣並以7，2 0 0 R P Μ之速度來旋轉之資料儲存磁碟。在一原處建構中，最好在磁碟機系統中受到辨識之關於所有重要丨丨S Α組件共振之統計數字皆受到儲存以供未來參考。參數之歷史記錄，例如估計之共振阻尼比率6與估計之自然共振頻率一起受到儲存以進行預測型故障分析。例如，一特定H S A組件之阻尼比率及共振頻率之大變化可能意謂存在一鬆散之型砧接點。一鬆散之型砧接點可導致具有毀滅性之磁碟碰撞事件。吾人已決定以符合本發明之原理之方式來稍為調整轉轴速度可產生DF T取樣之實質上無限大之頻率解析度。對於磁碟機系統之H S A組件共振之正確辨識而言這非常重要。熟悉本技術領域者應可理解，當只有有限數目之伺服扇區 N可供使用時，如果磁碟轉軸是以固定速度來旋轉，則通常無法達成磁碟機系統之麻煩機械性H S A組件共振之精確辨識。使用高爾赤樂D F T演算法使得當執行個別凹谷調整運作時使用伺服處理器更為實際。高爾赤樂演算法所需之計算負荷遠低於F FT方法所需之計算負荷，且需要遠較少之 R A Μ 及 R 0 Μ ° 目前，如果磁碟轉軸是以固定速度來旋轉，則陷波濾波器之精確調整將無法達成。如果使用傳統方法，則H S Α組

第26頁 A 60 868_ 五，發明說明（22) 件之共振频率只可估計至土 R P Μ / 6 0之容限以内。此意謂對應之凹谷調整將偏離中心。當在伺服扇區之數目固定之下增加轉軸速度時，頻率解析度會進一步降低。未來之高性能磁碟機系統將可能以1 0，0 0 0 RPM或更高之速度來旋轉且運用更少數目之伺服扇區。因此，DFT頻率解析度問題將隨著轉軸速度之增加而變得更為顯著。建構一根據本發明之原理之適應型濾波法可用以高度有效地解決目前及未來磁碟機系統之麻煩機械性HS Α組件共振問題。每一 H S A組件共振之個別原處調整可獲得實現，以追蹤隨著時間及溫度而改變之扭曲及彎曲模態之頻率及阻尼的變化。應注意的是一些機械性H S A組件結構可具有優於其他結構之製造容限。此種表現良好之結構因此在伺服迴圈將變為較少受到激勵。他們可能需要較少或無需補償陷波濾波器。在此種情形之下，陷波補償此種表現良好之HSA組件會顯得沒有必要。只有需要陷波補償之該等HSA組件應配備適當調整之陷波濾波器。何時應或不應進行陷波補償之決策可在磁碟機系統原處進行。最初無需任何陷波補償之 HSA，隨著時間之轉移，稍後在其運作期間可能需要此種陷波補償。應注意的是，請參看圖5，數位伺服處理器1 1 0 是依照在區塊1 1 2為每一 H S Α引進之數位陷波濾波器之函數來加以調整。通常，以是否需要為基礎來使用陷波濾波器可提供無需共振陷波之個別H S A伺服迴圈之增益邊限及柜位邊限的總

第27頁 460868 五、發明说明（23) 體改善。這意謂磁碟機系統存取及磁轨遵循性能之總體改善可獲得實現。需要快速存取之資料可利用一些HSA 組件來動態轉移，且該等HSA組件無需陷波補償或具有優於其他!丨S A組件之相位邊限及增益邊限特性。個別原處陷波濾波器調整，連同共振頻率及對應阻尼比率之歷史記錄之使用，提供H S A組件之總體健康之有效評估。一或二參數之大變化可表示一結構缺陷或不規則性，例如鬆散之型砧接點，受損之懸吊，或碎片過度累積於磁頭滑件。因此，本發明之原理可用以執行原處預測型故障分析。本發明之各種實例之前面說明一直是以展示及說明為目的。該等說明並未意謂涵蓋所有可能，且並未意謂本發明受限於所揭示之精確型態。藉由前述說明應可對於本發明進行許多修改及更動。本文意謂本發明之範疇未受限於此詳細說明，而是受限於附加之申請專利範圍。

