專利名稱：基于pq增強觀測器的雙重級伺服控制器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及磁盤驅動器中的伺服系統(tǒng)。尤其是，本發(fā)明涉及具有增強的雙重級(dual stage)伺服控制系統(tǒng)的磁盤驅動器。
背景技術：
典型的磁盤驅動器包括被安裝用于在軸心或主軸上旋轉的一個或多個磁盤。典型的磁盤驅動器還包括由在每個磁盤上飛行的空氣軸承支撐的一個或多個轉換器。這些轉換器和空氣軸承共同被稱作“數(shù)據(jù)磁頭”。驅動控制器傳統(tǒng)上被用于根據(jù)從主機系統(tǒng)接收的命令來控制磁盤驅動器系統(tǒng)。驅動控制器對磁盤驅動器進行控制，以便從磁盤中檢索信息并將信息存儲在磁盤上。
傳動裝置通常在閉環(huán)伺服系統(tǒng)內實行操作。傳動裝置通常包括傳動臂，該傳動臂支撐彎曲組件的彎曲部分，而該彎曲部分又支撐數(shù)據(jù)磁頭。傳動裝置使數(shù)據(jù)磁頭在磁盤表面上徑向移動，用于磁道尋道操作；并且將轉換器直接保持在磁盤表面上的一個磁道上，用于磁道跟蹤操作。數(shù)據(jù)磁頭接近目標磁道并很好地將其位置調整為正好在磁道跟蹤開始之前的這段時間被稱作“磁道設置”或“尋道設置”。
通常通過將寫信號提供給數(shù)據(jù)磁頭，以便為表示將要被存儲的數(shù)據(jù)的磁盤表面上的信息編碼，并將信息存儲在磁盤上。在從磁盤檢索數(shù)據(jù)的過程中，驅動控制器控制伺服傳動裝置，以便數(shù)據(jù)磁頭在磁盤上飛行，讀出磁盤上的信息，并根據(jù)該信息生成一個讀信號。然后，該讀信號由驅動控制器解碼，以恢復由存儲在磁盤上的信息所代表的數(shù)據(jù)，接著表示在數(shù)據(jù)磁頭提供的讀信號中。
數(shù)據(jù)磁頭在磁盤的磁道上的精確定位，在將數(shù)據(jù)寫到磁盤和從磁盤讀取數(shù)據(jù)中是非常重要的。
在以往的各個系統(tǒng)中，在專用伺服磁頭的基礎上實現(xiàn)伺服操作。在專用伺服類型的系統(tǒng)中，伺服信息都被寫到磁盤驅動器中磁盤的一個專用表面。磁盤驅動器中的所有磁頭都被機械地耦合到用于存取伺服信息的伺服磁頭。這樣，專用伺服磁盤驅動器中的所有磁頭都根據(jù)從伺服表面讀取的伺服信息被定位。這類系統(tǒng)使磁盤驅動器能夠方便地執(zhí)行平行的讀、寫操作。換言之，有了驅動控制器中合適的電路，可以使用安裝在傳動裝置上的多個數(shù)據(jù)磁頭并行地執(zhí)行讀、寫操作，同時根據(jù)從專用伺服表面讀取的伺服信息來定位數(shù)據(jù)磁頭。
但是，多年來，磁盤上的磁道密度已提高。磁盤上磁道密度的提高要求更加精確、更高分辨率的定位。一個專用伺服系統(tǒng)中的各個磁頭之間的機械偏移量可以超過一個磁道寬度。因此，產業(yè)上已有在某些應用中向嵌入伺服信息轉換的趨勢。
在嵌入伺服系統(tǒng)中，伺服信息被嵌入在每個磁盤的每個表面的每個磁道上。這樣，每個數(shù)據(jù)磁頭不依靠其它數(shù)據(jù)磁頭而返回一個位置信號。所以，當每個單獨的數(shù)據(jù)磁頭正在存取磁盤表面上的信息時，伺服傳動裝置被用來為那個特殊的數(shù)據(jù)磁頭定位。使用嵌入伺服數(shù)據(jù)對數(shù)據(jù)磁頭正在其上移動的磁道實現(xiàn)定位。
先前以往的伺服控制器包括比例-積分-微分(PID)控制器，它們包括兩個部件觀測器和調節(jié)器。每當越過一個伺服扇區(qū)時，觀測器接收輸入位置信息，并估計位置和速度。然后，調節(jié)器提供關于所觀察到的信號的反饋。在尋道模式中，調節(jié)器通常把參考速度軌道與所觀察的速度之間的誤差減少到零。在磁道跟蹤模式中，調節(jié)器把所需的磁道位置與所觀察的磁道位置之間的誤差減少到零。調節(jié)器根據(jù)PID控制技術進行控制。
但是，PID控制器在所有的磁盤驅動器應用中執(zhí)行起來可能會有困難。例如，可能需要在彎曲組件與轉換器或滑動器組件之間，或者在傳動臂或懸掛件或彎曲組件上提供微傳動裝置。在提供微傳動裝置的情況下，伺服傳動裝置系統(tǒng)可能從輸入是誤差信號，輸出是音圈電流信號的單個輸入單個輸出(SISO)系統(tǒng)演變成多重輸入多重輸出(MIMO)系統(tǒng)，該系統(tǒng)從微傳動裝置接收各個輸入并將一個位置輸出信號提供給音圈馬達和每個微傳動裝置。還可以通過只分散一個PID控制器來控制這種系統(tǒng)，因此，雖然只接收到一個目標磁道，但提供了兩個輸出一個輸出給音圈馬達，一個輸出給微傳動裝置。這會出現(xiàn)問題。例如，很難用單個控制器來控制兩個傳動裝置，而同時又在磁道跟蹤和磁道尋道及設置期間維持兩個控制環(huán)的所需增益和穩(wěn)定性。Messner已在Schroeck和Messner中討論了一種系統(tǒng)——論關于線性時間不變量雙重輸入單個輸出系統(tǒng)的控制器設計(on Controller Design for Linear Time-Invariant Dual-Iuput Single-Output System)，這只是針對提供磁道跟蹤PQ控制器。
發(fā)明概要本發(fā)明包括用于控制磁盤驅動器中的雙重級傳動裝置的伺服控制系統(tǒng)。磁盤驅動器包括用于存取磁盤表面上的信息的數(shù)據(jù)磁頭，雙重級傳動裝置包括粗略傳動裝置和至少一個精細傳動裝置?？刂葡到y(tǒng)包括用于分別驅動精細傳動裝置和粗略傳動裝置的精細傳動裝置驅動器和粗略傳動裝置驅動器?？刂葡到y(tǒng)還包括觀測器，該觀測器接收粗略與精細傳動裝置輸入信號并估計粗略與精細傳動裝置的響應。并將這種估計的響應用于驅動粗略與精細傳動裝置中。
附圖簡述

圖1表示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的磁盤驅動器。
圖2表示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的傳動裝置組件。
圖3表示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的磁頭萬向接頭組件。
圖4表示一個伺服控制系統(tǒng)。
圖5和圖6表示對應于圖4所示的控制系統(tǒng)的部分示意圖。
圖7-1至圖7-6是對應于圖4-6所示的控制系統(tǒng)的Bode曲線圖與相位圖。
圖8是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的控制系統(tǒng)的方框圖。
圖9、9A和9B是圖8所示的控制系統(tǒng)的更加詳細的方框圖。
圖10-1至圖10-10是對應于圖9所示的控制系統(tǒng)的元件的Bode曲線圖與相位圖。
圖11-1至圖11-4表示分布圖發(fā)生器的輸出和音圈傳動裝置的速度與電流相對于到目標磁道的磁道數(shù)目的圖。
圖12-1和12-2分別是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的滯后網絡的Bode曲線圖與相位圖。
圖13-1和13-2是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的槽口部件的Bode曲線圖與相位圖。
圖14-1和14-2是一個誤差函數(shù)的Bode曲線圖與相位圖。
圖15-20分別表示一個位置誤差樣品、磁道誤差、速度分布圖、速度轉速計輸出、音圈馬達電流和微傳動裝置電壓的示圖。
圖21是根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的控制系統(tǒng)方框圖。
