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JP3766205B2 - Magnetic disk apparatus and head positioning control method applied to the same - Google Patents
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JP3766205B2 - Magnetic disk apparatus and head positioning control method applied to the same - Google Patents

Magnetic disk apparatus and head positioning control method applied to the same Download PDF

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JP3766205B2 JP07388598A JP7388598A JP3766205B2 JP 3766205 B2 JP3766205 B2 JP 3766205B2 JP 07388598 A JP07388598 A JP 07388598A JP 7388598 A JP7388598 A JP 7388598A JP 3766205 B2 JP3766205 B2 JP 3766205B2
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  • Moving Of The Head To Find And Align With The Track (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特にハードディスクドライブなどの磁気ディスク装置に適用し、ディスク上に予め記録されたサーボ情報に基づいてヘッドを目標位置に位置決め制御するためのヘッド位置決め制御システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、例えばハードディスクドライブ(HDD)などの磁気ディスク装置は、磁気ヘッド(以下単にヘッドと称する)により記憶媒体であるディスク上にデータを書込み、またディスクからデータを読出すように構成されている。ディスクは各データ面に同心円状の多数のトラック(シリンダ)が配列されて、各トラックがそれぞれ複数のデータセクタに分割されている。HDDでは、ディスク上にはサーボ情報が記録されたサーボエリアが所定の間隔で設けられている。サーボ情報は大別して、トラックを識別するためのトラックコード(シリンダコード)を示すトラック情報(またはシリンダ情報)及びサーボバーストデータ(位置情報)からなる。
【0003】
HDDでは、アクセス対象の目標トラック(目標位置)が決定されると、ヘッド位置決め制御システム(具体的にはCPUなどにより構成)は、ヘッドにより読出されるサーボ情報を使用して、ヘッドを目標トラックまで移動制御し、かつ目標トラックの範囲内に位置決めするように追従制御する。
【0004】
ところで、ヘッドを追従させるべきディスク上のトラックには、特にディスクの回転に伴う要因により偏心が発生する。要因としては、ディスクを回転させるためのスピンドルモータの軸振れ、サーボ情報を書き込むときのディスクの振動、また周囲温度の変化によるディスク形状の伸縮などがある。また、ディスク上にサーボ情報を書き込むときに、ディスクを実装するHDD自体ではなく、サーボライタと呼ばれる専用のサーボ情報書込み装置を使用することがある。このような場合には、サーボ情報を書込みしたディスクをHDDに装着したときに、スピンドルモータの回転中心と、サーボライタによりサーボ情報を書込みしたときのディスクの取り付け位置での回転中心との誤差により、巨大な偏心が発生する可能性がある。
【0005】
このようなトラックの偏心に伴う振幅は、ヘッドの位置誤差量に換算して数μm程度になることもある。高トラック密度化を図るHDDでは、確実にヘッドによりデータを書込み、または読出すための許容範囲は通常では0.数μm程度であり、この許容範囲を越える場合にはヘッドを目標トラックに追従させることが困難となる。
【0006】
そこで、図5に示すように、フィードバック制御系とフィードフォワード制御系とを併用したヘッド位置決め制御システムが提案されている(特願平9−190119号を参照)。このシステムは、大別してフィードバック制御系とフィードフォワード制御系10とからなる。フィードバック制御系は、位置誤差検出部2と、制御要素4と、制御対象3とから構成されている。位置誤差検出部2は、ヘッドの目標位置rと実際のヘッド位置yとの位置誤差eを算出する減算部である。制御要素4は、位置誤差eを入力して、この位置誤差eを解消するような制御対象3に対する制御操作量Ubを算出する。制御対象3は、具体的にはヘッドアクチュエータを駆動するためのボイスコイルモータ(VCM)である。ここで、制御要素4及び制御対象3の各伝達関数をそれぞれ「Fb」と「Ps」とする。
【0007】
一方、フィードフォワード制御系10は、偏心成分検出部(伝達関数Ft)11およびフィードフォワード制御部(伝達関数Fwとし、FW制御部と省略する)12を有する。偏心成分検出部11は、位置誤差検出部2の位置誤差eを入力して、位置誤差eに含まれるディスクの回転周期に同期した偏心成分を検出して、FW制御部12に出力する。FW制御部12は、偏心成分を抑制するような制御操作量Ufを算出して、フィードバック制御系の加算部13に出力する。加算部13は制御要素4からの制御操作量UbとFW制御部12からの制御操作量Ufとを加算した制御操作量を制御対象3に出力する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
前記のようなフィードバック制御系とフィードフォワード制御系とを併用した方式のヘッド位置決め制御システムにより、フィードバック制御系のみのシステムでは抑制できない位置誤差に含まれる偏心成分(特にディスクの回転に同期する同期偏心成分)を低減することが可能である。
【0009】
