(57)【要約】【課題】位置決め制御に対する筐体の固有振動の影響を軽減しつつ、他の周波数範囲における影響を低減し、位置決め制御の安定化を図ることのできる磁気ディスク装置を提供する。【解決手段】磁気ヘッドの位置を制御する位置制御回路が、磁気ヘッドの読み出した位置情報に基づいて、磁気ヘッドの位置を制御する信号を生成し、予め定めた対象周波数における感度関数を所定の第１利得分だけ低下させ、当該対象周波数よりも低い周波数において感度関数の上昇を所定の第２利得分に抑制するマルチレートフィルタ回路を通じて当該信号を出力する磁気ディスク装置である。【選択図】図１
2007328893.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の軌道に沿ってデータと位置情報とが記録されている磁気ディスク媒体と、
前記磁気ディスク媒体に対して相対移動し、前記データの書き込みと読み出しとを行うとともに、前記位置情報を所定の第一のタイミングごとに読み出す磁気ヘッドと、
前記所定軌道に対する前記磁気ヘッドの位置を、前記磁気ヘッドが読み出す位置情報に基づいて検出し、磁気ヘッドが、データの書き込み又は読み出しの対象となる軌道上に位置するよう、磁気ヘッドの位置を制御する信号を出力する位置制御回路と、を備え、
前記位置制御回路が、前記磁気ヘッドが読み出した位置情報に基づいて、前記磁気ヘッドの位置を制御する信号を生成し、前記第一のタイミングより速い所定の第二のタイミングで動作し、第一のタイミングから決まるナイキスト周波数における位相を進ますことにより、予め定めた対象周波数における感度関数を所定の第１利得分だけ低下させ、当該対象周波数よりも低い周波数において感度関数の上昇を所定の第２利得分に抑制するマルチレートフィルタ回路を通じて当該信号を出力する
ことを特徴とする磁気ディスク装置。
【請求項２】
請求項１に記載の磁気ディスク装置であって、前記位置制御回路が備えるマルチレートフィルタ回路で実現されるオープンループ関数のゼロクロス周波数以下において、前記感度関数の上昇を所定の第２利得分に抑制することを特徴とする磁気ディスク装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハードディスクなどの磁気ディスク装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハードディスク等の磁気ディスク装置では、磁気記録媒体である円盤（ディスク）上に形成された円周状ないしスパイラル状の軌道（トラック）に、データが記録される。そこで、このデータを書き込み、または読み出すため、磁気ヘッドをトラックの位置に移動させる制御（位置決め制御）が行われている。
【特許文献１】米国特許公開公報2003/161065明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
そこで、従来の位置決め制御においては、筐体の固有振動に対応する周波数での感度を低下させるフィルタを通じて信号を処理している。しかしながら、このようにすると、他の周波数での感度関数が上昇するなど、他の周波数範囲に影響がある。また、ナイキスト周波数では制御回路の伝達関数は実数値となるので、位相は、０度か−１８０度と決まっており、位相を進めて感度関数を改善させることが、ナイキスト周波数に近くなるほど困難であった。
【０００４】
なお、フィードバック制御系において、マルチレート推定器を用い、制御可能な周波数範囲を拡大させる技術が、特許文献１などに開示されている。
【０００５】