圖22、22-1和22-2表示圖21所示的控制系統(tǒng)的更加詳細的方框圖。
圖23-1至圖25-2是圖22至圖22-2所示的部件的Bode曲線圖與相位圖。
圖26-1和26-2表示圖22所示的非線性增益級的輸出響應。
圖27-1和27-2表示速度與電流相對于到要去的目標磁道的磁道的曲線圖。
圖28-1至圖30-2是圖22中所示的不同元件的Bode曲線圖與相位圖。
圖31-1至圖31-2是一個誤差函數(shù)的Bode曲線圖與相位圖。
圖32表示一個位置誤差信號。
圖33表示磁道中的磁道誤差相對于時間的圖。
圖34表示相對于時間的磁道中的速度分布圖。
圖35表示速度轉速計的輸出圖。
圖36表示以毫安表示的音圈馬達電流相對于時間的圖。
圖37表示以電壓表示的微傳動裝置電壓相對于時間的圖。
圖38表示根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的控制系統(tǒng)的方框圖。
圖39至圖39-4是圖38所示的控制系統(tǒng)的更加詳細的方框圖。
圖40-1至圖42-2是圖39所示的控制系統(tǒng)的各種部件的Bode曲線圖與相位圖。
圖43-1和43-2表示以每個/磁道計數(shù)表示的非線性增益級響應。
圖44-1和44-2表示速度(以英寸/秒表示)和音圈馬達電流(以毫安表示)相對于到要去的目標磁道的磁道。
圖45-1和45-2分別是在圖39所示的磁道跟蹤模式中比例積分器的Bode曲線圖與相位圖。
圖46-1和46-2分別是音圈馬達電流(以安培表示)和速度(以弧度/秒表示)相對于時間的曲線圖。
圖47是微傳動裝置位置、VCM位置和在磁道數(shù)目中的位置誤差相對于時間的曲線圖。
圖48-1至圖50-2是圖39所示的控制系統(tǒng)的各種部件的Bode曲線圖與相位圖。
圖51表示磁道中的位置誤差相對于時間的圖。
圖52表示磁道中的位置誤差相對于時間的圖。
圖53表示磁道中的速度分布圖相對于時間的圖。
圖54表示速度轉速計輸出圖。
圖55表示以毫安表示的音圈馬達電流相對于時間的圖。
圖56表示以伏特表示的微傳動裝置電壓相對于時間的圖。
說明性實施例的詳細描述圖1是磁盤驅動器110的一個實施例的平面圖。磁盤驅動器110包括磁盤包112，該磁盤包通過磁盤夾114被安裝在轉子馬達(未示出)上。在一個實施例中，磁盤包112包括多個單獨的磁盤，它們被安裝用于圍繞中心軸115共同旋轉。其上存儲數(shù)據(jù)的每個磁盤表面有一個被安裝到磁盤驅動器110中的傳動組件118的有關數(shù)據(jù)磁頭或磁頭萬向接頭組件(HGA)116。圖1所示的傳動組件是一種旋轉移動線圈傳動裝置，它包括通常在120處所示的音圈馬達(VCM)。在磁盤驅動器110內部的電子電路的控制下，音圈馬達120使具有所附的HGAs160的傳動組件118圍繞樞軸121旋轉，以便將HGAs116定位在有關磁盤表面上的所需數(shù)據(jù)磁道上。
尤其是，傳動組件118圍繞軸121旋轉，使磁頭萬向接頭組件116通常沿一個弧119旋轉，這使每個磁頭萬向接頭組件116被定位在磁盤包112中磁盤表面上的一個理想的磁道上。HGAs 116可以從磁盤最內部半徑上的磁道被移到最外部半徑上的磁道。在一個實施例中，每個磁頭萬向接頭組件116具有一個萬向接頭，它有回彈力地支撐有關負載橫梁的滑動器，以便滑動器能夠跟隨磁盤的外形。而滑動器又包括轉換器，它用于為磁盤表面(其正在上面移動)上的信息編碼和從磁盤表面讀取信息。應該注意，信息可以用磁性方法編碼、光學方法編碼等。
圖2是傳動組件118的立體圖。傳動組件118包括基礎部分122、多個傳動臂126、多個微傳動裝置127(它可以位于滑動器與懸掛件之間、數(shù)據(jù)磁頭與滑動器之間或其它地方)、多個負載橫梁128，以及多個磁頭萬向接頭組件或懸掛件116?；A部分122包括一個孔，在一個實施例中，該孔被耦合，用于圍繞軸121進行關鍵性的運動。傳動臂126從基礎部分122延伸出去，并且，每個傳動臂耦合到一個或兩個負載橫梁128的一個末端。負載橫梁128都有耦合到一個磁頭萬向接頭組件116的另一個末端。
圖3表示一個磁頭萬向接頭組件116的一個實施例的放大圖，但也可以使用許多其它的實施例。磁頭萬向接頭組件116包括有一對支柱132和134的萬向接頭130和萬向接頭結合舌片136。磁頭萬向接頭組件116還包括滑動器138，該滑動器具有上表面140和空氣軸承下表面142。轉換器144也位于滑動器138的一個主要邊緣上。如同微傳動裝置127與組件的附著能夠移動轉換器一樣，可以用任何所需的方式來實現(xiàn)滑動器138與萬向接頭130之間的特殊附著。簡而言之，在一個實施例中，利用一種黏合劑在滑動器138的上表面140與萬向接頭結合舌片136的下表面之間耦合柔順薄層(compliant sheet layer)。該柔順薄層允許在滑動器138與萬向接頭結合舌片136之間有相對的橫向運動。作為例證，柔順薄層是一個聚脂薄膜，其厚度約為150微米。此外，萬向接頭結合舌片136在具有一個安裝接頭146的滑動器138的尾隨(trailing)邊緣處終止，該安裝接頭提供了一個表面，在該表面滑動器138附著在萬向接頭結合舌片136上。
圖4表示伺服控制系統(tǒng)150的方框圖。系統(tǒng)150示出了控制設備152，作為例證，它對應于音圈馬達120和微傳動裝置127。在一個說明性實施例中，微傳動裝置127是PZT元件。雖然可以執(zhí)行許多其它的實施例，但是，本討論繼續(xù)將微傳動裝置作為PZT元件來執(zhí)行。
系統(tǒng)150還包括PZT驅動器154、VCM驅動器156、槽口濾波器158、微分器160、求和節(jié)點162與164、比例積分器(PI)166、求和節(jié)點168和分布圖發(fā)生器170。位置誤差樣品(PES)信號172建立在從磁盤讀取的信息的基礎上，代表數(shù)據(jù)磁頭有關目標磁道中心的位置。將PES信號172提供給槽口濾波器158，該槽口濾波器按所需頻率過濾槽口并提供槽口PES信號174。將該槽口PES信號174提供給微分器160、比例積分器166和求和節(jié)點164。
提供被命令的磁道信號(或目標磁道信號)176，它指出將要在磁盤驅動器中的磁盤上被存取的磁道。將該命令磁道信號176提供給求和節(jié)點164和求和節(jié)點168。比例積分器166根據(jù)有凹口的PES信號174和來自求和節(jié)點164的輸出，提供一個輸出信號178。對來自PT 166的輸出信號與被命令的磁道信號求和并提供給分布圖發(fā)生器170。將有凹口的PES信號174還提供給微分器160，該微分器提供被區(qū)分的輸出信號162。
分布圖發(fā)生器170根據(jù)數(shù)據(jù)磁頭離目標磁道的距離來生成一個音圈馬達電流分布圖(或速度分布圖)。當數(shù)據(jù)磁頭離目標磁道一段很長的距離時，分布圖發(fā)生器170生成一個非線性分布圖，以便迅速加速數(shù)據(jù)磁頭朝向目標磁道的運動。當數(shù)據(jù)磁頭接近目標磁道時，分布圖發(fā)生器170提供了一個線性增益，該線性增益對應于數(shù)據(jù)磁頭離目標磁道的距離。當數(shù)據(jù)磁頭接近目標磁道時，這使它的速度減慢。將分布圖發(fā)生器170的輸出提供給PZT驅動器154和求和節(jié)點162。
又將求和節(jié)點162的輸出提供給音圈馬達驅動器(VCM驅動器)156。PZT驅動器154將輸出信號(作為例證，是電壓)提供給設備152中的PZT微傳動裝置，以便驅動該微傳動裝置。同樣，VCM驅動器156將輸出信號(作為例證，是電流)提供給設備152中的音圈馬達，以便驅動音圈馬達的旋轉。