ところで、特に小型のHDDはパーソナルコンピュータに搭載されるため、使用環境が必ずしも良い状態ではない。使用環境の中では、HDDの周囲温度の変化による影響が大きい。温度変化が大きい場合に、HDDの機構部品の伸縮により、ディスク上のサーボ情報が偏心する現象が発生する。偏心は一様ではなく、ディスクの周方向に対してランダムに発生する。これは当然ながら、ヘッドの位置決め精度の悪化を招く。このような温度変化に伴う偏心成分の抑制に関しては、前記の従来のシステムでは全く考慮されていない。従来のシステムでは、偏心成分を抑制するためのフィードフォワード制御系は常に機能していることを前提としており、システムの動作パフォーマンス(スループット)が必ずしも適正ではない。
【0010】
そこで、本発明の目的は、特に磁気ディスク装置の周囲温度の変化に応じて偏心成分を抑制するためのフィードフォワード制御系を機能させる方式により、温度変化に伴う偏心成分を効果的に抑制して、結果的にヘッド位置決め精度の向上を図ることにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明は、HDDなどに適用するものであり、フィードバック制御系とフィードフォワード制御系とを併用し、かつ周囲温度の変化に応じてフィードフォワード制御系を機能させる方式のヘッド位置決め制御システムを備えた磁気ディスク装置である。フィードバック制御系は、ヘッドを目標位置に位置決めするために位置誤差を解消するための第1の制御操作量を算出する。フィードフォワード制御系は、位置誤差に含まれるディスクの回転に伴う偏心成分を除去するための第2の制御操作量を算出する。
【0012】
ここで、本発明のシステムは、装置の周囲温度(装置の内部または外部の温度)を検知するための温度検知手段を有し、この温度検知手段の検知結果に基づいて周囲温度が所定の基準温度範囲を越える変動をしたときに、フィードフォワード制御系を機能させる。換言すれば、当該周囲温度の変化が許容範囲内であれば、フィードフォワード制御系を機能させずに、フィードバック制御系のみでヘッド位置決め制御を実行する。
【0013】
このような構成であれば、装置の周囲温度の変化に応じて発生する偏心成分を、フィードフォワード制御系を機能させることにより位置誤差から除去できるため、温度変化に応じた偏心成分まで考慮したヘッド位置決め制御を実現することができる。また、温度変化の程度が許容範囲内の場合には、逆にフィードフォワード制御系の機能を停止することにより、システムの動作パフォーマンスを高めることが可能となる。さらに、本発明の別の観点として、周囲の温度変化がフィードフォワード制御系の性能を越える程度に異常の場合には、フィードフォワード制御系の機能を停止させることが有効である。この場合には、フィードフォワード制御系が正常に機能せずに、誤った第2の制御操作量を算出する可能性が高いため、未然に防止することが望ましい。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図1は本発明の実施形態に関係するヘッド位置決め制御システムの概念を説明するためのブロック図であり、図2は同実施形態に関係するHDDのサーボ系の要部を示すブロック図である。
(ヘッド位置決め制御システムの構成)
本実施形態のシステムは、磁気ディスク装置であるHDDに適用するヘッド位置決め制御系であり、大別してフィードバック制御系とフィードフォワード制御系70とからなる。フィードバック制御系は、位置誤差検出部2と、制御要素4と、制御対象3とから構成されている。位置誤差検出部2は、ヘッドの目標位置rと実際のヘッド位置yとの位置誤差eを算出する減算部である。制御要素4は、位置誤差eを入力して、この位置誤差eを解消するような制御対象3に対する制御操作量Ubを算出する。制御対象3は、後述するように、具体的にはヘッドアクチュエータを駆動するためのボイスコイルモータ(VCM)である。ここで、制御要素4及び制御対象3の各伝達関数をそれぞれ「Fb」と「Ps」とする。
【0015】
一方、フィードフォワード制御系70は、偏心成分検出部(伝達関数Ft)11およびフィードフォワード制御部(伝達関数Fwとし、FW制御部と省略する)12を有する。偏心成分検出部11は、位置誤差検出部2からの位置誤差eを入力して、位置誤差eに含まれるディスクの回転周期に同期した偏心成分を検出して、FW制御部12に出力する。FW制御部12は、偏心成分を抑制するような制御操作量Ufを算出して、フィードバック制御系の加算部13に出力する。加算部13は制御要素4からの制御操作量UbとFW制御部12からの制御操作量Ufとを加算した制御操作量を出力する。
【0016】
さらに、本実施形態のフィードフォワード制御系70には、温度センサ73からの温度検知信号に応じてフィードフォワード制御系70の機能を有効または停止を制御するための温度制御部71が設けられている。温度制御部71は、温度検知信号により、HDDの周囲温度(HDDの内部または外部の温度)が所定の基準温度範囲を越えたときに、スイッチ72をオンさせて偏心成分検出部11への位置誤差eの入力を開始させる。即ち、温度制御部71は周囲温度の変動が温度変化に伴う偏心成分の影響が位置決め制御に大きく影響するような場合には、スイッチ72をオンさせることにより、フィードフォワード制御系70を機能させる。逆に、周囲温度の変化が許容範囲内であり、温度変化に伴う偏心成分の影響がそれ程でない場合には、温度制御部71はスイッチ72をオフして、フィードフォワード制御系70の機能を停止させる。
【0017】
温度センサ73は、HDDの内部において、ディスクが固定されているディスク回転機構(スピンドルモータ)の近傍に配置されているのが望ましい。但し、HDDの内部のスペースの制限から、温度センサ73はHDDの外部に取り付けられていても良い。さらに、フィードバック制御系では、温度センサ73からの検知結果を加算部13からの制御操作量(UbとUfとの加算結果またはUbのみ)に加算して、温度変化による制御補償を行なうための加算部74が設けられていてもよい。
(HDDのサーボ系の構成)
図1に示すように、フィードバック制御系とフィードフォワード制御系70とからなるシステムのメイン要素1は、図2に示すHDDのメイン制御装置であるマイクロコントローラ110の制御プロセス(ファームウェアの実行)に相当する。マイクロコントローラ110は、HDDのサーボ系のメイン要素である。
【0018】
