(57)【要約】【課題】  サーボ・システムの不安定を引き起こすことなく、繰り返し誤差を補償する。【解決手段】  ＨＤＤ１は、サーボ・システムのフィード・バック経路にピーク・フィルタ２３４を備えている。ピーク・フィルタ２３４は、磁気ディスクの回転周波数及びその高周波成分に回転周波数及びその高周波成分とピークが一致するように設計されている。サーボ・システムに所定のピーク・フィルタを挿入することによって、トラックの真円からのずれなどに起因する繰り返し誤差（ＲＲＯ：Repeatable Run Out）を補償することが可能となる。また、システムのナイキスト線図が所定の特性を満たすことによって、ピーク・フィルタによるサーボ・システムの不安定を引き起こすことなく、繰り返し誤差を補償することが可能となる。【選択図】  図２
2006048770.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録ディスクに記録されているサーボ信号によってヘッドの位置制御を実行するサーボ・システムを有するディスク・ドライブであって、前記サーボ・システムは、
記録ディスクから読み取られたサーボ信号からヘッド位置に対応するヘッド位置信号を生成するヘッド位置信号生成部と、
複数の周波数においてピークを有し、繰り返し誤差を補償するピーク・フィルタと、
前記ヘッド位置信号と、基準信号と、前記ピーク・フィルタの出力とに基づき、前記ヘッドを移動する駆動装置の制御信号を出力する制御信号出力部と、
を備え、
前記サーボ・システムの開ループ伝達関数によるナイキスト線図において、ω＝０を除く前記ピーク・フィルタの各ピークωｋについて、
Ｚ０が、点（−１、０）であり、
Ｚ０１が、ωｋにおける、前記ピーク・フィルタがない場合の前記サーボ・システムの開ループ伝達関数の点であり、
Ｚｋが、ωｋにおける、前記ピーク・フィルタを有する前記サーボ・システムの開ループ伝達関数の点である場合に、
前記Ｚ０から前記Ｚ０１に向かう直線と、前記Ｚ０１から前記Ｚｋに向かう直線とがなす角度は９０°以下である、
ディスク・ドライブ。
【請求項２】
前記Ｚ０から前記Ｚ０１に向かう直線と、前記Ｚ０１から前記Ｚｋに向かう直線とがなす角度は６０°以下である、請求項１に記載のディスク・ドライブ。
【請求項３】
前記Ｚ０から前記Ｚ０１に向かう直線と、前記Ｚ０１から前記Ｚｋに向かう直線とがなす角度は４５°以下である、請求項１に記載のディスク・ドライブ。
【請求項４】
前記Ｚ０から前記Ｚ０１に向かう直線と、前記Ｚ０１から前記Ｚｋに向かう直線とがなす角度は０°である、請求項１に記載のディスク・ドライブ。
【請求項５】
前記ピーク・フィルタの各ピークは、前記記録ディスクの回転周波数の整数倍と一致する、請求項１に記載のディスク・ドライブ。
【請求項６】
前記記録ディスクは、Ｍ個のサーボ・セクタを備える複数のトラックを有し、
前記ピーク・フィルタは、Ｍセクタ前における前記ピーク・フィルタの出力と、予め設定されたNセクタ前のセクタから現在のセクタまでに入力された複数の状態変数に重み係数をかけた値との和に基づき出力信号を生成する、
請求項１に記載のディスク・ドライブ。
【請求項７】
前記記録ディスクは、Ｍ個のサーボ・セクタを備える複数のトラックを有し、
前記ピーク・フィルタは、以下の式に基づく処理を実行する、
【数１】
2006048770.tif 000025
ｕ：ピーク・フィルタ出力、
M：１トラック分のサーボ・セクタ数
ｗ：予め設定された実数
Ｘ：サーボ・システムにおける状態変数
N：予め設定された自然数
ただし、Σはｋ＝０〜Nから選択された複数の項の和である、請求項１に記載のディスク・ドライブ。
【請求項８】
前記状態変数は、前記基準信号と前記位置信号との差分に基づく偏差信号である、請求項６に記載のディスク・ドライブ。
【請求項９】
前記状態変数は、前記基準信号と前記位置信号との差分に基づく偏差信号であり、
前記ピーク・フィルタは、前記偏差信号の出力と前記制御信号出力部の入力との間に挿入されている、
請求項６に記載のディスク・ドライブ。
【請求項１０】
前記状態変数は、前記基準信号と前記位置信号との差分に基づく偏差信号であり、
前記ピーク・フィルタは、前記偏差信号の出力を入力とし前記コントローラの出力と前記ピーク・フィルタ出力が加算されている、
請求項６に記載のディスク・ドライブ。
【請求項１１】
記録ディスクに記録されているサーボ信号によってヘッドの位置制御を実行するサーボ・システムを有するディスク・ドライブであって、前記サーボ・システムは、
サーボ・セクタ数がＭである複数のトラックを有する記録ディスクにアクセスし、各サーボ・セクタのサーボ信号を読み取るヘッドと、
予め設定されたNセクタ前のセクタから現在のセクタまで入力された複数の状態変数に重み係数をかけた値と、Ｍセクタ前における出力値との和に基づく値を出力するピーク・フィルタと、
前記各サーボ・セクタのサーボ信号から決定される前記ヘッドの位置に対応するヘッド位置信号と、基準信号と、前記ピーク・フィルタの出力とに基づき、前記ヘッドを移動する駆動装置の制御信号を出力する制御信号出力部と、を備え、
前記サーボ・システムの開ループ伝達関数によるナイキスト線図において、ｚｋ＝０を除く前記ピーク・フィルタの各極ｚｋについて、
Ｚ０が、点（−１、０）であり、
Ｚ０１が、ｚｋにおける、前記ピーク・フィルタがない場合の前記サーボ・システムの開ループ伝達関数の点であり、
Ｚｋが、ｚｋにおける、前記ピーク・フィルタを有する前記サーボ・ループの開ループ伝達関数の点である場合に、
前記Ｚ０から前記Ｚ０１に向かう直線と、前記Ｚ０１から前記Ｚｋに向かう直線とがなす角度は９０°以下である、
ディスク・ドライブ。
【請求項１２】
前記Ｚ０から前記Ｚ０１に向かう直線と、前記Ｚ０１から前記Ｚｋに向かう直線とがなす角度は６０°以下である、請求項１１に記載のディスク・ドライブ。
【請求項１３】
前記Ｚ０から前記Ｚ０１に向かう直線と、前記Ｚ０１から前記Ｚｋに向かう直線とがなす角度は４５°以下である、請求項１１に記載のディスク・ドライブ。
【請求項１４】
前記状態変数は、前記基準信号と前記位置信号との差分に基づく偏差信号であり、
前記ピーク・フィルタは、前記偏差信号の出力と前記コントローラの入力との間に挿入されている、
請求項１１に記載のディスク・ドライブ。
【請求項１５】
前記状態変数は、前記基準信号と前記位置信号との差分に基づく偏差信号であり、
前記ピーク・フィルタは、前記偏差信号の出力と前記コントローラの出力との間に挿入されている、
請求項１１に記載のディスク・ドライブ。
【請求項１６】
前記ピーク・フィルタは、以下の式に基づく処理を実行する、
【数２】
2006048770.tif 000026
ｕ：ピーク・フィルタ出力、
M：１トラック分のサーボ・セクタ数
ｗ：予め設定された実数
Ｘ：サーボ・システムにおける状態変数
N：予め設定された自然数
ただし、Σはｋ＝０〜Nから選択された複数の項の和である、請求項１１に記載のディスク・ドライブ。
【請求項１７】
記録ディスクに記録されているサーボ信号によってヘッドの位置制御を実行する、ディスク・ドライブにおけるヘッド位置制御方法であって、
サーボ・セクタ数がＭである複数のトラックを有する記録ディスクにアクセスし、各サーボ・セクタのサーボ信号を読み取り、
前記各サーボ・セクタのサーボ信号から決定され前記ヘッドの位置に対応するヘッド位置信号と、基準信号と、予め設定されたNセクタ前のセクタから現在のセクタまでに入力された複数の状態変数に重み係数をかけた値とＭセクタ前における出力値との和に基づく値と、に基づき、前記ヘッドを移動する駆動装置の制御信号を出力し、
前記サーボ・システムの開ループ伝達関数によるナイキスト線図において、ｚｋ＝０を除く前記ピーク・フィルタの各極ｚｋについて、
Ｚ０が、点（−１、０）であり、
Ｚ０１が、ｚｋにおける、前記ピーク・フィルタがない場合の前記サーボ・システムの開ループ伝達関数の点であり、
Ｚｋが、ｚｋにおける、前記ピーク・フィルタを有する前記サーボ・システムの開ループ伝達関数の点である場合に、
前記Ｚ０は、前記Ｚ０１の近傍から前記Ｚｋを介して前記Ｚ０１の近傍に向かう曲線の外側にある、
ディスク・ドライブにおけるヘッド位置制御方法。
【請求項１８】
前記Ｚ０から前記Ｚ０１に向かう直線と、前記Ｚ０１から前記Ｚｋに向かう直線とがなす角度は、９０°以下である請求項１７に記載ディスク・ドライブにおけるヘッド位置制御方法。
【請求項１９】
回転体の上において制御対象物体を位置決めするサーボ・システムであって、
