JP2006202368A - 振動を抑制したヘッドシーク制御方法、及び回転記録再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 回転記録再生装置のヘッドのシーク制御において、アクチュエータの駆動力を有効に活用しながら、騒音を減少しつつシーク時間を短縮する。
【解決手段】 マイクロプロセッサがヘッドシーク用アクチュエータに与える駆動電流の制御信号の生成に際し、信号生成器９１は、アクチュエータの加速時には許容最大加速度を生じる所定の加速度を生成し、減速時には許容最大減速度を与える所定の減速信号を生成し、セトリング時にはゼロレベルのセトリング信号を生成する。そして減速からセトリングへの切り替えは、目標位置に最短時間で到達できるためにセトリングを開始すべき時間としてマイクロプロセッサが計算した時点とする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、振動を抑制したヘッドシーク制御方法、及び回転記録再生装置に関する。

ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）のような回転記録再生装置におけるヘッド位置の制御方法は、フィードバック制御のみを用いる一自由度制御と、フィードバック信号にフィードフォワード信号を加えた二自由度制御とが知られている。二自由度制御では、主にフィードフォワード信号によって目標値応答特性（シーク性能）を実現し、フィードバック信号によって外乱応答特性（フォロイング性能）を実現する。従って両特性が別々に最適化でき、制御性能或いは応答性能の向上が図ることができる。このため、ヘッドシークタイムの短縮要請が強いＨＤＤのヘッドの位置制御では二自由度制御が採用されつつある。

ＨＤＤにおいて目標トラックに対してヘッドを高速移動するシーク性能に関しては、高速にシークするとアクチュエータの振動が励起される。目標トラック上にヘッドを位置決めする際には励起された振動の減衰を待つ必要が生ずるため、その振動の減衰待ち時間だけ結果的にシーク時間が遅くなるという問題があった。また励起された振動がカバーに伝わり、カバー振動による騒音が発生したりする問題があった。

これに対し、時間の高次多項式関数を用いて、フィードフォワードすることにより電流波形を滑らかにするアプローチが開示（非特許文献１：ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ ｏｎ Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ，Ｖｏｌ．３２，Ｎｏ．３，Ｍａｙ，１９９６，ｐｐ１７９３−１７９８）されている。この方法により、アクチュエータの振動が主因である高周波振動を抑えることが可能となり、その振動による騒音を低減することも可能となる。

また、最大シーク距離の百分の一以下の短いシーク距離において、矩形波のフィードフォワードする電流波形を、ＦＩＲフィルタを用いて滑らかにするアプローチが特許文献１（特開２００２−２５８９０２号公報）に開示されている。この文献には６４トラックのシーク動作が実施例として開示されている。

ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ ｏｎ Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ，Ｖｏｌ．３２，Ｎｏ．３，Ｍａｙ，１９９６，ｐｐ１７９３− １７９８） 特開２００２−２５８９０２号公報

非特許文献１に記載の方法では、アクチュエータの振動モードの周波数にかかわらず、高域の周波数を一様に抑圧するため、アクチュエータの駆動力を有効に活用してシーク速度を向上させることでシーク時間を短縮することができなかった。

また、特許文献１に記載の方法でも回転記録再生装置において目標トラックに対してヘッドを高速移動する駆動制御すなわちシーク制御において、アクチュエータの駆動力を有効に活用し、シーク時間の短縮と騒音の低減を合わせて可能とすることはできなかった。

本発明はこれらの問題を解決し、回転記録再生装置のヘッドの高速シーク制御において、アクチュエータの駆動力を有効に活用してシーク速度を向上させると共に、振動抑制によるシーク時間の短縮と騒音発生の抑制とを高次元で両立させることを可能とする。

本発明は、この課題を解決するために、回転記録再生装置のマイクロプロセッサがヘッドシーク用アクチュエータに与える駆動電流の制御信号の生成に際し、加速時、減速時、及びセトリング時に生成した信号にフィードバックコントローラの加速度に関する出力を加算して電流ドライバを介してアクチュエータへの入力とし、加速信号から減速信号への切り替え時点は、加速時のヘッドの観測位置から推定される加速度、速度、位置から予測される減速度が許容最大減速度となる時点とし、減速信号からセトリング信号への切り替え時点は、推定された加速度、速度、位置から求められた目標位置に最短時間で到達できるためにセトリングを開始すべき時点とするようにした。

そして生成した信号は、有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタにより滑らかにされた波形であるようにした。

さらに加速度はヘッドの許容最大加速度とし、減速度はヘッドが許容最大減速度とする。

また、加速信号は、アクチュエータへ駆動電流を入力する電流ドライバの最大電圧に対応した最大レベルと同じ一定レベルの信号とするようにした。

さらに、ＦＩＲフィルタの出力をアクチュエータモデルに入力し、アクチュエータモデルの出力とヘッドを介して位置信号読み取り部が読み出した位置信号との差分を取って、フィードバックコントローラに入力し、セトリング開始時点にフィルタへの入力をゼロにし、フィードバックコントローラの計算を行うようにした。

