專利名稱：用于磁盤驅(qū)動器中磁頭定位控制的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及磁盤驅(qū)動器領(lǐng)域，更特別地涉及磁頭定位控制技術(shù)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)上，在以硬盤驅(qū)動器為代表的磁盤驅(qū)動器中，用以定位磁頭的磁頭位置控制系統(tǒng)定在磁盤數(shù)據(jù)存儲媒介上的目標(biāo)位置處(作為存取目標(biāo)的磁軌)。磁頭在磁盤上的目標(biāo)位置處執(zhí)行數(shù)據(jù)的讀/寫操作。
磁頭定位控制系統(tǒng)包括一個使用微處理器(CPU)作為控制器的反饋控制系統(tǒng)。反饋控制系統(tǒng)驅(qū)動并控制其上裝有磁頭的傳動裝置的音圈馬達(VCM)，并相對于目標(biāo)位置對磁頭執(zhí)行跟蹤控制。
作為磁頭定位控制系統(tǒng)，發(fā)展或說提出了一種系統(tǒng)，它包括干擾前饋控制系統(tǒng)(有時也稱作“FF控制系統(tǒng)”)以及反饋控制系統(tǒng)。FF控制系統(tǒng)抑制了外界對磁盤驅(qū)動器的震動或沖擊(以下將一般地稱之為干擾)的影響。
根據(jù)磁盤驅(qū)動器中所裝的加速度傳感器所檢測(觀測)到的干擾的加速度值，F(xiàn)F控制系統(tǒng)計算用以抑制干擾影響的補償值。在反饋控制系統(tǒng)中，磁頭定位控制系統(tǒng)利用FF控制系統(tǒng)所計算的補償值，并吸收對磁頭進行跟蹤控制時由干擾而產(chǎn)生的波動。
FF控制系統(tǒng)包括一個具有預(yù)定傳輸特性(作為傳輸函數(shù)F而確定)的控制器(以下將稱之為FF控制器)。FF控制器利用加速度傳感器所獲得的干擾的加速度值作為輸入執(zhí)行數(shù)字濾波計算。磁頭定位控制系統(tǒng)將補償值(來自FF控制系統(tǒng)的算術(shù)運算結(jié)果)加到由反饋控制系統(tǒng)計算所得的控制值上，從而抑制了由于干擾而產(chǎn)生的磁頭位置誤差中的波動。
簡言之，在包括FF控制系統(tǒng)的磁頭定位控制系統(tǒng)中，可以實現(xiàn)對關(guān)于磁盤驅(qū)動器驅(qū)動過程中施加的干擾的補償。因此，在磁頭定位控制中，可以抑制由于干擾而產(chǎn)生的位置誤差中的波動，從而提高磁頭定位精度。
FF控制系統(tǒng)的執(zhí)行依賴于FF控制器的傳輸函數(shù)F的設(shè)置。通常，根據(jù)以下幾項來確定傳輸函數(shù)F干擾的加速度的波動特性(作為傳輸函數(shù)K而確定)、干擾所得的位置波動特性(作為傳輸函數(shù)W而確定)、裝置(plant)特性(作為傳輸函數(shù)P而確定)等等。這里，裝置指的是包括作為控制目標(biāo)的VCM的傳動裝置(actuator)。因此，裝置的特性(the characteristic of the plant)則指的是傳動裝置的機械特性(剛性、諧振、阻尼因子)。
進一步，在實際的磁盤驅(qū)動器中，每個驅(qū)動器產(chǎn)品中都存在機械上的不一致，加速度傳感器的固定角，磁頭定位地點的相對角，干擾的方向，使用時間導(dǎo)致的改變。所以，上面所描述的每個元素中的傳輸函數(shù)(K、W和P)都要改變。因此，希望采用一種在使用磁盤驅(qū)動器時通過測量這些傳輸函數(shù)來確定FF控制系統(tǒng)合適的傳輸函數(shù)F的方法。如果使用了這樣一種方法，就可對干擾執(zhí)行穩(wěn)定的控制，并期望獲得磁頭定位精度的提高。
因為這些原因，作為磁頭定位控制系統(tǒng)，已知一種系統(tǒng)，它包括用來確定FF控制系統(tǒng)的傳輸函數(shù)F的參數(shù)識別函數(shù)。如果使用了這樣一種系統(tǒng)，則可通過根據(jù)每個驅(qū)動器產(chǎn)品機械上的不一致或使用過程中環(huán)境的改變而校正傳輸函數(shù)F來提高相對干擾提高磁頭定位精度。
同時，一般地，對于磁頭定位控制系統(tǒng)的操作來說，F(xiàn)F控制系統(tǒng)的控制和系統(tǒng)的參數(shù)識別處理是不同的操作。因此，在發(fā)生像掃描激勵這樣的干擾的情形中，如果磁頭定位精度在控制執(zhí)行過程中，由于干擾值中使用時間導(dǎo)致的波動而顯著惡化，則FF控制系統(tǒng)的操作必須暫時中止。也就是說，在執(zhí)行完FF控制系統(tǒng)的參數(shù)識別處理之后，需要重新執(zhí)行系統(tǒng)控制的操作。在這樣一種方法中，磁頭定位精度在參數(shù)識別處理過程中暫時惡化。此外，由于需要一個算法來進行從控制執(zhí)行到參數(shù)識別操作的切換，從而導(dǎo)致了一個問題，就是固件(CPU的程序)復(fù)雜化了。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明一個方面，給出一種具有磁頭定位控制系統(tǒng)的磁盤驅(qū)動器，該系統(tǒng)通過反饋控制系統(tǒng)執(zhí)行跟蹤控制，并通過前饋控制系統(tǒng)執(zhí)行干擾補償。