(57)【要約】【課題】機械的共振起因の外乱により生じる磁気ヘッドの位置決め誤差を効果的に低減する。【解決手段】ＶＣＭコントローラ１８が、機械的共振起因の外乱周波数の近傍において、フィードフォワード制御のゲイン特性及び位相特性が磁気ヘッド４の位置決め誤差を最小にするゲイン特性及び位相特性と略一致するように、フィードフォワード制御のゲイン特性及び位相特性を補正する。これにより、機械的共振起因の外乱により生じる磁気ヘッド４の位置決め誤差を効果的に低減することができる。【選択図】図３
2011018394.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械的共振起因の外乱と相関のある信号を測定する測定ステップと、
前記測定ステップにより測定された機械的共振起因の外乱と相関のある信号を用いて、機械的共振起因の外乱が前記ディスク記憶装置のヘッドの位置決め制御に与える影響を低減するように当該ヘッドの位置をフィードフォワード制御する制御ステップとを有し、
前記制御ステップは、
前記測定ステップにより測定された信号のスペクトラムから機械的共振起因の外乱の周波数を機械的共振起因の外乱周波数として特定する周波数特定ステップと、
前記周波数特定ステップにより特定された機械的共振起因の外乱周波数の近傍において、前記フィードフォワード制御のゲイン特性及び位相特性が前記ヘッドの位置決め誤差を最小にするゲイン特性及び位相特性と略一致するように、前記フィードフォワード制御のゲイン特性及び位相特性を補正する補正ステップとを有する
ことを特徴とするフィードフォワードコントローラの補正方法。
【請求項２】
前記フィードフォワード制御のゲイン特性は、前記機械的共振起因の外乱周波数においてピークを有することを特徴とする請求項１に記載のフィードフォワードコントローラの補正方法。
【請求項３】
前記補正ステップは、
前記周波数特定ステップにより特定された機械的共振起因の外乱周波数と予め記憶されている機械的共振起因の外乱周波数の差分値を算出する算出ステップと、
前記算出ステップにより算出された差分値だけフィードフォワード制御のゲインのピーク位置を移動させる移動ステップと、
前記ヘッドの位置決め誤差が最小になるようにフィードフォワード制御に用いられる伝達関数の係数の一部又は全部を更新する更新ステップと
を有することを特徴とする請求項２に記載のフィードフォワードコントローラの補正方法。
【請求項４】
ディスク記憶装置の機械的共振起因の外乱と相関のある信号を測定する測定手段と、
前記測定手段により測定された機械的共振起因の外乱と相関のある信号を用いて、機械的共振起因の外乱が前記ディスク記憶装置のヘッドの位置決め制御に与える影響を抑制するように当該ヘッドの位置をフィードフォワード制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、
前記測定手段により測定された信号のスペクトラムから機械的共振起因の外乱の周波数を機械的共振起因の外乱周波数として特定する周波数特定手段と、
前記周波数特定手段により特定された機械的共振起因の外乱周波数の近傍において、前記フィードフォワード制御のゲイン特性及び位相特性が、前記機械的共振起因の外乱に起因する前記ヘッドの位置決め誤差を最小にするゲイン特性及び位相特性と略一致するように、前記フィードフォワード制御のゲイン特性及び位相特性を補正する補正手段とを備える
ことを特徴とするフィードフォワードコントローラ。
【請求項５】
ディスクと、
前記ディスクに対し情報の読み出し動作と記録動作を実行するヘッドと、
機械的共振起因の外乱と相関のある信号を測定する測定手段と、
前記測定手段により測定された機械的共振起因の外乱と相関のある信号を用いて、機械的共振起因の外乱が前記ヘッドの位置決め制御に与える影響を抑制するように当該ヘッドの位置をフィードフォワード制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、
前記測定手段により測定された信号のスペクトラムから機械的共振起因の外乱の周波数を機械的共振起因の外乱周波数として特定する周波数特定手段と、
前記周波数特定手段により特定された機械的共振起因の外乱周波数の近傍において、前記フィードフォワード制御のゲイン特性及び位相特性が、前記機械的共振起因の外乱に起因する前記ヘッドの位置決め誤差を最小にするゲイン特性及び位相特性と略一致するように、前記フィードフォワード制御のゲイン特性及び位相特性を補正する補正手段とを備える
ことを特徴とするディスク記憶装置。
【請求項６】
機械的共振起因の外乱と相関のある信号を測定する測定ステップと、
前記測定ステップにより測定された機械的共振起因の外乱と相関のある信号を用いて、機械的共振起因の外乱がヘッドの位置決め制御に与える影響を抑制するように当該ヘッドの位置をフィードフォワード制御する制御ステップとを有し、
前記制御ステップは、
前記測定ステップにより測定された信号のスペクトラムから機械的共振起因の外乱の周波数を機械的共振起因の外乱周波数として特定する周波数特定ステップと、
前記周波数特定ステップにより特定された機械的共振起因の外乱周波数の近傍において、前記フィードフォワード制御のゲイン特性及び位相特性が、前記機械的共振起因の外乱に起因する前記ヘッドの位置決め誤差を最小にするゲイン特性及び位相特性と略一致するように、前記フィードフォワード制御のゲイン特性及び位相特性を補正する補正ステップとを有する