回転体に記録されたサーボ信号を読み取るサーボ信号読み取り部と、
前記回転体の回転数の整数倍の複数の周波数のそれぞれにおいて利得が規定値以上であるピーク・フィルタを有し、前記読み取られたサーボ信号と、基準信号と、前記ピーク・フィルタの出力とに基づき、前記制御対象物体の位置を制御する制御信号を生成する制御部と、を備え、
前記サーボ・システムの開ループ伝達関数によるナイキスト線図において、ω＝０を除く前記ピーク・フィルタの各ピークωｋについて、
Ｚ０が、点（−１、０）であり、
Ｚ０１が、ωｋにおける、前記ピーク・フィルタがない場合の前記サーボ・システムの伝達関数の点であり、
Ｚｋが、ωｋにおける、前記ピーク・フィルタを有する前記サーボ・システムの伝達関数の点である、場合に、
前記Ｚ０から前記Ｚ０１に向かう直線と、前記Ｚ０１から前記Ｚｋに向かう直線とがなす角度は９０°以下である、
サーボ・システム。
【請求項２０】
前記回転体は、Ｍ個のサーボ・セクタを備える複数のトラックを有し、
前記ピーク・フィルタは、Ｍセクタ前における前記ピーク・フィルタの出力と、予め設定されたNセクタ前のセクタから現在のセクタまでに入力された複数の状態変数に重み係数をかけた値との和に基づき出力信号を生成する、
請求項１９に記載のサーボ・システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はディスク・ドライブ、ヘッドの位置決め方法及びサーボ・システムに関し、特に、フィルタ処理によって繰り返し誤差を補償するディスク・ドライブ、ヘッドの位置決め方法及びサーボ・システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
データ記憶装置として、光ディスクや磁気テープなどの様々な態様のメディアを使用する装置が知られている。その中で、ハード・ディスク・ドライブ（ＨＤＤ）は、コンピュータの記憶装置として広く普及し、現在のコンピュータ・システムにおいて欠かすことができない記憶装置の一つとなっている。さらに、コンピュータにとどまらず、動画像記録再生装置、カーナビゲーション・システム、あるいはデジタル・カメラなどで使用されるリムーバブルメモリなど、ＨＤＤの用途は、その優れた特性により益々拡大している。
【０００３】
ＨＤＤで使用される磁気ディスクは、同心円状に形成された複数のトラックを有しており、各トラックにはアドレス情報（サーボ情報）と、ユーザ・データが記憶される。薄膜素子で形成された磁気ヘッドがアドレス情報に従って所望の領域（アドレス）にアクセスすることによって、データ書き込みあるいはデータ読み出しを行うことができる。磁気ヘッドはスライダに固定されており、さらに、スライダは揺動可能なキャリッジに固定されている。キャリッジがボイス・コイル・モータ（ＶＣＭ）によって揺動されることによって、磁気ヘッドが磁気ディスク上の所望の位置に移動することができる。ＶＣＭはＶＣＭドライバによって駆動され、ＶＣＭドライバは、コントローラからの制御データに応じて電流をＶＣＭに供給することによって、ＶＣＭを駆動する。
【０００４】
上記のように、各トラックはデータが記憶されるデータ領域とサーボ信号が記憶されるサーボ領域とを備えている。サーボ領域には、サーボ・データとして、トラックＩＤ、サーボ・セクタＩＤ、バースト・パターンなどが記憶されている。トラックＩＤ及びサーボ・セクタＩＤは、トラック及びサーボ・セクタのアドレスを示す。バースト・パターンはトラックに対する磁気ヘッドの相対位置情報を有しており、トラックのフォローイングにおいて利用される。バースト・パターンは各々信号が記憶された領域がディスクの半径方向に沿って一定間隔で配列されたもので、互いに信号記憶領域の位相が異なる複数の信号記憶領域列で構成されている。
【０００５】
磁気ディスクに対するデータの読み出し又は書き込みは、磁気ディスクが回転している状態において、サーボ信号によって磁気ヘッドの位置を確認しながら実行される。磁気ヘッドに読み取られたサーボ信号は、コントローラによって演算処理される。現在の磁気ヘッド位置と目的の磁気ヘッド位置との関係から、ＶＣＭに供給する電流値が決定される。コントローラは、算出された電流値を指示する制御信号ＤＡＣＯＵＴを生成し、ＶＣＭドライバに供給する。ずれが発生した場合には、これを補正するようにキャリッジを駆動して磁気ヘッド位置制御を実行している。
【０００６】
サーボ信号はサーボ・トラック・ライタを使用して磁気ディスクに書き込まれるが、書き込み時の振動などによって、必ずしも、サーボ信号は真円に従って書き込まれるわけではない。この誤差は、トラックのフォローイング時において繰り返し誤差（ＲＲＯ：Repeatable Run Out）となって現れる。ＲＲＯが大きい場合、磁気ヘッド（サーボ・システム）がそれに追従することができず、トラック追従エラーとなりうる。繰り返し誤差の周波数成分が限られている場合、例えば、ディスクの回転周波数成分の１倍のみ大きい場合は、その周波数にピークをもつフィルタをサーボ・システムに挿入することによって補償することが知られている（例えば、特許文献１を参照）。
あるいは、一般的な繰り返し誤差を補償する方法として、過去に入力された状態変数を積分する方法が一般に知られている。この方法によるフィルタは繰り返し誤差の周波数に対応する複数ピークを備えるため、繰り返し誤差成分の全てを取り除くことができる。
【０００７】
一方、特許文献２において、ヘッド位置信号と目標信号の偏差である位置誤差信号（ＰＥＳ：Position Error Signal）から、ＲＲＯ成分を取り除く技術が開示されている。ＰＥＳからＲＲＯ成分を取り除くことによって、磁気ヘッドはトラックに従うのではなく真円に近い軌跡を描く。サーボ・システムはＲＲＯによらず動作するので、ＲＲＯに起因するトラック追従エラーの発生を防止することができる。
【０００８】
【特許文献１】特開平０８−３２８６６４号公報
【特許文献２】特表２００２−５４４６３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、特許文献２の技術は、トラックの真円からのずれが大きい場合、トラックのサーボ信号を読み取ることができない。また、制御的には、ＰＥＳに回転周波数の整数倍の周波数のゼロ点を有する関数をかけることになる。このため、回転周波数に同期した外乱がある場合、ＲＲＯとそれを区別することができない。従って、このような外乱に追従することができなくなり位置誤差の原因となる。一方、上記のように、所定のピーク・フィルタをサーボ・システムに挿入することによって、ＲＲＯ成分及び回転周波数に同期した外乱を取り除くことが可能となる。しかし、ピーク・フィルタの挿入は、サーボ・システムを不安定にする蓋然性が高い。システムが不安定となるとヘッドが同一位置に留まることができず、トラックをフォローすることができなくなる。例えば、特許文献１の技術においては、位相項の選択によってはシステムが不安定となる可能性がある。また、一般に、システムの安定化の十分条件としてスモール・ゲイン定理が知られている。しかし、これは安定性の一般的な十分条件を示す抽象的な定理に過ぎず、具体的にこの十分条件を満たすシステムの設計、計算方法を示すものではない。例えば、システムの設計上必要となるピーク・フィルタやそのピーク・フィルタを含む具体的なサーボ・システムについては何ら言及されていない。このため、実際のシステム設計においては、システムの不安定化させることがないような、ピーク・フィルタ及びそのピーク・フィルタを含む具体的なサーボ・システムの特性を決定することが必要とされる。
【００１０】
本発明は上記のような事情を背景としてなされたものであって、本発明の目的は、サーボ・システムを不安定化することなく、サーボ・システムにおいてＲＲＯに追従することを可能とすることである。本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるだろう。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
以下に課題を解決するための手段を開示する。本項目において、いくつかの構成要素は、実施の形態において説明された構成要素と対応付けられている。しかし、この対応付けは発明の理解の容易のためになされたものであって、各要素は実施の形態の対応要素にのみ限定されるものでない。
【００１２】