磁頭定位控制系統(tǒng)對前饋控制系統(tǒng)和參數(shù)識別處理進行控制，后者確定前饋控制系統(tǒng)的傳輸函數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明一個方面的磁盤驅(qū)動器具有磁頭定位控制系統(tǒng)，用來對磁頭進行定位控制使其定位在磁盤上的目標(biāo)位置。磁頭位置控制系統(tǒng)包括跟蹤控制，根據(jù)預(yù)定的伺服周期執(zhí)行控制操作，該伺服周期基于磁頭當(dāng)前位置和目標(biāo)位置之間的位置誤差，操作由移動確定為控制目標(biāo)的磁頭的傳動機構(gòu)來進行；干擾檢測單元，檢測來自外界的干擾；前饋控制器，在跟蹤控制的控制操作過程中執(zhí)行抑制干擾的影響的前饋控制；識別單元，執(zhí)行確定前饋控制器傳輸函數(shù)的參數(shù)識別處理；以及磁頭，在磁盤媒介的目標(biāo)位置處讀/寫數(shù)據(jù)。


圖1為一框圖，示出涉及根據(jù)本發(fā)明每個實施方案的磁盤驅(qū)動器主要部分；圖2為一框圖，示出涉及第一實施方案的磁頭定位控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；圖3為一流程圖，顯示涉及第一實施方案的系統(tǒng)的操作；圖4顯示涉及第一實施方案的FF控制系統(tǒng)的參數(shù)識別方法；圖5顯示涉及第一實施方案的磁頭定位控制系統(tǒng)的特性；圖6為一框圖，顯示該系統(tǒng)理論的結(jié)構(gòu)；圖7顯示涉及第二實施方案的磁頭定位控制系統(tǒng)的特性；
圖8和9為顯示涉及第二實施方案的參數(shù)識別方法的流程圖；圖10顯示參數(shù)識別方法的第一修改；圖11顯示參數(shù)識別方法的第二修改；圖12為一框圖，示出涉及第二實施方案的磁頭定位控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；圖13和14為顯示磁頭定位控制系統(tǒng)一種結(jié)構(gòu)的框圖，對該系統(tǒng)應(yīng)用了涉及第二實施方案的參數(shù)識別方法；以及圖15為一流程圖，顯示涉及第二實施方案的磁頭定位控制系統(tǒng)的操作。
具體實施例方式
現(xiàn)在將參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明的具體實施方案。
(磁盤驅(qū)動器結(jié)構(gòu))如圖1所示，根據(jù)這個實施方案的磁盤驅(qū)動器具有用作數(shù)據(jù)存儲媒介的磁盤1，主軸馬達(SPM)2，執(zhí)行數(shù)據(jù)讀/寫操作的磁頭3，以及傳動裝置4。
通過SPM 2旋轉(zhuǎn)磁盤1。磁盤1表面上具有許多同心圓形的磁軌100。每條磁軌100包括在環(huán)形方向以預(yù)定間距排列的預(yù)定數(shù)目的伺服區(qū)域100。在一個常規(guī)的讀/寫操作過程中，用來檢測磁頭定位控制系統(tǒng)中磁頭3的位置的伺服數(shù)據(jù)記錄在伺服區(qū)域中。
磁頭3通常安裝在一個滑動塊上，讀磁頭和寫磁頭互相隔開。磁頭3安裝在傳動裝置4上，由音圈馬達(VCM)5的驅(qū)動沿磁盤1的半徑方向移動。VCM 5從狹義上講即為磁頭定位系統(tǒng)中的一個控制目標(biāo)(裝置(plant))，也是傳動機構(gòu)的主要元件。
進一步，磁盤驅(qū)動器具有讀/寫通道6、微控制器7、VCM驅(qū)動器8，以及加速度傳感器9。讀/寫通道6具有包括在磁頭3中的信號處理單元60，處理相應(yīng)于伺服數(shù)據(jù)或讀磁頭所讀出的用戶數(shù)據(jù)的讀信號或?qū)懶盘?。另外，讀/寫通道6包括位置檢測單元61，從讀信號中采出伺服信號并產(chǎn)生用來檢測磁頭3位置的位置檢測信號。
微控制器7具有作為磁頭定位控制系統(tǒng)主要元件的微處理器(CPU)70，以及存儲微處理器所用的程序(固件)和各種控制參數(shù)的ROM 71。正如后面將要描述的，CPU 70實現(xiàn)構(gòu)成磁頭定位控制系統(tǒng)的反饋控制系統(tǒng)和前饋控制系統(tǒng)(FF控制系統(tǒng))。FF控制系統(tǒng)實現(xiàn)補償干擾的功能。
VCM驅(qū)動器8根據(jù)來自CPU 70的控制值(包括FF控制器所獲得的補償值)產(chǎn)生驅(qū)動電流并將其施加到VCM 5上。加速度傳感器9檢測(觀測)干擾——這個干擾相應(yīng)于施加到磁盤驅(qū)動器上的震動或沖擊——的加速度，并輸出一個加速度的檢測信號到加速度信號處理單元10。加速度信號處理單元10具有一個放大來自加速度傳感器9的檢測信號并減小噪聲的濾波器(LPF等)。A/D轉(zhuǎn)換器11將加速度信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字加速度值(記做A)，并將其輸出至CPU 70。