さらにまた、減速時及びセトリング時に信号生成器が生成する信号は、加速時から減速時に単調変動で到達した後、減速信号からセトリング時に単調変動で到達する波形の信号であるようにした。

さらに、減速時に生成した信号の波形を滑らかにするＦＩＲフィルタとセトリング時に生成した信号の波形を滑らかにするＦＩＲフィルタは同一のＦＩＲフィルタであるようにした。

さらにまた、加算された出力をディジタル／アナログ変換器に入力し、ディジタル／アナログ変換器の出力を電流ドライバに入力するようにした。

本発明によれば、ＨＤＤのような回転記録再生装置におけるヘッドの高速シークにおいて、ヘッドの振動を抑制してシーク時間を短縮させ、かつ、シーク時のヘッド振動の抑制により、その振動がカバーに伝わって発生する騒音を低減することができる。

下記の説明は、本発明の概略的原理を説明するためのものであって、制限を加えるものではない。

本発明を回転記録再生装置の一例である磁気ディスク装置に適用した場合の実施の一形態を以下に述べる。

図４及び図６は本実施形態における磁気ディスクドライブ（ＨＤＤ）の内部構成を示す。両図において、本実施の形態のＨＤＤは、位置制御情報やデータを記録する記録媒体としての磁気ディスク１１、この磁気ディスク１１を固定するディスクスペーサ１２とディスククランプ１３、磁気ディスク１１を回転駆動させるスピンドルモータ１４、磁気ディスク１１から位置制御情報やデータの読み出し／書き込みを行う磁気ヘッド１５、この磁気ヘッド１５を搭載したスライダ１６を含むヘッドアッセンブリ１７、このヘッドアッセンブリ１７が締結されたキャリッジ１８、コイル１９、マグネット２０を含む磁気回路２１、フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）２２、ベアリングユニット２３、ベース２４などを備え、装置全体をコントロールするコントロールユニット３９及びコントロールユニット３９と情報のやり取りを行う機構制御機能並びに書き込み／読み出し回路機能を有している。

尚、キャリッジ１８にはコイル１９が取り付けられており、コイル１９とマグネット２０とを含む磁気回路２１はボイスコイルモータ（ＶＣＭ）２５を形成している。ＶＣＭ２５はヘッドアッセンブリ１７を駆動する。また、磁気ディスク１１上の位置制御情報と、ＩＣ基板（図示せず）からＦＰＣ２２を介して供給される電流とによりキャリッジ１８は、ベアリングユニット２３によりヘッドアッセンブリ１７を移動させ、磁気ディスク１１上の所定位置へ磁気ヘッド１５を位置決めする。ヘッドアッセンブリ１７、キャリッジ１８、ならびにコイル１９とＦＰＣの一部及びベアリングユニット２３は、ＶＣＭ２５とともにアクチュエータ２６を構成している。

これらの構成部品はベース２４及びカバー２７からなるハウジング内に固定され、収められている。

図７は本発明の一実施形態であるＨＤＤ全体の単純化したシステムブロック図である。

少なくとも一枚の回転可能な記録媒体である磁気ディスク３１がディスクスピンドル３２に支持され、スピンドルモータ３３で回転されている。磁気ヘッド３５を搭載したスライダ３４を含むヘッドアッセンブリ３６は、アクチュエータ３７に含まれるキャリッジ４１を介してアクチュエータ３７に取り付けられている。ここでアクチュエータ３７はＶＣＭ３８を含み、ＶＣＭ３８はコントロールユニット３９から送られるモータ電流でその動きの方向と速度が制御される。この制御において、ヘッド３１のシーク時及びセトリング時の動作は本発明のヘッドシーク制御方法並びに装置による制御信号が用いられる。図７中、スライダ３４は２個表示されているが、これらは同一のもので、このスライダ３４に搭載されているヘッド３５が記録再生チャネル４２にも接続していることを模式的に説明するための図である。

図８は本発明の一実施形態であるＨＤＤのヘッドシーク制御系を示す図である。ヘッドシーク制御装置のヘッドシーク用アクチュエータ５に与える駆動電流の制御信号を生成するマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）５７からのデジタル信号は、デジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）５６によりＤＡ変換されアナログ信号となる。このアナログ信号に基づき電流ドライバ（ＣＤ）５５はＶＣＭを含むアクチュエータ５４を回転させる。この回転によりヘッドアッセンブリとキャリッジを含むアーム５３が揺動し、アーム５３の先端部分に設けられたスライダに搭載された磁気ヘッド５１が磁気ディスク５２上を移動する。チャネルチップ５８は磁気ヘッド５１により読み込まれた位置信号から磁気ヘッド５１の磁気ディスク上の位置を検出し、ＭＰＵ５７にその位置を出力する。ＭＰＵ５７はチャネルチップ５８からの位置情報に基づき駆動電流の制御信号を生成する。