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Claims

ϋ S0868 -----

種辨咸一± fif· A L 4-lt K磁頭於—儲頻率之方法’該支撐結構峰一# g 1。 4存媒體之附近，且包含： m炒=差信號之頻率轉換，且該位置誤差n :存媒體所提供之饲服資訊來取得；说付该頻率轉換之一特定取樣. 算該特定取樣之大小；變該資料儲存媒體 # _ 、中靖卑利關支撐讀產是利用取計改等速度利支撐結 2.如取取樣表改 3 ·如取取樣表改 4. 如號之頻 (DFT) (STFT) 5. 如號之頻之每—速产决舌、-方速X成為多種速度，且針對該用i日關认來重複產生，取得，及計算運作；及媒卜之邊特定取樣之速度來計算構之一共振頻率。个1 # 申請專利範圍第1項之方法，1中. 得：：定取樣包含取得該頻率轉換之一取樣，且該 =网於支撐結構之共振頻率之頻率；及支速度包含降低該資料儲存媒體之速度。申請專利範圍第1項之方法，其中. 得該特定取樣包含取得該頻率轉換之一取樣，且該示一低於支撐結構之共振頻率之頻率；及變速度包含增加該資料儲存媒體之速度。申請專利範圍第！項之方法，其中產生位置誤差信率轉換包含利用位置誤差信號之離散傅立葉轉換 ’快速傅立葉轉換（FFT)，短時離散傅立葉轉換 ’或小波轉換來產生該頻率轉換。申請專利範圍第1項之方法，其中產生位置誤差信率轉換包含利用離散傅立葉轉換（DFT)來產生該頻

第29頁 460868 六 '中請專利範is 率轉換，且該特定取樣之大小是利用高爾赤樂（G〇ertzei 演算法來計算。 6·如申請專利範圍第1項之方法，#中產生位置誤差作波之頻率轉換包含利用離散.傅立葉轉換（DFT)來產生該頻 U換DrT^得該特定取樣包含利用一附取樣指數來取仔一DFT取樣，且、之特徵如下： H . 60/RPM。率之二=Fu表不大於或等於—範圍之期望支撐結構丘振頻二=頻率的第一DFT指數頻率，且_。表示—以綱】來表示之額定資料儲存媒體頻率。二、 7，如申請專利範圍第1項之方 _ 於—速度之取樣速率來叶管$ Pv已3利用相關最广=特定取樣是在該速度之下受到計算數且具有 ‘占± 0申凊專利範圍第1項之方法，進一并句人一所- 4支撐結構之共振頻率對於位W3貫貝上抵 9n請專利範圍第i x貞。法是針對相關於支撐紝構之夕伽丛/、中/、振頻率辨識方來執行。構之多個共振頻率之每-共振頻率 1曰0 ·如申請專利範圍第1項 /疋針對提供於多個支撐社 1 '、中/、振頻率辨識方 11 磁頭的每-讀寫磁頭i:;構之母一支撑結構之多個讀寫種裝置，包含媒體；之支撐結構 -換二…料儲存媒體取得—資一利用該負：訊信號來取得一位;:及理器’該處理帽一PES頻；轉;號(P⑻之處逑度之每—，多命+ 、在夕個-貝料儲存拔种戒大大小之特定取立利用相關於具有之-共振頻车樣之’料儲存媒體速度來計算支擇結；至1 户2二申請專利範圍第11項之裝置’進-步包人紅且：/之可程式設計型濾波器，以接收位置二接 ΐί=;式設計濾波器成為實質上抵之1振頻率對於位置誤差信號之影響。關於支擇結構 •如申凊專利範圍第1 2 ，复 ::，於-資料儲存媒體度取速中二理器藉由使 4波器係數，以Ρ 4. 千水汁异一或更多矛王式设計濾波器，且具有最夫士 , =仏存媒體速度之下受到= 特定計濾波器，以抿消乾相圍第11項之裝置’其中處理器程式設共振頻率對於位„支撐結構之多個共振頻率之每-15 Φ ^ .置块差信號之影響。計渡波器心圍第11項之裝置，。其中處理器程式設撐結構的共振頻以支撐多個換能态之每一換能器之支 16,如申請專+，於位置誤差信號之影響。得-PES頻率轉換^ ^之裝置’其中處理器藉由取轉換取樣表示—古來計算特定取樣之大小.，該PES頻率速度控制信號以^ #支禮結構之共振頻率之頻帛，且產生 1牛低貧料儲存媒體之速度。