(磁頭定位控制系統(tǒng))現(xiàn)在將參考圖2至6描述涉及第一實施方案的磁頭定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和操作。
首先結(jié)合圖4至6說明該系統(tǒng)理論的操作。
如上所述，該系統(tǒng)由CPU 70來實現(xiàn)。CPU 70從位置檢測電路61獲得磁頭3的當(dāng)前位置，同時獲得磁盤1的旋轉(zhuǎn)角。另外，樣本數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)由CPU 70實現(xiàn)。樣本數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)計算以固定時間間隔(伺服周期)輸入控制目標(biāo)21(VCM 5)的控制值(確定為u)。注意施加到VCM 5的最大驅(qū)動電流是由VCM驅(qū)動器8預(yù)先設(shè)定的。
如圖6所示，該系統(tǒng)將由構(gòu)成反饋控制系統(tǒng)的跟蹤控制器(傳輸函數(shù)C)20在預(yù)定伺服周期(取樣間隔)中計算得到的控制值輸出到控制目標(biāo)21，并對磁頭位置進行跟蹤控制使其移到磁盤上目標(biāo)位置處。
另一方面，F(xiàn)F控制系統(tǒng)具有作為主要元件的前饋控制器(下文中稱作FF控制器)25。FF控制器25獲得加速度傳感器22在某一定時觀測到的干擾的加速度值(A)，由此可得到磁頭的當(dāng)前位置。
現(xiàn)在將參考圖4描述確定干擾FF控制器的傳輸特性(F)的參數(shù)識別方法。該方法利用所謂的最小二乘法。圖4含有參數(shù)識別單元40(傳輸函數(shù)Q)、相應(yīng)于FF控制器25的識別目標(biāo)41(傳輸函數(shù)B)，以及識別輸入單元42(傳輸函數(shù)u)這些元件。
參數(shù)識別單元40使用識別目標(biāo)41作為離散系統(tǒng)并以識別目標(biāo)41的輸入(u)和輸出(y)之間的關(guān)系為基礎(chǔ)估算傳輸特性。這個關(guān)系由下式(1)表示。
y(k)＝a1y(k-1)+…+any(k-n)+b0u(k)+…+bnu(k-n)…(1)這里，a為參數(shù)識別器42輸出側(cè)的系數(shù)參數(shù)，而b為參數(shù)識別器42輸入側(cè)的系數(shù)參數(shù)。k為該離散系統(tǒng)的步數(shù)。
進一步，在下式(2)中定義一個未知參數(shù)向量θ和一個輸入/輸出向量ξ(k)。
θ＝[a1…anb0…bn]T，ξ(k)＝[y(k-1)…y(k-n)u(k)…u(k-n)]T…(2)基于該定義，式(1)可表達為下式(3)。
y(k)＝θTξ(k) …(3)這里，時間(k-1)處的估算值被用作未知參數(shù)的估算值，并可計算識別模型，該模型可如式(4)所示。y^(k)=θ^T(k-1)ξ(k)...(4)]]>這里，θ(k)為未知參數(shù)的估算值，而θ(k-1)為時間k-1處的估算值。
識別誤差可表示為下式(5)。e(k)=y^(k)-y(k)...(5)]]>由最小二乘法對參數(shù)向量θ進行的估算可通過利用測得的到時間k時的數(shù)據(jù)y(k)、ξ(k)來計算，該計算基于下式(6)所表示的評價函數(shù)。J(k)=Σi=1k(y(i)-θTξ(i))2...(6)]]>這里，決定了使J(k)最小的θ，并將其確定為θ(k)。
作為用以確定參數(shù)向量θ的方法，有下面幾種離線識別，它在估算值的計算中需要以往所有的數(shù)據(jù)；在線識別，根據(jù)離散系統(tǒng)的每個識別步驟順序進行估算。在干擾FF控制器的傳輸函數(shù)(F)的識別中，數(shù)據(jù)總量較小的后者是合適的。
具體地，根據(jù)每個識別步驟，通過利用一個(2n+1)階方形矩陣Γ(k)計算下式(7)。Γ(k)=Γ(k-1)-Γ(k-1)ξ(k)ξT(k)Γ(k-1)1+ξT(k)Γ(k-1)ξ(k)...(7)]]>Γ(k)的初值為“Γ(0)＝γI”，基于正常數(shù)(γ)和單位矩陣(I)。
由式(8)計算估算值 其中 這里，在圖6所示的系統(tǒng)中從干擾檢測(加速度值A(chǔ))到磁頭位置誤差(e)的傳輸函數(shù)可表示為下式(9)。eA=W-FCP-KP1+CP...(9)]]>其中，P為控制目標(biāo)21的傳輸函數(shù)，而C為跟蹤控制器20的傳輸函數(shù)。此外，W為干擾的位置波動特性，并指示從干擾值(A)到目標(biāo)位置波動(r)的傳輸函數(shù)。在驅(qū)動器盒或磁盤1由于干擾而變形并且跟蹤控制器20所跟蹤的磁軌移動時產(chǎn)生目標(biāo)位置波動(r)。而且，K為干擾的加速度波動特性，并指示從干擾值(A)到等價施加到控制值(u)上的干擾的加速度值(d)的傳輸函數(shù)。
為了抑制干擾(A)對磁頭位置誤差(e)的影響，將式(9)中的分子設(shè)為零，如此設(shè)置FF控制器25的傳輸函數(shù)F是足夠好的，如下式(10)所示。F=W-KPCP...(10)]]>(包括參數(shù)識別函數(shù)的系統(tǒng))現(xiàn)在將參考圖2、3和5描述根據(jù)上述理論的實施方案的磁頭定位控制系統(tǒng)。