ことを特徴とするディスク記憶装置のヘッド位置決め制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディスク記憶装置におけるヘッドの位置決め制御に用いられるフィードフォワードコントローラの補正方法、同補正方法により補正されるフィードフォワードコントローラ、同補正方法により補正されるフィードフォワードコントローラを有するディスク記憶装置、及び同補正方法を利用したディスク記憶装置のヘッド位置決め制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気ディスク記憶装置や光ディスク記憶装置等のディスク記憶装置においては、目標トラックにヘッドを正確に位置決め制御することが記録密度向上のために極めて重要である。この位置決め制御においては、機械的共振に由来する外乱（例えば、ディスクフラッタやサスペンション振動等）がヘッドの位置決め精度に影響を及ぼすことが知られている。このような背景から、磁気ヘッドの位置誤差信号に基づいたフィードバック制御に加えて、センサを用いて機械的共振に由来する外乱と相関がある信号を得て(例えば、機械的共振に起因する外乱がディスクフラッタの場合、ディスクの上下振動に磁気ヘッドが追従する時のサスペンションの撓みをサスペンション上に取り付けた圧電素子で検出する等)、その信号を用いてフィードフォワード制御を行うことにより、位置誤差信号における機械的共振起因の外乱の影響を低減させる手法が提案されている。
【０００３】
フィードフォワード制御によって位置誤差信号における機械的共振起因の外乱の影響を低減させるためには、機械的共振に起因する外乱と相関のある信号を測定し、その信号を用いてフィードフォワード制御をすることで位置誤差信号に含まれる機械的共振起因の外乱に起因する位置誤差成分を打ち消すようにフィードフォワードコントローラの制御特性を設計すればよい。ところが、センサ出力にはノイズが乗ってしまうため、ノイズが乗った機械的共振に起因する外乱と相関のある信号を用いてフィードフォワード制御をする場合、ノイズが外乱として働き、位置決め精度を逆に悪化させてしまう要因となることがある。従って上記手法を利用する場合には、機械的共振起因の外乱に相当する周波数では上記制御特性に従って動作し、それ以外の周波数ではセンサが検出するノイズによる位置決め精度の悪化を防ぐようにゲインを下げたフィードフォワードコントローラを設計する。また一般に、ディスク記憶装置にフィードフォワードコントローラを実装する際には、メモリの空き容量や計算時間等を考慮してフィードフォワードコントローラの次数を低くしなければならないため、上記のフィードフォワードコントローラを低次のコントローラで実現することが求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２１７２４４号公報
【特許文献２】特開２００６−１０７７０８号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】G.Ferretti, et al., “Modeling and Experimental Analysis of the Vibrations in Hard Disk Drives”, IEEE Trans. Magn., Vol.7, No.2, Jun., 2002.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
機械的共振に由来する外乱としては、ディスクフラッタやサスペンション振動などが知られている。以下では、発明が解決しようとする課題を、機械的共振に由来する外乱としてディスクフラッタを例にして説明をする。ディスクフラッタとは、ディスクが回転することによって生じる風に起因する、ディスク平面に対し垂直方向のディスク自体の振動のことである。
【０００７】
ディスクの振動量を検出する圧電素子や容量センサ等の振動検出手段には感度等の特性にばらつきが存在することがある。振動検出手段の特性にばらつきが存在する場合、ディスクフラッタによって生じるヘッドの位置決め誤差を最小にするフィードフォワードコントローラの制御特性が変化する。一方、ディスク記憶装置によっては、ディスクフラッタ自体の周波数やゲインが異なることがあり、この場合、フィードフォワード制御によって抑圧すべきディスクフラッタの周波数やゲインが変化する。従って上記手法では、ディスクフラッタの周波数の近傍において、設計されたフィードフォワードコントローラのゲイン及び位相とヘッドの位置決め誤差が最小になるフィードフォワードコントローラのゲイン及び位相とが一致しないことがある。このため上記手法によれば、ディスクフラッタにより生じる位置決め誤差を効果的に低減することができず、フィードフォワード制御による効果を十分に得ることができない可能性がある。
【０００８】