本発明の第１の態様は、記録ディスクに記録されているサーボ信号によってヘッドの位置制御を実行するサーボ・システムを有するディスク・ドライブであって、前記サーボ・システムは、記録ディスクから読み取られたサーボ信号からヘッド位置に対応するヘッド位置信号を生成するヘッド位置信号生成部（例えば、サーボ位置信号生成部２３１）と、複数の周波数においてピークを有し、繰り返し誤差を補償するピーク・フィルタ（例えば、ピーク・フィルタ２３４）と、前記ヘッド位置信号と、基準信号（例えば、目標位置信号）と、前記ピーク・フィルタの出力に基づき、前記ヘッドを移動する駆動装置の制御信号を出力する制御信号出力部（例えば、加え合わせ要素２３６及びサーボ・コントローラ２３５）とを備え、前記サーボ・システムの開ループ伝達関数によるナイキスト線図において、ω＝０を除く前記ピーク・フィルタの各ピークωｋについて、Ｚ０が点（−１、０）であり、Ｚ０１がωｋにおける、前記ピーク・フィルタがない場合の前記サーボ・システムの開ループ伝達関数の点であり、Ｚｋがωｋにおける前記ピーク・フィルタを有する前記サーボ・システムの開ループ伝達関数の点である、場合に、前記Ｚ０から前記Ｚ０１に向かう直線と、前記Ｚ０１から前記Ｚｋに向かう直線とがなす角度は９０°以下であるものである。上記条件をサーボ・システムが満たすことによって、ＲＲＯを補償することができる。また、Ｚ０１から前記Ｚｋに向かう直線とがなす角度は９０°以下であることによって、システムの安定性を確保することができる。
【００１３】
前記Ｚ０から前記Ｚ０１に向かう直線と、前記Ｚ０１から前記Ｚｋに向かう直線とがなす角度は６０°以下であることが好ましい。さらには、前記Ｚ０から前記Ｚ０１に向かう直線と、前記Ｚ０１から前記Ｚｋに向かう直線とがなす角度は４５°以下であることが好ましい。上記条件によって、処理の負担を抑制しつつ、このように位相余裕を確保することによっるシステムの安定化を図ることができる。
【００１４】
前記Ｚ０から前記Ｚ０１に向かう直線と、前記Ｚ０１から前記Ｚｋに向かう直線とがなす角度は０°であることが好ましい。この条件において、サーボ・システムの安定性をより高めることができる。あるいは、前記ピーク・フィルタの各ピークは、前記記録ディスクの回転周波数の整数倍と一致することが好ましい。これにより、より確実にＲＲＯを補償することが可能となる。
【００１５】
前記記録ディスクは、Ｍ個のサーボ・セクタを備える複数のトラックを有し、前記ピーク・フィルタは、Ｍセクタ前における前記ピーク・フィルタの出力と、予め設定されたNセクタ前のセクタから現在のセクタまでに入力された複数の状態変数に重み係数をかけた値との和に基づき出力信号を生成することが好ましい。この処理によって回転周波数の整数倍にピークを有するピーク・フィルタを容易に実現することができる。
【００１６】
前記記録ディスクは、Ｍ個のサーボ・セクタを備える複数のトラックを有し、前記ピーク・フィルタは、以下の式に基づく処理を実行することは好ましい一例である。
【数３】
2006048770.tif 000003
ここで、ｕ：ピーク・フィルタ出力、M：１トラック分のサーボ・セクタ数、ｗ：予め設定された実数、Ｘ：サーボ・システムにおける状態変数、N：予め設定された自然数。ただし、Σはｋ＝０〜Nから選択された複数の項についての和である。前記状態変数は、前記基準信号と前記位置信号との差分に基づく偏差信号であることができる。
【００１７】
前記状態変数は、前記基準信号と前記位置信号との差分に基づく偏差信号であり、前記ピーク・フィルタは、前記偏差信号の出力と前記制御信号出力部の入力との間に挿入されていることができる。あるいは、前記状態変数は、前記基準信号と前記位置信号との差分に基づく偏差信号であり、前記ピーク・フィルタは、前記偏差信号の出力を入力とし、前記制御信号出力部の出力と前記ピーク・フィルタ出力が加算されていることができる。
【００１８】
本発明の第２の態様は、記録ディスクに記録されているサーボ信号によってヘッドの位置制御を実行するサーボ・システムを有するディスク・ドライブであって、前記サーボ・システムは、サーボ・セクタ数がＭである複数のトラックを有する記録ディスクにアクセスし、各サーボ・セクタのサーボ信号を読み取るヘッドと、予め設定されたNセクタ前のセクタから現在のセクタまでに入力された複数の状態変数（例えばＰＥＳ）に重み係数をかけた値と、Ｍセクタ前における出力値との和に基づく値を出力するピーク・フィルタと、前記各サーボ・セクタのサーボ信号から決定される前記ヘッドの位置に対応するヘッド位置信号と、基準信号と、前記ピーク・フィルタの出力とに基づき、前記ヘッドを移動する駆動装置の制御信号を出力する制御信号出力部と、を備え、前記サーボ・システムの開ループ伝達関数によるナイキスト線図において、ｚｋ＝０を除く前記ピーク・フィルタの各極ｚｋについて、Ｚ０が、点（−１、０）であり、Ｚ０１が、ｚｋにおける、前記ピーク・フィルタがない場合の前記サーボ・システムの開ループ伝達関数の点であり、Ｚｋが、ｚｋにおける前記ピーク・フィルタを有する前記サーボ・ループの開ループ伝達関数の点である場合に、前記Ｚ０から前記Ｚ０１に向かう直線と、前記Ｚ０１から前記Ｚｋに向かう直線とがなす角度は９０°以下である。上記条件をサーボ・システムが満たすことによって、システムを不安定にすることなくＲＲＯを補償することができる。
【００１９】
前記Ｚ０から前記Ｚ０１に向かう直線と、前記Ｚ０１から前記Ｚｋに向かう直線とがなす角度は６０°以下であることが好ましい。さらには、前記Ｚ０から前記Ｚ０１に向かう直線と、前記Ｚ０１から前記Ｚｋに向かう直線とがなす角度は４５°以下であることが好ましい。上記条件によって、処理の負担を抑制しつつ、このように位相余裕を確保することによっるシステムの安定化を図ることができる。
【００２０】
前記状態変数は、前記基準信号と前記位置信号との差分に基づく偏差信号であり、前記ピーク・フィルタは、前記偏差信号の出力と前記コントローラの入力との間に挿入されていることができる。あるいは、前記状態変数は、前記基準信号と前記位置信号との差分に基づく偏差信号であり、前記ピーク・フィルタは、前記偏差信号を入力とし、前記コントローラの出力と前記ピーク・フィルタ出力が加算されていることができる。
【００２１】
前記ピーク・フィルタは、以下の式に基づく処理を実行することは好ましい一例である。
【数４】
2006048770.tif 000004
ここで、ｕ：ピーク・フィルタ出力、M：１トラック分のサーボ・セクタ数、ｗ：予め設定された実数、Ｘ：サーボ・システムにおける状態変数、N：予め設定された自然数。ただし、Σはｋ＝０〜Nから選択された複数の項についての和である。
【００２２】
本発明の第３の態様は、記録ディスクに記録されているサーボ信号によってヘッドの位置制御を実行する、ディスク・ドライブにおけるヘッド位置制御方法であって、サーボ・セクタ数がＭである複数のトラックを有する記録ディスクにアクセスし、各サーボ・セクタのサーボ信号を読み取り、前記各サーボ・セクタのサーボ信号から決定され前記ヘッドの位置に対応するヘッド位置信号と、基準信号と、予め設定されたNセクタ前のセクタから現在のセクタまでに入力された複数の状態変数に重み係数をかけた値とＭセクタ前における出力値との和に基づく値と、に基づき、前記ヘッドを移動する駆動装置の制御信号を出力し、前記サーボ・システムの開ループ伝達関数によるナイキスト線図において、ｚｋ＝０を除く前記ピーク・フィルタの各極ｚｋについて、Ｚ０が点（−１、０）であり、Ｚ０１がｚｋにおける前記ピーク・フィルタがない場合の前記サーボ・システムの開ループ伝達関数の点であり、Ｚｋがｚｋにおける、前記ピーク・フィルタを有する前記サーボ・システムの開ループ伝達関数の点である場合に、前記Ｚ０は前記Ｚ０１の近傍から前記Ｚｋを介して前記Ｚ０１の近傍に向かう曲線の外側にある。本態様によれば、ディスク・ドライブにおいて、Mセクタ前、つまり１周前の出力値と複数の状態変数に重み係数をかけた値を利用して効率的にＲＲＯを補償するするピーク・フィルタを構成することができ、また、伝達関数が上記条件を満たすことによって、システムの安定を確保することができる。システム安定設計の容易性の観点から、前記Ｚ０から前記Ｚ０１に向かう直線と、前記Ｚ０１から前記Ｚｋに向かう直線とがなす角度は、９０°以下に設定することが好ましい。
【００２３】