如圖2所示，該系統(tǒng)具有識別單元27，識別用來確定FF控制器25的傳輸函數(shù)F的參數(shù)。該系統(tǒng)執(zhí)行參數(shù)識別處理以及FF控制器25的控制。
識別單元27輸入一個通過開環(huán)傳輸特性模型26從干擾值(A)所得的信號(a)到輸入側(cè)。開環(huán)輸入特性模型26為具有跟蹤控制器20和控制目標(biāo)21每個傳輸函數(shù)(CPm)的濾波函數(shù)單元。此外，識別單元27輸入一個通過控制目標(biāo)模型28從控制值(u)所得的信號(q)到輸出側(cè)。識別單元27輸入將信號(q)和位置誤差信號(e)相加所得的結(jié)果。
這里，當(dāng)控制目標(biāo)模型Pm與控制目標(biāo)的傳輸函數(shù)(P)相一致時，從干擾(A)到識別信號輸入側(cè)(a)的傳輸特性可表示為下式(11)。
a＝ACT …(11)此外，從干擾(A)到識別信號的輸出側(cè)(q)的傳輸函數(shù)可表示為下式(12)。
q＝(W-KP)A …(12)此時，由識別單元27識別的傳輸函數(shù)可表示為下式(13)。qa=W-KPCP...(13)]]>也就是，正如式(10)所表示的，由識別單元27識別的傳輸函數(shù)與FF控制器25的傳輸函數(shù)(F)匹配。
圖3為一流程圖，示出該系統(tǒng)(即CPU 70)根據(jù)預(yù)定伺服周期(確定為樣本k)在上半時執(zhí)行控制，并在下半時執(zhí)行參數(shù)識別，以確定(校正)FF控制器25的傳輸函數(shù)(F)。
也就是，在上半時(步驟S3和S4)，CPU 70執(zhí)行跟蹤控制(一些控制操作U的輸入)，以通過將磁頭移動到目標(biāo)位置來消除位置誤差(e)，如步驟S1至S4所示。此時，隨著干擾(A)的施加，F(xiàn)F控制器25計算用來抑制干擾的補償值，并執(zhí)行將該值加到位置誤差(e)上的處理(步驟S2)。
然后，CPU 70執(zhí)行最小二乘法的算術(shù)計算處理，例如式(11)至式(13)所表示的，并進行參數(shù)識別處理(步驟S5至S7)。結(jié)果，CPU 70通過使用已識別參數(shù)確定FF控制器25的傳輸特性(F)，并將其從前值校正(步驟S8)。
圖5示出在使用該系統(tǒng)進行FF控制器25的控制執(zhí)行和識別處理時，識別參數(shù)和磁頭定位精確性由于使用時間導(dǎo)致的改變。從圖5可見，通過重復(fù)FF控制器25的識別步驟，可減小識別參數(shù)由于使用時間導(dǎo)致的改變，并提高磁頭定位精確性。
如上所述，根據(jù)該實施方案，可能實現(xiàn)磁頭定位控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)根據(jù)伺服周期同時進行FF控制系統(tǒng)的控制執(zhí)行和參數(shù)識別處理。所以，即使在系統(tǒng)控制執(zhí)行過程中由于干擾值使用時間導(dǎo)致的波動而使磁頭定位精度顯著退化，磁頭定位精度也可通過適當(dāng)改變FF控制系統(tǒng)的識別參數(shù)(即傳輸函數(shù)F)得以自動提高。
簡言之，通過反饋控制系統(tǒng)執(zhí)行跟蹤控制并通過FF控制系統(tǒng)執(zhí)行干擾補償?shù)拇蓬^定位控制系統(tǒng)采用了這樣的模式它一并驅(qū)動FF控制系統(tǒng)的控制執(zhí)行以及確定FF控制系統(tǒng)傳輸函數(shù)的參數(shù)識別處理。所以，由于FF控制系統(tǒng)的傳輸函數(shù)可根據(jù)干擾波動而校正，可能避免磁頭定位中的暫時退化。結(jié)果，由于干擾補償操作在磁頭定位控制的執(zhí)行過程中沒有被打斷，可實現(xiàn)穩(wěn)定的和精確的磁頭定位控制。
換句話說，在該實施方案中，即使在磁頭定位控制的執(zhí)行過程中發(fā)生了干擾波動，也可在不停止控制執(zhí)行的情況下執(zhí)行參數(shù)識別處理。所以，可能避免干擾波動而導(dǎo)致的磁頭定位精度的暫時退化。
(第二實施方案)第二實施方案涉及包括參數(shù)識別單元的系統(tǒng)，該單元根據(jù)具有反饋控制系統(tǒng)和FF控制系統(tǒng)的磁頭定位控制系統(tǒng)中磁盤驅(qū)動器的使用過程中觀測到的干擾來校正FF控制系統(tǒng)的傳輸函數(shù)。
根據(jù)該實施方案的磁頭定位控制系統(tǒng)理論的操作與圖6所示的系統(tǒng)類似。應(yīng)當(dāng)指出，該系統(tǒng)可采用這樣一種模式它通過使用FF控制系統(tǒng)，補償來自跟蹤控制器20對控制輸入值的干擾(A)的影響。在此情形中，對于從干擾檢測(加速度值A(chǔ))到磁頭位置誤差(e)的傳輸函數(shù)，式(9)右邊那項的分子為“W-KP-FP”。進一步，對于FF控制器25的傳輸函數(shù)F，式(10)右邊那項的分母為“P”。
此外，該系統(tǒng)中用來確定FF控制器25傳輸函數(shù)(F)的參數(shù)識別方法與基于式(1)至(8)結(jié)合圖4描述的方法類似。