開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであり、ディスクフラッタなどの機械的共振に由来する外乱により生じるヘッドの位置決め誤差を効果的に低減可能なフィードフォワードコントローラの補正方法、同補正方法により補正されるフィードフォワードコントローラ、同補正方法により補正されるフィードフォワードコントローラを有するディスク記憶装置、及び同補正方法を利用したディスク記憶装置のヘッド位置決め制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願の開示するフィードフォワードコントローラの補正方法、フィードフォワードコントローラ、ディスク記憶装置、及びディスク記憶装置のヘッド位置決め制御方法は、センサによって機械的共振に起因する外乱と相関のある信号を得、その信号のスペクトラムから機械的共振起因の外乱の周波数を機械的共振起因の外乱周波数として特定し、特定された機械的共振起因の外乱周波数の近傍において、フィードフォワード制御のゲイン特性及び位相特性がヘッドの位置決め誤差を最小にするゲイン特性及び位相特性と略一致するように、フィードフォワード制御のゲイン特性及び位相特性を補正する。
【発明の効果】
【００１０】
本願の開示するフィードフォワードコントローラの補正方法、フィードフォワードコントローラ、ディスク記憶装置、及びディスク記憶装置のヘッド位置決め制御方法によれば、機械的共振に由来する外乱により生じるヘッドの位置決め誤差を効果的に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、実施例の磁気ディスク記憶装置の概略構成を示す平面図である。
【図２】図２は、図１に示す磁気ディスク記憶装置におけるアクチュエータの構成を示す斜視図である。
【図３】図３は、磁気ディスク記憶装置の制御系の全体構成を示すブロック図である。
【図４】図４は、磁気ヘッドの位置決め制御に関係する制御系の構成を示すブロック図である。
【図５】図５は、実施例の振動センサの配置位置を示す模式図である。
【図６】図６（ａ）、（ｂ）は、図５に示す振動センサの配置位置の変形例を示す模式図である。
【図７】図７（ａ）、（ｂ）は、磁気ディスクが同位相で振動するモードと磁気ディスクが逆位相で振動するモードを示す模式図である。
【図８】図８は、ディスクフラッタにより磁気ディスクが湾曲することにより生じる磁気ヘッドの位置決め誤差を説明するための模式図である。
【図９】図９は、磁気ディスクの上下振動をレーザドップラー振動計で測定した結果を示す図である。
【図１０】図１０は、磁気ディスクの振動をサスペンション上に搭載した振動センサで測定した結果を示す図である。
【図１１】図１１は、磁気ヘッドの位置信号に応じた位置誤差信号のパワーススペクトラムを示す図である。
【図１２】図１２は、磁気ヘッドの位置決め制御系の構成を示す機能ブロック図である。
【図１３】図１３（ａ）、（ｂ）は、フィードフォワードコントローラのゲイン特性及び位相特性の一例を示す図である。
【図１４】図１４は、４つの２次フィルタの制御特性の一例を示す図である。
【図１５】図１５（ａ）、（ｂ）は、分母の減衰係数の変化に伴う２次フィルタのゲイン特性及び位相特性の変化を示す図である。
【図１６】図１６（ａ）、（ｂ）は、分子の減衰係数の変化に伴う２次フィルタのゲイン特性及び位相特性の変化を示す図である。
【図１７】図１７は、フィードフォワードコントローラの更新処理の流れを示すフローチャート図である。
【図１８】図１８は、図１７に示す減衰係数の更新処理の流れを示すフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本願の開示するフィードフォワードコントローラの補正方法、フィードフォワードコントローラ、ディスク記憶装置、及びディスク記憶装置のヘッド位置決め制御方法の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお本実施例により本発明が限定されるものではない。
【００１３】
〔機構〕
始めに、図１，２を参照して、実施例の磁気ディスク記憶装置の機構を説明する。なお図１は実施例の磁気ディスク記憶装置の概略構成を示す平面図、図２は図１に示す磁気ディスク記憶装置におけるアクチュエータの構成を示す斜視図である。
【００１４】
実施例の磁気ディスク記憶装置１は、図１に示すように、記憶媒体である磁気ディスク２，スピンドルモータ（SPindle Motor：SPM）３，磁気ヘッド４，及びアクチュエータ５を含む。スピンドルモータ３は、磁気ディスク２を回転駆動する。磁気ヘッド４は、磁気ディスク２に情報を書き込む又は磁気ディスク２に記憶された情報を読み取る。アクチュエータ５は、回動動作によって磁気ヘッド４を磁気ディスク２の径方向に移動する。
【００１５】
アクチュエータ５は、図２に示すように、ボイスコイルモータ（Voice Coil Motor：VCM）６に接続されたアーム部材７ａ，７ｂ，７ｃと、アーム部材の端部に設けられたサスペンション８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄを有し、各サスペンションの先端部には磁気ヘッド４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄが搭載されている。アクチュエータ５は、ボイスコイルモータ６によって回転駆動される。
【００１６】
本実施例では、アーム部材７ｂの端部に２つのサスペンション８ａ，８ｂが設けられている。また図５を参照して後述するが、サスペンション８ａ，８ｃにはディスクフラッタを検出する振動センサが配設されている。また詳しくは後述するが、本実施例では、４つの磁気ヘッド４ａ〜４ｄのうち、磁気ヘッド４ａ，４ｂのペアが第１の磁気ディスクの両面にそれぞれ対向配置され、磁気ヘッド４ｃ，４ｄのペアが第２の磁気ディスクの両面にそれぞれ対向配置されている。
【００１７】
〔制御系〕