本発明の第４の態様は、回転体の上において制御対象物体を位置決めするサーボ・システムであって、回転体に記録されたサーボ信号を読み取るサーボ信号読み取り部と、前記回転体の回転数の整数倍の複数の周波数のそれぞれにおいて利得が規定値以上であるピーク・フィルタを有し、前記読み取られたサーボ信号と、基準信号と、前記ピーク・フィルタの出力とに基づき、前記制御対象物体の位置を制御する制御信号を生成する制御部と、を備え、前記サーボ・システムの開ループ伝達関数によるナイキスト線図において、ω＝０を除く前記ピーク・フィルタの各ピークωｋについて、Ｚ０が、点（−１、０）であり、Ｚ０１が、ωｋにおける、前記ピーク・フィルタがない場合の前記サーボ・システムの伝達関数の点であり、Ｚｋが、ωｋにおける、前記ピーク・フィルタを有する前記サーボ・システムの伝達関数の点である、場合に、前記Ｚ０から前記Ｚ０１に向かう直線と、前記Ｚ０１から前記Ｚｋに向かう直線とがなす角度は９０°以下である。上記条件をサーボ・システムが満たすことによって、システムを不安定にすることなくＲＲＯを補償することができる。
【００２４】
前記回転体は、Ｍ個のサーボ・セクタを備える複数のトラックを有し、前記ピーク・フィルタは、Ｍセクタ前における前記ピーク・フィルタの出力と、予め設定されたNセクタ前のセクタから現在のセクタまでに入力された複数の状態変数に重み係数をかけた値との和に基づき出力信号を生成することが好ましい。この処理によって回転周波数の整数倍にピークを有するピーク・フィルタを容易に実現することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、サーボ・システムの不安定を引き起こすことなくＲＲＯに追従することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下に、本発明を適用可能な実施の形態が説明される。以下の説明は、本発明の実施形態を説明するものであり、本発明が以下の実施形態に限定されるものではない。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略及び簡略化がなされている。又、当業者であれば、以下の実施形態の各要素を、本発明の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能である。尚、各図面において、同一要素には同一の符号が付されており、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明は省略されている。
【００２７】
本形態のハード・ディスク・ドライブ（ＨＤＤ）は、サーボ・システムのフィード・バック経路にピーク・フィルタを備えている。ピーク・フィルタは、磁気ディスクの回転周波数及びその高周波成分におけるゲインが規定値以上となるように設計されており、特に、回転周波数及びその高周波成分とピークが一致するように設計されている。サーボ・システムに所定のピーク・フィルタを挿入することによって、トラックの真円からのずれなどに起因する繰り返し誤差（ＲＲＯ：Repeatable Run Out）を補償することが可能となる。また、所定の特性を有するピーク・フィルタによって、ピーク・フィルタによるサーボ・システムの不安定を引き起こすことなく、繰り返し誤差を補償することが可能となる。
【００２８】
以下において、本形態に係るサーボ・システムを説明するため、サーボ・システムが実装されるＨＤＤの全体構成について、その概略を説明する。図１は、本実施の形態に係るＨＤＤ１の概略構成を示すブロック図である。ＨＤＤ１は、筺体１０内に、回転ディスク（記録ディスク）の一例である磁気ディスク１１、ヘッドの一例であるヘッド素子部１２、アーム電子回路（アームエレクトロニクス：ＡＥ）１３、スピンドル・モータ（ＳＰＭ）１４、ボイス・コイル・モータ（ＶＣＭ）１５を備えている。また、ＨＤＤ１は、筺体１０の外側に固定された回路基板２０を備えている。回路基板２０上には、リード・ライト・チャネル（Ｒ／Ｗチャネル）２１、モータ・ドライバ・ユニット２２、ハード・ディスク・コントローラ（ＨＤＣ）／ＭＰＵ集積回路（ＨＤＣ／ＭＰＵ）２３、及びＲＡＭ２４を備えている。尚、これら構成は一例に過ぎず、例えば、各構成を一つのチップに実装することも可能である。
【００２９】
外部ホスト（不図示）からの書き込みデータは、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３によって受信され、Ｒ／Ｗチャネル２１、ＡＥ１３を介して、ヘッド素子部１２によって磁気ディスク１１に書き込まれる。また、磁気ディスク１１に記憶されているデータは、ヘッド素子部１２によって読み出され、読み出しデータは、ＡＥ１３、Ｒ／Ｗチャネル２１を介して、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３から外部ホストに出力される。
【００３０】
次に、ＨＤＤ１の各構成要素について説明する。磁気ディスク１１及びヘッド素子部１２の駆動機構の概略を説明する。磁気ディスク１１は、ＳＰＭ１４の回転軸に固定されている。ＳＰＭ１４は、モータ・ドライバ・ユニット２２によって駆動され、ＳＰＭ１４は所定の速度で磁気ディスク１１を回転する。磁気ディスク１１は、データを記録する記録面を両面に備え、各記録面に対応するヘッド素子部１１２が設けられている。各ヘッド素子部１２はスライダ（不図示）に固定されている。また、スライダは、キャリッジ（不図示）に固定されている。キャリッジはＶＣＭ１５に固定され、キャリッジは揺動することによってスライダ及びヘッド素子部１２を磁気ディスク１１の表面の半径方向に沿って移動する。これによって、ヘッド素子部１２が所望の領域にアクセスすることができる。
【００３１】
ヘッド素子部１２において、典型的には、磁気ディスク１１への記憶データに応じて電気信号を磁界に変換する記録ヘッド、及び、磁気ディスク１１からの磁界を電気信号に変換する再生ヘッドが一体的に形成されている。なお、磁気ディスク１１は１枚以上あればよく、記録面は磁気ディスク１１の片面のみに形成すること、あるいは、その両面に形成することができる。また、本発明のサーボ・システムは、再生ヘッドもしくは記録ヘッドの一方のみを有する装置に適用することが可能である。
【００３２】
続いて各回路部の説明を行う。ＡＥ１３は、複数のヘッド素子部１２の中からデータ・アクセスが行われる１つのヘッド素子部１２を選択し、選択されたヘッド素子部１２により再生される再生信号を一定のゲインで増幅（プリアンプ）し、Ｒ／Ｗチャネル２１に送る。また、Ｒ／Ｗチャネル２１からの記録信号を選択されたヘッド素子部１２に送る。
【００３３】
Ｒ／Ｗチャネル２１は、ホストから取得したデータについて、ライト処理を実行する。ライト処理において、Ｒ／Ｗチャネル２１はＨＤＣ／ＭＰＵ２３から供給されたライト・データをコード変調し、さらにコード変調されたライト・データをライト信号（電流）に変換してＡＥ１３に供給する。また、ホストにデータを与える際にはリード処理を行う。リード処理において、Ｒ／Ｗチャネル２１はＡＥ１３から供給されたリード信号を一定の振幅となるように増幅し、取得したリード信号からデータを抽出し、デコード処理を行う。読み出されるデータは、ユーザ・データとサーボ・データを含む。デコード処理されたリード・データは、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３に与えられる。
【００３４】
ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、ＭＰＵとＨＤＣが一つのチップに集積された回路である。ＭＰＵは、ＲＡＭ２４にロードされたマイクロ・コードに従って動作し、ヘッド素子部１２のポジショニング制御、インターフェース制御、ディフェクト管理などのＨＤＤ１の全体の制御のほか、データ処理に関する必要な処理を実行する。ＨＤＤ１の起動に伴い、ＲＡＭ２４には、ＭＰＵ上で動作するマイクロ・コードの他、制御及びデータ処理に必要とされるデータが磁気ディスク１１あるいはＲＯＭ（不図示）からロードされる。
【００３５】
Ｒ／Ｗチャネル２１によって読み出されるデータは、ユーザ・データの他に、サーボ・データを含んでいる。ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、サーボ・データを使用したヘッド素子部１２の位置決め制御を行う。ＨＤＣ／ＭＰＵ２３からの制御信号（デジタル信号）はモータ・ドライバ・ユニット２２に出力される。モータ・ドライバ・ユニット２２は制御信号に応じて駆動電流をＶＣＭ１５に供給する。
【００３６】
