(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
データ記録媒体であるディスク上の目標位置にヘッドを位置決め制御するためのヘッド位置決め制御システムを有するディスク記憶装置において、
前記ヘッド位置決め制御システムは、
前記ヘッドの現在位置と前記目標位置との位置誤差に基づいて、前記ヘッドを移動させるアクチュエータ機構を制御対象として所定のサーボ周期毎に制御動作を実行する追従制御手段と、
外部から印加される振動または衝撃に相当する外乱を検知する外乱検知手段と、
前記追従制御手段の制御動作に与える前記外乱による影響を抑制するためのフィードフォワード制御を実行するフィードフォワード制御手段と、
前記サーボ周期毎に、前記フィードフォワード制御手段により実行されるフィードフォワード制御と共に、前記フィードフォワード制御手段の伝達特性を決定するパラメータ同定処理を実行するパラメータ同定手段とを具備し、
前記フィードフォワード制御手段は、前記外乱値に対応する加速度値に基づいて、前記外乱による前記追従制御手段の制御動作に発生する変動分を吸収するための補償値を生成し、当該補償値を前記位置誤差値に加算して前記追従制御手段に入力する手段を有し、
前記パラメータ同定手段は、
前記外乱検知手段により検知された外乱値、前記制御対象、及び前記追従制御手段の伝達特性を乗算して得られる伝達特性に従ったフィルタ演算を実行して得られる第１の演算結果と、
前記追従制御手段により算出された制御操作量に前記制御対象の伝達特性に従ったフィルタ演算を実行した結果に、前記位置誤差値を加算した第２の演算結果と
を使用して前記パラメータ同定処理を実行するように構成されていることを特徴とするディスク記憶装置。
【請求項２】
前記外乱検知手段は、外乱の加速度を検出する加速度センサを含むことを特徴とする請求項１に記載のディスク記憶装置。
【請求項３】
ディスク記憶装置に適用し、データ記録媒体であるディスク上の目標位置にヘッドを位置決め制御するためのヘッド位置決め制御方法であって、
所定のサーボ周期毎に、
前記ヘッドの現在位置と前記目標位置との位置誤差に基づいて、前記ヘッドを移動させるアクチュエータ機構を制御対象として制御動作を実行する追従制御機能と、
外部から印加される振動または衝撃に相当する外乱の検知結果に基づいて、前記追従制御手段の制御動作に与える前記外乱による影響を抑制するためのフィードフォワード制御を実行するフィードフォワード制御機能と、
前記フィードフォワード制御手段の伝達特性を決定するパラメータ同定処理を実行するパラメータ同定機能と
を実現する各処理を一括して実行するように構成されて、
前記フィードフォワード制御機能は、前記外乱の検知結果に対応する加速度値に基づいて、前記外乱による前記追従制御機能の制御動作に発生する変動分を吸収するための補償値を生成し、当該補償値を前記位置誤差値に加算して前記追従制御機能に入力し、
前記パラメータ同定機能は、
前記外乱の検知結果、前記制御対象、及び前記追従制御機能の伝達特性を乗算して得られる伝達特性に従ったフィルタ演算を実行して得られる第１の演算結果と、
前記追従制御機能により算出された制御操作量に前記制御対象の伝達特性に従ったフィルタ演算を実行した結果に、前記位置誤差値を加算した第２の演算結果と
を使用して前記パラメータ同定処理を実行することを特徴とするヘッド位置決め制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的にはディスク記憶装置の分野に関し、特に、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、ハードディスクドライブを代表とするディスク記憶装置（以下ディスクドライブ）では、データ記録媒体であるディスク上の目標位置（アクセス対象のトラック）に、ヘッド（磁気ヘッド）を位置決めするためのヘッド位置決め制御システムが設けられている。ヘッドは、ディスク上にデータのリード／ライト動作を実行する。
【０００３】