次に、図３，図４を参照して、磁気ディスク記憶装置１の制御系の構成を説明する。なお図３は磁気ディスク記憶装置１の制御系の全体構成を示すブロック図、図４は磁気ヘッド２の位置決め制御に関係する制御系の構成を示すブロック図である。
【００１８】
磁気ディスク記憶装置１の制御系は、図３に示すように、プリアンプ１１，リードチャネル回路（Read Channel Circuit：RDC）１２，ハードディスクコントローラ（Hard Disc Controller：HDC）１３，サーボコントローラ１４，ＶＣＭドライバ１５，及びＳＰＭドライバ１６を含む。プリアンプ１１は、磁気ヘッド４によって磁気ディスク２から読み取られた信号（再生信号）を増幅する。
【００１９】
リードチャネル回路１２は、プリアンプ１１により増幅された再生信号からサーボ情報とデータ信号を生成し、生成されたサーボ情報及びデータ信号をそれぞれサーボコントローラ１４及びハードディスクコントローラ１３に出力する。ハードディスクコントローラ１３は、リードチャネル回路１２により生成されたデータ信号に所定の処理を施してホスト装置１７に出力する。
【００２０】
サーボコントローラ１４は、ＶＣＭコントローラ１８及びＳＰＭコントローラ１９を用いて、リードチャネル回路１２により生成されたサーボ情報に基づいてＶＣＭドライバ１５及びＳＰＭドライバ１６に対する制御信号を生成する。ＶＣＭドライバ１５は、ＶＣＭコントローラ１８からの制御信号に従ってボイスコイルモータ６を介してアクチュエータ５の動作を制御する。ＳＰＭドライバ１６は、ＳＰＭコントローラ１９からの制御信号に従ってスピンドルモータ３を介して磁気ディスク２の回転動作を制御する。
【００２１】
この制御系では、サーボコントローラ１４に含まれるＶＣＭコントローラ１８が磁気ヘッド４ａ〜４ｄの位置決め制御を実行する。ＶＣＭコントローラ１８は、図４に示すように、振動センサ２１ａ，２１ｂと、ＦＢ（フィードバック）コントローラ２２と、ＦＦ（フィードフォワード）コントローラ２３と、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３を含む。
【００２２】
本実施例では、４つの磁気ヘッド４ａ〜４ｄのうち、磁気ヘッド４ａ，４ｂのペアが、図５に示すように、磁気ディスク２ａの両面にそれぞれ対向配置され、磁気ヘッド４ｃ，４ｄのペアが磁気ディスク２ｂの両面にそれぞれ対向配置されている。そこで振動センサ２１ａは、図４及び図５に示すように、磁気ディスク２ａを挟む上側のサスペンション８ａに搭載され、磁気ディスク２ａの振動量を検出する。また振動センサ２１ｂは、磁気ディスク２ｂを挟む上側のサスペンション８ｃに搭載され、磁気ディスク２ｂの振動量を検出する。
【００２３】
ＦＢコントローラ２２は、磁気ヘッド４ａ〜４ｄから得られる位置信号に応じた磁気ヘッド４ａ〜４ｄの位置誤差信号に基づいてサーボ情報を生成し、生成したサーボ情報を用いてＶＣＭドライバ１５に対する制御信号を生成する。この制御信号により制御されるボイスコイルモータ６の回動動作により、各サスペンション８ａ〜８ｄ上の磁気ヘッド４ａ〜４ｄが駆動される。このようにして、位置決め誤差を無くして各磁気ヘッドが対向する磁気ディスクの所定のトラック上に精度よく位置決めされる。
【００２４】
ＦＦコントローラ２３は、ＦＦコントローラ２３ａとＦＦコントローラ２３ｂを有し、振動センサ２１ａ，２１ｂの検出信号に基づいてＦＢコントローラ２２が出力する制御信号に対しフィードフォワード制御量を付加する。これにより、磁気ディスク２ａ，２ｂのディスクフラッタによる位置決め誤差を加味した制御信号がボイスコイルモータ６に印加されるようになり、磁気ディスク２ａ，２ｂのディスクフラッタの影響を加味した磁気ヘッド２ａ，２ｂの位置決め制御が可能となる。また磁気ディスク２ａ及び磁気ディスク２ｂに対してそれぞれＦＦコントローラ２３ａ及びＦＦコントローラ２３ｂを備えることにより、磁気ディスク２ａ，２ｂ間におけるディスクフラッタの周波数やゲインの差異に対応して制御性能を高めることができる。
【００２５】
スイッチＳＷ１は、磁気ヘッド４ａ〜４ｄから得られる位置信号に応じた磁気ヘッド４ａ〜４ｄの位置誤差信号を選択してＦＢコントローラ２２に出力する機能を有する。スイッチＳＷ２は、振動センサ２１ａ，２１ｂの検出信号を選択してＦＦコントローラ２３に出力する機能を有する。
【００２６】
スイッチＳＷ３は、磁気ヘッド４ａ又は磁気ヘッド４ｃの位置誤差信号が選択された際にはＦＦコントローラ２３からの出力信号をそのまま通過させ、磁気ヘッド４ｂ又は磁気ヘッド４ｄの位置誤差信号が選択された際にはＦＦコントローラ２３の出力信号の符号を反転させる。これは、磁気ディスクに対する磁気ヘッドの位置関係が逆となった場合、ディスクフラッタによる磁気ヘッドの位置決め制御に対する影響が逆方向となるためである。
【００２７】
本実施例では、図５に示すように、４つのサスペンション８ａ〜８ｄのうち、サスペンション８ａとサスペンション８ｃに振動センサ２１ａ，２１ｂを配設したが、図６（ａ）に示すように各サスペンションに振動センサ２１を配設してもよいし、図６（ｂ）に示すように１つのサスペンションにのみ振動センサ２１を配設するようにしてもよい。
【００２８】
同じ磁気ディスクを挟むサスペンションに取り付けられた振動センサは、センサ特性やセンサにノイズとして乗ってしまうアームやサスペンションの振動特性が異なるだけで、ディスクフラッタ自体については符号が逆であるが同じものを検出する。従って図５や図６（ａ）に示すような振動センサの配置によれば、振動センサの個数を減らすことができる。ところが図６（ｂ）に示す構成は以下のような問題がある。