続いて、本形態のＨＤＤ１におけるサーボ・システムについて説明する。図２は、本形態のサーボ・システムの構成を示すブロック図である。Ｒ／Ｗチャネル２１は、ＡＥ１３からの出力信号からサーボ信号を抽出するサーボ・チャネル２１１を備えている。ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、サーボ位置信号を生成するサーボ位置信号生成部２３１、ヘッド素子部１２の目標位置を設定する目標位置設定部２３２、サーボ位置信号及び基準信号である目標位置設定部２３２からの目標位置信号に基づき位置エラー信号（ＰＥＳ：Position Error Signal）を生成する位置エラー信号生成部２３３、ピーク・フィルタ２３４、モータ・ドライバ・ユニット２２にＶＣＭ１５を制御する（ＶＣＭ１５の電流量を制御する）ためのデジタル制御信号（ＤＡＣＯＵＴ）を出力するサーボ・コントローラ２３５を備えている。
【００３７】
尚、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３内の各構成要素は、ハードウェア構成によって、あるいは、ＭＰＵ上でマイクロ・コードが動作することによって実現することができる。ハードウェア／ソフトウェアの構成は、設計に従って適切な構成が選択される。また、必要な処理を実行する各論理ブロックは、設計によって、いずれのハードウェア構成に実装することも可能である。
【００３８】
磁気ディスク１１には、放射状にサーボ信号が記録されている。サーボ信号（サーボ再生信号）は、ギャップ、サーボＡＧＣ（Auto Gain Control）、サーボ・アドレス、およびバースト・パターンを含む。ギャップは、回転変動などによるタイミングのずれを吸収する。サーボＡＧＣは、サーボ信号のＡＧＣゲインを決定するために使用される。サーボ・アドレスは、シリンダＩＤ、サーボ・セクタ番号等のアドレス情報を備えている。バースト・パターンは、その再生信号の振幅等の変化を数値化することによって、ヘッド素子部１１２のトラッキング制御（トラック・フォローイング）等に使用される。
【００３９】
磁気ディスク１１上のサーボ信号はヘッド素子部１２により読み出され、ＡＥ１３で増幅されてサーボ・チャネル２１１に入力される。サーボ・チャネル２１１は、所定の制御周期においてアクティブとなり、ＡＥ１３からのサーボ信号を取得する。サーボ・チャネル２１１は、ＡＥ１３からのアナログ・サーボ信号を、所定のサンプリング周波数においてＡＤ変換する。サーボ・チャネル２１１は、さらに、ＡＤ変換された信号からサーボ・アドレスをデコードする。デコードされたアドレスと、ＡＤ変換されたバースト信号は、サーボ位置信号生成部２３１に転送される。
【００４０】
サーボ位置信号生成部２３１は、サーボ・チャネル２１１からのサーボ信号に基づいて、ヘッド素子部１２の現在位置を示すサーボ位置信号を生成する。また、目標位置設定部２３２は、ヘッド素子部１２が移動すべき目標位置を示す目標位置信号を出力する。位置エラー信号生成部２３３は、サーボ位置信号と目標位置信号を比較し、目標位置に対する現在位置の偏差の大きさ及び方向を示すＰＥＳ信号を生成する。ＰＥＳ信号は、ヘッド素子部１２が目標位置に対して磁気ディスク１１半径方向の内側もしくは外側に、どの程度ずれているかを示す。
【００４１】
位置エラー信号生成部２３３によって生成されたＰＥＳ信号は、ピーク・フィルタ２３４に入力される。ピーク・フィルタ２３４は、磁気ディスク１１の回転周波数の整数倍（整数倍は１倍を含む）の周波数における複数のピークを備えている。実装上、ＡＥ１３からのアナログ信号をデジタル信号に変換する際のナイキスト周波数以下において、回転周波数の整数倍の全ての周波数においてピークを備えている。
【００４２】
位置エラー信号生成部２３３からのＰＥＳ信号とピーク・フィルタ２３４からの出力が加え合わせ要素２３６によって加え合わされる。加え合わされた信号が、サーボ・コントローラ２３５に入力される。サーボ・コントローラ２３５は、ＰＥＳ信号及びピーク・フィルタ２３４の出力信号に基づいてＶＣＭ１５制御信号ＤＡＣＯＵＴを生成する。モータ・ドライバ・ユニット２２のＤＡＣへの出力信号であるＤＡＣＯＵＴは、モータ・ドライバ・ユニット２２に入力され、モータ・ドライバ・ユニット２２はＤＡＣＯＵＴをＤＡ変換して、所定値の電流をＶＤＭ１５に供給する。
【００４３】
上記のように、本形態のサーボ・システムにおいては、サーボ・コントローラ２３５は、位置エラー信号生成部２３３によるＰＥＳ信号と、ＰＥＳ信号をフィルタリングするピーク・フィルタ２３４からの出力に基づきＶＣＭ１５の制御信号を生成する。ピーク・フィルタ２３４は複数のピークを備え、回転周波数の整数倍の周波数において規定値以上のゲインを有している。特に本例においては、好ましい形態としてのピーク・フィルタ２３４は、回転周波数の整数倍の複数の周波数にピークを有する。このピーク・フィルタ２３４をサーボ・システムのフィード・バック系に挿入することよって、サーボ信号の繰り返し誤差を効果的に補償することができる。
【００４４】
ここで、ピーク・フィルタの挿入位置は、位置エラー信号生成部２３３の出力とサーボ・コントローラ２３５の入力の間に限られない。図３に示すように、ピーク・フィルタ２３７をＰＥＳ信号からＤＡＣＯＵＴへの入力に挿入することも可能である。サーボ・コントローラ２３５は、位置エラー信号生成部２３３からのＰＥＳ信号に基づいて制御信号を生成する。また、位置エラー信号生成部２３３からのＰＥＳ信号は、ピーク・フィルタ２３４に入力される。ピーク・フィルタ２３４の出力信号とサーボ・コントローラ２３５からの制御信号とが加え合わせ要素２３８に入力され、加え合わされた信号が、制御信号ＤＡＣＯＵＴとして、モータ・ドライバ・ユニット２２に向けて出力される。
【００４５】
上記のように、サーボ・システムのフィード・バック経路に所定のピーク・フィルタ２３４、２３７を挿入することによって、繰り返し誤差を補償することができる。以下においては、ピーク・フィルタ２３４、２３７及びそれを含むサーボ・システムの特性について説明する。本形態のピーク・フィルタは、Ｍセクタ前（Mは１トラック分のサーボ・セクタ数であり、1周前に相当する）のピーク・フィルタ出力と、現在のサーボ・セクタ以前に読み出された複数のサーボ・セクタから選択された複数サーボ・セクタの状態変数に重み係数をかけた値の和を計算する。つまり、ピーク・フィルタは、下の数式に従う演算処理を実行する。
【数５】
2006048770.tif 000005
数式（１）において、ｕはピーク・フィルタ出力、Mは上記のように１トラック分のサーボ・セクタ数、ｗは予め設定された実数、Ｘはサーボ・システムにおける状態変数、Nは予め設定された自然数である。ただし、上記式のΣは、ｋ＝０〜Nから選択された複数の項についての和である。選択される複数項の数、あるいは、いずれの項を選択するかは、設計によって決定される。状態変数Ｘとしては、ＰＥＳ信号やモータ・ドライバ・ユニット２２への出力ＤＡＣＯＵＴが使用されうる。
【００４６】
以下の説明において、ピーク・フィルタ２３４、２３７として、Mセクタ前のフィルタ出力と、Ｍセクタ前（１周前）の所定数の状態変数、特に、誤差成分ＰＥＳを積分することによってフィルタとして機能する例が説明される。つまり、上記説明において、ＰＥＳ信号が状態変数Ｘに相当する。ピーク・フィルタ２３４、２３７は、以下の式で定義される演算処理を実行する。
【数６】
2006048770.tif 000006
ここで、Ｋは設計によって予め決定される自然数である。また、Σは、数式（１）と異なり、ｋ＝０からKまでの各項の和を意味する。
【００４７】
これらの数式のZ変換はｆ（ｚ）／（ｚＭ−１）と表され（ｆ（ｚ）はｚの所定関数）、この伝達関数はｚＭ＝１を満たすｚにおいて極を有している。このようにピーク・フィルタ２３４、２３７は、磁気ディスク１１の回転周波数とその高次の周波数の全ての場所でピークを有しており、全ての周波数において繰り返し誤差成分を除去することが可能となる。
【００４８】
数式（２）で表される演算処理を実行するピーク・フィルタ２３４、２３７は、Ｍセクタ前のフィルタ出力と、Ｍセクタ前から現在セクタまでの間の複数のセクタに対応する状態変数に重み係数をかけた値の和に基づいて出力値を決定することになる。尚、数式（２）の例においては、Mセクタ前のセクタから連続する複数のセクタ（ＰＥＳ（ｎ−Ｍ）〜ＰＥＳ（ｎ−Ｍ+K））のＰＥＳ信号を使用しているが、数式（１）に示すように、Nセクタ前から現在セクタまでのいずれの複数セクタのＰＥＳを使用するかは設計により決定される。例えば、現在セクタから前の連続する複数のセクタ（ＰＥＳ（ｎ）〜ＰＥＳ（ｎ−N））を使用することができる（上記式の積分において、（Ｍ−ｋ）をｋと変更することに相当する）。尚、サーボ・システムはデジタル処理によって制御信号ＤＡＣＯＵＴを決定しており、回転周波数の高次の周波数はナイキスト周波数以下の周波数が問題となる。