本発明は上記実情に鑑みて為されたもので、位置決め制御に対する筐体の固有振動の影響を軽減しつつ、他の周波数範囲における影響を低減し、位置決め制御の安定化を図ることのできる磁気ディスク装置を提供することを、その目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記従来例の問題点を解決するための本発明は磁気ディスク装置であって、所定の軌道に沿ってデータと位置情報とが記録されている磁気ディスク媒体と、前記磁気ディスク媒体に対して相対移動し、前記データの書き込みと読み出しとを行うとともに、前記位置情報を所定のタイミングごとに読み出す磁気ヘッドと、前記所定軌道に対する前記磁気ヘッドの位置を、前記磁気ヘッドが読み出す位置情報に基づいて検出し、磁気ヘッドが、データの書き込み又は読み出しの対象となる軌道上に位置するよう、磁気ヘッドの位置を制御する位置制御回路と、を備え、前記位置制御回路が、前記磁気ヘッドが読み出した位置情報に基づいて、前記磁気ヘッドの位置を制御する信号を生成し、予め定めた対象周波数における感度関数を所定の第１利得分だけ低下させ、当該対象周波数よりも低い周波数において感度関数の上昇を所定の第２利得分に抑制するマルチレートフィルタ回路を通じて当該信号を出力することを特徴としている。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。本発明の実施の形態に係る磁気ディスク装置は、図１に示すように、例えば図１に示すようなハードディスク装置であり、磁気ディスク媒体１と、スピンドルモータ（ＳＰＭ）２と、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）３と、磁気ヘッドアセンブリ５と、リードライトチャネル回路（Ｒ／Ｗ）１０と、ハードディスクコントローラ（ＨＤＣ）２０と、ホスト側コントローラ３０とを含んで構成される。なお、ハードディスクコントローラ２０は、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）２１と、記憶部２２とを含んで構成されている。
【０００８】
磁気ディスク媒体１はＳＰＭ２によって回転駆動される。この磁気ディスク媒体１上には、回転中心を中心とした同心円状のトラックが複数形成されている。本実施の形態では、この同心円状のトラックによって規定される軌道上にユーザデータが記録される。また、各トラック上には、磁気ヘッドアセンブリの先端部に設けられた磁気ヘッドの位置を検出するためのサーボセクタが記録されている。
【０００９】
磁気ヘッドが読み取るこのサーボセクタの情報に基づいて、ＳＰＭ２の回転数と１トラックあたりのセクタ数とで定められるサンプリング周期Ｔｓごとに、磁気ディスク媒体１上での磁気ヘッドの位置が検出できる。ＶＣＭ３は、ＨＤＣ２０が出力するＶＣＭ駆動信号により制御され、磁気ヘッドアセンブリ５を、ピボットＰを軸として回転駆動する。
【００１０】
磁気ヘッドアセンブリ５は、キャリッジと、その先端部に設けたサスペンションと、当該サスペンションにより支持される磁気ヘッドとを備える。この磁気ヘッドが磁気ディスク媒体１から読み出した信号は増幅器にて増幅され、Ｒ／Ｗ１０へ出力される。また、この磁気ヘッドは、Ｒ／Ｗ１０から増幅器を介して入力される信号に基づき、磁気ディスク媒体１に情報を記録する。
【００１１】
この磁気ヘッドアセンブリ５は、ＶＣＭ３により、ピボットＰを軸として回転駆動される。これにより、磁気ヘッドアセンブリ５の先端部に設けられた磁気ヘッドが、磁気ディスク媒体１に対して相対移動し、データの書き込み及び読み出しを行うことができるようになる。
【００１２】
Ｒ／Ｗ１０は、磁気ヘッドにて読み出された信号を復調し、復調によって得られたデータをＨＤＣ２０に出力する。また、このＲ／Ｗ１０は、ＨＤＣ２０から入力される、記録の対象となるデータを変調して磁気ヘッドアセンブリ５へ出力する。
【００１３】