電流ドライバにおける電流飽和が無い場合、すなわち、電流ドライバの最大電圧に対応する最大電流が流れない場合の制御系の例を図１に示す。

この制御系は、アクチュエータモデル３とＦＩＲフィルタ２と、フィードバックコントローラ６と、デジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）４と、電流ドライバ（ＣＤ）１と、アクチュエータ５と、ヘッド（ＨＤ）３０と、Ｂａｎｇ−ｂａｎｇ信号生成器１０とから構成されている。電流ドライバ１は、加算器１３３の出力をＤＡＣ４でアナログ変換した信号を入力とし、この信号を変換増幅しアクチュエータ駆動電流としてアクチュエータ５に出力する。また、Ｂａｎｇ−ｂａｎｇ信号生成器１０は、電流飽和の無い場合の最大加速度を規定する信号を生成する。先にも書いたとおり、この制御系においては電流ドライバ１の最大電圧に対応する最大電流は許容されない。すなわち、アクチュエータ５へ入力される加速信号を電流ドライバ１の最大電圧に対応した最大レベルと同じ一定レベルの加速信号とすることは許容されない。

加算器１３３は、ＦＩＲフィルタ２の出力と、通常のトラックフォローのループ（フィードバックコントローラ６を通って戻るループ）の制御器であるフィードバックコントローラ６の出力とを加算する。また、ＦＩＲフィルタ２の出力はアクチュエータモデル３に入力され、差分器１３２はアクチュエータモデル３の出力とヘッド３０の出力する位置信号との差分をとって、フィードバックコントローラ６に入力する。

ここで制御を行う対象を、回転記録再生装置におけるアクチュエータを含むヘッドのシーク動作を完全２重積分のプラントとして考える。すると任意の初期値からｔ時間後の状態、すなわち、速度ｖ及び位置ｐは、

となる。ここでＣ_０は任意の初期定数である。

ｔ＝０から加速（すなわち、加速度の変化率であるジャークの値は正となる）し、ｔ＝Ｔ_ｗでジャークがゼロになる。次にｔ＝Ｔで減速（すなわちジャークの値は負になる）を開始し、ｔ＝Ｔ_ｗ＋Ｔでジャークがゼロになる。そして、ｔ＝２Ｔでセトリングを開始し、ｔ＝２Ｔ_ｗ＋Ｔでターゲット即ち目標位置に到達する場合を想定する。するとジャークの波形ｆ_ｗ（ｔ）は、Ｔ＞ｔ＞Ｔ_ｗ、及び２Ｔ＞ｔ＞（Ｔ_ｗ＋Ｔ）でｆ_ｗ（ｔ）＝０となる。

全ての状態は加速の信号、減速の信号、セトリングの信号の総和であるから、ジャークは図５に示すように、

となる。ここでｃ_０、ｃ_１、及びｃ_２は、それぞれ加速時、減速時、セトリング時のジャーク波形の係数である。

ここでジャーク波形ｆ_ｗの面積を１と規格化して一般化すると、

となる。

すると加速度は、

となる。加速中のＴ_ｗ＜ｔ＜＝Ｔでは第２項、第３項がゼロで、第１項の積分が１に等しいので、加速度ａ（ｔ）はｃ_０に等しい。

速度は、

となる。

ｆ_ｗ（ｔ）は０＜ｔ＜＝Ｔ_ｗ以外で、ｆ_ｗ（ｔ）＝０だからジャーク波形のｔ＝０からＴ_ｗまでの二重積分Ｖ_ｓを、

とおく（ここで、τは積分変数である）。

するとｔ＞＝Ｔ_ｗ＋２Ｔの時、

となる。この数式をジャークがゼロになったときを初期値にして速度を書き直すと、そのときのｔ＝Ｔ_ｗ＋２Ｔにおける最終速度ｖ_ｆはゼロにならなければならないので、

となる。

位置も同様に、ジャーク波形のｔ＝０からＴ_ｗまでの三重積分ｐ_ｓを、

とおくと、t＞＝２Ｔ＋Ｔ_ｗ時間後の位置、ｐ（ｔ）は、

となり、目標位置ｐ_ｆは、

となる。

（数式１）及び（数式２）より、ｃ_２＝ｃ_０、ｃ_１＝−２ｃ_０のとき、最終速度ゼロで目標位置

に到達する。

図１１は、ＦＩＲフィルタ２が、残留振動を押さえるのに有効であることを示した図である。破線はＦＩＲフィルタ２を除いた場合のヘッドの残留振動であり、実線はＦＩＲフィルタ２を介した場合のヘッドの残留振動を示したものである。明らかにＦＩＲフィルタ２を通した場合の方が、残留振動の減衰が早い。

上述の制御においては、電流が電流ドライバで飽和する、すなわち電流ドライバの最大電圧に対応する最大電流が流れると、アクチュエータの特性がモデルと一致しなくなる。そこで、長距離シークの場合にはこの不一致が生じないよう電流が電流ドライバで飽和しないようにしなければならない。そのために電流ドライバの最大電圧に対応する最大電流が流れないように電流を小さくしなければならない。よって、飽和すなわち電流ドライバの最大電圧に対応する最大電流が流れるのを許容しても、アクチュエータの特性がモデルと一致することを可能とする場合に比べてシーク時間が長くなる。尚、ここで長距離シークとは、最長シーク距離の十分の一以上をいう。