【００４９】
上記式（２）に従う一例として、Ｍ＞３のシステムにおける、Ｋ＝３のピーク・フィルタ２３４、２３７を示す。ピーク・フィルタ２３４は、以下の数式（３）に従う演算処理を実行する。
【数７】
2006048770.tif 000007
これは、Ｍ＞３、ｆ（ｚ）を３次の多項式とした場合に相当する。具体的には、数式（３）をZ変換することによって、ｆ（ｚ）は以下の式で表される。
【数８】
2006048770.tif 000008
【００５０】
ここで、図２に示されたシステムにおいて、この数式（３）の処理を行うピーク・フィルタ２３４を使用する場合の処理の一例を示す。図４のフローチャートを参照して説明する。セクタ（ｉ）に移動するのを待った後（Ｓ１１）、システムは移動先のセクタ（ｉ）において読み取られたＰＥＳ（ｎ）を取得する（Ｓ１２）。ピーク・フィルタ２３４は、取得したＰＥＳ（ｎ）を使用して、Ｓ１３の数式で示された演算処理を実行してＵ（ｎ）を算出する（Ｓ１３）。加え合わせ要素２５６は、ピーク・フィルタ２３４の出力Ｕ（ｎ）とＰＥＳ（ｎ）を加算し、Ｙ（ｎ）を出力する（Ｓ１４）。サーボ・コントローラ２３５は、Ｙ（ｎ）から制御信号ＤＡＣＯＵＴを生成し、モータ・ドライバ・ユニット２２に出力する（Ｓ１５）。
【００５１】
ここで、上記演算処理を実行するピーク・フィルタ２３４によって、サーボ・システムが不安定とならないことが必要である。任意のピーク・フィルタを挿入する場合には、システムが不安定化する可能性がある。サーボ・システムの安定化のためには、所定特性のピーク・フィルタを挿入することが必要とされる。本例のように過去の状態変数を加算する場合においては、この特性を満たすように、ピーク・フィルタ２３４、２３７において加算される項数（Ｋの値）と各項の係数ｗを適切に設定することが必要となる。以下において、システムを不安定化させないためのピーク・フィルタ２３４、２３７及びそれを含むサーボ・システムの設計方法及びそれらが満たすべき特性について説明する。
【００５２】
ピーク・フィルタ２３４、２３７が満たすべき特性は、ナイキスト線図を使用することによって規定することができる。ピーク・フィルタ２３４、２３７の伝達関数をＦ（ｚ）、サーボ・コントローラ２３５の伝達関数をＣ（ｚ）、サーボ・コントローラ２３５の出力からサーボ位置信号生成部２３１の出力までの伝達関数をＰ（ｚ）とする。図２のサーボ・システムにおける開ループ伝達関数Ｈ１は、Ｈ１＝ＰＣ（１＋Ｆ）で表される。一方、図３のサーボ・システムにおける開ループ伝達関数Ｈ２は、Ｈ２＝Ｐ（Ｃ＋Ｆ）で表される。
【００５３】
ピーク・フィルタ２３４、２３７が挿入されていないサーボ・システムにおいて、開ループ伝達関数Ｈは、Ｈ３＝ＰＣで表すことができる。図５（ａ）に示すように、ｚが０〜２πに変化する場合、この開ループ伝達関数Ｈ３（＝ＰＣ）のナイキスト線図（ベクトル軌跡）は、例えば、図５（ｂ）に示すような軌跡を描く（この曲線は一例の軌跡の一部に過ぎない）。本形態のピーク・フィルタ２３４、２３７が挿入されたシステムにおいて、開ループ伝達関数Ｈ１、Ｈ２のナイキスト線図は、例えば、図５（ｂ）に示されたＨ３の曲線から、図５（ｃ）に示す曲線のように変化する。
【００５４】
ピーク・フィルタ２３４、２３７は、磁気ディスク１１の回転周波数の整数倍の周波数においてピークを有しているので、回転周波数の整数倍の各周波数近傍においてナイキスト線図が変化する。図５（ｃ）は、一つの周波数値（極値ｚ０）におけるピーク・フィルタ２３４、２３７によるベクトル軌跡が示されている。実際は、回転周波数の整数倍の各周波数近傍においてナイキスト線図が変化する。
【００５５】
ピーク・フィルタ２３４、２３７の伝達関数Ｆは、単位円上に回転周波数の整数倍の周波数ωｉに相当する複数の極ｚｉを有している。この極を安定極であると見る場合、開ループ伝達関数Ｈ１、２（もしくはピーク・フィルタ２３４、２３７の伝達関数）によるベクトル軌跡が複素平面においてＺ０（−１、０）の点を回る周回数を増やさなければ、システムを安定化することができる。図５（ｃ）の例においては、ベクトル軌跡が（−１、０）の点を回る周回数を増やしていない。磁気ディスク１１の回転周波数の整数倍の各周波数においてこの条件が満たされる場合に、システムは安定である。
【００５６】
上記のシステム安定化の条件は、偏角の原理、あるいは、それを制御系に応用したナイキストの安定判別法から導出することができる。偏角の原理によれば、ある円周Ｃ内における関数Ｑ（ｚ）の零点（Ｈが０となるｚ点）の数をＺ、Ｑ（ｚ）の極（１／Ｑが発散するｚ点）の数をＰとする場合（共に重複度を含む）、円周ＣをＱで写した曲線は原点を正方向（反時計回り）に（Ｐ−Ｚ）回転する。
【００５７】
周波数が０から２πまで変化するとき、ｚ変換のｚは単位円上を１周する。ナイキストの判別法から、ｚが単位円を1周するとき、Ｈ（ｚ）の（−１、０）に対する周回数によって、システムの特性方程式（１＋Ｈ（ｚ））の単位円内における零点と極の数の差が特定される。極の位置が予め分かる場合には単位円内の零点の個数が回転数から特定され、次数で決定される個数全ての零点が単位円内にあればシステムは安定である。
【００５８】
本形態において、ピーク・フィルタ２３４、２３７の伝達関数Ｆは単位円上に複数の極ｚｉを有しており、各極ｚｉは安定極と見なされる。つまり、伝達関数Ｆを
【数９】
2006048770.tif 000009
と表す場合、ピーク・フィルタ２３４の伝達関数Ｆの各極ｚｉにおけるベクトル軌跡は、
【数１０】
2006048770.tif 000010
によって得られる。図６は、単位円上の一つ極ｚ０を例として示している。図６に示されるように、極ｚ０は単位円内において単位円に無限に近い値（ｒ＜１からｒ→１）として計算される。
【００５９】
ｚのベクトル軌跡（単位円）の内側に極が存在する場合、システムが安定であるためには、ピーク・フィルタ２３４、２３７の挿入によって開ループ伝達関数の（−１、０）に対する周回数が変わらないことが必要とされる。つまり、ｚの単位円上の軌跡に対して、Ｈ（ｚ）の（−１、０）に対する周回数が増えない（図５（ｃ）を参照）ことが必要とされる。１／（ｚM−１）のベクトル軌跡は、ｚM=１をみたす周波数で無限遠にいく。従って、（−１、０）から遠い点から始まっても場合によっては（−１、０）に近づく可能性あるため、不安定になりやすい。本形態の設計方法においては、ピーク・フィルタ２３４、２３７もしくはそれを含むシステムが、この特性を満たすように、数式（２）に示された多項式の項数及びその係数を設定する。
【００６０】
上記のように、ピーク・フィルタ２３４、２３７によるＨ（ｚ）の軌跡がＺ０（−１、０）を囲まないことが安定の条件である。ここで、ピーク・フィルタ２３４、２３７の中心周波数ｚｋにおける、ピーク・フィルタ２３４、２３７が挿入されていない場合の伝達関数（例えば上記Ｈ３）の値をＺ０１、ピーク・フィルタ２３４が挿入されている場合の伝達関数（例えば上記Ｈ１もしくはＨ２）の値をＺｋとする。図７に示すように、点Ｚｋが、点Ｚ０と点Ｚ０１によって規定される直線上において、点Ｚ０１について点Ｚ０の反対側に存在する場合、ピーク・フィルタ２３４、２３７が挿入されている場合の伝達関数は、Ｚ０から離れる方向にベクトル軌跡を描く。このため、Ｚｋが上記条件の位置に存在する場合に、確実に安定なシステムを形成することができる。
【００６１】
ここで、図２の構成（伝達関数Ｈ１）を例として、図７に示された条件を満たすピーク・フィルタ２３４の伝達関数について説明する。図２及び図７を参照して、以下の数式が満たされる。
【数１１】
2006048770.tif 000011
従って、
【数１２】
2006048770.tif 000012
が望ましいピーク・フィルタ２３４の伝達関数である。
【００６２】
ピーク・フィルタ２３４の位相は、以下のように指定することができる。ここで、ピーク・フィルタ２３４の伝達関数Ｆを
【数１３】
2006048770.tif 000013
と表す。ピークの中心周波数
【数１４】
2006048770.tif 000014
における位相を考える。
伝達関数Ｆの角度は分母を以下のように置き換え、
【数１５】
2006048770.tif 000015