HDDでは、記録媒体であるディスク100はスピンドルモータ103に固定されて高速回転している。ディスク100は、多数の同心円状のトラック(シリンダ)101が形成されている。各トラック101は複数のデータセクタに分割されている。さらに、ディスク100は、複数のサーボセクタ(ここでは50セクタ)102が所定の間隔で配置されている。サーボセクタ102には、前述したように、トラックコード(シリンダコード)を示すトラック情報(シリンダ情報)およびサーボバーストデータ(位置情報)を含むサーボ情報が記録されている。本実施形態のヘッド位置決め制御とは、主としてサーボバーストデータを使用したトラック追従制御を意味する。
【0019】
ヘッド104はヘッドアクチュエータ105に搭載されている。ヘッドアクチュエータ105はVCM106により駆動されて、ヘッド104をディスク100の半径方向に移動させる。VCM106はVCMドライバ113から供給される駆動電流により駆動する。VCM106およびVCMドライバ113は、前記のシステムにおける制御対象3に含まれる。
【0020】
ヘッドアンプ114は、ヘッド104により読出されたサーボ情報を含むリード信号を増幅して出力する。サンプルホールド回路115は、システムの位置誤差検出部2に含まれる要素であり、サーボバーストデータの振幅値(通常では2相のバーストパターンA,BとC,Dからなる)をサンプルホールドし、マイクロコントローラ110に出力する。サンプルホールド回路115から出力される振幅値がヘッド104の目標位置r(通常では目標トラックの中心)に対する位置誤差eを示す。
【0021】
マイクロコントローラ110は、前記のフィードフォワード制御系70、制御要素4および加算部13に相当する制御プロセスを実行するCPUをメイン要素とする。CPUはメモリに予め格納されたファームウェアの実行により、前記制御プロセスを実行する。マイクロコントローラ110は、A/Dコンバータ111により位置誤差eをディジタル値に変換して入力する。また、マイクロコントローラ110は、算出した制御操作量(制御操作量Ubと制御操作量Ufとを加算した値または制御操作量Ubのみの値)をD/Aコンバータ112によりアナログの電圧信号に変換してVCMドライバ113に出力する。但し、D/Aコンバータ112はVCMドライバ113側に設けられて、マイクロコントローラ110はディジタル値である制御操作量をVCMドライバ113に出力するような構成でもよい。
【0022】
なお、マイクロコントローラ110は、例えばHDDの内部に設けられた温度センサ73から温度検知信号を入力して、前述のようなフィードフォワード制御系70の制御処理を実行する。また、システムに前述の加算部74を設ける場合には、マイクロコントローラ110は当該加算部74の機能に相当する処理を実行する。
(本実施形態の作用効果)
本実施形態では、HDDの周囲温度の変化が大きい場合に、ディスクの回転に伴うディスク上のサーボ情報が偏心する現象が発生し、この温度変化に伴う偏心成分がヘッドの位置決め精度に影響することが前提になっている。このような前提において、本実施形態のシステムは、周囲温度の変化が大きい場合に、ヘッドの位置誤差には温度変化に伴う偏心成分が含まれるため、この偏心成分を抑制するために、フィードバック制御系と共にフィードフォワード制御系70を機能させることが特徴である。
【0023】
以下HDDのヘッド位置決め制御システムに適用した場合の作用効果を具体的に説明する。
まず、HDDでは、ホストシステムからアクセスコマンドが発行されると、マイクロコントローラ110は、ディスク100上のアクセス対象の目標トラックまでヘッド104を移動させるシーク制御(速度制御)を実行する。このシーク制御では、マイクロコントローラ110はヘッド104により読出されたサーボ情報に含まれるトラック情報(シリンダ情報)に基づいて、ヘッド104の移動制御を実行する。
【0024】
次に、ヘッド104が目標トラックの近傍に接近すると、マイクロコントローラ110はヘッド104を目標トラックの範囲内の目標位置(通常ではトラック中心)に位置決め整定させるためのトラック追従制御(位置制御)を実行する。本実施形態のシステムは、トラック追従制御時の一連の動作を実行し、ヘッド104によりサーボ情報が読出される毎に逐次実行する。
【0025】
以下、マイクロコントローラ110の位置決め制御動作を、図1を参照して説明する。
ヘッド104によりサーボ情報のサーボバーストデータが読出される度に、位置誤差検出部2は目標位置rと実際のヘッド位置yとの位置誤差eを検出する。制御要素4は、入力する位置誤差eを解消するための制御操作量Ubを算出して出力する。ここで、前述したように、HDDの周囲温度の変化は、温度センサ73により監視されている。温度センサ73は、標準動作温度に対して例えば10度単位で変化(上昇または低下)したときに検知信号を出力する。
【0026】
温度制御部71は、温度センサ73からの検知信号に応じて、HDDの周囲温度が所定の基準温度範囲を越える変動を示している場合に、スイッチ72をオンしてフィードフォワード制御系70を機能させる。即ち、周囲温度の変化に伴って、位置誤差eには、ディスク100の回転に伴う偏心成分が含まれていると想定できるため、フィードフォワード制御系70を併用することにより、位置誤差eに含まれる偏心成分を十分に抑制するための制御操作量Ufを求める。
【0027】
フィードフォワード制御系70では、偏心成分検出部11は位置誤差検出部2により求められる位置誤差eを観測し、位置誤差eに含まれるディスクの回転周期に同期した偏心成分を検出する。FW制御部12は、偏心成分を抑制するような制御操作量Ufを算出して、フィードバック制御系の加算部13に出力する。加算部13は制御要素4からの制御操作量UbとFW制御部12からの制御操作量Ufとを加算した制御操作量を制御対象3に出力する。なお、ここでは、加算部74の機能については省略する。
【0028】
以上のように本実施形態によれば、HDDの周囲温度の変化が大きい場合に、フィードバック制御系と共に、フィードフォワード制御系70を機能させることにより、温度変換に伴って位置誤差eに含まれる偏心成分(特にディスクの回転周期に同期したサーボ情報の偏心)を検出し、この偏心成分を抑制するような制御操作量Ufを算出することができる。フィードバック制御系の加算部13は、フィードバック制御系の制御操作量Ubとフィードフォワード制御系70の制御操作量Ufとを加算した制御操作量を制御対象3に出力する。従って、ディスクの回転周期に同期した偏心成分を十分に抑制したヘッド位置決め制御を実現することが可能となる。図3と図4は、本実施形態のヘッド位置決め制御システムにより、特定の目標トラックにヘッドを位置決め制御したときの位置決め精度とそのスペクトルを示す測定例である。図4の測定例は、フィードバック制御系のみの場合と比較して、フィードフォワード制御系70を併用した場合に特に1,2,4次の偏心成分が十分に抑制されて低減していることを示している。