ヘッド位置決め制御システムは、ＣＰＵをコントローラとするフィードバック制御系により、ヘッドを搭載しているアクチュエータのボイスコイルモータ（ＶＣＭ）を制御して、目標位置に対するヘッドの追従制御を実行している。このようなシステムにおいて、ドライブに印加される外部の振動や衝撃（以下外乱と呼ぶ）の影響を抑制するための外乱フィードフォワード制御系が設けられた方式が開発又は提案されている。
【０００４】
外乱フィードフォワード制御系は、ドライブに設けられた加速度センサにより検知（観測）された外乱の加速度値に基づいて、当該外乱の影響を抑制するための補償値を算出する。この外乱フィードフォワード制御系により、ヘッドの追従制御時に、外乱により発生する変動分を吸収することが可能となる。
【０００５】
外乱フィードフォワード制御系は、具体的には伝達特性（伝達関数Ｆとする）を有するコントローラ（ＦＦコントローラと呼ぶ）を有する。当該ＦＦコントローラは、加速度センサから得られる外乱の加速度値を使用したフィルタ演算を実行し、演算結果（補償値）をフィードバック制御系により算出される制御操作量に加算することにより、外乱によるヘッドの位置誤差の変動を抑制する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
外乱フィードフォワード制御系を含むヘッド位置決め制御システムであれば、ディスクドライブの駆動中に印加される外乱に対する補償機能を実現できるため、ヘッド位置決め精度の向上を図ることができる。
【０００７】
ところで、外乱フィードフォワード制御系の性能は、ＦＦコントローラの伝達特性Ｆの設定に依存する。通常では、当該伝達特性Ｆは、外乱の加速度変動特性（伝達特性Ｋ）、外乱による位置変動特性（伝達特性Ｗ）、制御対象（伝達特性Ｐ）であるＶＣＭを含むアクチュエータの特性（剛性、共振、減衰率）などにより決定される。更に、実際上のディスクドライブでは、ドライブ製品毎の機械的なばらつき、加速度センサの取り付け角度、ヘッド位置決め位置の相対角度、外乱の加振外力の方向、経年変化などがあるため、前記の課要素における伝達関数（Ｋ，Ｗ，Ｐ）は変化する。従って、ディスクドライブの使用時に、これらの伝達特性を測定することにより、外乱フィードフォワード制御系の適正な伝達特性Ｆを決定する方式が、外乱に対する安定したヘッド位置決め精度の向上が期待できる。
【０００８】
このため、外乱フィードフォワード制御系の伝達特性Ｆを決定するためのパラメータ同定機能を含むシステムが提案されている。これにより、ドライブ製品毎の機械的なばらつきや、使用時の環境変化に対応して当該伝達特性Ｆを更新することにより、外乱に対するヘッド位置決め精度を向上できる。
【０００９】
ところで、通常では、外乱フィードフォワード制御系の制御実行と、パラメータ同定処理とは別の動作である。このため、スイープ（sweep）加振などの外乱が発生した場合、制御実行中に外乱値の時間変動で、ヘッド位置決め精度が著しく劣化するような場合には、一旦外乱フィードフォワード制御を停止することになる。そして、外乱フィードフォワード制御系のパラメータ同定処理を実行した後に、制御実行をやり直す動作が必要になる。このような方法では、パラメータ同定処理の実行中は、一時的にヘッド位置決め精度が劣化する。また、制御実行からパラメータ同定動作への切替え動作を行なうアルゴリズムが必要になるため、ファームウェア（ＣＰＵのプログラム）が複雑になる問題がある。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、外乱フィードフォワード制御系を有するヘッド位置決め制御システムにおいて、外乱の変動に適応できるようにして、ヘッド位置決め精度を向上させることが可能なディスク記憶装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の観点は、フィードバック制御系による追従制御と、外乱フィードフォワード制御系による外乱補償とを実行するヘッド位置決め制御システムに関し、外乱フィードフォワード制御系の制御実行と、当該外乱フィードフォワード制御系の伝達特性を決定するためのパラメータ同定処理とを一括して動作させる方式である。