這里，參數(shù)識別單元40執(zhí)行像圖8和9的流程圖中所示的那樣的識別處理步驟(此例中的k)，并估算FF控制器25的傳輸函數(shù)(F)。
也就是，參數(shù)識別單元40獲得識別目標(biāo)41的輸入(u)和輸出(y)(步驟S11或S100)。之后，參數(shù)識別單元40執(zhí)行式(2)的計算(步驟S12或S110)。
然后，它執(zhí)行式(4)和式(5)的計算(步驟S13或S120)。此外，它執(zhí)行式(8)的計算(步驟S14或S130)。而且，它根據(jù)每個識別步驟執(zhí)行式(7)的計算(步驟S15或S140)。
這里，如果識別步驟的數(shù)目(N)大于一個充分大的常數(shù)(S)，側(cè)參數(shù)識別單元40終止識別處理(步驟S16中的YES)。否則，參數(shù)識別單元40繼續(xù)識別步驟(S16中的NO，S17)。另外，參數(shù)識別單元40可基于來自參數(shù)已估算值的前樣(k-1)的一些改變(改變速率v)判斷識別處理的終點(圖9所示的方法)。
也就是，參數(shù)識別單元40計算下式(14)(步驟S150)。v=|θ^(k)-θ^(k-1)|...(14)]]>如果改變速率(v)比常數(shù)(z)足夠小，側(cè)參數(shù)識別單元40終止識別處理(步驟S160中的YES)。否則，參數(shù)識別單元40繼續(xù)識別步驟(步驟S160中的NO，以及步驟S170)。
(參數(shù)識別方法的修改)圖10為示出參數(shù)識別方法第一修改的框圖。第一修改相當(dāng)于在參數(shù)識別單元202的輸入側(cè)(b)提供輸入濾波器204(傳輸函數(shù)H)的情形。
輸入濾波器204為一個離散系統(tǒng)，由式(1)表示。傳輸函數(shù)表示為下式(15)。y(k)u(k)=b0Zn+biZn-1···+bn-1Z+bnZn-a1Zn-1···-an-1Z-an...(15)]]>這里，如圖10所示，，如果輸入濾波器204處在輸入側(cè)(b)，則參數(shù)識別單元202識別如下式(16)表示的一個傳輸函數(shù)。B=HQ,Q=BH...(16)]]>另外，圖11為示出參數(shù)識別方法第二修改的框圖。第二修改相當(dāng)于在識別目標(biāo)201的輸出側(cè)(a)提供輸出濾波器205(傳輸函數(shù)J)的情形。
輸出濾波器205為一個離散系統(tǒng)，由式(1)表示。參數(shù)識別單元202識別如下式(17)表示的一個傳輸函數(shù)。
Q＝BJ …(17)
如上所述，通過安置輸入/輸出濾波器204和205，參數(shù)識別單元202可識別不同于識別目標(biāo)201的離散系統(tǒng)的傳輸函數(shù)。
通常，在基于最小二乘法的參數(shù)識別中，收斂速度根據(jù)識別目標(biāo)的頻率特性而改變，在頻率元素接近于積分元素時，收斂時間變得很長。因此，通過使用已知的信息來構(gòu)建識別輸入/輸出濾波器204和205并通過使用參數(shù)識別單元202來僅估算高頻元素是切實有效的方法。
進一步，在參數(shù)識別中，算術(shù)運算處理的總量基于式(1)所表示的離散系統(tǒng)的階數(shù)來確定，且算術(shù)運算的總量隨參數(shù)估算數(shù)量的平方而增加。這樣，將識別目標(biāo)201的已知信息加到輸入/輸出濾波器204和205上來進行識別，通過僅僅識別識別目標(biāo)201的未知特性而降低了階數(shù)，從而減少了一些算術(shù)運算。
這里，假設(shè)Bm為識別目標(biāo)201的已知部分而Bn為其未知部分，識別目標(biāo)201的傳輸函數(shù)B如下式(18)所示。
B＝BmBn…(18)當(dāng)給出輸入濾波器204時，可獲得如下式(19)所表示的關(guān)系。
H＝Bm…(19)此外，當(dāng)給出輸出濾波器205時，可獲得如下式(20)所表示的關(guān)系。J=1Bm...(20)]]>因此，參數(shù)識別單元202可僅估算識別目標(biāo)201的未知部分Bn。當(dāng)已知部分Bm穩(wěn)定時，如式(19)所表示的，應(yīng)用了輸入濾波器204的方法是有效的。另一方面，當(dāng)已知部分Bm不穩(wěn)定而“1/Bm”穩(wěn)定時，如式(20)所表示的，應(yīng)用了輸出濾波器205的方法是有效的。
(包括參數(shù)識別器的磁頭定位控制系統(tǒng))圖12為示出包括參數(shù)識別單元83主要部分的框圖，參數(shù)識別單元83執(zhí)行如上所述的參數(shù)識別方法。
該系統(tǒng)具有這樣的結(jié)構(gòu)由干擾觀測單元(傳感器)82觀測(檢測)到的干擾(加速度值A(chǔ))被通過輸入濾波器84(傳輸函數(shù)H)施加到參數(shù)識別單元83上來進行識別。另一方面，向參數(shù)識別單元83施加一個指示磁頭位置和目標(biāo)位置(R)之間位置誤差(e)的信號。