【0029】
ところで、HDDの周囲温度の変化が小さく、位置誤差eに含まれる偏心成分が許容範囲内で十分に小さい場合には、フィードフォワード制御系70が機能しても、ヘッド位置決め精度は向上しない。そこで、本実施形態では、温度制御へ部71は、温度センサ73からの検知結果に応じて、HDDの周囲温度の変化が許容範囲内であれば、スイッチ72をオフしてフィードフォワード制御系70の機能を停止状態に設定する。従って、フィードバック制御系の加算部13は、フィードバック制御系の制御操作量Ubのみを制御対象3に出力することになる。
【0030】
即ち、周囲温度の変化が小さく、偏心成分による位置誤差量が十分に小さい場合には、フィードフォワード制御系70の機能は停止となるため、マイクロコントローラ110のCPUはフィードフォワード制御系70の制御プロセスを省略できる。従って、マイクロコントローラ110の制御プロセス全体の処理時間を低減することが可能となる。換言すれば、フィードフォワード制御系70が常に機能しているシステムと比較して、温度変化に伴う偏心成分を抑制する場合に、効果的にフィードフォワード制御系70を機能させるため、システムの動作パフォーマンス(スループット)を高めることが可能となる。
【0031】
さらに、本実施形態の変形例として、温度制御部71は、温度センサ73からの検知結果に応じて、周囲の温度変化がフィードフォワード制御系70の性能を越える程度に異常の場合には、フィードフォワード制御系70の機能を停止させる。即ち、温度変化が異常の場合には、フィードフォワード制御系70が正常に機能せずに、誤った第2の制御操作量を算出する可能性が高い。従って、フィードフォワード制御70の機能を停止させる方が有効である。
【0032】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、フィードバック制御系とフィードフォワード制御系とを併用した方式のヘッド位置決め制御システムにおいて、磁気ディスク装置の周囲温度の変化に応じて偏心成分を抑制するためのフィードフォワード制御系を機能させる方式により、温度変化に伴う偏心成分を効果的に抑制して、結果的にヘッド位置決め精度の向上を図ることが可能となる。
【0033】
一方、周囲温度の変化が小さく、偏心成分による位置誤差量が十分に小さい場合には、フィードフォワード制御系の機能を停止させることにより、フィードフォワード制御系の制御プロセスを省略できるため、システムの制御プロセス全体の処理時間を低減することが可能となる。このため、フィードフォワード制御系が常に機能しているシステムと比較して、温度変化に伴う偏心成分を抑制する場合に、効果的にフィードフォワード制御系を機能させるため、システムの動作パフォーマンス(スループット)を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に関係するヘッド位置決め制御システムの概念を説明するためのブロック図。
【図2】同実施形態に関係するHDDのサーボ系の要部を示すブロック図。
【図3】同実施形態に関係するシステムの位置決め精度を示す測定結果。
【図4】同実施形態に関係するシステムの偏心成分の特性を示す測定結果。
【図5】従来のヘッド位置決め制御システムの概念を説明するためのブロック図。
【符号の説明】
1…サーボ系のメイン要素
2…位置誤差検出部
3…制御対象
4…制御要素
11…偏心成分検出部
12…FW制御部(フィードフォワード制御部)
13…加算部
70…フィードフォワード制御系
71…温度制御部
72…スイッチ
73…温度センサ
74…加算部
100…ディスク
101…トラック(シリンダ)
102…サーボセクタ
103…スピンドルモータ
104…ヘッド
105…ヘッドアクチュエータ
106…ボイスコイルモータ(VCM)
110…マイクロコントローラ
111…A/Dコンバータ
112…D/Aコンバータ
113…VCMドライバ
114…ヘッドアンプ
115…サンプルホールド回路
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a head positioning control system that is applied to a magnetic disk device such as a hard disk drive and controls the head to a target position based on servo information recorded in advance on the disk.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a magnetic disk device such as a hard disk drive (HDD) is configured to write data on a disk as a storage medium and read data from the disk by a magnetic head (hereinafter simply referred to as a head). In the disk, a large number of concentric tracks (cylinders) are arranged on each data surface, and each track is divided into a plurality of data sectors. In the HDD, servo areas in which servo information is recorded are provided on the disk at predetermined intervals. Servo information is roughly divided into track information (or cylinder information) indicating a track code (cylinder code) for identifying a track and servo burst data (position information).