ｒ→１による中心周波数における収束値を計算すると、中心周波数において、
【数１６】
2006048770.tif 000016
となる。ここで∠ＦはＦの角度を示している。数式（８）と数式（１２）の関係から、
【数１７】
2006048770.tif 000017
となる。
【００６３】
磁気ディスク１１の回転周波数及びその全ての高調波において数式（１３）が成立するように、関数ｆ（ｚ）を決定することによって、ピーク・フィルタ２３４が挿入された安定なシステムを構成することができる。尚、利得に関しては、例えば小さな値を仮定すればよい。その場合フィルタは狭帯域となり望ましい特性を示す。尚、ω＝０の位相は上記式では決定されないが、積分項はＮＦＢ（Negative Feed Back）でなければ安定でないので、位相はゼロでよい。
【００６４】
磁気ディスク１１の回転周波数及びその全ての高調波において数式（１３）が成立することによって、十分に安定なシステムを構成することができるが、上記条件を満たすためには、関数ｆ（ｚ）の次数を大きくすることが必要とされる。次数を大きくすることは演算処理を複雑にし、回路規模もしくは演算時間の増大となる。安定なシステムを構成するであるためには上記条件が最も好ましいが、システムの安定化のために、必ずしも上記条件を満たすことは要求されない。システムの安定性は低下するが、ピーク・フィルタ２３４が以下に示す条件を満たすことによって、システムの必要な安定性を満たすことができる。
【００６５】
ピーク・フィルタ２３４の中心周波数ｋω０にｋω０＋ｑ（ｑ→０）で漸近する場合、ピーク・フィルタ２３４の伝達関数Ｆによるベクトル軌跡を考察すると、数式（１２）とｊ（虚数）＝ｅｘｐ（ｊπ／２）の関係から、
【数１８】
2006048770.tif 000018
となる。つまり、中心周波数ｋω０近傍におけるピーク・フィルタ２３４の伝達関数Ｆの角度は、中心周波数ｋω０における伝達関数Ｆの角度に対して９０°ずれている。図８は、ｋω０近傍における開ループ伝達関数Ｈのベクトル軌跡の延びる方向を示している。ｋω０近傍において、開ループ伝達関数Ｈのベクトル軌跡（ピーク・フィルタ２３４の伝達関数Ｆによるベクトル軌跡）は、Ｚ０１とＺｋとを結ぶ直線と直行する方向に、Ｚ０１近傍から延びることになる。
【００６６】
システムが安定であるためには、開ループ伝達関数Ｈのベクトル軌跡がＺ０（−１、０）を周回せず、Ｚ０１近傍の点からＺｋを介してＺ０１の他の近傍点に至る曲線（軌跡）の外側にＺ０があることが必要である。図８（ａ）に示すように、Ｚ０１とＺｋとを結ぶ直線と直交する方向にＺ０１から延びる直線がＺ０を超えない、つまり、Ｚ０とＺｋの間にあれば、この条件が満たされる。一方、図８（ｂ）に示すように、Ｚ０１とＺｋとを結ぶ直線と直交する方向にＺ０１から延びる直線がＺ０を超える場合、システムは不安定となりうる。従って、図９に示すように、Ｚ０からＺ０１に向かう直線ｃとＺ０１からＺｋに向かう直線ａの角度φが９０°以下であれば、システムを安定化することができる。言い換えれば、数式（７）を
【数１９】
2006048770.tif 000019
としてFのｋω０における角度を求めると、
【数２０】
2006048770.tif 000020
となる。φが９０°以下であれば、システムを安定化することができる。数式（１３）の
右辺をαとすると、以下の数式（１７）が満たされれば、システムを安定化することができる。
【数２１】
2006048770.tif 000021
【００６７】
ただし、開ループ伝達関数Ｈのベクトル軌跡がＺ０（１、０）に近づくことはシステムの安定性を低下させることになる。また、サーボ・システムにおいては位相余裕を有することが重要である。サーボ・システムの設計において、位相余裕として３０°を設定することが好ましい。このため、Ｚ０１とＺｋを結ぶ直線ａとＺ０とＺ０１を結ぶ直線ｃの角度φが６０°以下である（｜∠Ｆ（ｋω０）−α｜≦６０°）ことが好ましい。また、ピーク・フィルタの収束を速くするためにピーク幅を広げることが必要とされる場合がある。その場合、もとの周波数特性に影響を与えるため、位相余裕の３０°が減る可能性がある。そこで、位相余裕をより多く確保しておくことが好ましい。従って、さらに好ましくは、Ｚ０１とＺｋを結ぶ直線ａとＺ０とＺ０１を結ぶ直線ｃの角度φが４５°以下である（｜∠Ｆ（ｋω０）−α｜≦４５°）。これらの条件は、磁気ディスク１１の回転周波数及びその高調波（ｋω０）の全てにおいて満たされる。尚、点Ｚｋが、点Ｚ０と点Ｚ０１によって規定される直線上において、点Ｚ０１について点Ｚ０の反対側に存在する場合、角度φは０°となる。上記のように、角度に対する条件式が連立不等式で表されると、ＬＭＩ（Linear matrix inequalities）によって、ピーク・フィルタ２３４の項数、各項の係数を決定することができる。ピーク・フィルタ２３４は、この予め決定された値に従ってフィルタ処理を実行する。尚、LMIに関しては、例えば、「Stephen Boyd,etc., "Linear Matrix Inequalities in System and Control Theory", 1994 , SIAM」に記載されているように広く知られて技術であり、説明を省略する。
【００６８】
上記においては、開ループ伝達関数Ｈ１（ＰＣ（１＋Ｆ））を例として説明したが、開ループ伝達関数Ｈ２（Ｐ（Ｃ＋Ｆ））においても同様の条件によって、システムの安定化を行うことができる。尚、開ループ伝達関数Ｈにおいては、
【数２２】
2006048770.tif 000022
である。従って、
【数２３】
2006048770.tif 000023
が最も好ましいピーク・フィルタ２３４の伝達関数である。角度の条件は
【数２４】
2006048770.tif 000024
となる。
【００６９】
上記のように、本実施形態に係るＨＤＤによれば、サーボ・システムの安定を維持しつつ、ＲＲＯを効果的に補償することができる。尚、本実施形態において、ＨＤＤはデータの書き込み及び読み取り処理を行うことができるが、再生のみを行う再生専用装置に本発明を適用することも可能である。本発明は磁気ディスク記憶装置に特に有用であるが、記憶データを光学的に処理する光学記憶装置など、他の態様の記憶装置、あるいは他の制御対象物のサーボ・システムに適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本形態に係るハード・ディスク・ドライブの概略構成を示すブロック図である。
【図２】本形態に係るサーボ・システムの構成を示すブロック図である。
【図３】本形態に係るサーボ・システムの他の構成を示すブロック図である。
【図４】本形態に係るサーボ・システムの処理を示すフローチャートである。
【図５】本形態に係るサーボ・システムの開ループ伝達関数のナイキスト線図を示している。
【図６】本形態に係るサーボ・システムの開ループ伝達関数の極を示している。
【図７】本形態に係るサーボ・システムの開ループ伝達関数の満たす条件を示すナイキスト線図である。
【図８】本形態に係るサーボ・システムの開ループ伝達関数の満たす条件を示すナイキスト線図である。
【図９】本形態に係るサーボ・システムの開ループ伝達関数の満たす条件を示すナイキスト線図である。
【符号の説明】
【００７１】
１  ＨＤＤ、１０  筺体、１１  磁気ディスク、１２  ヘッド素子部、
２０  回路基板、２１  Ｒ／Ｗチャネル、２２  モータ・ドライバ・ユニット、
１１２  ヘッド素子部、２１１  サーボ・チャネル、２３１  サーボ位置信号生成部、
２３２  目標位置設定部、２３３  位置エラー信号生成部、
２３４  ピーク・フィルタ、２３５  サーボ・コントローラ、２３６  加え合わせ要素、
２３７  ピーク・フィルタ、２３８  加え合わせ要素、２５６  加え合わせ要素
【図１】
2006048770.tif 000027
【図２】
2006048770.tif 000028
【図３】
2006048770.tif 000029
【図４】
2006048770.tif 000030
【図５】
2006048770.tif 000031
【図６】
2006048770.tif 000032
【図７】
2006048770.tif 000033
【図８】
2006048770.tif 000034
【図９】
2006048770.tif 000035
【手続補正書】
【提出日】平成16年10月22日(2004.10.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１１】