這里，作為用作識別目標(biāo)的FF控制系統(tǒng)(實際上即FF控制器88)，采取了這樣一個系統(tǒng)它采用了補償從跟蹤控制器80輸出的控制值(u)的模式。在該系統(tǒng)中，輸入濾波器84的傳輸函數(shù)H可表示為下式(21)。H=P1+CP...(21)]]>基于式(21)、式(16)和從干擾(A)到該系統(tǒng)位置誤差(e)的傳輸函數(shù)“(W-KP)/(1+CP)”，可獲得如下式(22)表示的關(guān)系式。Q=BH=W-KP1+CP·1+CPP=W-KPP...(22)]]>也就是，這個算術(shù)運算結(jié)果(Q)匹配FF控制器88的傳輸函數(shù)F(F＝(W-KP)/P)。在式(21)中，已知跟蹤控制器80的傳輸函數(shù)C。此外，控制目標(biāo)81的傳輸函數(shù)P也是一個通過與干擾的加速度波動特性K或磁盤驅(qū)動器中的干擾的位置波動特性W進行比較就可容易獲得的值。
而且，在采用通過使用FF控制系統(tǒng)(FF控制器88)補償位置誤差(e)的模式的系統(tǒng)中，輸入濾波器84的傳輸函數(shù)H可表示為下式(23)。H=CP1+CP...(23)]]>
基于式(23)、式(16)和從干擾(A)到位置誤差(e)的傳輸函數(shù)“(W-KP)/(1+CP)”，可獲得如下式(24)表示的關(guān)系式。Q=BH=W-KP1+CP·1+CPCP=W-KPCP...(24)]]>也就是，這個算術(shù)運算結(jié)果匹配FF控制器88由式(10)表示的傳輸函數(shù)F。
圖13和14為示出包括參數(shù)識別單元83和FF控制器88的磁頭定位控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的框圖。
圖13所示的系統(tǒng)由FF控制器88補償從跟蹤控制器80輸出的控制值(u)。另一方面，圖14所示的系統(tǒng)通過使用FF控制器88補償位置誤差(e)。兩個系統(tǒng)都具有這樣的結(jié)構(gòu)識別終點判斷單元87通過參數(shù)識別單元83控制FF控制器傳輸函數(shù)(F)的識別處理，并在識別之后控制FF控制器88的控制執(zhí)行。
現(xiàn)在將參考圖15的流程圖描述圖13或圖14中示出的系統(tǒng)的操作。
當(dāng)磁盤驅(qū)動器的磁頭定位控制(伺服控制)操作開始時，系統(tǒng)(即CPU 70)通過加速度傳感器9(干擾觀測部分82)觀測(檢測)磁頭當(dāng)前位置和目標(biāo)位置(R)之間的位置誤差(e)以及干擾(加速度值A(chǔ))(步驟S200)。這里，在第一樣本(伺服周期)中，采取了FF控制系統(tǒng)的識別模式(步驟S210中的YES)。
在該模式中，如圖13或14所示，來自FF控制器88的輸出處在關(guān)狀態(tài)。而且，來自參數(shù)識別單元83的輸出處在開狀態(tài)。
跟蹤控制器80基于觀測到的位置誤差(e)執(zhí)行跟蹤控制算術(shù)運算，并計算控制值(u)(步驟S230)。參數(shù)識別單元83執(zhí)行諸如式(21)或式(23)所表示的那樣的濾波算術(shù)運算(步驟S240中的YES，以及步驟S250)。然后，參數(shù)識別單元83執(zhí)行如圖8或圖9所示的識別處理步驟，并判斷參數(shù)識別處理的終點(步驟S260和S270)。
在識別過程完成時，參數(shù)識別單元83校正FF控制器88的參數(shù)，并剛好識別適合于干擾的傳輸函數(shù)(F)(步驟S280)。然后，F(xiàn)F控制器88的控制執(zhí)行模式從下一樣本開始，且來自FF控制器88的輸出進入開狀態(tài)。另外，來自參數(shù)識別單元83的輸出處在關(guān)狀態(tài)(步驟S290)。
在控制執(zhí)行模式中，F(xiàn)F控制器88執(zhí)行控制算術(shù)運算，并補償控制值(u)中由于干擾(A)或位置誤差(e)而產(chǎn)生的波動(步驟S210中的NO，以及步驟S220)。另外，在控制執(zhí)行模式中，CPU 70執(zhí)行磁頭定位精度的估計。如果它確定精度變壞了，則將處理從下一樣本切換到識別模式的再執(zhí)行(步驟S300和S310)。
如上所述，根據(jù)該實施方案的系統(tǒng)，在對磁盤驅(qū)動器的實際伺服控制中，分別執(zhí)行確定FF控制系統(tǒng)傳輸函數(shù)的參數(shù)識別模式和FF控制系統(tǒng)的控制執(zhí)行模式。因此，F(xiàn)F控制系統(tǒng)的傳輸函數(shù)(識別參數(shù))可根據(jù)磁盤的操作環(huán)境、每個產(chǎn)品機械上的不一致等進行校正。
結(jié)果，在磁頭定位控制系統(tǒng)中，可是現(xiàn)對干擾有效的補償函數(shù)。在實際磁盤驅(qū)動器的操作環(huán)境中，可以穩(wěn)定地確保涉及干擾的磁頭定位精度的提高。
圖7示出該系統(tǒng)的一個優(yōu)點，并顯示了識別參數(shù)(特性300)和磁頭定位精度(特性301)使用時間導(dǎo)致的改變。TP代表時間上的一個點，此時在FF控制系統(tǒng)中識別處理過程70的判斷終止。換句話說，TP指示了這樣一個時間點此時FF控制系統(tǒng)的參數(shù)(傳輸函數(shù))得以校正。圖7示出，從時間點TP開始，磁頭定位精度在控制執(zhí)行操作71中得以提高(特性301)。