[0003]
In the HDD, when the target track (target position) to be accessed is determined, the head positioning control system (specifically constituted by a CPU or the like) uses the servo information read by the head to move the head to the target track. The movement control is performed until the position is within the range of the target track.
[0004]
By the way, the track on the disk to be followed by the head is decentered particularly due to a factor accompanying the rotation of the disk. Factors include the shaft vibration of the spindle motor for rotating the disk, the vibration of the disk when writing servo information, and the expansion and contraction of the disk shape due to changes in ambient temperature. When writing servo information on a disk, a dedicated servo information writing device called a servo writer may be used instead of the HDD itself in which the disk is mounted. In such a case, when the disk on which the servo information is written is mounted on the HDD, there is an error between the rotation center of the spindle motor and the rotation center at the disk mounting position when the servo information is written by the servo writer. A huge eccentricity can occur.
[0005]
The amplitude associated with the eccentricity of the track may be about several μm in terms of the head position error amount. In an HDD that attempts to increase the track density, the allowable range for reliably writing or reading data by the head is usually 0. When the allowable range is exceeded, it becomes difficult for the head to follow the target track.
[0006]
Therefore, as shown in FIG. 5, a head positioning control system using both a feedback control system and a feedforward control system has been proposed (see Japanese Patent Application No. 9-190119). This system is roughly divided into a feedback control system and a feedforward control system 10. The feedback control system includes a position error detection unit 2, a control element 4, and a control object 3. The position error detection unit 2 is a subtraction unit that calculates a position error e between the target position r of the head and the actual head position y. The control element 4 inputs the position error e and calculates a control operation amount Ub for the control target 3 that eliminates the position error e. The control target 3 is specifically a voice coil motor (VCM) for driving the head actuator. Here, the transfer functions of the control element 4 and the controlled object 3 are “Fb” and “Ps”, respectively.
[0007]
On the other hand, the feedforward control system 10 includes an eccentric component detector (transfer function Ft) 11 and a feedforward controller (transfer function Fw, abbreviated as FW controller) 12. The eccentric component detection unit 11 receives the position error e of the position error detection unit 2, detects the eccentric component synchronized with the rotation period of the disk included in the position error e, and outputs it to the FW control unit 12. The FW control unit 12 calculates a control operation amount Uf that suppresses the eccentric component, and outputs it to the addition unit 13 of the feedback control system. The adding unit 13 outputs the control operation amount obtained by adding the control operation amount Ub from the control element 4 and the control operation amount Uf from the FW control unit 12 to the control target 3.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
Due to the head positioning control system using the feedback control system and the feedforward control system as described above, the eccentric component included in the position error that cannot be suppressed by the system having only the feedback control system (especially synchronous eccentricity synchronized with the rotation of the disk). Component) can be reduced.
[0009]
By the way, since a particularly small HDD is mounted on a personal computer, the usage environment is not always good. In the usage environment, the influence of changes in the ambient temperature of the HDD is large. When the temperature change is large, a phenomenon occurs in which servo information on the disk is decentered due to expansion and contraction of the mechanical parts of the HDD. Eccentricity is not uniform and occurs randomly in the circumferential direction of the disk. Naturally, this leads to deterioration of the head positioning accuracy. The suppression of the eccentric component accompanying such a temperature change is not considered at all in the conventional system. In the conventional system, it is assumed that the feedforward control system for suppressing the eccentric component always functions, and the operation performance (throughput) of the system is not always appropriate.
[0010]
Accordingly, an object of the present invention is to effectively suppress the eccentric component accompanying the temperature change by using a feed forward control system for suppressing the eccentric component according to the change in the ambient temperature of the magnetic disk device. As a result, the head positioning accuracy is improved.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is applied to an HDD or the like, and includes a head positioning control system that uses a feedback control system and a feedforward control system in combination, and functions the feedforward control system according to changes in ambient temperature. It is a magnetic disk device. The feedback control system calculates a first control operation amount for eliminating the position error in order to position the head at the target position. The feedforward control system calculates a second control operation amount for removing the eccentric component accompanying the rotation of the disk included in the position error.
[0012]
Here, the system of the present invention has temperature detection means for detecting the ambient temperature of the apparatus (the temperature inside or outside the apparatus), and the ambient temperature is a predetermined reference based on the detection result of the temperature detection means. When the fluctuation exceeds the temperature range, the feedforward control system is activated. In other words, if the change in the ambient temperature is within the allowable range, the head positioning control is executed only by the feedback control system without functioning the feedforward control system.
[0013]
With such a configuration, the eccentric component generated according to the change in the ambient temperature of the device can be removed from the position error by causing the feedforward control system to function, so the head considering even the eccentric component according to the temperature change. Positioning control can be realized. On the other hand, when the temperature change is within the allowable range, the operation performance of the system can be improved by stopping the function of the feedforward control system. Furthermore, as another aspect of the present invention, it is effective to stop the function of the feedforward control system when the ambient temperature change is abnormal to the extent that it exceeds the performance of the feedforward control system. In this case, since the feedforward control system does not function normally and there is a high possibility of calculating the erroneous second control operation amount, it is desirable to prevent it in advance.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram for explaining the concept of a head positioning control system related to the embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a block diagram showing a main part of a servo system of the HDD related to the embodiment.