そこで、ある条件を満たしたとき、すなわち、加速時のヘッドの観測位置から推定される加速度、速度、位置から予測される減速度が許容最大減速度となる時点に減速を開始し、シーク中にそこからの波形が前述の残留振動を抑制する条件を満たしつつヘッドが移動する軌道を生成するようにし、減速開始まで電流が電流ドライバで飽和する、すなわち電流ドライバの最大電圧に対応する最大電流が流れるのを許容できるようにした。ここにおいてアクチュエータへの入力を電流ドライバの最大電圧に対応した最大レベルと同じ一定レベルの信号として許容された信号が、加速時に許容される最大加速度を生じるレベルの所定の加速信号となる。

（数１）から（数１３）までの一部分を下記の如く変更し、電流ドライバにおける電流の飽和の有る場合にも適用可能とした実施形態を以下に説明する。

前述の(数式１)では、加速開始時、減速開始時、セトリング開始時すべてに同じ関数ｆ_ｗ（ｔ）を仮定していた。しかし、減速開始時の状態が把握できれば、必ずしも同じ関数を使用しなくてもよいし、電流ドライバが飽和すなわち電流ドライバの最大電圧に対応する最大電流が流れていてもよい。

例えば、減速開始時の加速度、速度、位置をａ_０、ｖ_０、ｐ_０とし、セトリング開始時点を減速開始からＴ時間後にすると、最終時刻Ｔ＋Ｔ_ｗにおける速度は(数式１)を導入した手順と同様に、加速中の現在の時刻を初期時刻０とし、そのときの加速度ａ_０、速度ｖ_０、位置ｐ_０をもとに、その時刻からｃ_１の大きさを持つジャークを加えた場合とＴ時刻後にｃ_２の大きさのジャークを加えた場合のそれぞれについて、Ｔ＋Ｔ_ｗ後の速度を計算し総合すると、次の（数式３）が得られる。（数式４）も同様である。一旦減速を開始すれば、ａ_０、ｖ_０、ｐ_０の計算は不要となる。

最終時刻の加速度はゼロである必要があるので、

である。

また、目標位置は、電流ドライバにおける電流飽和がない、すなわち電流ドライバの最大電圧に対応する最大電流が流れないと仮定した場合の（数式２）と（数１３）より、

となる
（数１４）、（数１５）、（数１６）の四つの式に対して、決定する必要のあるパラメータはｃ_１、ｃ_２、Ｔの三つであるので、解析的に得られて、

ここでｐ_ｒは目標位置、Ｔ_ｗ、ｖ_ｓ、ｐ_ｓはジャークの関数で決まる既知の値である。よって、ヘッドの位置信号、すなわちサーボ位置信号が検出される毎に観測された位置と速度と加速度ｐ_０、ｖ_０、ａ_０をもとにして、前記の式を用いて計算すればｃ_１、ｃ_２、Ｔをもとめることができる。

ｃ_２は目標位置に目標とするシーク時間内に到達させるために必要な減速度である。よって、サーボ位置信号が検出される毎にｃ_２を計算すれば、いつスイッチを切り替えるべきかが判定できる。つまり、減速開始が遅くなるほどｃ_２の値が大きくなり、過剰な減速度が必要になるので、発生可能な減速度を超えるときに減速に軌道を切り替えればよい。逆にｃ_２が十分大きくないときにスイッチを切り替えるとシーク時間が長くなる。発生可能な減速度は予めスイッチング決定部に設定しておけばよい。

本実施例の電流波形を生成し、シークを行う制御系は例えば図３に示すようになる。ヘッドシーク制御装置を構成する部品の内、マイクロプロセッサ５７に備えられるものは、図３に示すＦＩＲフィルタ２、アクチュエータモデル３、加速時、減速時及びセトリング時のＦＩＲフィルタ２への信号生成器９１、加速、減速、セトリングを選択し出力するために切り替えるスイッチ９０、生成された信号の波形を滑らかにするＦＩＲフィルタ２を通った信号生成器９１からの出力とフィードバックコントローラ６からの加速度に関する出力とを加算する加算器１３３、アクチュエータモデル３の出力とヘッドを介して位置信号読み取り部１３１が読み出した位置信号との差分を取ってフィードバックコントローラに入力する差分器１３２、スイッチング決定部８、位置読み取り部１３１、オブザーバ７、及びトラックフォローループの制御器であるフィードバックコントローラ６である。尚、図３には、ＤＡＣ４から信号を受け、この信号を変換増幅して駆動電流としてアクチュエータ５に送る電流ドライバ１が設けてある。この電流ドライバ１は、図８の電流ドライバ５５に対応し、ＤＡＣ４から信号を受け、この信号を変換増幅してアクチュエータ５に送る。ヘッド（ＨＤ）１３０はアクチュエータ５により駆動され、その位置は位置信号読み取り部１３１によって位置信号として読み取られる。この位置信号はサーボ信号である。