當有差別地觀察控制系統(tǒng)150時，PZT驅動器154、VCM驅動器156、設備152和微分器160都被視作一個“新”設備的一部分，控制系統(tǒng)150的該部分可以由圖5中所示的方框圖表示。電路包括微分器160、求和節(jié)點180、182與184、增益塊186、188、190與194，以及積分器196、198、200與202。可見，由被提供給求和節(jié)點180的IVCM定義輸入到VCM路徑。方框186代表在電路中發(fā)現(xiàn)的扭矩常數(shù)等，方框196和198是積分器，它們兩次結合該信號，并將其提供給求和節(jié)點182。方框194代表解調常數(shù)等并提供輸出信號Y。信號Y通過微分器160被反饋到求和節(jié)點180。
PZT路徑由被反饋到方框188的輸入電壓VPZT代表，它也代表扭矩常數(shù)。將方框188的輸出提供給求和節(jié)點184，它又通過積分器200和202被結合兩次，其輸出被反饋通過求和節(jié)點182。代表速度反饋信號的來自積分器200的輸出也通過方框190被反饋到求和節(jié)點184。代表位置反饋的積分器202的輸出也通過方框192被提供給求和節(jié)點184。
圖5所示的電路可以被重新寫成如圖6所示的樣子。將要注意的是，KDs方框已經被移到求和節(jié)點180的左側。這由方框204表示。這將微分器160從反饋路徑移開，并且還移開多個積分器中的一個積分器。還要注意的是，通過在其中包括增益常數(shù)KD，可對方框186作稍微的修改。
VCM路徑和PZT路徑的轉換函數(shù)由以下的公式1和公式2表示公式1YIVCM=1KDs1428344*0.010938KDs1+1428344*0.10938KDs=1KDs[11+s/1428344*0.10938KD]]]>公式2YV1=[14283441+1428344*0.10938KDs]=s0.10938KD1+s1428344*0.10938KD]]>
從圖6所示的再寫電路和轉換函數(shù)中可見，即使假設到VCM路徑的輸入電流是0，從Y到求和節(jié)點180的反饋路徑也會通過積分器198影響PZT信號。換言之，通常看起來象一個低通濾波器的PZT路徑現(xiàn)在看起來卻象一個微分器。PZT的反饋路徑中的積分器使路徑看起來象一個微分器，以便如果輸入信號沒有變化(例如，在一項長尋道操作期間)，PZT信號將移回，更精密地確定微傳動裝置有關粗略傳動裝置的中心，因為微傳動裝置在尋道方向上被充分延伸，從而消除了尋道時間減少的好處。
這通過參照圖7-1至圖7-6能夠得到更好的說明。圖7-1和7-2分別表示微分器160的Bode曲線圖和相位圖?？梢姡⒎制?60從非常低的頻率到大約7×104弧度/秒每十進位(decade)引入一個增益20dB，其中，增益受到限制。圖7-3和7-4分別表示其內具有微分器反饋的VCM路徑的Bode曲線圖與相位圖。從這些示圖中可見，具有反饋的VCM路徑具有一個-20dB/十進位的增益輸出到大約20,000弧度/秒，其中，曲線的傾斜從-20dB/十進位轉換到約-40dB/十進位。這種傾斜變化是由微分器導致的。
圖7-5和7-6表示PZT路徑的Bode曲線圖與相位圖?？梢?，+20dB/十進位的傾斜一直繼續(xù)到約20,000弧度/秒。
由于圖7-5所示的轉換函數(shù)的對數(shù)數(shù)量不斷以20dB/十進位的速率繼續(xù)到約20,000弧度/秒的頻率，因此，在長尋道操作期間，輸入頻率將降低到轉換函數(shù)滑回到圖7-5所示的曲線處的一個點以下，并且即使當尋道操作正在繼續(xù)時，所提供的增益也將減少。這對PZT傳動裝置的影響是一旦長尋道操作開始，PZT傳動裝置就將被移到其在尋道操作的方向上最遠的范圍。但是，當尋道操作繼續(xù)時，輸入頻率將減小到一個點，在其處，由PZT轉換函數(shù)提供的增益將減少，PZT傳動裝置將逐漸移回有關微傳動裝置的中心位置。這是不希望的，因為它取消或減少了在減少通過微傳動裝置的運動而獲得的尋道時間中的任何好處。
圖8表示根據(jù)本發(fā)明的一個方面的另一個伺服控制電路250的方框圖。許多方框類似于圖4所示的那些方框，并具有類似的編號。但是，電路250還包括在PZT路徑中被提供的滯后網絡252。通過將圖7-5所示的Bode曲線圖的斷裂點移到一個很低的頻率以便通過PZT路徑的增益在很低的頻率處保持恒定，來將滯后網絡252配置成改變微傳動裝置的響應。滯后網絡252通過實質上用作具有低角頻率的帶通濾波器部件，并通過推進低頻部件和引入相位損失來實施。這樣，控制電路在長尋道操作期間的操作會更好。
圖9、9A和9B是圖8所示的控制系統(tǒng)250的更加詳細的方框圖。對應的項目有類似的編號。
分布圖發(fā)生器170包括非線性增益級256、增益元件258和開關260。滯后網絡252包括增益元件262、求和節(jié)點264、飽和切斷電路266、延遲單元268、增益元件270、求和節(jié)點272和增益元件274。其余的元件不構成本發(fā)明的一個部分，以后在應用中簡要陳述。
將來自求和節(jié)點168的輸出被提供給非線性增益級256。這個信號指出讀磁頭(或數(shù)據(jù)磁頭)離目標磁道的距離。當讀磁頭離目標磁道有一段很長的距離時，開關260被切換到圖9所示的位置，并輸出速度分布圖，該速度分布圖是非線性的，以便迅速加速讀磁頭朝向目標磁道的運動。當讀磁頭接近目標磁道并進入目標磁道的預定臨界數(shù)目的磁道時，開關260被切換，以選擇恒定的增益元件258。當數(shù)據(jù)磁頭靠近目標磁道時，這提供了來自分布圖發(fā)生器170的一個恒定的增益。圖11-1和11-2表示根據(jù)兩個不同比例的非線性增益級256的響應。兩幅都是輸出計數(shù)相對于輸入計數(shù)的圖，其中，一個計數(shù)等同于一個磁道。將分布圖發(fā)生器170的輸出提供給增益元件262和滯后網絡252以及求和節(jié)點162。求和節(jié)點162還在其倒轉輸入處接收微分器160的輸出，并將輸出提供到VCM路徑。
在滯后網絡252中，增益元件262將恒定的增益K提供給求和節(jié)點264，該求和節(jié)點將輸出信號提供給飽和電路266。在一個說明性實施例中，提供飽和電路266作為一個反終結電路(anti-windup circuit)。作為例證，飽和電路266只是一個切斷電路，該切斷電路將從求和節(jié)點264接收的信號層次夾住正好在PZT驅動器154飽和的一個層次。將飽和電路266的被夾住的輸出提供給延遲電路268和求和節(jié)點272。延遲單元268通過恒定的增益元件274將反饋輸出提供給求和節(jié)點264。延遲單元268的輸出也通過恒定的增益元件270被提供給求和節(jié)點272的倒轉輸入。將求和節(jié)點272的輸出提供給PZT驅動器電路154。
圖10-1和10-2分別是滯后網絡252的Bode曲線圖與相位圖。這些圖表示滯后網絡252的轉換函數(shù)的對數(shù)數(shù)量在有關頻率處有一個-20dB/十進位的傾斜。
圖10-3和10-4表示從增益元件262的輸入(即到滯后網絡252的輸入)到有凹口的PES濾波器158的輸出的轉換函數(shù)的Bode曲線圖與相位圖，微分器160被包括在反饋路徑中，假設槽口濾波器158的轉換函數(shù)只是取消PZT微傳動裝置中的搖擺模式。從圖可見，轉換函數(shù)的對數(shù)數(shù)量在一個很低的頻率處保持恒定，使微傳動裝置在有關頻率中響應較少，所以增益可維持在較低的頻率。
當PZT微傳動裝置接近飽和時，其余的電路只是VCM路徑。圖10-5和10-6分別是VCM路徑的開環(huán)Bode曲線圖與相位圖。圖10-5所示的Bode曲線圖示出這個路徑是穩(wěn)定的。所以，即使PZT傳動裝置將要飽和，控制器也將是穩(wěn)定的。