記録ディスクに記録されているサーボ信号によってヘッドの位置制御を実行するサーボ・システムを有するディスク・ドライブであって、前記サーボ・システムは、
サーボ・セクタ数がＭである複数のトラックを有する記録ディスクにアクセスし、各サーボ・セクタのサーボ信号を読み取るヘッドと、
予め設定されたNセクタ前のセクタから現在のセクタまで入力された複数の状態変数に重み係数をかけた値と、Ｍセクタ前における出力値との和に基づく値を出力するピーク・フィルタと、
前記各サーボ・セクタのサーボ信号から決定される前記ヘッドの位置に対応するヘッド位置信号と、基準信号と、前記ピーク・フィルタの出力とに基づき、前記ヘッドを移動する駆動装置の制御信号を出力する制御信号出力部と、を備え、
前記サーボ・システムの開ループ伝達関数によるナイキスト線図において、ω＝０を除く前記ピーク・フィルタの各極ωｋについて、
Ｚ０が、点（−１、０）であり、
Ｚ０１が、ωｋにおける、前記ピーク・フィルタがない場合の前記サーボ・システムの開ループ伝達関数の点であり、
Ｚｋが、ωｋにおける、前記ピーク・フィルタを有する前記サーボ・ループの開ループ伝達関数の点である場合に、
前記Ｚ０から前記Ｚ０１に向かう直線と、前記Ｚ０１から前記Ｚｋに向かう直線とがなす角度は９０°以下である、
ディスク・ドライブ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１５】
前記状態変数は、前記基準信号と前記位置信号との差分に基づく偏差信号であり、
前記ピーク・フィルタは、前記偏差信号の出力を入力とし前記コントローラの出力と前記ピーク・フィルタ出力が加算されている、
請求項１１に記載のディスク・ドライブ。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１７】
記録ディスクに記録されているサーボ信号によってヘッドの位置制御を実行する、ディスク・ドライブにおけるヘッド位置制御方法であって、
サーボ・セクタ数がＭである複数のトラックを有する記録ディスクにアクセスし、各サーボ・セクタのサーボ信号を読み取り、
前記各サーボ・セクタのサーボ信号から決定され前記ヘッドの位置に対応するヘッド位置信号と、基準信号と、予め設定されたNセクタ前のセクタから現在のセクタまでに入力された複数の状態変数に重み係数をかけた値とＭセクタ前における出力値との和に基づく値と、に基づき、前記ヘッドを移動する駆動装置の制御信号を出力し、
前記サーボ・システムの開ループ伝達関数によるナイキスト線図において、ω＝０を除く前記ピーク・フィルタの各極ωｋについて、
Ｚ０が、点（−１、０）であり、
Ｚ０１が、ωｋにおける、前記ピーク・フィルタがない場合の前記サーボ・システムの開ループ伝達関数の点であり、
Ｚｋが、ωｋにおける、前記ピーク・フィルタを有する前記サーボ・システムの開ループ伝達関数の点である場合に、
前記Ｚ０は、前記Ｚ０１の近傍から前記Ｚｋを介して前記Ｚ０１の近傍に向かう曲線の外側にある、
ディスク・ドライブにおけるヘッド位置制御方法。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
前記Ｚ０から前記Ｚ０１に向かう直線と、前記Ｚ０１から前記Ｚｋに向かう直線とがなす角度は６０°以下であることが好ましい。さらには、前記Ｚ０から前記Ｚ０１に向かう直線と、前記Ｚ０１から前記Ｚｋに向かう直線とがなす角度は４５°以下であることが好ましい。上記条件によって、処理の負担を抑制しつつ、このように位相余裕を確保することによるシステムの安定化を図ることができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
本発明の第２の態様は、記録ディスクに記録されているサーボ信号によってヘッドの位置制御を実行するサーボ・システムを有するディスク・ドライブであって、前記サーボ・システムは、サーボ・セクタ数がＭである複数のトラックを有する記録ディスクにアクセスし、各サーボ・セクタのサーボ信号を読み取るヘッドと、予め設定されたNセクタ前のセクタから現在のセクタまでに入力された複数の状態変数（例えばＰＥＳ）に重み係数をかけた値と、Ｍセクタ前における出力値との和に基づく値を出力するピーク・フィルタと、前記各サーボ・セクタのサーボ信号から決定される前記ヘッドの位置に対応するヘッド位置信号と、基準信号と、前記ピーク・フィルタの出力とに基づき、前記ヘッドを移動する駆動装置の制御信号を出力する制御信号出力部と、を備え、前記サーボ・システムの開ループ伝達関数によるナイキスト線図において、ω＝０を除く前記ピーク・フィルタの各極ωｋについて、Ｚ０が、点（−１、０）であり、Ｚ０１が、ωｋにおける、前記ピーク・フィルタがない場合の前記サーボ・システムの開ループ伝達関数の点であり、Ｚｋが、ωｋにおける前記ピーク・フィルタを有する前記サーボ・ループの開ループ伝達関数の点である場合に、前記Ｚ０から前記Ｚ０１に向かう直線と、前記Ｚ０１から前記Ｚｋに向かう直線とがなす角度は９０°以下である。上記条件をサーボ・システムが満たすことによって、システムを不安定にすることなくＲＲＯを補償することができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
前記Ｚ０から前記Ｚ０１に向かう直線と、前記Ｚ０１から前記Ｚｋに向かう直線とがなす角度は６０°以下であることが好ましい。さらには、前記Ｚ０から前記Ｚ０１に向かう直線と、前記Ｚ０１から前記Ｚｋに向かう直線とがなす角度は４５°以下であることが好ましい。上記条件によって、処理の負担を抑制しつつ、このように位相余裕を確保することによるシステムの安定化を図ることができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
本発明の第３の態様は、記録ディスクに記録されているサーボ信号によってヘッドの位置制御を実行する、ディスク・ドライブにおけるヘッド位置制御方法であって、サーボ・セクタ数がＭである複数のトラックを有する記録ディスクにアクセスし、各サーボ・セクタのサーボ信号を読み取り、前記各サーボ・セクタのサーボ信号から決定され前記ヘッドの位置に対応するヘッド位置信号と、基準信号と、予め設定されたNセクタ前のセクタから現在のセクタまでに入力された複数の状態変数に重み係数をかけた値とＭセクタ前における出力値との和に基づく値と、に基づき、前記ヘッドを移動する駆動装置の制御信号を出力し、前記サーボ・システムの開ループ伝達関数によるナイキスト線図において、ω＝０を除く前記ピーク・フィルタの各極ωｋについて、Ｚ０が点（−１、０）であり、Ｚ０１がωｋにおける前記ピーク・フィルタがない場合の前記サーボ・システムの開ループ伝達関数の点であり、Ｚｋがωｋにおける、前記ピーク・フィルタを有する前記サーボ・システムの開ループ伝達関数の点である場合に、前記Ｚ０は前記Ｚ０１の近傍から前記Ｚｋを介して前記Ｚ０１の近傍に向かう曲線の外側にある。本態様によれば、ディスク・ドライブにおいて、Mセクタ前、つまり１周前の出力値と複数の状態変数に重み係数をかけた値を利用して効率的にＲＲＯを補償するピーク・フィルタを構成することができ、また、伝達関数が上記条件を満たすことによって、システムの安定を確保することができる。システム安定設計の容易性の観点から、前記Ｚ０から前記Ｚ０１に向かう直線と、前記Ｚ０１から前記Ｚｋに向かう直線とがなす角度は、９０°以下に設定することが好ましい。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４８】
数式（２）で表される演算処理を実行するピーク・フィルタ２３４、２３７は、Ｍセクタ前のフィルタ出力と、Ｍセクタ前から現在セクタまでの間の複数のセクタに対応する状態変数に重み係数をかけた値の和に基づいて出力値を決定することになる。尚、数式（２）の例においては、Mセクタ前のセクタから連続する複数のセクタ（ＰＥＳ（ｎ−Ｍ）〜ＰＥＳ（ｎ−Ｍ+K））のＰＥＳ信号を使用しているが、数式（１）に示すように、Nセクタ前から現在セクタまでのいずれの複数セクタのＰＥＳを使用するかは設計により決定される。例えば、現在セクタから前の連続する複数のセクタ（ＰＥＳ（ｎ）〜ＰＥＳ（ｎ−N））を使用することができる（上記数式（２）の積分において、（Ｍ−ｋ）をｋと変更することに相当する）。尚、サーボ・システムはデジタル処理によって制御信号ＤＡＣＯＵＴを決定しており、回転周波数の高次の周波数はナイキスト周波数以下の周波数が問題となる。