ＨＤＣ２０のＭＰＵ２１は、記憶部２２に格納されたプログラムに従って動作する。ここではＭＰＵ２１がＶＣＭ３を制御して、磁気ヘッドの位置決め制御を行う。すなわちＭＰＵ２１は、読み出しや記録の対象となるトラックの位置に、磁気ヘッドを移動させるＶＣＭ制御信号を出力する。また、ＭＰＵ２１は、読み出しや記録の対象となるトラックに、磁気ヘッドの位置を追従させるようＶＣＭ制御信号を出力する。このＭＰＵ２１の位置決め制御の動作については後に述べる。
【００１４】
また、このＨＤＣ２０のＭＰＵ２１は、Ｒ／Ｗ１０が出力するデータをホスト側コントローラ３０へ出力する。さらにＭＰＵ２１は、ホスト側コントローラ３０から入力されるデータをＲ／Ｗ１０へ出力する。
【００１５】
記憶部２２は、ＲＡＭ（Random Access Memory）や、ＲＯＭ（Read Only Memory）などの記憶素子を含む。この記憶部２２には、ＭＰＵ２１によって実行されるプログラムが格納される。また、この記憶部２２は、ＭＰＵ２１のワークメモリとしても動作する。
【００１６】
ホスト側コントローラ３０は、パーソナルコンピュータ等のホスト側装置に接続される。このホスト側コントローラ３０は、ＨＤＣ２０から入力されるデータを、ホスト側装置へ出力する。また、ホスト側装置から入力されるデータや、指示をＨＤＣ２０へ出力する。
【００１７】
次にここで、ＨＤＣ２０のＭＰＵ２１による位置決め制御の処理について説明する。この処理を行うＭＰＵ２１により、機能的に、図２に示す回路が構成される。
【００１８】
すなわち、本実施の形態の磁気ディスク装置の位置決め機構は、機能的には図２に示すように、位置情報デコーダ４１と、コントローラ４２と、マルチレートコントローラ４３と、Ｍ倍サンプル発生器４４とを含んで構成される。
【００１９】
位置情報デコーダ４１は、磁気ヘッドにて読み取られたサーボ信号から、位置情報を復号し、コントローラ４２に出力する。また、この位置情報デコーダ４１は、サーボ信号が読み取られるタイミングを表わすタイミング情報を出力する。このタイミング情報は例えば、サーボ信号が読み取られたときに立ち上がって「Ｈ」となり、それ以外では「Ｌ」となるパルス信号で構わない。
【００２０】
コントローラ４２は、位置情報デコーダ４１が出力する位置及びタイミング情報に基づいて、ＶＣＭ３を制御するための制御信号を生成する。このコントローラ４２によるＶＣＭ制御信号の生成処理は、従来のものと同様であるので、ここでの詳細な説明を省略する。
【００２１】
マルチレートコントローラ４３は、後に説明するＭ倍サンプル発生器４４から、サンプリングタイミングを表わす信号の入力を受けて、当該サンプリングタイミングにてコントローラ４２の出力する信号をサンプリングする。本実施の形態のマルチレートコントローラ４３は、サーボ情報が読み出されるタイミングで定められるナイキスト周波数よりも高い周波数において、利得を向上させる。これによりコントローラ４２の出力信号の位相を進ませる。また、筐体等の機械共振周波数より低く、感度関数が０ｄＢを超えている周波数領域において、当該周波数領域内で指定された周波数における感度関数を所定の第１利得分ＸｄＢだけ低下させ、また、当該指定された周波数よりも低い周波数での感度関数の上昇を所定の第２利得分ＹｄＢに抑制する。
【００２２】
なお、Ｘは、ばらつきを考慮すると２０％以上の低減を見込むために、Ｘ≦１．６ｄＢとしてもよく、またＹは５％程度であれば、ばらつきの範囲と見なせるので、Ｙ≦０．５ｄＢとしてもよい。
【００２３】
すなわち本実施の形態では、感度関数の面積公式（感度関数のゲインの対数を周波数に亘って積分した結果がゼロとなる）により、一部の周波数範囲において感度（ゲイン）を低減したときに、他の周波数範囲においてゲインを上昇させなければならないことに配慮し、磁気ヘッドに対するＳＰＭの回転による空気振動に関わる周波数（対象周波数）にてゲインを低減し、ナイキスト周波数以上で、機械的な共振に関わらない周波数範囲でのゲインを上昇させたものである。このようなマルチレートコントローラ４３の設計については後に述べる。