圖10-9示出電路252的總體開環(huán)Bode曲線圖，圖10-10示出相位圖?？梢姡?dB交叉點處，有大量的相位余量。這樣，本發(fā)明提供滯后網絡252，該滯后網絡抑制PZT驅動器的終結(或飽和)；修改PZT路徑的響應以配合長尋道期間；并且在遠遠小于120度的0dB交叉點(其中，兩個路徑對輸出有近似相同的影響)，在VCM與PZT路徑之間提供一個相位差。
下面簡要地描述其余的電路元件。圖9表示微分器160包括求和節(jié)點300與302、增益元件304與306，以及延遲單元308。以上示出并討論了微分器160的Bode曲線圖與相位圖。
PZT驅動器154包括量化器310、數(shù)字-模擬(DAC)增益級312、零次序控制電路314，以及實際驅動器電路316。量化器310量化來自滯后電路252的輸入，并且通過增益級312和零次序控制電路314將其提供給驅動器316。驅動器316將數(shù)字輸入信號轉換成模擬電壓輸出信號，并將其提供給PZT微傳動裝置。VCM驅動器156包括量化器318、DAC增益元件320、零次序控制電路322，以及實際驅動器324。這些元件按類似于元件310、312和314的方式來進行操作，模擬信號被應用于VCM。
比例積分器166包括開關330、求和節(jié)點332、334與336、多個步進輸入(step input)電路338、340與342、開關350與352、增益元件354和延遲元件356。
圖11-3和11-4表示速度與電流相對于讀磁頭離目標磁道的距離。在比例積分器166中，開關330、350和352被配置成可配合磁道尋道、磁道設置與磁道跟蹤的三個不同的環(huán)。關于磁道跟蹤模式，分布圖發(fā)生器170中的開關260選擇恒定的增益元件258。開關352選擇增益元件354的輸出，開關350關閉單位延遲356周圍的反饋環(huán)，開關330選擇求和節(jié)點164的輸出。圖12-1和12-2分別示出了比例積分器166的Bode曲線圖與相位圖。
在磁道設置模式中，開關260選擇恒定的增益元件258的輸出，開關352選擇零輸入，開關350也選擇零輸入。開關330促使位移值進入單位延遲356。該位移值用電纜位移來初始化比例積分器166，所以它在磁道跟蹤模式期間已準備好被應用。
在磁道尋道模式中，這些開關被設置得與在磁道設置模式中一樣，除了開關260選擇非線性增益級256(而不是恒定的增益塊258)的輸出。還應該注意，在圖9所示的圖中，步進輸入342和343相等并代表理想的磁道位置(或目標磁道信號)。其余的兩個步進函數(shù)340和338將比例積分器155放置在尋道設置與磁道跟蹤的上述配置中。
按一種已知的方式對槽口濾波器158進行操作并過濾來自PES信號的某些頻率(作為例證，是與微傳動裝置搖擺有關的頻率)。圖13-1和13-2表示槽口濾波器158的Bode曲線圖與相位圖。
圖14-1和14-2表示誤差函數(shù)的Bode曲線圖與相位圖?？梢?，誤差函數(shù)的滯后數(shù)量從約2000弧度/秒到10,000弧度/秒非常平坦，實際上，它在約17,000-18,000弧度/秒之前保持負數(shù)，并在約30,000弧度/秒處到達最高點。該性能比以往的系統(tǒng)有了很大的增強。
圖15-20是表示100磁道尋道操作的時間域曲線圖。該步驟在所有的曲線圖15-20上的1毫秒標記處開始。圖15表示了相對于時間(以毫秒表示)繪制的磁道中的位置誤差樣品(PES)。圖16表示相對于時間(以毫秒表示)繪制的磁道增加中的磁道誤差。圖17表示相對于時間(以毫秒表示)的以磁道/秒表示的數(shù)據(jù)磁頭的速度分布圖。圖18表示相對于時間(以毫秒表示)繪制的以磁道/秒表示的速度轉速計輸出。圖19表示相對于時間(以毫秒表示)繪制的音圈馬達電流。圖20表示相對于時間(以毫秒表示)繪制的PZT電壓。從圖20中可見，PZT電壓飽和，這意味著微傳動裝置被充分延伸。這樣，微傳動裝置先緩慢地到達磁道上，然后，在目標磁道的中心上拉粗略傳動裝置的剩余部分。
圖21是根據(jù)本發(fā)明的一個伺服控制系統(tǒng)400的另一個實施例的方框圖。控制系統(tǒng)400中所示的許多項目類似于圖8中控制系統(tǒng)250所示的項目，并具有類似的編號。但是，控制系統(tǒng)400不是只包括反饋路徑中的微分器160，而是包括觀測器402。此外，控制系統(tǒng)400包括一個額外的增益級266。
控制系統(tǒng)400的操作有些類似于控制系統(tǒng)250。但是可以發(fā)現(xiàn)，可能需要增加由轉速計增益電路304提供的速度反饋信號的精確度。換言之，在圖8中可見，速度反饋包括可歸于微傳動裝置(PZT部件)和粗略傳動裝置(音圈馬達)的速度。這個速度反饋信號被提供給加法器162，并用來控制VCM驅動器156。
如圖21中所示，觀測器402從PZT驅動器路徑和VCM驅動器路徑接收信號，并接收從設備152提供的位置誤差樣品(PES)信號。然后，觀測器402估計可歸于PZT路徑的到PES的基值，并在提供反饋信號中配合它。由于PZT路徑由觀測器402計算，因此，由轉速計增益級304提供的速度反饋信號更加精確。
圖22、22-1和22-2(共同被稱作圖22)更加詳細地示出了控制系統(tǒng)400。許多項目類似于在圖9、9-A和9-B(共同被稱作圖9)中發(fā)現(xiàn)的項目，并具有類似的編號。那些項目實質上以相同的方式進行操作，這里將不作更加詳細的討論。但是，控制系統(tǒng)不是具有滯后網絡252，而只是在PZT路徑中提供增益狀態(tài)262。關于滯后網絡，增益級262進入飽和與切斷電路266，進入量化器310，最后進入PZT驅動器154’。除了PZT反饋信號在量化器310之前獲取外，PZT驅動器154’類似于PZT驅動器154。所以，量化器310被移到PZT驅動器箱154’外。同樣，加法器162從分布圖發(fā)生器170和轉速計增益反饋304接收其輸入，并將其輸出提供給量化器318。由于來自VCM路徑的觀測器輸入是從量化器318的輸出獲得的，因此，量化器318被移到VCM驅動器156’的方框以外。但是，除此以外，VCM驅動器156’的操作方式與圖9所示的VCM驅動器156相同。
觀測器402包括增益級404、406、408、410、412、414和416。觀測器402還包括PZT低通濾波器網絡418、加法器420、422、424和426。最后，觀測器包括單位延遲電路428和230。
增益級404與412之間的電路將VCM觀測器信號提供給加法器424。從單位延遲430的輸出到加法器422的輸入的反饋，表示由音圈馬達導致的實際磁頭位置。來自加法器426的輸出的信號表示設備位置(所測量的磁頭位置)與所估計的位置之間的誤差。該誤差通過觀測器402內的增益級414和416被反饋。到轉速計增益級304的輸入代表音圈馬達的速度，該速度通過增益級304被反饋到加法器162。
低通濾波器418也將觀測器信號從PZT路徑提供給加法器424。這兩個信號的組合被提供給加法器426，在那里，它與通過增益級414和416被反饋到加法器420與422的PES信號結合，以獲得來自速度轉速計增益級304的速度信號。
低通濾波器418的特殊特征將根據(jù)微傳動裝置而變化。例如，在許多PZT微傳動裝置組件中，PZT微傳動裝置用電壓來驅動。在具有滯后作用的情況下，微傳動裝置的移位跟隨該電壓到VCM頻率以上的一個給定頻率，然后，運動響應離開。換言之，微傳動裝置以比VCM更高的頻率提供運動。但是，運動最終在非常高的頻率處逐漸減少。當然，微傳動裝置的特殊離開頻率和頻率響應將取決于正在使用的特殊微傳動裝置的結構，以及懸掛件。但是，應該注意，低通濾波器418用作一種低通濾波器，以模仿微傳動裝置在系統(tǒng)中被執(zhí)行內容的頻率響應。在圖22-2中，所提供的低通濾波器418是作為一個狀態(tài)空間表示，它是濾波器的一個時間域表示。但是，它可以容易地由一個轉換函數(shù)或其他的頻率域表示。提供圖22-2中的例子只是出于示范的目的。