図３に示した制御系では、状態推定器としてのオブザーバ７が、ヘッドの位置を位置信号読み取り部１３１を介して観測し、位置信号を受け取る毎にそのサンプルの位置ｐ_０、速度ｖ_０、加速度ａ_０の推定を行う。オブザーバ７による観測・推定は、例えば、非特許文献２（吉川恒夫及び井村順一、現代制御理論 第７章 オブザーバ、ｐｐ．１１９，昭晃社（２００３））に記載されたごとき周知の技術により行われる。

スイッチングの決定は（数式５）によってスイッチング決定部８が行う。例えば、推定された加速度ａ_０、速度ｖ_０、位置ｐ_０をもとに（数式５）を使用して計算されるｃ_２が大きくなり、減速度が予め設定された発生可能な減速度の最大の大きさ、すなわち、許容最大減速度に達した時、所定の加速度信号から、所定の減速度、すなわち、許容最大減速度にスイッチする。つまり、スイッチング決定部８は発生可能な最大の減速度を設定する。そしてこの発生可能な最大の減速度が許容最大減速度である。更に、（数式５）のＴとして計算された時間後に上記フィルタへの入力をゼロにして、セトリング動作をする。減速開始を基点として計算されるこのＴは、セトリングがこのＴより小さい時間で行われると、目標位置に到達できず、逆に大きい時間で行われると目標位置を越えてしまうという意味合いを持つ時間である。すなわち、このＴは推定された加速度、速度、位置からマイクロプロセッサ５７の計算により求められた目標位置に最短時間で到達できるためにセトリングを開始すべき時間である。

この様にスイッチング決定部８は、加速時のヘッドの観測位置から推定される加速度、速度、位置から予測される減速度が、許容最大減速度となる時点を所定の加速信号から所定の減速信号への切り替え時点となし、推定された加速度、速度、位置から求められた目標位置に最短時間で到達できるためにセトリングを開始すべき時点をセトリング開始時点として求める。

信号生成器９１は、加速時に許容最大加速度を生じる第一レベルの所定の加速信号と、減速時に許容最大減速度を与える第二レベルの所定の減速信号と、セトリング時にゼロレベルとなるセトリング信号を生成する。そして信号生成器９１は、この生成した信号をスイッチ９０を介して、ＦＩＲフィルタ２に入力する。スイッチ９０は加速、減速、セトリングを切り替えるもので、加速時には、電流ドライバ１の飽和レベル、すなわち、電流ドライバ１の最大電圧に対応する最大電流が流れる場合と同じレベルの加速度を生ずる信号を生成する。繰り返しになるが、(数式５)によって減速するタイミングになると、加速度はｃ_２、すなわち、許容最大減速度を選択する。Ｔ時間後にセトリングであるから、その時点でゼロレベルの信号を生成する。アクチュエータモデル３への入力には、基本的には、ＦＩＲフィルタ２の入力を用いる。しかし、実際のアクチュエータ５は加速時には電流が、電流ドライバ１の最大電圧に対応する最大電流として流れる場合、オブザーバ７の出力で加速度、速度、位置を初期化する。

つまり、スイッチ９０は、加速時に入力信号を電流ドライバ５の電圧最大に対応した最大レベルと同じ一定レベルの信号、すなわち許容最大加速度を生じる所定の信号とし、推定された加速度、速度、位置から求められる減速時の減速度が、予め設定された発生可能な最大の大きさ、すなわち、許容最大減速度に達した時に減速に切り替え、セトリング開始時刻に入力をゼロにする。尚、減速からセトリングへの切り替えは、生成した信号とフィードバックコントローラ６の加速度に関する出力とを加算器１３３にて加算した信号を用いる。

この実施形態では、ヘッドシーク制御装置を備えることにより、ＨＤＤにおいて、ヘッド位置決めを行う場合、シーク開始後の加速時には、電流ドライバ１の駆動電流の飽和、すなわち電流ドライバ１の最大電圧に対応する最大電流が流れる電流飽和モードを許容し、かつ、振動モードが抑制することが可能となる。その結果、アクチュエータ５の駆動力を最大に利用することが可能となり、かつ、セトリング時の振動を抑制するので、シーク時間の短縮が可能となる。また、振動モードの抑制により、アクチュエータ５の振動からカバーに伝わる振動も抑制され、カバーの振動による装置の騒音を低減するという効果も得られる。

尚、ここでは、アクチュエータ５の振動モードを一つと仮定した場合について記したが、二つの場合でもＴ_ｗが２サンプル伸びるだけで、同じ手法で扱うことができる。例えば、４．７ｋＨｚの主共振と１．８ｋＨｚのコイルのベンディング・モードを加振しない電流波形を求めても、波形の滑らかさが少し悪くなる程度で大きな差は見えない。しかし、過渡応答は大きく改善される。

かかる構成により、アクチュエータへの駆動電流変化を滑らかにすることが可能になって、高周波振動が抑制され、その結果、その振動が伝わって騒音の主因となっていたカバーの振動も抑制され、装置騒音の低減も実現可能となった。