【００２４】
Ｍ倍サンプル発生器４４は、位置情報デコーダ４１が出力するタイミング情報に基づき、サーボ情報が読み出されるタイミングの所定Ｍ倍の周期で例えば立ち上がるパルス信号を出力する。
【００２５】
例えば、Ｍ＝２、つまり２倍のサンプルを行う場合におけるマルチレートコントローラ４３の伝達関数について説明する。まず、ｚ1をサンプル時間ｔsでのｚ変換のｚとし、ｚ2をＭ倍サンプル（ここではＭ＝２）でのｚ変換のｚとする。すなわち、
【数１】
2007328893.tif 000003
とする。
【００２６】
位置情報がＹ（ｚ1）のときのコントローラ４２の出力をｃ0，ｃ1，ｃ2・・・と、各サンプルごとに更新されるとすると、マルチレートコントローラ４３への入力信号は、
ｃ0，ｃ0，ｃ1，ｃ1，ｃ2，ｃ2・・・
というようになる。
【００２７】
このとき、マルチレートコントローラ４３への入力をＵ（ｚ2）、コントローラ４２の伝達関数をＣ（ｚ1）、と書くと、
【数２】
2007328893.tif 000004
となる。
【００２８】
ｓをラプラス変換のｓとし、ＶＣＭ３の伝達関数をＶ（ｓ）とすると、磁気ヘッドの位置Ｙ（ｓ）は、コントローラ４２の伝達関数をＣ（ｚ1）、マルチレートコントローラ４３の伝達関数をＨ（ｚ2）として、
【数３】
2007328893.tif 000005
と書くことができる。
【００２９】
ここに、Ｙ（ｓ）はサンプル周波数ｆｓで離散化されているので、虚数単位ｊを用いて、
【数４】
2007328893.tif 000006
と書くことができる。
【００３０】
また、ＶＣＭ３の伝達関数は典型的には、
【数５】
2007328893.tif 000007
と書くことができる。なお、Ｋは定数である。この（５）式から分るように、周波数が高くなるほど、伝達関数の値は「０」に近づく。すなわち、Ｙ（ｚ1）は、周波数がゼロからｆｓ／２までは
【数６】
2007328893.tif 000008
と近似できる。オープンループ関数ＯＨは、
【数７】
2007328893.tif 000009
と書くことができる。この（７）式より理解されるように、本実施の形態では、ＶＣＭ３の伝達関数Ｖ（ｓ）の代りに、Ｖ（ｓ）Ｈ（ｚ2）を、０次ホールドを用いてｔｓで離散化していることになる。
【００３１】
マルチレートコントローラ４３をＭ次の有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタとして、オープンループ関数ＯＨの周波数特性を求めると、
【数８】
2007328893.tif 000010
ただし、
【数９】
2007328893.tif 000011
となる。つまり、オープンループ関数ＯＨの周波数特性は、係数ベクトルＡの線形関数である。
【００３２】
一方、マルチレートコントローラ４３を用いない場合のオープンループ関数Ｏは、
【数１０】
2007328893.tif 000012
である。ここで、Ｖ（ｚ1）は、Ｖ（ｓ）をｆｓで離散化したものである。
【００３３】
そこで、マルチレートコントローラ４３により、特定の周波数領域での周波数特性を改善することを考えると、まずマルチレートコントローラ４３を用いない場合のオープンループ関数Ｏのナイキスト線図は、図３に示すようなものとなる。図３において、Ｏ１は、周波数ｆ１におけるオープンループ関数Ｏの値とする。
【００３４】
この系において外乱Ｆの影響は、
【数１１】
2007328893.tif 000013
となる。ここで
【数１２】
2007328893.tif 000014