圖23-1至圖37是Bode曲線圖和其它的圖，進一步示出了圖22中的各種部件的相互作用。圖23-1和23-2分別示出了從加法器162(那里的開關260是斷開的)的非倒轉輸入到槽口濾波器158的輸出的Bode曲線圖與相位圖。根據(jù)這幅圖，可以假設槽口濾波器158在有關頻率處有一個“一”增益，增益級262有一個“零”增益。
圖24-1和24-2分別示出從電路266的輸出到槽口濾波器158的輸出的Bode曲線圖與相位圖。應再次注意，存在由觀測器402和轉速計增益級304引起的增益。關于圖23-1和23-2的相同假設也因為圖24-1和24-2而作出。
圖25-1和25-2分別示出了通過增益電路258從加法器168的輸出到槽口濾波器158的輸出的Bode曲線圖與相位圖。同時驅動設備(音圈馬達和微傳動裝置)。這樣，在有關頻率處，可獲得大量相位余量(在兩個馬達具有相等增益的頻率處，VCM與微傳動裝置之間的相位差小于120度)。
圖26-1和26-2示出分布圖發(fā)生器170的頻率響應。以計數(shù)/計數(shù)的方式來提供曲線圖，其中，一個計數(shù)代表一個信號磁道。
圖27-1和27-2將速度與音圈電流繪制成到所需的目標磁道的磁道的函數(shù)。速度以英寸/秒來表示，電流以毫安來表示。
圖28-1和28-2分別表示比例積分器166的Bode曲線圖與相位圖。圖29-1和29-2分別表示槽口濾波器158的Bode曲線圖與相位圖。圖30-1和30-2表示控制系統(tǒng)400的總體開環(huán)Bode曲線圖。應該注意，在0dB交叉點處獲得了大量的相位余量。
圖31-1和31-2分別是與控制系統(tǒng)400有關的誤差函數(shù)的Bode曲線圖與相位圖?？梢?，誤差函數(shù)是負的，直到達到約30,000弧度/秒為止。
其余的附圖是表示100磁道尋道的時間域曲線圖。在圖32-37的圖中，磁道尋道在所示曲線圖上的1毫秒處開始。圖32表示磁道中的位置誤差信號相對于毫秒。圖33表示磁道中的磁道誤差相對于毫秒。圖34表示磁道中的速度分布圖相對于毫秒。圖35表示來自磁道中的增益級304的速度轉速計輸出相對于毫秒。圖36表示以毫安表示的音圈馬達電流相對于毫秒；圖37表示以伏特表示的PZT電壓相對于毫秒?？梢?，微傳動裝置電壓飽和，這意味著微傳動裝置在磁道尋道的方向上被充分延伸。轉換器緩慢地達到磁道上，微傳動裝置緩慢地在磁道上拉傳動臂的背部，以便確定微傳動裝置有關音圈馬達的中心。
圖38是根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的另一個控制系統(tǒng)500的方框圖。圖38中所示的許多元件類似于圖8、9、21和22中所示的元件，并具有類似的編號。
但是，顯然有許多不同之處。例如，可能需要改進短尋道長度的尋道時間(例如，距離上達到約120個磁道的尋道長度)，但不局限于此?？赡苓€需要取消可重復的偏轉。已經發(fā)現(xiàn)，當觀測器402總是保持活動時，控制系統(tǒng)500在短尋道、長尋道、磁道設置和磁道跟蹤方面發(fā)揮的作用更好?？刂葡到y(tǒng)500還包括模型電路502、可重復的偏轉消除器504、多比率控制開關506，以及槽口濾波器508與510，它們已經從來自設備152的PES路徑輸出移到被提供給量化器310與318的單獨的PZT與VCM路徑。
關于磁道尋道，分布圖發(fā)生器170’的操作方式實質上與分布圖發(fā)生器170相同。但是，關于較短的磁道尋道(例如，在距離上小于80個磁道)，參考模型502被轉換成使用開關512和514的電路。模型502包括參考模型塊516、電流增益級518、轉速計增益級520、位置增益級522、四路加法器524、PZT曲線發(fā)生器526、時鐘528和電流波曲線發(fā)生器530。
參考模型516和曲線發(fā)生器526與528生成微傳動裝置電壓和音圈馬達電流(為不同的短尋道長度被最優(yōu)化)的時間域波形。這樣，模型502和位置電路258為短長度磁道尋道被轉換成使用開關512、514與260的微傳動裝置和VCM路徑，分布圖發(fā)生器170’中的非線性增益級256被轉換出去。此外，由于到位置增益級522的輸出只是VCM位置，到位置增益級258的輸出包括VCM和微傳動裝置位置，因此，通過將對應于微傳動裝置位置(然后，可以在來自模型502的輸出中被計算)的位置增益電路532提供給VCM路徑來計算。
在系統(tǒng)500中，觀測器402在所有模式期間位于電路中，模型502在模型參考尋道期間位于電路中。被用來驅動音圈馬達和微傳動裝置的各種狀態(tài)(速度與位置)得到適當?shù)挠嬎?。應該注意，控制系統(tǒng)500的其余部分被提供有來自模型或觀測器的所估計的位置和速度，而不是來自設備152的所測量的PES信號。
多比率控制開關506被用于在有效的PES時間中進行糾正。例如，在一個嵌入伺服系統(tǒng)中，當在磁盤表面上遇到一個有效的PES扇區(qū)時，開關506在PES信號中切換，以便由觀測器計算的各種狀態(tài)能夠在有效的PES樣品時間被糾正。這允許傳動裝置狀態(tài)只有在可以獲得有效的糾正數(shù)據(jù)時才能被糾正。
圖38表示控制系統(tǒng)500包括可重復的偏轉(RRO)消除器504。在一個說明性實施例中，RRO消除器504的執(zhí)行只是作為傳統(tǒng)的最小平均數(shù)平方(LMS)運算，它用于取消傳動裝置狀態(tài)中可重復的偏轉。當然，也可以使用其它任何合適的可重復的偏轉消除器。
圖39以及圖39-1至圖39-4(共同被稱作圖39)更加詳細地示出控制系統(tǒng)500。圖39中所示的許多項目類似于圖8、9、21和22中所示的項目，并具有類似的編號。還應該注意，在圖39中沒有示出可重復的偏轉消除器504。
在圖39中可見，切換電路506包括開關600、加法器602與604、開關606、延遲單元608和延遲單元608。開關600在其一個輸入處接收到零，在其另一個輸入處接收到所估計的位置與來自加法器426的實際位置之間的誤差。當有效的PES樣品發(fā)生時，開關600選擇加法器426的輸出。在多比率時間期間，開關600選擇零輸出。開關600在其輸出處提供觀測器402內的反饋。所以，觀測器402計算有效的PES樣品時間和多比率時間的速度和狀態(tài)。但是，糾正值只在存在一個有效的PES樣品時通過開關600(來自加法器426)提供。當然，切換電路506的特征將根據(jù)獲得有效的PES信號的時間而變化，以便只在有效時提供PES信號。
下面更加詳細地討論模型502。如查找表格所示，VCM電流波發(fā)生器530和微傳動裝置曲線發(fā)生器526在說明性實施例中被執(zhí)行。這些表格包括各種輸入值，它們分別被輸入微傳動裝置和VCM路徑，并被提供給短磁道尋道(例如，尋找到在距離上約120個磁道)，但不局限于此。這些值是為不同的磁道尋道(這些值為之被計算)的到微傳動裝置和VCM的最優(yōu)化的輸出。作為例證，來自查找表格526的輸出是指出微傳動裝置電壓的一個值，而來自查找表格530的輸出作為例證是指出VCM電流的一個值。
微傳動裝置電壓被提供給開關514，該開關在短磁道尋道期間在來自查找表格526的輸出中進行切換并在其他的磁盤驅動器模式期間將其轉換出去。來自查找表格530的輸出作為電流值被提供給模型參考電路516。它也被提供給增益級518，該增益級是將其輸出提供給加法器524的一個VCM電流增益級。模型參考電路516用作一個雙重積分器，用計數(shù)法一次結合電流值輸入，然后再進行第二次，以獲得VCM速度和位置并將那些輸出提供給增益級520和522。增益級520和522分別將速度與位置信號提供給4路加法器524。