【００２９】
すなわちディスク２ａ，２ｂの振動モードには、ディスクフラッタの周波数に応じて、図７（ａ）に示すように磁気ディスク２ａ，２ｂが同位相で振動するモードと、図７（ｂ）に示すように磁気ディスク２ａ，２ｂが逆位相で振動するモードがある。このため、図６（ｂ）に示す構成においてディスクフラッタを検出していない磁気ディスク（図６（ｂ）に示す例では磁気ディスク２ｂ）を挟む磁気ヘッド（図６（ｂ）に示す例では磁気ヘッド４ｃ，４ｄ）の位置決め制御を行う際、磁気ディスク２ａ，２ｂが逆位相で振動するモードが存在する場合には、そのモードにおいてＦＦコントローラ２３の位相を１８０度反転させなければならない。
【００３０】
従って図６（ｂ）に示すように振動センサを配置した場合には、対象とする全てのディスクフラッタを抑圧するようなＦＦコントローラ２３を設計することは難しい。但し、磁気ディスク２ａ，２ｂが逆位相で振動するモードを抑圧できないことによる多少の制御性能の低下を許容するのであれば、センサやセンサ出力を増幅するための増幅器の個数が少なくて済むので、コスト削減の効果が得られる。
【００３１】
〔磁気ヘッドの位置決め制御〕
次に、磁気ヘッド４ａ〜４ｄの位置決め制御を行う際のＶＣＭコントローラ１８の動作を説明する。
【００３２】
磁気ヘッド４ａの位置決め制御を行う際には、スイッチＳＷ１が、磁気ヘッド４ａから得られる位置信号に応じた位置誤差信号を選択してＦＢコントローラ２２に出力する。スイッチＳＷ２は、振動センサ２１ａの検出信号を選択してＦＦコントローラ２３に出力する。ＦＦコントローラ２３では、磁気ディスク４ａ用のＦＦコントローラ２３ａが動作する。スイッチＳＷ３は、磁気ヘッド４ａが磁気ディスク２ａの上側の磁気ヘッドであるため、ＦＦコントローラ２３ａの出力をそのまま通過させる。
【００３３】
磁気ヘッド４ｂの位置決め制御を行う際には、スイッチＳＷ１が、磁気ヘッド４ｂから得られる位置信号に応じた位置誤差信号を選択してＦＢコントローラ２２に出力する。スイッチＳＷ２は、磁気ディスク２ｂ用の振動センサ２１ａの検出信号を選択してＦＦコントローラ２３に出力する。ＦＦコントローラ２３では、磁気ディスク２ａ用のＦＦコントローラ２３ａが選択される。スイッチＳＷ３は、磁気ヘッド４ｂが磁気ディスク２ａの下側の磁気ヘッドであるため、ＦＦコントローラ２３ａの出力の符号を反転させて出力する。
【００３４】
磁気ヘッド４ｃの位置決め制御を行う際には、スイッチＳＷ１が、磁気ヘッド４ｃから得られる位置信号に応じた位置誤差信号を選択してＦＢコントローラ２２に出力する。スイッチＳＷ２は、磁気ディスク２ｂ用の振動センサ２１ｂの検出信号を選択してＦＦコントローラ２３に出力する。ＦＦコントローラ２３では、磁気ディスク２ｂ用のＦＦコントローラ２３ｂが選択される。スイッチＳＷ３は、磁気ヘッド４ｃが磁気ディスク２ｂの上側の磁気ヘッドであるため、ＦＦコントローラ２３ｂの出力をそのまま通過させる。
【００３５】
磁気ヘッド４ｄの位置決め制御を行う際には、スイッチＳＷ１が、磁気ヘッド４ｄから得られる位置信号に応じた位置誤差信号を選択してＦＢコントローラ２２に出力する。スイッチＳＷ２は、磁気ディスク２ｂ用の振動センサ２１ｂの検出信号を選択してＦＦコントローラ２３に出力する。ＦＦコントローラ２３では、磁気ディスク２ｂ用のＦＦコントローラ２３ｂが選択される。スイッチＳＷ３は、磁気ヘッド４ｄが磁気ディスク２ｂの下側の磁気ヘッドであるため、ＦＦコントローラ２３ｂの出力の符号を反転させて出力する。
【００３６】
〔磁気ヘッドの位置決め制御に対するディスクフラッタの影響〕
次に、図８を参照して、磁気ヘッド４ａ〜４ｄの位置決め制御に対するディスクフラッタの影響を説明する。なお図８における破線はディスクフラッタにより磁気ディスク２が湾曲される前の状態を示し、実線はディスクフラッタにより磁気ディスク２が湾曲された後の状態を示す。
【００３７】
いま図８に示すように、磁気ディスク２が湾曲する前に磁気ヘッド４の中心線（図８中、垂直な破線）が磁気ディスク２のトラック中心（図中、白丸位置）に一致しているとする。この状態において磁気ディスク２がディスクフラッタにより湾曲すると、磁気ヘッド４の中心線（図中、斜めに傾いた実線）に対し磁気ディスク２のトラック中心（図中、黒丸位置）が磁気ディスク２の径方向外側にずれて位置決め誤差が生じる。
【００３８】
図９は、磁気ディスク２の上下振動をレーザドップラー振動計で測定した結果、図１０は、磁気ディスク２の振動をサスペンション上に搭載した振動センサで測定した結果、図１１は、位置誤差信号のパワーススペクトラムを示す。図９〜１１の全てのパワースペクトラムにおいてディスクフラッタに起因するピーク（図中黒丸位置）が存在し、磁気ディスク２の上下振動が位置誤差信号に現れていること、及びサスペンション上に搭載したセンサによりディスクフラッタを検出できることがわかる。
【００３９】
〔ディスクフラッタの影響を低減するためのＦＦコントローラの設計方法〕
次に、磁気ヘッドの位置決め制御に対するディスクフラッタの影響を低減するためのＦＦコントローラ２３の設計方法を説明する。
【００４０】