第31頁 iLl〇868. 六、申請專利範图 ^ 1 7♦如申請專利範圍第1 1項之裝置，其中處理器藉得一PES頻率轉換取樣來計算特定取樣之大小，該/由取轉換取樣表示一低於支撐結構之共振頻率之頻率，且頻率速度控制信號以增加資料儲.存媒體之速度。且產生快速傅立葉轉換或小波轉換，來計 1 8.如申請專利範圍第1丨項之裝置，其中處理器置誤差信號之離散傅立葉轉換（DFT)"用位 (FFT) ’短時離散傅立葉轉換（STFT) 算PES頻率轉換。用離 1 9.如申請專利範圍第n項之裝置，其中户月欠傅立葉轉換（D F T )來計算P E S頻率轉換，士。°使用利用高爾赤樂演算法來計算。且°亥特定取樣是 2〇_ —種裝置，包含：一資料儲存媒體；多個換能器，且每一換能器是由— 資料儲存媒體之附近，及界定於—對應 #結構支撐於一位置誤差信號產生於每一該等伺服迴二服迴圈以内，而提供於每一該等伺服迴圈以内之—以内；計型濾波器；及 $更多可程式設一處理器，以程式設計該等可程選疋濾波器，來實質上抵消相關於支樓妹里濾波器之對於對應位置誤差信號之影響。牙異之—共振頻率 2 1 ·如申凊專利範圍第2 〇項之裝置，農 a 器是由多個支撐結構來支撐，且處理器' 該^等多個換能式設計型渡波器之選定濾波器，以實f ^叹汁該等可程、貝上抵消相關於每一

460868 六、中靖專利苑® 該等支撐結構之一共振頻率對於對應位置誤差信號之影響。 2 2.如申請專利範圍第2 0項之裝置，其中每一該等選定之可程式設計型濾波器增加滯後至其之對應伺服迴圈，且處理器調整以補償對應伺服迴圈之額外滯後。 2 3 ·如申請專利範圍第2 2項之裝置，其中處理器藉由引進超前至對應之伺服迴圈來調整以補償額外滯後。 2 4.如申請專利範圍第20項之裝置，其中處理器包含一等比-積分-微分（P I D )控制器。 2 5 ·如申請專利範圍第2 0項之裝置，其中可程式設計型濾波器包含可程式設計型陷波濾波器或可程式設計型橢圓渡波器。 2 6 . —種資料儲存系統，包含：一資料儲存磁碟；多個換能器，且每一換能器是由一支撐結構支撐於磁碟之附近，及界定於一對應伺服迴圈以内，而一位置誤差信號產生於每一該等伺服迴圈以内；一提供該等換能器及磁碟間之相對移動之致動器；提供於每一該等伺服迴圈以内之一或更多可程式設計型濾波器；及一處理器，以程式設計該等可程式設計型濾波器之選定濾波器，來實質上抵消相關於支撐結構之一共振頻率對於對應位置誤差信號之影響。 2 7.如申請專利範圍第26項之系統，其中該等多個換能

第33頁 460868 六、申請專利範圍器是由多個支撐結構來支撐，且處理器程式設計該等可程式設計型濾波器之選定濾波器，以實質上抵消相關於每一該等支撐結構之一共振頻率對於對應位置誤差信號之影響。 2 8 ·如申請專利範圍第2 6項之系統，其中每一該等選定之可程式設計型濾波器增加滯後至其之對應伺服迴圈，且處理器調整以補償對應伺服迴圈之額外滯後。 2 9.如申請專利範圍第2 8項之系統，其中處理器藉由增加超前至對應之伺服迴圈來調整以補償額外滯後。 3 0.如申請專利範圍第2 6項之系統，其中可程式設計型濾波器包含可程式設計型陷波濾波器或可程式設計型橢圓渡波器。

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