本実施の形態においては、ヘッドのシーク動作における減速時とセトリング時に、加速時に許容最大加速度を生じる加速信号の第一レベルから減速時に許容最大減速度を与える減速信号の第二レベルに単調変動で到達した後、減速信号の第二レベルからセトリング時のゼロレベルに単調変動で到達する波形、例えば、図９に図式的に示したような波形の信号をＦＩＲフィルタ２で滑らかにしてＶＣＭ駆動系によってアクチュエータ５の駆動電流とする。そのインパルス応答のラプラス変換がアクチュエータ５の共振モードでゲインがゼロになるよう設定する。ここにおいてＦＩＲフィルタ２の入力は、加速時において電流ドライバ１の飽和レベル、すなわち、電流ドライバ１の最大電圧に対応する最大電流が流れる場合と同じ一定レベルの信号とする。

加速時のヘッドの観測位置からオブザーバ７によって推定される加速度、速度、位置から予測される減速度が許容最大減速度となる時点に減速を開始し、計算された許容最大減速度にスイッチする。さらに、ここで推定された加速度、速度、位置から計算された時間後にフィルタの入力をゼロにしてセトリング動作を開始する。ＦＩＲフィルタ２の出力をトラックフォローのループの制御器であるフィードバックコントローラ６に加算するとともに、そのＦＩＲフィルタ２の出力をアクチュエータモデル３に入力し、差分器１３２によりアクチュエータモデル３の出力と位置信号読み取り部１３１が読み取ったヘッドの現位置データを出力する位置信号との差分をとってフィードバックコントローラ６に入力することによって、ＨＤＤのヘッドシークの制御をおこなうものである。ヘッドの位置信号は、サーボ信号であり、ディスクに書き込まれている位置情報をヘッド１３０の位置信号読み取り部１３１が読み取ることによって得られる。

本構成において、減速時に信号の波形を滑らかにするＦＩＲフィルタ２とセトリング時に信号を滑らかにするＦＩＲフィルタとは、同一のＦＩＲフィルタとするとフィルタパラメータが統一されるため、より一層効果的である。

つまり、減速時とセトリング時に生成される図９に示したような加速時に許容最大加速度を生じる加速信号の第一のレベルから減速時に許容最大減速度を与える減速信号の第二のレベルに単調変動で到達した後、減速信号の第二のレベルからセトリング時のゼロレベルに単調変動で到達するＦＩＲフィルタ２への入力信号の波形、または、矩形波の入力信号波形はＦＩＲフィルタ２を通すことによって滑らかになる。因みに、ＦＩＲフィルタ２には時間的な過渡特性が有り、例えばセトリング開始時に入力信号がゼロレベルの信号に切り替わっても、出力が直ちにゼロレベルになるものではないことは周知のとおりである。

このＦＩＲフィルタ２のインパルス応答は有限時間でゼロになるもので、そのラプラス変換がアクチュエータ５の共振モードでゲインがゼロになるようにフィルタのパラメータを設定する。この設定は例えば、非特許文献３（谷萩隆嗣、ディジタル信号処理の理論 ２ フィルタ・通信・画像、第２章 ＦＩＲフィルタの設計、ｐ．４１、コロナ社（１９８５））に記載の如き周知の技術により行われる。矩形波形の信号を滑らかにする様子を図１０に図式的に示した。波形の信号を滑らかにすることにより、高周波成分が小さくなり、結果として残留振動が低減する。ＦＩＲフィルタ２はその特性を決めるパラメータを変えることにより、別のフィルタにすることができる。フィルタのパラメータを変えない場合に、特性は同一となり、同一のフィルタということができる。

シーク開始後の、加速時におけるＦＩＲフィルタ２への入力は電流ドライバ５の飽和、すなわち電流ドライバ５の最大電圧に対応する最大レベルと同じ一定レベルの信号とする。この信号は、加速時に許容最大加速度を生じる所定の加速度信号である。

本実施例のシークプロセスは、図１２に示した流れのように行う。シークを開始すると、加速信号の入力を行い、ヘッド１３０を加速させる。その加速時におけるフィルタへの入力は電流ドライバ１の飽和、すなわち電流ドライバの最大電圧に対応する最大レベルと同じ一定レベルの信号、すなわち、許容最大加速度を生じる所定の加速信号である。ヘッド１３０を介して位置信号読み取り部１３１が読み込んだ位置信号を、オブザーバ８が観測し、その位置信号から、その後の位置、速度、加速度を各サンプリング毎に推定する。それらから、スイッチング決定部８が減速度とセトリング動作開始までの時間を計算する。計算された減速度が予め設定された発生可能な最大の大きさ、すなわち、許容最大減速度に達するまでは加速を継続するが、達した時、スイッチング決定部８は減速度の波形を発生させ、所定の加速信号から、所定の減速信号、すなわち、許容最大減速度をあたえる所定の減速信号に切り替える。その減速信号をＦＩＲフィルタ２に入力し、同フィルタはその出力を計算し、アクチュエータモデル３に入力する。同アクチュエータモデル３は、モデルの出力を計算する。スイッチング決定部８は位置信号を読み込み、目標トラックに達していれば、シークを終了する。達していなければ、位置信号をモデル２の出力と比較し、フィードバックコントローラ６の出力を計算し、その出力とＦＩＲフィルタ２の出力を加算する。この出力は加速度を与えるものである。スイッチング決定部８が計算したセトリング動作開始までの時間に達すれば、減速度をゼロにしてこれをＦＩＲフィルタ２に入力する。その時間に達していなければ、減速度の波形を発生するステップに戻る。この操作を目標トラックに達するまで繰り返す。