(Configuration of head positioning control system)
The system according to the present embodiment is a head positioning control system applied to an HDD that is a magnetic disk device, and roughly includes a feedback control system and a feedforward control system 70. The feedback control system includes a position error detection unit 2, a control element 4, and a control object 3. The position error detection unit 2 is a subtraction unit that calculates a position error e between the target position r of the head and the actual head position y. The control element 4 inputs the position error e and calculates a control operation amount Ub for the control target 3 that eliminates the position error e. As will be described later, the control object 3 is specifically a voice coil motor (VCM) for driving the head actuator. Here, the transfer functions of the control element 4 and the controlled object 3 are “Fb” and “Ps”, respectively.
[0015]
On the other hand, the feedforward control system 70 includes an eccentric component detector (transfer function Ft) 11 and a feedforward controller (transfer function Fw, abbreviated as FW controller) 12. The eccentric component detection unit 11 receives the position error e from the position error detection unit 2, detects an eccentric component synchronized with the rotation period of the disk included in the position error e, and outputs it to the FW control unit 12. The FW control unit 12 calculates a control operation amount Uf that suppresses the eccentric component, and outputs it to the addition unit 13 of the feedback control system. The adding unit 13 outputs a control operation amount obtained by adding the control operation amount Ub from the control element 4 and the control operation amount Uf from the FW control unit 12.
[0016]
Further, the feedforward control system 70 of the present embodiment is provided with a temperature control unit 71 for controlling the function of the feedforward control system 70 to be valid or stopped according to a temperature detection signal from the temperature sensor 73. . The temperature control unit 71 turns on the switch 72 when the ambient temperature of the HDD (the temperature inside or outside the HDD) exceeds a predetermined reference temperature range according to the temperature detection signal, and the position to the eccentric component detection unit 11 is detected. The input of the error e is started. In other words, the temperature control unit 71 causes the feedforward control system 70 to function by turning on the switch 72 when the influence of the eccentric component due to the temperature change greatly affects the positioning control due to the change in the ambient temperature. Conversely, when the change in the ambient temperature is within the allowable range and the influence of the eccentric component accompanying the temperature change is not so much, the temperature control unit 71 turns off the switch 72 and stops the function of the feedforward control system 70. Let
[0017]
The temperature sensor 73 is preferably arranged in the vicinity of the disk rotation mechanism (spindle motor) to which the disk is fixed, inside the HDD. However, the temperature sensor 73 may be attached to the outside of the HDD due to the limitation of the space inside the HDD. Further, in the feedback control system, the detection result from the temperature sensor 73 is added to the control operation amount (the addition result of Ub and Uf or only Ub) from the addition unit 13, and an addition for performing control compensation due to a temperature change. The part 74 may be provided.
(Configuration of HDD servo system)
As shown in FIG. 1, the main element 1 of the system composed of the feedback control system and the feedforward control system 70 corresponds to the control process (firmware execution) of the microcontroller 110 which is the main controller of the HDD shown in FIG. To do. The microcontroller 110 is the main element of the HDD servo system.
[0018]
In the HDD, a disk 100 as a recording medium is fixed to a spindle motor 103 and rotates at a high speed. A large number of concentric tracks (cylinders) 101 are formed on the disk 100. Each track 101 is divided into a plurality of data sectors. Further, on the disk 100, a plurality of servo sectors (here, 50 sectors) 102 are arranged at predetermined intervals. As described above, servo information including track information (cylinder information) indicating a track code (cylinder code) and servo burst data (position information) is recorded in the servo sector 102. The head positioning control of the present embodiment mainly means track tracking control using servo burst data.
[0019]
The head 104 is mounted on the head actuator 105. The head actuator 105 is driven by the VCM 106 to move the head 104 in the radial direction of the disk 100. The VCM 106 is driven by a drive current supplied from the VCM driver 113. The VCM 106 and the VCM driver 113 are included in the control target 3 in the system.
[0020]
The head amplifier 114 amplifies and outputs a read signal including servo information read by the head 104. The sample hold circuit 115 is an element included in the position error detection unit 2 of the system. The sample hold circuit 115 samples and holds the amplitude value of servo burst data (usually composed of two-phase burst patterns A, B, C, and D), Output to the controller 110. The amplitude value output from the sample hold circuit 115 indicates the position error e of the head 104 with respect to the target position r (usually the center of the target track).
[0021]
The microcontroller 110 uses a CPU that executes a control process corresponding to the feedforward control system 70, the control element 4, and the adder 13 as a main element. The CPU executes the control process by executing firmware stored in advance in the memory. The microcontroller 110 converts the position error e into a digital value by the A / D converter 111 and inputs it. Further, the microcontroller 110 converts the calculated control operation amount (a value obtained by adding the control operation amount Ub and the control operation amount Uf or a value of only the control operation amount Ub) into an analog voltage signal by the D / A converter 112. To the VCM driver 113. However, the D / A converter 112 may be provided on the VCM driver 113 side, and the microcontroller 110 may output a control operation amount that is a digital value to the VCM driver 113.
[0022]
The microcontroller 110 inputs a temperature detection signal from a temperature sensor 73 provided inside the HDD, for example, and executes the control process of the feedforward control system 70 as described above. When the above-described addition unit 74 is provided in the system, the microcontroller 110 executes processing corresponding to the function of the addition unit 74.
(Operational effect of this embodiment)
In this embodiment, when the change in the ambient temperature of the HDD is large, a phenomenon occurs in which servo information on the disk is decentered due to the rotation of the disk, and the decentering component due to this temperature change affects the head positioning accuracy. Is the premise. Under such a premise, the system according to the present embodiment, when the change in the ambient temperature is large, the head position error includes an eccentric component accompanying the temperature change. Therefore, in order to suppress this eccentric component, feedback control is performed. The feedforward control system 70 is made to function together with the system.