在使用磁盤驅(qū)動器時，具有這樣一種結(jié)構(gòu)的磁頭定位控制系統(tǒng)執(zhí)行該處理來識別作為適合觀測到的干擾的FF控制系統(tǒng)傳輸函數(shù)的參數(shù)。換句話說，參數(shù)識別模式可獨立于FF控制系統(tǒng)的控制執(zhí)行模式而執(zhí)行，且可校正參數(shù)。因此，可校正FF控制系統(tǒng)的傳輸特性，以克服使用過程中環(huán)境的改變或每個產(chǎn)品機械上的不一致。這樣，在實際操作環(huán)境中，可穩(wěn)定地確保涉及干擾的磁頭定位精度的提高。
權(quán)利要求
1.磁盤驅(qū)動器，其特征在于它包括磁頭(3)，在磁盤媒介(1)上目標(biāo)位置處讀/寫數(shù)據(jù)；傳動機構(gòu)(4、5)，其上裝有磁頭(3)并將磁頭移動到目標(biāo)位置；以及磁頭定位控制系統(tǒng)(7)，對磁頭進行磁頭定位控制使其定位到目標(biāo)位置，其中磁頭定位控制系統(tǒng)(7)包括跟蹤控制器(20)，基于磁頭當(dāng)前位置和目標(biāo)位置之間的位置誤差與傳動機構(gòu)(4、5)一起執(zhí)行控制操作，后者根據(jù)預(yù)定伺服周期移動確定為控制目標(biāo)的磁頭；干擾檢測單元(22)，檢測來自外部的干擾；前饋控制器(25)，在跟蹤控制器(20)的控制操作過程中執(zhí)行前饋控制來抑制干擾的影響；以及識別單元(27)，執(zhí)行參數(shù)識別處理來確定前饋控制器(25)的傳輸函數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的磁盤驅(qū)動器，其特征在于識別單元(27)根據(jù)伺服周期結(jié)合前饋控制(25)的執(zhí)行來執(zhí)行參數(shù)識別處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的磁盤驅(qū)動器，其特征在于干擾檢測單元(22)包括檢測干擾的加速度的加速度傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的磁盤驅(qū)動器，其特征在于識別單元(27)通過使用干擾檢測單元(22)檢測到的干擾值、位置誤差值和由跟蹤控制器(20)計算的控制值根據(jù)控制目標(biāo)和跟蹤控制器(20)的傳輸函數(shù)來執(zhí)行濾波算術(shù)運算。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的磁盤驅(qū)動器，其特征在于前饋控制器(25)基于相應(yīng)于干擾值的加速度值來計算一個補償值，以在跟蹤控制器(20)控制操作過程中吸收由干擾產(chǎn)生的波動。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的磁盤驅(qū)動器，其特征在于識別單元(27)將由干擾檢測單元檢測到的干擾值確定為輸入值，并通過使用將以下幾項結(jié)果——根據(jù)控制目標(biāo)和跟蹤控制器(20)的開環(huán)傳輸特性模型通過執(zhí)行濾波算術(shù)運算而獲得的算術(shù)運算結(jié)果、通過根據(jù)相對于控制值的控制目標(biāo)的傳輸特性執(zhí)行濾波算術(shù)運算而得的算術(shù)運算結(jié)果，以及位置誤差值——相加而得的結(jié)果來執(zhí)行參數(shù)識別處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的磁盤驅(qū)動器，其特征在于前饋控制器(25)基于相應(yīng)于干擾值的加速度值，根據(jù)伺服周期來計算一個補償值，以此在跟蹤控制器(20)控制操作過程中吸收由干擾產(chǎn)生的波動，以及將補償值加到位置誤差值上并將其輸入到跟蹤控制器(20)中。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的磁盤驅(qū)動器，其特征在于識別單元(27)執(zhí)行參數(shù)識別處理來確定前饋控制器(25)的傳輸函數(shù)，該處理基于干擾檢測單元(22)檢測到的干擾和位置誤差，且獨立于前饋控制的執(zhí)行。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的磁盤驅(qū)動器，其特征在于識別單元(27)將相應(yīng)于干擾的加速度值確定為輸入并根據(jù)控制目標(biāo)和跟蹤控制裝置(20)的傳輸函數(shù)執(zhí)行濾波算術(shù)運算，以及基于該算術(shù)運算結(jié)果和位置誤差執(zhí)行參數(shù)識別處理。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的磁盤驅(qū)動器，其特征在于它進一步包括判斷單元，判斷識別單元(27)所進行的參數(shù)識別處理的終點，其中該判斷單元在參數(shù)識別處理執(zhí)行過程中停用前饋控制器(25)的函數(shù)，并在參數(shù)識別處理終止之后啟用傳輸函數(shù)的校正和關(guān)于前饋控制器(25)的前饋控制的執(zhí)行。