図１２は、磁気ヘッドの位置決め制御系の構成を示す機能ブロック図である。図１２中、ブロックＰ（ｓ）（ｓ：ラプラス演算子）はボイスコイルモータ６の制御特性、ブロックＣｂ（ｓ）はＦＢコントローラ２２の制御特性、ブロックＣｆ（ｓ）はＦＦコントローラ２３の制御特性、ブロックＳｎ（ｓ）は振動センサ２１ａ，２１ｂのセンサ特性、ブロックＨ（ｓ）はディスクフラッタが磁気ヘッドの位置誤差に変換される現象を表す伝達関数を示す。
【００４１】
ＦＦコントローラ２３は、位置誤差信号中に含まれるディスクフラッタに起因する位置誤差成分を打ち消せばよいので、理論的には以下の数式１に示す制御特性を有すればよい。しかしながら、数式１中に伝達関数Ｈ（ｓ）等の未知の要素が含まれることやＦＦコントローラ２３に対する実装時の次数制限等があるため、数式１に示す制御特性を有するＦＦコントローラ３を実装することは難しい。
【数１】
2011018394.tif 000003
【００４２】
そこで本実施形態では、以下の数式２で表されるようなｍ個の２次フィルタを直列に接続したものをＦＦコントローラ２３とし、ディスクフラッタの周波数において数式２が示す特性と同じ特性を有するように数式２に含まれる固有角周波数ω１ｉ，ω２ｉと減衰係数ζ１ｉ，ζ２ｉを設定する。なお固有角周波数ω１ｉ，ω２ｉは、ゲインのピーク周波数と位相が−90°となる周波数に関するパラメータを示し、フィードフォワード制御の位相特性を調整するものである。また減衰係数ζ１ｉ，ζ２ｉは、ゲインのピークの高さと幅、位相の遅れ方に関するパラメータであり、フィードフォワード制御のゲイン特性を調整するものである。またパラメータｍはディスクフラッタのモード数を示し、数式２はディスクフラッタのモード毎の成分の周波数のピーク１つを１つの２次フィルタで構成したものである。また以下では、パラメータｍは低周波数域にあるモードから順に番号を振ることにする。
【数２】
2011018394.tif 000004
【００４３】
図１３（ａ），（ｂ）はＦＦコントローラ２３のゲイン及び位相の特性の一例を示す。図１３（ａ），（ｂ）に示すＦＦコントローラ２３は、ディスクフラッタの周波数においてゲイン及び位相がピークを有する制御特性を有し、数式２中の１つの２次フィルタ（図１４に示す特性曲線１つ）で１つのピークを形成している。図１４は４つの２次フィルタのゲイン特性を示し、この４つの２次フィルタの制御特性を合成したものが図１３（ａ），（ｂ）に示すＦＦコントローラ２３のゲイン及び位相の特性となる。
【００４４】
一般に、数式２に示す２次フィルタの分母の減衰係数ζ１ｉを大きくすると２次フィルタのゲイン及び位相は図１５（ａ），（ｂ）に示すように変化し、数式２に示す２次フィルタの分子の減衰係数ζ２ｉを大きくすると２次フィルタのゲイン及び位相は図１６（ａ），（ｂ）に示すように変化する。また固有角周波数ω１ｉ，ω２ｉが変化した場合、ゲイン及び位相の周波数特性は図１５（ａ），（ｂ）及び図１６（ａ），（ｂ）の左右方向へ平行移動する。従って２次フィルタを設計する際はこの点を考慮して２次フィルタのゲインのピークがディスクフラッタの周波数に合致するように２次フィルタを設計する。なお２次フィルタの特性は図１５（ａ），（ｂ）に示す特性と図１６（ａ），（ｂ）に示す特性を合成したものとなり、実装する際には双一次変換を用いて数式２に示す特性を離散化した上で実装する。このような特性を持たせることにより、センサが拾ってしまうノイズやヘッドによって異なることがあるアクチュエータの振動特性の影響を小さくできる。
【００４５】
〔ＦＦコントローラの更新方法〕
図１２に示す制御系の構成要素のうち、センサ特性Ｓｎ（ｓ）や抑圧したいディスクフラッタの周波数はドライブ（磁気ディスク２ａ，２ｂ）によって異なることがある。そしてセンサ特性が変化した場合、数式１に示すＦＦコントローラ２３の特性が変化し、またディスクフラッタの周波数が変化した場合には、抑圧したいディスクフラッタの周波数において、設計時のＦＦコントローラ２３のゲイン及び位相の特性が数式１に示すゲイン及び位相の特性と異なってしまう。そこで本実施例では、以下に示す更新処理によってセンサ特性Ｓｎ（ｓ）やディスクフラッタの周波数の変化に合わせてＦＦコントローラ２３の制御特性Ｃｆ（ｓ）を更新することにより、抑圧したいディスクフラッタの周波数の近傍において常に、ＦＦコントローラ２３のゲイン及び位相の特性がディスクフラッタによって生じる位置決め誤差が最小となるＦＦコントローラ２３のゲイン及び位相の特性と一致させるようにする。以下、図１７に示すフローチャートを参照して、ＦＦコントローラ２３の更新処理の流れを説明する。
【００４６】
図１７に示すフローチャートは、磁気ディスク２ａ，２ｂが回転を開始したタイミングで開始となり、所定の制御周期毎に繰り返し実行される。
【００４７】
ステップＳ１の処理では、ＶＣＭコントローラ１８が、ディスクフラッタのモード数ｍを計数するためのプログラムカウンタｉの値を１に設定する。これにより、ステップＳ１の処理は完了し、更新処理はステップＳ２の処理に進む。
【００４８】
ステップＳ２の処理では、ＶＣＭコントローラ１８が、磁気ディスク２が回転している状態で位置誤差信号又は振動センサ２１ａ，２１ｂの出力信号を測定し、測定信号に対し高速フーリエ変換処理を施すことにより磁気ディスク２の振動のパワースペクトラムを算出する。そしてＶＣＭコントローラ１８は、予め記憶されている設計時におけるディスクフラッタ周波数ωｍｉの近傍でパワースペクトル中のピークを探索し、探索されたピークの周波数を特定することによりディスクフラッタ周波数ωｆｉを算出する。これにより、ステップＳ２の処理は完了し、更新処理はステップＳ３の処理に進む。