【００１２】
本発明の観点に従ったディスク記憶装置は、データ記録媒体であるディスク上の目標位置にヘッドを位置決め制御するためのヘッド位置決め制御システムを有するディスク記憶装置において、前記ヘッド位置決め制御システムは、前記ヘッドの現在位置と前記目標位置との位置誤差に基づいて、前記ヘッドを移動させるアクチュエータ機構を制御対象として所定のサーボ周期毎に制御動作を実行する追従制御手段と、外部から印加される振動または衝撃に相当する外乱を検知する外乱検知手段と、前記追従制御手段の制御動作に与える前記外乱による影響を抑制するためのフィードフォワード制御を実行するフィードフォワード制御手段と、前記サーボ周期毎に、前記フィードフォワード制御手段により実行されるフィードフォワード制御と共に、前記フィードフォワード制御手段の伝達特性を決定するパラメータ同定処理を実行するパラメータ同定手段とを具備し、
前記フィードフォワード制御手段は、前記外乱値に対応する加速度値に基づいて、前記外乱による前記追従制御手段の制御動作に発生する変動分を吸収するための補償値を生成し、当該補償値を前記位置誤差値に加算して前記追従制御手段に入力する手段を有し、
前記パラメータ同定手段は、前記外乱検知手段により検知された外乱値、前記制御対象、及び前記追従制御手段の伝達特性を乗算して得られる伝達特性に従ったフィルタ演算を実行して得られる第１の演算結果と、前記追従制御手段により算出された制御操作量に前記制御対象の伝達特性に従ったフィルタ演算を実行した結果に、前記位置誤差値を加算した第２の演算結果とを使用して前記パラメータ同定処理を実行するように構成されたものである。
【００１３】
このような構成のヘッド位置決め制御システムであれば、ヘッド位置決め制御の実行中に、外乱変動があった場合でも、制御実行を停止させることなくパラメータ同定処理を実行できる。従って、外乱変動に適応して外乱フィードフォワード制御系の伝達特性を更新できるため、外乱変動により一時的にヘッド位置決め精度が劣化するような事態を回避することができる。これにより、ヘッド位置決め制御の実行中に、外乱補償動作を中断することがないため、安定的かつ高精度のヘッド位置決め制御を実現することができる。
【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。
【００１５】
（ディスクドライブの構成）
本実施形態のディスクドライブは、図１に示すように、データ記録媒体であるディスク１と、スピンドルモータ（ＳＰＭ）２と、データのリード／ライト動作を実行するヘッド３と、アクチュエータ４とを有する。
【００１６】
ディスク１は、ＳＰＭ２により回転される。ディスク１は、表面上に同心円状の多数のトラック１００が設けられている。各トラック１００には、周方向に所定の間隔で配置された所定数のサーボエリア１０１が含まれている。サーボエリア１０１には、通常でのリード／ライト動作時に、ヘッド位置決め制御システムにおいて、ヘッド３の位置を検出するために使用されるサーボ情報が記録されている。
【００１７】
ヘッド３は、通常ではスライダ上にリードヘッドとライトヘッドとが分離して実装されている。アクチュエータ４はヘッド３を搭載し、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）５の駆動力により当該ヘッド３をディスク１の半径方向に移動させる。ＶＣＭ５は、ヘッド位置決め制御システムでの狭義の制御対象であり、アクチュエータ機構のメイン要素である。
【００１８】
さらに、ディスクドライブは、リード／ライトチャネル６と、マイクロコントローラ７と、ＶＣＭドライバ８と、加速度センサ９とを有する。リード／ライトチャネル６は、ヘッド３に含まれるリードヘッドから読出されたサーボ情報またはユーザ情報に対応するリード信号や、ライト信号を処理する信号処理回路６０を有する。また、リード／ライトチャネル６は、リード信号からサーボ情報を抽出し、ヘッド３の位置を検出するための位置検出信号を生成する位置検出回路６１を含む。
【００１９】