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的磁盤驅(qū)動器，其特征在于前饋控制器(25)執(zhí)行前饋控制來補償由于來自位置誤差的干擾而產(chǎn)生的波動。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的磁盤驅(qū)動器，其特征在于識別單元(27)將相應(yīng)于干擾的加速度值確定為輸入，執(zhí)行相應(yīng)于控制目標(biāo)和跟蹤控制器(20)的閉環(huán)傳輸特性模型的濾波算術(shù)運算，并基于該算術(shù)運算的結(jié)果和位置誤差來執(zhí)行參數(shù)識別處理，以及前饋控制器(25)執(zhí)行前饋控制來相對于位置誤差補償由于干擾而產(chǎn)生的波動。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的磁盤驅(qū)動器，其特征在于前饋控制器(25)執(zhí)行前饋控制來相對于控制值補償由于干擾而產(chǎn)生的波動。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的磁盤驅(qū)動器，其特征在于識別單元(27)將相應(yīng)于干擾的加速度值確定為輸入，執(zhí)行相應(yīng)于一個傳輸特性的濾波算術(shù)運算，該傳輸特性通過用控制目標(biāo)的傳輸函數(shù)乘以控制目標(biāo)和跟蹤控制器(20)的閉環(huán)傳輸特性模型的靈敏度函數(shù)而獲得，并且基于該算術(shù)運算結(jié)果和位置誤差執(zhí)行參數(shù)識別處理。
15.對磁頭進行磁頭定位控制使其定位到磁盤驅(qū)動器中的磁盤(1)上目標(biāo)位置處的方法，該磁盤驅(qū)動器包括磁盤、磁頭(3)和其上裝有磁頭的傳動機構(gòu)(4、5)，該方法的特征在于它包括根據(jù)預(yù)定伺服周期用確定為控制目標(biāo)的傳動機構(gòu)(4、5)執(zhí)行跟蹤控制操作，該操作基于磁頭(3)當(dāng)前位置和目標(biāo)位置之間的位置誤差；檢測跟蹤控制操作期間來自外部的干擾；執(zhí)行前饋控制來抑制干擾的影響；以及執(zhí)行參數(shù)識別處理來確定執(zhí)行前饋控制的系統(tǒng)的傳輸函數(shù)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其特征在于參數(shù)識別處理基于相應(yīng)于干擾和位置誤差的加速度值而執(zhí)行，且獨立于前饋控制的執(zhí)行。
17.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其特征在于將相應(yīng)于干擾的加速度值確定為輸入，并根據(jù)控制目標(biāo)和跟蹤控制中的傳輸函數(shù)執(zhí)行濾波算術(shù)運算，以及參數(shù)識別處理基于該算術(shù)運算結(jié)果和位置誤差而執(zhí)行。
18.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其特征在于它進一步包括判斷識別的終點，它是參數(shù)識別處理的終點；在識別終止之后相對于前饋控制執(zhí)行傳輸函數(shù)的校正；以及在校正的執(zhí)行之后啟用前饋控制。
19.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其特征在于執(zhí)行前饋控制的系統(tǒng)執(zhí)行前饋控制以便從位置誤差來補償由于干擾而產(chǎn)生的波動。
20.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其特征在于將相應(yīng)于干擾的加速度值確定為輸入，執(zhí)行相應(yīng)于控制目標(biāo)和跟蹤控制的閉環(huán)傳輸特性模型的濾波算術(shù)運算，并基于該算術(shù)運算結(jié)果和位置誤差執(zhí)行參數(shù)識別處理。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于磁盤驅(qū)動器中磁頭定位控制的方法和設(shè)備，一種磁頭定位控制系統(tǒng)(7)，它包括補償磁盤驅(qū)動器中的干擾的前饋(FF)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)(7)包括識別單元，執(zhí)行參數(shù)識別處理來確定FF控制器的傳輸函數(shù)以及控制操作。該識別單元校正FF控制器的傳輸特性以使其適合于干擾波動。
文檔編號G11B21/08GK1444205SQ0310354
公開日2003年9月24日 申請日期2003年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月13日
發(fā)明者巖代雅文 申請人:株式會社東芝