なお、本実施は回転記録再生装置のヘッドの長いシーク動作において特に有効である。長いシーク動作とは、最大シーク距離の十分の一以上のシーク距離がそれに該当する。例えば、回転記録媒体であるディスクにあるトラック数が４万トラックの場合、４千トラック以上のシークがそれに該当する。

最後に本実施例のシミュレーション結果を図２に示す。図２の上から順に、加速度、本実施例の（ｃ_１、ｃ_２、Ｔ）を示す。上段図において、本実施例の結果(実線)は、従来例(破線)の結果に比し、短時間で加速度ゼロに達していることがわかる。丸印は減速を開始した時点である。

吉川恒夫及び井村順一、現代制御理論 第７章 オブザーバ、ｐｐ．１１９，昭晃社（２００３） 谷萩隆嗣、ディジタル信号処理の理論 ２ フィルタ・通信・画像、第２章 ＦＩＲフィルタの設計、ｐ．４１、コロナ社（１９８５）

シーク制御系の一例を示す図である。 加速度のシミュレーションを行った結果の一例を示す図である。 シーク制御系の一例を示す図である。 ハードディスクドライブの内部構成の一例を示す俯瞰図である。 加速開始、減速開始、及びセトリング開始におけるジャーク及び加速度の一例を示す図である。 ハードディスクドライブの内部構成の一例を示す断面図である。 ハードディスクドライブ全体のシステムブロックの一例を示す図である。 ハードディスクドライブにおけるヘッドシーク制御系の一例を示す図である。 ＦＩＲフィルタへの入力信号の波形の一例を示す図である。 矩形波形をＦＩＲにより滑らかな波形としたことを図式的に示す図である。 ヘッド駆動制御の入力信号がＦＩＲフィルタを介した場合と介さない場合とのヘッドの残留振動を比較した一例を示す図である。 ヘッドシーク制御の流れの一例を示す図である。

符号の説明

１…電流ドライバ（ＣＤ）、２…有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタ、３…アクチュエータモデル、４…ディジタル／アナログ変換器、５…アクチュエータ、６…フィードバックコントローラ、７…オブザーバ、８…スイッチング決定部、１０…Ｂａｎｇ−ｂａｎｇ 信号生成器、１１…磁気ディスク、１２…ディスクスペーサ、１３…ディスククランプ、１４…スピンドルモータ、１５…磁気ヘッド、１６…スライダ、１７…ヘッドアッセンブリ、１８…キャリッジ、１９…コイル、２０…マグネット、２１…磁気回路、２２…フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）、２３…ベアリングユニット、２４…ベース、２５…ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）、２６…アクチュエータ、２７…カバー、３０…ヘッド（ＨＤ）、３１…磁気ディスク、３２…スピンドル、３３…スピンドルモータ、３４…スライダ、３５…磁気ヘッド、３６…ヘッドアッセンブリ、３７…アクチュエータ、３８…ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）、３９…コントロールユニット、４０…ヘッドアッセンブリ、４１…キャリッジ、５１…スライダに搭載された磁気ヘッド、５２…磁気ディスク、５３…アーム（ヘッドアッセンブリとキャリッジを含む）、５４…アクチュエータ（ボイスコイルモータを含む）、５５…電流ドライバ（ＣＤ）、５６…ディジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）、５７…マイクロプロッセサ（ＭＰＵ）、５８…チャネルチップ、６０…減速開始、６１…単調減少、６２…セトリング開始、６３…単調増加，９０…スイッチ、９１…信号生成器、１３０…ヘッド（ＨＤ）、１３１…位置信号読み取り部、１３２…差分器、１３３…加算器。

Claims (20)