VCM模型輸出也必須計算微傳動裝置的運動。所以，來自觀測器402的輸出通過增益級532被提供，該觀測器通過低通濾波器418來觀察和模擬微傳動裝置路徑。增益級532的輸出還被提供給4路加法器524，以便對應于微傳動裝置的運動在VCM路徑中被計算。還提供了開關512，并且，該開關被用來在短磁道尋道期間將來自模型的輸出轉換成VCM路徑，并在其他的磁盤驅動器模式期間將其轉換出VCM路徑。
分布圖發(fā)生器170’類似于前面附圖所示的分布圖發(fā)生器170，并以一種類似的方式進行操作。但是，分布圖發(fā)生器170’分別包括開關620、與(AND)和否(NOT)邏輯操作器622與624，以下將更加詳細地對它們進行描述。同樣，除了比例積分器166’還包括開關626、求和節(jié)點628和步進輸入630外，它類似于比例積分器166。此外，除了加法器164’是一個3路加法器且還包括來自步進輸入632的一個輸入外，它類似于前面附圖中的加法器164。
現(xiàn)在將描述控制系統(tǒng)500的許多操作模式。在磁道設置模式中，開關260選擇增益級258的輸出。此外，由步進發(fā)生器650提供的步進函數(shù)促使開關514選擇開關260的輸出。(由開關260和514進行的這些選擇將來自分布圖發(fā)生器170’的輸出(而非來自模型502的輸出)轉換成微傳動裝置路徑)。它還促使開關512的輸出為零。這樣，來自模型502的基值沒有被提供在微傳動裝置路徑或VCM路徑中。步驟函數(shù)652使開關620選擇加法器168的輸出、將成為所需磁道的開關626的輸出或加法器628的輸出。開關352選擇零，開關350選擇恒定的零1(它也有一個零值)。開關330促使位移塊處的值進入單位延遲356。這利用電纜位移來初始化比例積分器166’，以便它在磁道跟蹤期間準備好被應用。
在長磁道尋道模式中，除了開關260選擇來自非線性增益級256(而不是來自增益電路258)的輸出外，開關的選擇與設置中相同。還應該注意，關于所示的步進函數(shù)，步驟342作為例證等同于步驟343，步驟632作為例證等同于步驟630。這些函數(shù)代表所需的磁道位置，在以下所描述的時間曲線圖中，它們表示由一個99磁道移動跟隨的磁道移動。如前所述，步驟函數(shù)338和340將比例積分器166’放置在尋道、設置和磁道跟蹤模式的上述配置中。提供“與”和“否”邏輯操作器622與624，以保證一旦一個長尋道到達磁道跟蹤模式，控制器500就停留在該磁道跟蹤模式中。
在短尋道模式(例如，120個磁道或更少磁道的一個尋道)中，執(zhí)行模型參考前饋尋道。開關用以下的方法來設置步進函數(shù)652促使開關620和626的輸出為零。當開關620的輸出被設置為零時，開關260選擇增益級258的輸出。步進函數(shù)650促使開關514從查找表格526中選擇一個輸入。步進函數(shù)650還使開關512選擇模型參考502中的4路加法器524的輸出。比例積分器166’中的開關的選擇方法與設置或長尋道模式的所述方法相同。
由于短尋道由前饋執(zhí)行，因此，VCM電流和微傳動裝置電壓被定時驅動。如前所討論的，查找表格526提供指出微傳動裝置電壓并作為時間函數(shù)的一個信號，查找表格530提供指出VCM電流并作為時間函數(shù)的一個信號。作為例證，模型參考電路516用計數(shù)法一次結合電流，以獲得速度輸出；然后再進行第二次，以獲得位置輸出。增益級518被適當?shù)販y量，以產生通過音圈馬達的所需電流。增益522作為例證等于增益258，增益520作為例證等于轉速計增益級304，增益級532作為例證等于增益258。來自兩張查找表格的前饋信號驅動兩個傳動裝置開環(huán)。兩個速度項(模型參考速度和由觀測器402提供的所估計的速度)或三個位置項(由觀測器提供的所估計的微傳動裝置或精細位置、由觀測器提供的所估計的粗略與精細位置，以及模型參考粗略位置)之間的任何錯誤被反饋，以便關閉環(huán)。
圖40-1至圖56的剩余部分有些類似于前面的附圖，但是，出于完整的緣故，它們被提供在控制系統(tǒng)500的內容中。
圖40-1和40-2分別是從加法器162’的非倒轉輸入到在加法器424處被提供的估計位置的Bode曲線圖與相位圖。圖40-1和40-2假設開關260的輸出不被連接，開關512的輸出是零，開關514不連接到增益級262。還假設，槽口濾波器508和510在各種有關頻率處有統(tǒng)一的增益。
圖41-1和41-2分別是從增益級262的輸入到由觀測器402提供的估計位置輸出的Bode曲線圖與相位圖。存在觀測器和轉速計增益，有關圖40-1和40-2的假設也運用于圖41-1和41-2。
圖42-1和42-2分別是從加法器168至增益級258的輸出到在觀測器402的輸出處提供的估計位置信號的Bode曲線圖與相位圖。兩個路徑(VCM和微傳動裝置路徑)同時被驅動。開關514選擇開關260的輸出，開關512的輸出被設置為零。
圖43-1和43-2表示非線性增益級256的響應。該響應按計數(shù)/計數(shù)來被繪制，其中，一個計數(shù)輸入等同于一個磁道。
圖44-1和44-2表示以英寸/秒表示的VCM速度和以毫安表示的電流相對于要到所需目標磁道的磁道。
圖45-1和45-2分別是磁道跟蹤模式中的比例積分器166’的Bode曲線圖與相位圖。
圖46-1和46-2表示相對于時間繪制的VCM電流和VCM速度。這是來自參考模型502的VCM電流和速度輸出。VCM電流以毫安的形式給出，速度以弧度/秒的形式給出，而兩圖中的時間以十分之一毫秒的形式給出。
圖47表示磁道中相對于時間的微傳動裝置位置700、VCM位置702和PES704。圖47表示磁頭正好在200毫秒之前在磁道上，微傳動裝置主要負責將磁頭迅速移到目標磁道。然后，當音圈馬達在磁道上處于居中時，微傳動裝置和音圈馬達相互作用，以便確定微傳動裝置相對于音圈馬達的中心。
圖48-1和48-2分別是槽口濾波器508和510的Bode曲線圖與相位圖。圖49-1和49-2中分別表示控制系統(tǒng)500的總體開環(huán)Bode曲線圖與相位圖。應該注意，高相位余量在0dB交叉點處被獲得。圖50-1和50-2分別表示整個控制函數(shù)500的誤差函數(shù)的Bode曲線圖與相位圖。可見，該誤差函數(shù)保持負數(shù)，直到達到約30,000弧度/秒為止。
其余的時間域曲線圖表示在等于零的時間處的一個磁道尋道，該磁道尋道由一個99磁道尋道跟隨，開始一個等于1.5毫秒的時間。圖51表示位置誤差樣品，圖52表示磁道誤差，圖53表示速度分布圖，圖54表示速度轉速計增益級304的輸出，圖55表示VCM電流，圖56表示微傳動裝置電壓?？梢?，微傳動裝置電壓在長尋道上飽和，關于前面的實施例，指出微傳動裝置在長尋道的方向上被充分延伸。微傳動裝置達到磁道上，并緩慢地在磁道上拉傳動臂的背部。
伺服控制系統(tǒng)400、500控制磁盤驅動器110中的一個雙重級傳動裝置152，該磁盤驅動器110具有存取一個磁盤表面112上的信息的數(shù)據(jù)磁頭。該雙重級傳動裝置包括粗略傳動裝置120和至少一個精細傳動裝置127。精細傳動裝置驅動器電路被耦合到精細傳動裝置127，以驅動精細傳動裝置127。粗略傳動裝置驅動器電路被耦合到粗略傳動裝置120，以驅動粗略傳動裝置120。反饋電路根據(jù)由數(shù)據(jù)磁頭讀取的位置信息來接收指出所測量的磁頭位置的位置信號(PES)。反饋電路比較所需的磁頭位置和被測量的磁頭位置。觀測器402被耦合到反饋電路，以接收被提供給精細與粗略傳動裝置120和127的信號，以便將被估計的信號提供給精細傳動裝置驅動器電路和粗略傳動裝置驅動器電路中的至少一個傳動裝置驅動器電路。觀測器402估計精細傳動裝置和粗略傳動裝置的響應。