マイクロコントローラ７は、ヘッド位置決め制御システムのメイン要素となるマイクロプロセッサ（ＣＰＵ）７０と、そのプログラム（ファームウェア）及び各種の制御パラメータを格納しているＲＯＭ７１とを有する。ＣＰＵ７０は、後述するように、ヘッド位置決め制御システムを構成するフィードバック制御系及び外乱フィードフォワード制御系を実現する。ＶＣＭドライバ８は、ＣＰＵ７０からの制御操作量（外乱ＦＦコントローラによる補償値を含む）に応じた駆動電流を生成して、ＶＣＭ５に供給する。
【００２０】
加速度センサ９は、ディスクドライブに印加される振動又は衝撃に相当する外乱（加振外力）の加速度（外乱値）を検出（観測）し、その検出信号を加速度信号処理回路１０に出力する。加速度信号処理回路１０は、加速度センサ９からの検出信号を増幅し、かつノイズ低減用のフィルタ（ＬＰＦなど）を有する。Ａ／Ｄコンバータ１１は、加速度信号をディジタル値である加速度値（Ａと表記する）に変換してＣＰＵ７０に出力する。
【００２１】
（ヘッド位置決め制御システム）
以下、図２から図６を参照して、同実施形態に関するヘッド位置決め制御システムの構成及び動作を説明する。
【００２２】
まず、図４及び図６を参照して同システムの原理的動作を説明する。
【００２３】
前述したように、同システムは、ＣＰＵ７０により実現している。ＣＰＵ７０は、ディスク１の回転角に同期して、ヘッド３の現在位置を位置検出回路６１から取得する。また、ＣＰＵ７０は、一定時間間隔（サーボ周期）で制御対象２１（ＶＣＭ５）へ入力する制御操作量（制御値Ｕとする）を算出するサンプル値制御系を構成している。なお、ＶＣＭ５に供給される駆動電流値は、ＶＣＭドライバ８により予め制限値が設定されている。
【００２４】
同システムは、図６に示すように、フィードバック制御系を構成する追従コントローラ（伝達関数Ｃ）２０により、所定のサーボ周期（サンプル間隔）で算出した制御値を制御対象２１に出力し、ヘッド位置をディスク上の目標位置（Ｒ）に追従制御する。
【００２５】
一方、外乱フィードフォワード制御系は、外乱フィードフォワード制御器（以下ＦＦコントローラと呼ぶ）２５をメイン要素する。ＦＦコントローラ２５は、ヘッドの現在位置が得られるタイミングで、加速度センサ２２により観測される外乱（加振外力）の加速度値（Ａ）を取得する。
【００２６】
次に、図４を参照して、外乱ＦＦコントローラの伝達特性（Ｆ）を決定するためのパラメータ同定方法を説明する。同方法は、いわゆる最小２乗法を利用したものである。図４は、ＦＦコントローラ２５に相当する同定対象４１（伝達関数Ｂ）と、パラメータ同定器４２（伝達関数Ｑ）とを要素とする。
【００２７】
パラメータ同定器４２は、同定対象４１を離散システムとして、同定対象４１の入力（ｕ）と出力（ｙ）との関係から伝達特性を推定する。この関係は、下記式（１）のように表現される。
【００２８】
【数１】
0003668200.tif 000002
【００２９】
ここで、ａはパラメータ同定器４２の出力側の係数パラメータであり、ｂはその入力側の係数パラメータである。ｋは離散システムのステップ数である。
【００３０】
さらに、未知パラメータベクトルθと、入出力ベクトルζ（ｋ）を下記式（２）のように定義する。
【００３１】
【数２】
0003668200.tif 000003
【００３２】
この定義から、前記式（１）は下記式（３）のように表現できる。
【数３】
0003668200.tif 000004
【００３３】
ここで未知パラメータの推定値を、時刻（ｋ−１）における推定値を使用して、下記式（４）に示すような同定モデルを計算できる。
【００３４】
【数４】
0003668200.tif 000005
【００３５】
同定誤差は、下記式（５）により表現できる。
【数５】
0003668200.tif 000006
【００３６】
最小２乗法によるパラメータベクトルθの推定は、時刻ｋまでの測定データｙ（ｋ），ζ（ｋ）を用いて、下記式（６）に示すような評価関数により算出できる。
【００３７】
【数６】
0003668200.tif 000007
【００３８】