[0023]
Hereinafter, the operation and effect when applied to an HDD head positioning control system will be described in detail.
First, in the HDD, when an access command is issued from the host system, the microcontroller 110 executes seek control (speed control) for moving the head 104 to the target track to be accessed on the disk 100. In this seek control, the microcontroller 110 executes movement control of the head 104 based on track information (cylinder information) included in the servo information read by the head 104.
[0024]
Next, when the head 104 approaches the vicinity of the target track, the microcontroller 110 executes track following control (position control) for positioning the head 104 at a target position (usually the track center) within the target track range. To do. The system of the present embodiment executes a series of operations at the time of track following control, and sequentially executes each time servo information is read by the head 104.
[0025]
Hereinafter, the positioning control operation of the microcontroller 110 will be described with reference to FIG.
Each time servo burst data of servo information is read by the head 104, the position error detector 2 detects a position error e between the target position r and the actual head position y. The control element 4 calculates and outputs a control operation amount Ub for eliminating the input position error e. Here, as described above, a change in the ambient temperature of the HDD is monitored by the temperature sensor 73. The temperature sensor 73 outputs a detection signal when it changes (increases or decreases), for example, in units of 10 degrees with respect to the standard operating temperature.
[0026]
In response to a detection signal from the temperature sensor 73, the temperature control unit 71 turns on the switch 72 to activate the feedforward control system 70 when the ambient temperature of the HDD shows a fluctuation exceeding a predetermined reference temperature range. Let That is, as the ambient temperature changes, it can be assumed that the position error e includes an eccentric component due to the rotation of the disk 100. Therefore, by using the feedforward control system 70 together, it is included in the position error e. A control operation amount Uf for sufficiently suppressing the eccentric component is obtained.
[0027]
In the feedforward control system 70, the eccentric component detector 11 observes the position error e obtained by the position error detector 2, and detects an eccentric component synchronized with the rotation period of the disk included in the position error e. The FW control unit 12 calculates a control operation amount Uf that suppresses the eccentric component, and outputs it to the addition unit 13 of the feedback control system. The adding unit 13 outputs the control operation amount obtained by adding the control operation amount Ub from the control element 4 and the control operation amount Uf from the FW control unit 12 to the control target 3. Here, the function of the adding unit 74 is omitted.
[0028]
As described above, according to the present embodiment, when the ambient temperature change of the HDD is large, the feedforward control system 70 is caused to function together with the feedback control system, whereby the eccentricity included in the position error e accompanying the temperature conversion. It is possible to detect a component (particularly, the eccentricity of servo information synchronized with the rotation period of the disk) and calculate a control operation amount Uf that suppresses the eccentric component. The adding unit 13 of the feedback control system outputs a control operation amount obtained by adding the control operation amount Ub of the feedback control system and the control operation amount Uf of the feedforward control system 70 to the control target 3. Therefore, it is possible to realize head positioning control in which the eccentric component synchronized with the disk rotation cycle is sufficiently suppressed. 3 and 4 are measurement examples showing the positioning accuracy and its spectrum when the head is positioned on a specific target track by the head positioning control system of the present embodiment. The measurement example of FIG. 4 shows that the first, second, and fourth order eccentric components are sufficiently suppressed and reduced when the feedforward control system 70 is used in combination as compared with the case of only the feedback control system. Show.
[0029]
By the way, when the change in the ambient temperature of the HDD is small and the eccentric component included in the position error e is sufficiently small within the allowable range, the head positioning accuracy is not improved even if the feedforward control system 70 functions. Therefore, in the present embodiment, the temperature control unit 71 turns off the switch 72 and feed-forward control system 70 if the change in the ambient temperature of the HDD is within an allowable range according to the detection result from the temperature sensor 73. Set the function to stop. Therefore, the adding unit 13 of the feedback control system outputs only the control operation amount Ub of the feedback control system to the control target 3.
[0030]
That is, when the change in the ambient temperature is small and the position error amount due to the eccentric component is sufficiently small, the function of the feedforward control system 70 is stopped, so the CPU of the microcontroller 110 controls the control process of the feedforward control system 70. Can be omitted. Therefore, the processing time of the entire control process of the microcontroller 110 can be reduced. In other words, compared with a system in which the feedforward control system 70 is always functioning, in order to effectively control the feedforward control system 70 when suppressing an eccentric component due to a temperature change, the operation performance of the system (Throughput) can be increased.
[0031]
Furthermore, as a modification of the present embodiment, the temperature control unit 71 performs a feed when the ambient temperature change exceeds the performance of the feedforward control system 70 according to the detection result from the temperature sensor 73. The function of the forward control system 70 is stopped. That is, when the temperature change is abnormal, the feedforward control system 70 does not function normally, and there is a high possibility that the erroneous second control operation amount is calculated. Therefore, it is more effective to stop the function of the feedforward control 70.
[0032]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, in the head positioning control system using the feedback control system and the feedforward control system in combination, the eccentric component is suppressed in accordance with the change in the ambient temperature of the magnetic disk device. By using the system that makes the feedforward control system function, it is possible to effectively suppress the eccentric component accompanying the temperature change, and as a result, it is possible to improve the head positioning accuracy.