1. アクチュエータの許容最大加速度の加速信号にてヘッドを加速し、
   前記ヘッドの観測位置から推定される加速度、速度、位置から予測される減速度が許容最大となる時点で前記加速信号を減速信号へと切り替え、
   前記アクチュエータの前記減速度にて前記ヘッドを減速し、
   前記ヘッドの目標位置に最短時間で到達できる時点で前記減速信号をセトリング信号へと切り替え、
   セトリング信号を生成して目標トラックに前記ヘッドを移動するヘッドシーク制御方法。
2. 前記各信号は、その波形がフィルタにより滑らかにされた信号である請求項１に記載のヘッドシーク制御方法。
3. 前記フィルタは有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタである請求項２に記載のヘッドシーク制御方法。
4. 前記加速信号は、前記アクチュエータへ駆動電流を入力する電流ドライバの最大電圧に対応したレベルの信号とする請求項１に記載のヘッドシーク制御方法。
5. 前記ＦＩＲフィルタの出力をアクチュエータモデルに入力し、
   このアクチュエータモデルの出力と前記ヘッドを介して位置信号読み取り部が読み出した位置信号との差分を取ってフィードバックコントローラに入力し、
   前記セトリングの開始時点に前記ＦＩＲフィルタへの入力をゼロにして前記フィードバックコントローラの計算を行う請求項３に記載のヘッドシーク制御方法。
6. 前記信号生成器が生成する信号は、前記加速信号から前記減速信号に単調変動で到達する請求項１に記載のヘッドシーク制御方法。
7. 信号生成器が生成する信号は、前記減速信号から前記セトリング信号に単調変動で到達する請求項１に記載のヘッドシーク制御方法。
8. 前記減速時及び前記セトリング時に信号生成器が生成する信号は、矩形波の信号である請求項１に記載のヘッドシーク制御方法。
9. 前記減速信号の波形を滑らかにする前記ＦＩＲフィルタと、前記セトリング信号の波形を滑らかにする前記ＦＩＲフィルタとは同種のＦＩＲフィルタである請求項３に記載のヘッドシーク制御方法。
10. 前記フィードバックコントローラの加速度に関する出力をデジタル／アナログ変換器に入力し、前記アクチュエータへ駆動電流を入力する電流ドライバに前記デジタル／アナログ変換器の出力を入力する請求項５に記載のヘッドシーク制御方法。
11. ヘッドシーク用アクチュエータを許容最大加速度で加速し、
    前記アクチュエータに備えられたヘッドの観測位置から推定される加速度、速度、位置から予測される減速度が許容最大減速度となる時点で前記加速から減速へと切り替え、
    前記アクチュエータを前記許容最大減速度で減速し、
    前記ヘッドの観測位置から推定される加速度、速度、位置から求められた目標位置に最短時間で到達できる時点で前記減速からセトリングへと切り替え、
    前記ヘッドをセトリング信号で目標トラックに移動させるヘッドシーク制御方法。
12. データを記録するディスクと、
    このディスクから前記データを読み出し／書き込みをするヘッドと、
    このヘッドを前記ディスクの目標トラックに高速移動させるシーク動作、目標トラックに追従させるフォロイング動作、及び前記二つの動作の間に過渡的な位置決めを行うセトリング動作において前記ヘッドを駆動するアクチュエータと、
    このアクチュエータの駆動電流の制御信号を生成するマイクロプロセッサと、
    このマイクロプロセッサの出力を前記アクチュエータに入力する電流ドライバとを備え、
    前記マイクロプロセッサは、
    加速信号と、減速信号と、セトリング信号とを生成する信号生成器と、
    これら生成した信号を選択して出力するスイッチと、
    前記ヘッドが前記ディスクから読み出した位置信号をフィードバックするトラックフォローループであるフィードバックコントローラと
    前記生成された信号の出力と前記フィードバックコントローラの出力とを加算して前記アクチュエータの駆動電流の制御信号として出力する加算器と、
    前記ヘッドが前記ディスクから読み出した位置信号から前記ヘッドの加速度と、速度と、位置とを推定するオブザーバと、
    前記推定された加速度、速度、位置から予測される減速度が前記許容最大減速度となる時点、及び前記ヘッドの目標位置に最短時間で到達するセトリングを開始すべき時点にて前記スイッチを切り替えるスイッチング決定部とを備えた回転記録再生装置。
13. 前記各信号の波形を滑らかにするフィルタを前記スイッチと前記加算器との間に設けた請求項１２に記載の回転記録再生装置。
14. 前記フィルタは有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタである請求項１３に記載の回転記録再生装置。
15. 前記加速信号は、前記電流ドライバの最大電圧に対応したレベルの信号とする請求項１２に記載の回転記録再生装置。
16. 前記ＦＩＲフィルタの出力を入力するアクチュエータモデルと、
    このアクチュエータモデルの出力と前記位置信号との差分を取って前記フィードバックコントローラに入力する差分器とを備える請求項１４に記載の回転記録再生装置。
17. 前記加算器の出力を入力し、前記電流ドライバへ出力するデジタル／アナログ変換器を備えた請求項１２に記載の回転記録再生装置。
18. 前記信号生成器は、前記加速信号から前記減速信号、及びこの減速信号から前記セトリング信号に単調変動で到達する波形の信号を生成する請求項１２に記載の回転記録再生装置。
19. 前記信号生成器は、矩形波の前記減速信号及び前記セトリング信号を生成する請求項１２に記載の回転記録再生装置。
20. 前記減速信号を滑らかにするＦＩＲフィルタと、前記セトリング信号を滑らかにするＦＩＲフィルタは同一のＦＩＲフィルタである請求項１４に記載の回転記録再生装置。
    

Images