パラメータベクトルθを決定する方法には、推定値の計算に過去の全データを必要とするオフライン同定と、離散システムの同定ステップ毎に逐次的に推定するオンライン同定がある。外乱ＦＦコントローラ２５の伝達関数（Ｆ）の決定においては、データ量の少ない後者が望ましい。
【００３９】
具体的には、次数（２ｎ＋１）の正方行列Γ（ｋ）を使用して、各同定ステップ毎に下記式（７）を計算する。
【００４０】
【数７】
0003668200.tif 000008
【００４１】
Γ（ｋ）の初期値は、正の定数（γ）と単位行列（Ｉ）とから、「Γ（０）＝γＩ」となる。
【００４２】
【数８】
0003668200.tif 000009
【００４３】
ここで、図６に示すシステムでの外乱検出（加速度値Ａ）からヘッド位置誤差（ｅ）までの伝達関数は、下記式（９）のように表現できる。
【００４４】
【数９】
0003668200.tif 000010
【００４５】
ここで、Ｐは制御対象２１の伝達特性であり、Ｃは追従コントローラ２０の伝達特性である。また、Ｗは外乱の位置変動特性であり、外乱値（Ａ）から目標位置変動（ｒ）までの伝達特性を示す。この目標位置変動（ｒ）は、外乱によりドライブの筐体やディスク１が変形し、追従コントローラ２０により追従するトラックが移動するために発生する。更に、Ｋは外乱の加速度変動特性であり、外乱値（Ａ）から等価的に制御値（ｕ）に加わる外乱の加速度値（ｄ）までの伝達特性を示す。
【００４６】
ヘッド位置誤差（ｅ）に対して外乱（Ａ）の影響を抑制するためには、前記式（９）の分子の項が零になるように、外乱ＦＦコントローラ２５の伝達特性Ｆを下記式（１０）に示すように設定すればよい。
【００４７】
【数１０】
0003668200.tif 000011
【００４８】
（パラメータ同定機能を備えたシステム）
前述のような原理に従って、図２、図３及び図５を参照して、同実施形態のヘッド位置決め制御システムを説明する。
【００４９】
同システムは、図２に示すように、ＦＦコントローラ２５の伝達特性Ｆを決定するためのパラメータを同定するための同定器２７を有し、当該ＦＦコントローラ２５の制御実行と共に、パラメータ同定処理を実行する。同定器２７は、外乱値（Ａ）を開ループ伝達特性モデル２６を介して得られる信号（ａ）を入力側に入力する。開ループ伝達特性モデル２６は、追従コントローラ２０と制御対象２１の各伝達特性（ＣＰｍ）を有するフィルタ機能部である。また、同定器２７は、制御操作量（Ｕ）を制御対象モデル２８を介して得られる信号（ｑ）を出力側に入力する。同定器２７は、当該信号（ｑ）と位置誤差信号（ｅ）とを加算した結果を入力する。
【００５０】
ここで、制御対象モデルＰｍが制御対象の伝達特性Ｐと一致する場合には、外乱（Ａ）から同定信号の入力側（ａ）までの伝達特性は、下記式（１１）のように表現される。
【００５１】
【数１１】
0003668200.tif 000012
【００５２】
また、外乱（Ａ）から同定信号の出力側（ｑ）までの伝達特性は、下記式（１２）のように表現される。
【００５３】
【数１２】
0003668200.tif 000013
【００５４】
このとき、同定器２７が同定する伝達関数は、下記式（１３）のように表現される。
【００５５】
【数１３】
0003668200.tif 000014
【００５６】
即ち、同定器２７が同定する伝達関数は、前記式（１０）に示すように、ＦＦコントローラ２５の伝達特性（Ｆ）と一致する。
【００５７】
図３は、同システム（ＣＰＵ７０）が、所定のサーボ周期（サンプルｋとする）毎に、前半に制御をする実行する手順と、後半にＦＦコントローラ２５の伝達特性（Ｆ）を決定（更新）するためのパラメータ同定を実行する手順を示すフローチャートである。
【００５８】
即ち、ＣＰＵ７０は、前半のステップＳ１からステップＳ４に示すように、ヘッドを目標位置まで移動させて、位置誤差（ｅ）を解消するような追従制御（制御操作量Ｕの入力）を実行する（ステップＳ３，Ｓ４）。このとき、外乱（Ａ）の印加に伴なって、ＦＦコントローラ２５は、外乱を抑制するための補償値を算出して、位置誤差（ｅ）に加算する処理を実行する（ステップＳ２）。