[0033]
On the other hand, if the change in the ambient temperature is small and the amount of positional error due to the eccentric component is sufficiently small, the control process of the feedforward control system can be omitted by stopping the function of the feedforward control system. It becomes possible to reduce the processing time of the whole process. For this reason, compared to a system in which the feedforward control system is always functioning, in order to effectively function the feedforward control system when suppressing the eccentric component due to temperature change, the system performance (throughput) Can be increased.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram for explaining the concept of a head positioning control system related to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an exemplary block diagram showing a main part of an HDD servo system related to the embodiment;
FIG. 3 is a measurement result showing positioning accuracy of a system related to the embodiment;
FIG. 4 is a measurement result showing a characteristic of an eccentric component of a system related to the embodiment.
FIG. 5 is a block diagram for explaining the concept of a conventional head positioning control system.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Servo system main element 2 ... Position error detection part 3 ... Control object 4 ... Control element 11 ... Eccentric component detection part 12 ... FW control part (feed forward control part)
13 ... Adder 70 ... Feedforward control system 71 ... Temperature controller 72 ... Switch 73 ... Temperature sensor 74 ... Adder 100 ... Disk 101 ... Track (cylinder)
102 ... Servo sector 103 ... Spindle motor 104 ... Head 105 ... Head actuator 106 ... Voice coil motor (VCM)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 110 ... Microcontroller 111 ... A / D converter 112 ... D / A converter 113 ... VCM driver 114 ... Head amplifier 115 ... Sample hold circuit

Claims (2)

ディスク上に記録したデータを読出し、かつ前記ディスク上にデータを書込むためのヘッドを有し、前記ディスク上に予め記録したサーボ情報に基づいて前記ヘッドを前記ディスク上の目標位置に位置決め制御する制御手段を備えた磁気ディスク装置であって、
周囲温度を検知するための温度検知手段を有し、
前記制御手段は、
前記ヘッドを前記目標位置に位置決めするための第1の制御操作量を算出するためのフィードバック制御系と、
前記ヘッドを目標位置に位置決めするときの位置誤差から前記ディスクの回転に伴う偏心成分を除去するための第2の制御操作量を算出するためのフィードフォワード制御系と、
前記第1の制御操作量と前記第2の制御操作量とを加算して前記ヘッドの位置決め制御量として出力する出力手段と、
前記温度検知手段の検知結果に基づいて、前記周囲温度が予め設定された許容範囲を越える変化をしたときには前記フィードフォワード制御系を機能させて、かつ、前記周囲温度が前記フィードフォワード制御系の性能を越える程度に異常な変化をしたときには前記フィードフォワード制御系の機能を停止させる手段と
を具備したことを特徴とする磁気ディスク装置。
A head for reading data recorded on the disk and writing data on the disk is provided, and the head is positioned and controlled at a target position on the disk based on servo information recorded in advance on the disk. A magnetic disk device comprising a control means,
Having temperature detecting means for detecting the ambient temperature,
The control means includes
A feedback control system for calculating a first control operation amount for positioning the head at the target position;
A feedforward control system for calculating a second control operation amount for removing an eccentric component accompanying rotation of the disk from a position error when positioning the head at a target position;
An output means for adding the first control operation amount and the second control operation amount and outputting the sum as a positioning control amount of the head;
Based on the detection result of the temperature detection means, the feedforward control system is made to function when the ambient temperature changes beyond a preset allowable range, and the ambient temperature is the performance of the feedforward control system. And a means for stopping the function of the feedforward control system when an abnormal change is made to an extent exceeding .
ディスク上に記録したデータを読出し、かつ前記ディスク上にデータを書込むためのヘッドを有し、前記ディスク上に予め記録したサーボ情報に基づいて前記ヘッドを前記ディスク上の目標位置に位置決め制御する制御手段および周囲温度を検知するための温度検知手段を備えた磁気ディスク装置に適用するヘッド位置決め制御方法であって、
前記制御手段は
前記ヘッドを前記目標位置に位置決めするための第1の制御操作量を算出するためのフィードバック制御処理を実行し、
前記温度検知手段の検知結果に基づいて、前記周囲温度が予め設定された許容範囲を越える変化をしたときには、前記ヘッドを目標位置に位置決めするときの位置誤差から前記ディスクの回転に伴う偏心成分を除去するための第2の制御操作量を算出するためのフィードフォワード制御処理を実行し、
前記第1の制御操作量と前記第2の制御操作量とを加算して前記ヘッドの位置決め制御量として出力し、
前記温度検知手段の検知結果に基づいて、前記周囲温度が前記フィードフォワード制御処理の性能を越える程度に異常な変化をしたときには、前記フィードフォワード制御処理を停止させる手順を実行することを特徴とするヘッド位置決め制御方法
A head for reading data recorded on the disk and writing data on the disk is provided, and the head is positioned and controlled at a target position on the disk based on servo information recorded in advance on the disk. A head positioning control method applied to a magnetic disk device comprising a control means and a temperature detection means for detecting an ambient temperature ,
The control means includes
Performing a feedback control process for calculating a first control operation amount for positioning the head at the target position;
When the ambient temperature changes beyond a preset allowable range based on the detection result of the temperature detection means, the eccentric component accompanying the rotation of the disk is calculated from the position error when the head is positioned at the target position. Performing a feedforward control process for calculating a second control operation amount for removal;
Adding the first control operation amount and the second control operation amount and outputting the sum as a positioning control amount of the head;
Based on the detection result of the temperature detection means, when the ambient temperature changes abnormally to the extent that it exceeds the performance of the feedforward control process, a procedure for stopping the feedforward control process is executed. Head positioning control method .
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