在說明性實施例中，觀測器包括一個粗略傳動裝置觀測器402部分和一個精細傳動裝置觀測器部分418。粗略傳動裝置觀測器部分模擬粗略傳動裝置120的響應，精細傳動裝置部分418模擬精細傳動裝置127的響應。
在說明性實施例中，觀測器402將所估計的信號提供給粗略傳動裝置120，并且計算在將所估計的信號提供給粗略傳動裝置120中的精細傳動裝置127的被估計的響應。
在另一個說明性實施例中，精細傳動裝置127是一個微傳動裝置，它在高頻處提供較少的物理運動。所以，觀測器402的精細傳動裝置部分418作為一個低通濾波器來被執(zhí)行。
在另一個說明性實施例中，觀測器402包括通過增益級414和416的一個反饋電路，該反饋電路反饋指出所估計的信號與所測量的磁頭位置之間的差的誤差值。
在一個實施例中，反饋電路被選擇性地耦合到粗略傳動裝置驅動器和精細傳動裝置驅動器，控制系統(tǒng)500還包括參考模型502，該參考模型有選擇地將精細傳動裝置輸出提供給精細傳動裝置驅動器，將粗略傳動裝置輸出提供給粗略傳動裝置驅動器。作為例證，參考模型502被選擇性地耦合到粗略傳動裝置驅動器和精細傳動裝置驅動器，以便為給定范圍內的磁道尋道將粗略與精細傳動裝置輸出提供給粗略傳動裝置驅動器和精細傳動裝置驅動器。
在說明性實施例中，來自模型502的輸出根據(jù)磁道尋道操作中的磁道數(shù)目來提供信號，以便根據(jù)所需的精細傳動裝置分布圖和所需的粗略傳動裝置分布圖來配合磁道尋道。
在本發(fā)明的另一個說明性實施例中，觀測器402也是接收到粗略傳動裝置和精細傳動裝置的輸入信號，估計粗略傳動裝置和精細傳動裝置的響應，并將所估計的位置信號和所估計的糾正信號提供給粗略傳動裝置驅動器和精細傳動裝置驅動器中的至少一個傳動裝置驅動器。
在另一個實施例中，伺服控制系統(tǒng)400、500包括多比率控制電路506，該控制電路根據(jù)從磁盤表面讀取的位置信息在糾正值中進行切換，以便根據(jù)該位置信息來糾正來自觀測器402的被估計的輸出。作為例證，多比率控制電路506也將該糾正值轉換出去，所以，被估計的輸出在沒有獲得位置信息的時期保持未糾正。
在本發(fā)明的另一個實施例中，控制系統(tǒng)400、500包括可重復的偏轉消除器504，該偏轉消除器從數(shù)據(jù)磁頭接收位置信息并將偏轉取消值提供給粗略傳動裝置驅動器。
雖然已經參照較佳實施例對本發(fā)明進行了描述，但是，精通該技術領域的工作人員將會認識到，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可以進行形式和細節(jié)上的修改。
按照條約第19條的修改1.一種伺服控制系統(tǒng)，用于控制磁盤驅動器中的雙重級傳動裝置，所述磁盤驅動器具有存取磁盤表面上的信息的數(shù)據(jù)磁頭，所述雙重級傳動裝置包括一個粗略傳動裝置和至少一個精細傳動裝置，其特征在于，包括精細傳動裝置驅動器，它被耦合到精細傳動裝置，用于驅動精細傳動裝置，粗略傳動裝置驅動器，它被耦合到粗略傳動裝置，用于驅動粗略傳動裝置，反饋電路，它根據(jù)由數(shù)據(jù)磁頭讀取的位置信息來接收指出所測量的磁頭位置的位置信號，并比較所需的磁頭位置和所測量的磁頭位置，以及觀測器，它被耦合到反饋電路，用于接收提供給精細傳動裝置和粗略傳動裝置的信號，并將被估計的信號提供給精細傳動裝置驅動器和粗略傳動裝置驅動器中的至少一個，用于估計精細傳動裝置或粗略傳動裝置的響應。
2.如權利要求1所述的伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述觀測器包括模擬粗略傳動裝置的響應的粗略傳動裝置觀測器部分，以及，模擬精細傳動裝置的響應的精細傳動裝置部分。
3.如權利要求2所述的伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述觀測器將被估計的信號提供給粗略傳動裝置，并在將所估計的信號提供給粗略傳動裝置中計算精細傳動裝置的被估計的響應。
4.如權利要求所述2的伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述精細傳動裝置在增加的頻率處響應于傳動信號而提供較少的運動，其中觀測器的精細傳動裝置部分包括低通濾波器。
5.如權利要求1所述的伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述觀測器包括反饋電路，它反饋指出被估計的信號與被測量的磁頭位置之間的差的誤差值。
6.如權利要求1所述的伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述反饋電路被選擇地耦合到粗略傳動裝置驅動器和精細傳動裝置驅動器，并且還包括參考模型，它有選擇地將精細傳動裝置輸出提供給精細傳動裝置驅動器，將粗略傳動裝置輸出提供給粗略傳動裝置驅動器。
7.如權利要求6所述的伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述參考模型被選擇地耦合到粗略傳動裝置驅動器和精細傳動裝置驅動器，以便為在給定的磁道范圍內的磁道尋道，將粗略傳動裝置輸出和精細傳動裝置輸出提供給粗略傳動裝置驅動器和精細傳動裝置驅動器。
8.如權利要求7所述的伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述粗略傳動裝置輸出和所述精細傳動裝置輸出是預定的信號，以便根據(jù)磁道尋道中的磁道數(shù)目，調節(jié)根據(jù)所需精細傳動裝置分布圖和所需粗略傳動裝置分布圖的磁道尋道。
9.一種伺服控制系統(tǒng)，用于控制磁盤驅動器中的雙重級傳動裝置，所述磁盤驅動器具有存取磁盤表面上的信息的數(shù)據(jù)磁頭，所述雙重級傳動裝置包括一個粗略傳動裝置和至少一個精細傳動裝置，其特征在于，包括精細傳動裝置驅動器，被耦合到精細傳動裝置，用于根據(jù)精細傳動裝置輸入信號來驅動精細傳動裝置，粗略傳動裝置驅動器，被耦合到粗略傳動裝置，用于根據(jù)粗略傳動裝置輸入信號來驅動粗略傳動裝置，觀測器，它接收粗略傳動裝置輸入信號和精細傳動裝置輸入信號，估計粗略傳動裝置和精細傳動裝置的響應，并將被估計的位置信號和被估計的糾正信號提供給粗略傳動裝置驅動器和精細傳動裝置驅動器中的至少一個，以及反饋電路，它被耦合到觀測器和精細傳動裝置驅動器，用于根據(jù)被估計的位置信號，將驅動器信號提供給粗略傳動裝置驅動器和精細傳動裝置驅動器。
10.如權利要求9所述的伺服控制系統(tǒng)，數(shù)據(jù)磁頭從磁盤表面上的伺服扇區(qū)讀取位置信息，并將位置信息提供給觀測器，其特征在于，還包括多比率控制電路，它根據(jù)位置信息在糾正值中進行轉換，以便根據(jù)位置信息糾正來自觀測器的被估計的輸出。
權利要求
1.一種伺服控制系統(tǒng)，用于控制磁盤驅動器中的雙重級傳動裝置，所述磁盤驅動器具有存取磁盤表面上的信息的數(shù)據(jù)磁頭，所述雙重級傳動裝置包括一個粗略傳動裝置和至少一個精細傳動裝置，其特征在于，包括精細傳動裝置驅動器，它被耦合到精細傳動裝置，用于驅動精細傳動裝置，粗略傳動裝置驅動器，它被耦合到粗略傳動裝置，用于驅動粗略傳動裝置，反饋電路，它根據(jù)由數(shù)據(jù)磁頭讀取的位置信息來接收指出所測量的磁頭位置的位置信號，并比較所需的磁頭位置和所測量的磁頭位置，以及觀測器，它被耦合到反饋電路，用于接收提供給精細傳動裝置和粗略傳動裝置的信號，并將被估計的信號提供給精細傳動裝置驅動器和粗略傳動裝置驅動器中的至少一個，用于估計精細傳動裝置或粗略傳動裝置的響應。