【００５９】
次に、ＣＰＵ７０は、前記式（１１）から式（１３）に示すような最小２乗法の演算演算処理を実行して、パラメータ同定処理を実行する（ステップＳ５〜Ｓ７）。これにより、ＣＰＵ７０は、同定したパラメータにより、ＦＦコントローラ２５の伝達特性（Ｆ）を決定し、以前の値から更新する（ステップＳ８）。
【００６０】
図５は、同システムによりＦＦコントローラ２５の制御実行と同定処理とを共に実行する場合に、同定パラメータとヘッド位置決め精度との時間変化を示す図である。図５から明白であるように、ＦＦコントローラ２５の同定ステップを繰り返すことに伴なって、同定パラメータの時間変化が小さくなり、かつ、ヘッド位置決め精度が向上する。
【００６１】
以上のように本実施形態によれば、外乱フィードフォワード制御系の制御実行と、パラメータ同定処理とをサーボ周期毎に一度に実行するヘッド位置決め制御システムを実現することができる。従って、システムの制御実行中に外乱値の時間変動で、ヘッド位置決め精度が著しく劣化するような場合でも、外乱フィードフォワード制御系の同定パラメータ（即ち、伝達特性Ｆ）を適応的に変化させることにより、ヘッド位置決め精度を自動的に改善することが可能となる。
【００６２】
要するに、フィードバック制御系による追従制御と、外乱フィードフォワード制御系による外乱補償とを実行するヘッド位置決め制御システムにおいて、外乱フィードフォワード制御系の制御実行と、当該外乱フィードフォワード制御系の伝達特性を決定するためのパラメータ同定処理とを一括して動作させる方式である。従って、外乱変動に適応して外乱フィードフォワード制御系の伝達特性を更新できるため、外乱変動により一時的にヘッド位置決め精度が劣化するような事態を回避することができる。これにより、ヘッド位置決め制御の実行中に、外乱補償動作を中断することがないため、安定的かつ高精度のヘッド位置決め制御を実現することができる。
【００６３】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、外乱フィードフォワード制御系を有するヘッド位置決め制御システムにおいて、ヘッド位置決め制御の実行中に、外乱変動があった場合でも、制御実行を停止させることなくパラメータ同定処理を実行できる。従って、外乱変動により一時的にヘッド位置決め精度が劣化するような事態を回避することができる。これにより、ヘッド位置決め制御の実行中に、外乱補償動作を中断することがないため、安定的かつ高精度のヘッド位置決め制御を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に関するディスクドライブの要部を示すブロック図。
【図２】同実施形態に関するヘッド位置決め制御システムの構成を示すブロック図。
【図３】同実施形態に関するヘッド位置決め制御の動作を説明するためのフローチャート。
【図４】同実施形態に関する外乱フィードフォワード制御系のパラメータ同定方法を説明するための図。
【図５】同実施形態に関するヘッド位置決め制御システムの特性を説明するための図。
【図６】同実施形態に関するヘッド位置決め制御システムの原理的構成を説明するためのブロック図。
【符号の説明】
１…ディスク
２…スピンドルモータ（ＳＰＭ）
３…ヘッド
４…アクチュエータ
５…ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）
６…リード／ライトチャネル
７…マイクロコントローラ
８…ＶＣＭドライバ
９…加速度センサ
１０…加速度信号処理回路
１１…Ａ／Ｄコンバータ
７０…ＣＰＵ
７１…ＲＯＭ
２０…追従コントローラ
２５…外乱フィードフォワード（ＦＦ）コントローラ
２７…パラメータ同定器
【図１】
0003668200.tif 000015
【図２】
0003668200.tif 000016
【図３】
0003668200.tif 000017
【図４】
0003668200.tif 000018
【図５】
0003668200.tif 000019
【図６】
0003668200.tif 000020