【００４９】
ステップＳ３の処理では、ＶＣＭコントローラ１８が、予め記憶されている設計時におけるディスクフラッタ周波数ωｍｉとステップＳ２の処理により算出されたディスクフラッタ周波数ωｆｉを比較する。これにより、ステップＳ３の処理は完了し、更新処理はステップＳ４の処理に進む。
【００５０】
ステップＳ４の処理では、ＶＣＭコントローラ１８が、ステップＳ３の比較処理の結果に基づいて、ディスクフラッタ周波数ωｍｉとディスクフラッタ周波数ωｆｉとが同じであるか否かを判別する。判別の結果、ディスクフラッタ周波数ωｍｉとディスクフラッタ周波数ωｆｉが同じでない場合、ＶＣＭコントローラ１８は更新処理をステップＳ５の処理に進める。一方、ディスクフラッタ周波数ωｍｉとディスクフラッタ周波数ωｆｉが同じである場合には、ＶＣＭコントローラ１８は更新処理をステップＳ６の処理に進める。
【００５１】
ステップＳ５の処理では、ＶＣＭコントローラ１８が、ディスクフラッタ周波数ωｍｉとディスクフラッタ周波数ωｆｉの差分値Δωを算出し、固有角周波数ω１ｉ，ω２（ｉ＋１）の値を算出された差分値Δωだけ更新する。具体的には、ＦＦコントローラ２３のゲインのｉ番目のピーク位置はパラメータω１ｉ又はパラメータω１ｉとパラメータω２（ｉ＋１）によって決定されるので、ＶＣＭコントローラ１８は、このパラメータの値を差分値Δωだけ変更する。この動作により、ＦＦコントローラ２３のゲインのピーク位置とディスクフラッタ周波数とを一致させることができる。これにより、ステップＳ５の処理は完了し、更新処理はステップＳ６の処理に進む。
【００５２】
ステップＳ６の処理では、ＶＣＭコントローラ１８が、プログラムカウンタｉの値を１増数する。これにより、ステップＳ６の処理は完了し、更新処理はステップＳ７の処理に進む。
【００５３】
ステップＳ７の処理では、ＶＣＭコントローラ１８が、プログラムカウンタｉの値がモード数ｍ未満であるか否かを判別する。判別の結果、プログラムカウンタｉの値がモードｍ以上である場合、ＶＣＭコントローラ１８は更新処理をステップＳ８の処理に進める。一方、プログラムカウンタｉの値がモード数ｍ未満である場合には、ＶＣＭコントローラ１８は更新処理をステップＳ２の処理に戻す。
【００５４】
ステップＳ８の処理では、ＶＣＭコントローラ１８が、２次フィルタの減衰係数ζ１ｉ，ζ２ｉの値を更新する（減衰係数更新処理）。なおこの減衰係数更新処理の流れについては図１８に示すフローチャートを参照して後述する。これにより、ステップＳ８の処理は完了し、一連の更新処理は終了する。
【００５５】
〔減衰係数の更新方法〕
ＦＦコントローラ２３のゲインのピーク位置を動かしただけではＦＦコントローラ２３のゲイン及び位相の特性がディスクフラッタによって生じる位置決め誤差が最小となるゲイン及び位相の特性と一致するとは限らない。このためこの更新処理において、ＶＣＭコントローラ１８は、ステップＳ８の処理において減衰係数を更新することによりＦＦコントローラ２３のゲインと位相の特性がディスクフラッタによって生じる位置決め誤差が最小となるゲイン及び位相の特性と一致するようにする。以下、上記ステップＳ８の減衰更新処理について詳しく説明する。
【００５６】
フィードフォワード制御による磁気ヘッド２の移動量Δｙは、図１２に示す機能ブロック図から明らかなように、ＦＦコントローラ２３の出力をｖとすると以下の数式３のように表される。またＦＦコントローラ２３の出力ｖは以下の数式４のように表される。
【数３】
2011018394.tif 000005
【数４】
2011018394.tif 000006
【００５７】
従って、最小二乗法を用いて以下の数式５に示す評価関数Ｖ２が最小になる減衰係数を算出することにより、位置決め誤差が最小になるＦＦコントローラ２３の制御特性を算出することができる。なお数式５中、パラメータｅは位置誤差信号、パラメータｄは振動センサ２１ａ又は振動センサ２１ｂの出力値を示す。
【数５】
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【００５８】
そこで本実施例では、ＦＦコントローラ２３の制御特性Ｃｆ（ｓ）の分母の定数項を除いた係数ベクトルをＤ、分子の係数ベクトルをＮとして、以下の数式６に示すベクトルｋを定義する。これにより、数式５は以下の数式７のように表される。但し、数式６中、パラメータＴは転置行列を示す。
【数６】
2011018394.tif 000008
【数７】
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【００５９】
上記数式７に示すパラメータＶ２を以下の数式８で表されるベクトルζにより偏微分すると以下に示す数式９が得られる。なお数式９中のパラメータＲ（ｓ）は以下に示す数式１０により表され、離散時間フィルタとして予め算出しておくことができる。
【数８】
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【数９】
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【数１０】
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【００６０】