2.如權利要求1所述的伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述觀測器包括模擬粗略傳動裝置的響應的粗略傳動裝置觀測器部分，以及，模擬精細傳動裝置的響應的精細傳動裝置部分。
3.如權利要求2所述的伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述觀測器將被估計的信號提供給粗略傳動裝置，并在將所估計的信號提供給粗略傳動裝置中計算精細傳動裝置的被估計的響應。
4.如權利要求所述2的伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述精細傳動裝置在增加的頻率處響應于傳動信號而提供較少的運動，其中觀測器的精細傳動裝置部分包括低通濾波器。
5.如權利要求1所述的伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述觀測器包括反饋電路，它反饋指出被估計的信號與被測量的磁頭位置之間的差的誤差值。
6.如權利要求1所述的伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述反饋電路被選擇地耦合到粗略傳動裝置驅動器和精細傳動裝置驅動器，并且還包括參考模型，它有選擇地將精細傳動裝置輸出提供給精細傳動裝置驅動器，將粗略傳動裝置輸出提供給粗略傳動裝置驅動器。
7.如權利要求6所述的伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述參考模型被選擇地耦合到粗略傳動裝置驅動器和精細傳動裝置驅動器，以便為在給定的磁道范圍內的磁道尋道，將粗略傳動裝置輸出和精細傳動裝置輸出提供給粗略傳動裝置驅動器和精細傳動裝置驅動器。
8.如權利要求7所述的伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述粗略傳動裝置輸出和所述精細傳動裝置輸出是預定的信號，以便根據(jù)磁道尋道中的磁道數(shù)目，調節(jié)根據(jù)所需精細傳動裝置分布圖和所需粗略傳動裝置分布圖的磁道尋道。
9.一種伺服控制系統(tǒng)，用于控制磁盤驅動器中的雙重級傳動裝置，所述磁盤驅動器具有存取磁盤表面上的信息的數(shù)據(jù)磁頭，所述雙重級傳動裝置包括一個粗略傳動裝置和至少一個精細傳動裝置，其特征在于，包括精細傳動裝置驅動器，被耦合到精細傳動裝置，用于根據(jù)精細傳動裝置輸入信號來驅動精細傳動裝置，粗略傳動裝置驅動器，被耦合到粗略傳動裝置，用于根據(jù)粗略傳動裝置輸入信號來驅動粗略傳動裝置，觀測器，它接收粗略傳動裝置輸入信號和精細傳動裝置輸入信號，估計粗略傳動裝置和精細傳動裝置的響應，并將被估計的位置信號和被估計的糾正信號提供給粗略傳動裝置驅動器和精細傳動裝置驅動器中的至少一個，以及反饋電路，它被耦合到觀測器和精細傳動裝置驅動器，用于根據(jù)被估計的位置信號，將驅動器信號提供給粗略傳動裝置驅動器和精細傳動裝置驅動器。
10.如權利要求9所述的伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述反饋電路被選擇地耦合到粗略傳動裝置驅動器和精細傳動裝置驅動器，并且還包括參考模型，它有選擇地將精細傳動裝置輸出提供給精細傳動裝置驅動器，將粗略傳動裝置輸出提供給粗略傳動裝置驅動器。
11.如權利要求10所述的伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述參考模型被選擇地耦合到粗略傳動裝置驅動器和精細傳動裝置驅動器，以便為在給定的磁道范圍內的磁道尋道，將粗略傳動裝置輸出和精細傳動裝置輸出提供給粗略傳動裝置驅動器和精細傳動裝置驅動器。
12.如權利要求11所述的伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述參考模型被選擇地耦合到粗略傳動裝置驅動器和精細傳動裝置驅動器，以便為在預定臨界數(shù)目的磁道內的磁道尋道，將粗略傳動裝置輸出和精細傳動裝置輸出提供給粗略傳動裝置驅動器和精細傳動裝置驅動器。
13.如權利要求12所述的伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述預定數(shù)目的磁道大約是80個磁道。
14.如權利要求11所述的伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述粗略傳動裝置輸出和所述精細傳動裝置輸出是預定的信號，以便根據(jù)磁道尋道中的磁道數(shù)目，調節(jié)根據(jù)所需精細傳動裝置分布圖和所需粗略傳動裝置分布圖的磁道尋道。
15.如權利要求11所述的伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述參考模型包括粗略傳動裝置查找表格和精細傳動裝置查找表格，它們存儲了根據(jù)磁道尋道中的磁道數(shù)目而被存取的分布圖值。
16.如權利要求11所述的伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述粗略傳動裝置輸出初始包括包含精細傳動裝置響應在內的一個值，其中參考模型從觀測器接收指出精細傳動裝置的被估計的運動的反饋信號，以便調節(jié)在將粗略傳動裝置輸出輸出到粗略傳動裝置中的精細傳動裝置的運動。
17.如權利要求9所述的伺服控制系統(tǒng)，數(shù)據(jù)磁頭從磁盤表面上的伺服扇區(qū)讀取位置信息，并將位置信息提供給觀測器，其特征在于，還包括多比率控制電路，它根據(jù)位置信息在糾正值中進行轉換，以便根據(jù)位置信息糾正來自觀測器的被估計的輸出。
18.如權利要求17所述的伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述多比率控制電路將糾正值轉換出去，以便被估計的輸出在沒有獲得位置信息的期間保持未糾正。
19.如權利要求9所述的伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括可重復的偏轉取消電路，它從數(shù)據(jù)磁頭接收位置信息并將偏轉取消值提供給粗略傳動裝置驅動器。
20.一種伺服系統(tǒng)，用于控制數(shù)據(jù)磁頭相對于磁盤驅動器中的磁盤表面的位置，其特征在于，包括粗略傳動裝置，它被耦合到數(shù)據(jù)磁頭，用于移動數(shù)據(jù)磁頭，精細傳動裝置，它被耦合到數(shù)據(jù)磁頭，用于使數(shù)據(jù)磁頭相對于粗略傳動裝置移動，以及伺服控制裝置，用于控制粗略傳動裝置和精細傳動裝置。
全文摘要
本發(fā)明包括用于控制磁盤驅動器(110)中的雙重級傳動裝置(152)的一種伺服控制系統(tǒng)(150,250,400,500)。磁盤驅動器(110)包括用于存取一個磁盤表面(112)上的信息的數(shù)據(jù)磁頭,雙重級傳動裝置(152)包括粗略傳動裝置和至少一個精細傳動裝置。控制系統(tǒng)包括一個精細傳動裝置驅動器(154,154’)和一個粗略傳動裝置驅動器(156,156’),用于分別驅動精細傳動裝置和粗略傳動裝置?？刂葡到y(tǒng)還包括觀測器(402),該觀測器接收粗略與精細傳動裝置輸入信號并估計粗略與精細傳動裝置的響應。
文檔編號G11B21/08GK1369095SQ00810678
公開日2002年9月11日 申請日期2000年7月21日 優(yōu)先權日1999年7月23日
發(fā)明者T·E·埃爾 申請人:西加特技術有限責任公司