従って以下の数式１１に従ってベクトルζの値を更新し、上記数式９を用いて評価関数Ｖ２が所定値α以下になるベクトルζを算出することにより、ディスクフラッタによって生じる位置決め誤差が最小となる減衰係数ζを算出することができる。
【数１１】
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【００６１】
なお更新パラメータεを算出する際には、ベクトルｋ中のラプラス演算子ｓは以下の数式１２に示すTustin変換により変換した後に計算に用いるものとする。数式１２中、パラメータＴはサンプリング周期を示す。
【数１２】
2011018394.tif 000014
【００６２】
以上の処理の流れを図１８に示す。図１８に示すフローチャートでは始めに、ＶＣＭコントローラ１８は、振動センサ２１ａ又は振動センサ２１ｂとＦＦコントローラ２３の出力信号を測定する（ステップＳ１１）。次に、ＶＣＭコントローラ１８は、数式６を用いて振動センサ２１ａ又は振動センサ２１ｂの２ｍサンプル前の出力信号とＦＦコントローラ２３の出力信号からベクトルｋを算出し（ステップＳ１２）、ベクトルｋの算出結果を利用して数式８により変数ベクトルζを算出する（ステップＳ１３）。次に、ＶＣＭコントローラ１８は、数式９を用いて更新パラメータεの値を算出し（ステップＳ１４）、算出された更新パラメータεを用いて数式１１により変数ベクトルζの値を更新する（ステップＳ１５）。そしてＶＣＭコントローラ１８は、更新された変数ベクトルζを用いて評価関数Ｖ２が所定値α以下であるか否かを判別し（ステップＳ１６）、評価関数Ｖ２が所定値α以下でない場合、ステップＳ１１の処理に戻る。一方、評価関数Ｖ２が所定値α以下である場合には、ＶＣＭコントローラ１８は変数ベクトルζに対応する減衰係数ζ１ｉ，ζ２ｉを用いてＦＦコントローラ２３の制御特性を更新する。
【００６３】
以上の説明から明らかなように、本実施例の磁気ディスク記憶装置１では、ＶＣＭコントローラ１８が、  ディスクフラッタ周波数の近傍において、フィードフォワード制御のゲイン特性及び位相特性が磁気ヘッド４ａ〜４ｄの位置決め誤差を最小にするゲイン特性及び位相特性と略一致するように、フィードフォワード制御のゲイン特性及び位相特性を補正する。このような構成によれば、感度等の特性が振動センサ２１毎に異なる場合や、ドライブによってディスクフラッタの周波数やゲインが異なる場合であっても、ディスクフラッタにより生じる磁気ヘッド４ａ〜４ｄの位置決め誤差を効果的に低減することができる。
【００６４】
なお本実施例ではディスクフラッタの周波数を測定することにより減衰係数ζ１ｉ，ζ２ｉのみを更新したが、ディスクフラッタの周波数を測定することなく固有角周波数ω１ｉ，ω２ｉと減衰係数ζ１ｉ，ζ２ｉの両方を更新するようにしてもよい。この場合、数式８に示すベクトルζを以下の数式１３に示すベクトルηに置き換え、数式７に示すパラメータＶ２を数式１３に示すベクトルηにより偏微分することにより以下に示す数式１４を得る。そして以下の数式１５に従ってベクトルηの値を更新し、上記数式１４を用いて評価関数Ｖ２が所定値α以下になるベクトルηを算出することにより、ディスクフラッタによって生じる位置決め誤差が最小となる固有角周波数ω１ｉ，ω２ｉと減衰係数ζ１ｉ，ζ２ｉを算出することができる。
【数１３】
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【数１４】
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【数１５】
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【００６５】
以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、この実施の形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。
【符号の説明】
【００６６】
１  磁気ディスク装置
２，２ａ，２ｂ  磁気ディスク
３  スピンドルモータ（SPindle Motor：SPM）
４，４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ  磁気ヘッド
５  アクチュエータ
６  ボイスコイルモータ（Voice Coil Motor：VCM）
７ａ，７ｂ，７ｃ  アーム部材
８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ  サスペンション
１１  プリアンプ
１２  リードチャネル回路（Read Channel Circuit：RDC）
１３  ハードディスクコントローラ（Hard Disc Controller：HDC）
１４  サーボコントローラ
１５  ＶＣＭドライバ
１６  ＳＰＭドライバ
１７  ホスト装置
１８  ＶＣＭコントローラ
１９  ＳＰＭコントローラ
２１，２１ａ，２１ｂ  振動センサ
２２  フィードバック（ＦＢ）コントローラ
２３，２３ａ，２３ｂ  フィードフォワード（ＦＦ）コントローラ
ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３  スイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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