が感度関数であり、図３においては点（−１，０）と、Ｏ１との距離の逆数である。伝達関数の値をＰ1として、Ｏ１と点（−１，０）との距離より、Ｐ1と点（−１，０）との距離が大きくなれば、周波数ｆ1での外乱抑制能力が改善したといえる。そこで、本実施の形態では、図３に示すように、Ｏ１と点（−１，０）とを結ぶ直線上で、距離が離れる側に点Ｐ1が存在することとなるよう、伝達関数ＯＨを定めればよい。換言すれば、そのようなＰ1を通過し、かつ、点（−１，０）からＯ１へ向かう直線を延長した直線上で、当該直線に直交する直線Ｌ1で仕切られる領域のうち、点（−１，０）の属しない領域に存在するような伝達関数ＯＨを定めればよい。
【００３５】
点Ｐ１は、変数ｌを用いて、
【数１３】
2007328893.tif 000015
と表わすことができる。ここで、変数ｌが負の値のときに、図３に示したＰ1の位置となる。元の伝達関数での値よりもＸ倍だけ改善したい場合は、この変数ｌは、
【数１４】
2007328893.tif 000016
を解いて、
【数１５】
2007328893.tif 000017
と求めることができる。なお、図３に示したナイキスト図から分るように、Ｏ１を、位相の進む方向（反時計回り）に回転させると、感度関数が改善される（つまり点（−１，０）から離れる）ことがわかる。
【００３６】
これにより指定した周波数での変数ｌが求められ、Ｐ1が定められるため、ベクトル
【数１６】
2007328893.tif 000018
と、ベクトル
【数１７】
2007328893.tif 000019
とのなす角が９０度以下となれば、Ｌ1で仕切られる領域のうち、点（−１，０）の属しない領域に、伝達関数ＯＨが存在するようになる。ここで、Ｒｅ（α）はαの実部、Ｉｍ（α）は、αの虚部を表わす。この条件を書き下すと、
【数１８】
2007328893.tif 000020
となる。ここでＯＨは、Ａの線形関数であり、Ｏ１は、周波数を指定すれば計算できる。つまり、この式は、Ａに対して線形な式であるので、線形行列不等式（Linear Matrix Inequalities；ＬＭＩ）についての通常の解法で、Ａについての解を得ることができる。
【００３７】
そして、ここで求めたＡにより、マルチレートコントローラ４３としてのフィルタの伝達関数の係数を定めることができ、当該伝達関数を実現するフィルタとして、マルチレートコントローラ４３を設計すればよい。なお、マルチレートコントローラでない場合は、ナイキスト周波数で伝達関数の値は実数となるので、位相を進ますことができない。すなわち、感度関数を改善したい周波数領域がナイキスト周波数に近い場合、感度関数を改善させるのは、難しい。本実施形態では、ナイキスト周波数近傍でも適用可能である。
【００３８】
以下、実例を述べる。対象となる磁気ディスク装置における筐体の共振周波数が５ｋＨｚ以下であり、例えば２．２ｋＨｚ近傍に共振周波数があるとする。なお、２．２ｋＨｚより低い周波数、特にオープンループ関数のゼロクロス周波数以下においてはオープンループ関数が０ｄＢ以上であるので、シークや追従動作の特性に影響を与えないように、感度関数の上昇を抑制することが好ましい。
【００３９】
そこで２．２ｋＨｚ近傍で、ｌ＝−０．３とし、それより低い周波数においてｌ＝０．０５とする。具体的な例として、磁気ディスク媒体１の回転数が５４００ｒｐｍ（１分間あたり５４００回転）、トラック一周あたりのセクタ数を１４４とする。すなわち、サンプル周波数は１２９６０Ｈｚであるとする。この場合においてＶＣＭ３の系が、
【数１９】
2007328893.tif 000021
として、計算時間遅れをサンプル時間の４０％とする。コントローラ４２は、
【数２０】
2007328893.tif 000022
とし、Ｍ倍サンプル発生器４４は、２倍のサンプリングタイミングの信号を発生しているとする。
【００４０】
この例において、上述の方法（ＦＩＲを得て、無限インパルス応答（ＩＩＲ）フィルタへの近似を行う方法）でＡを求めた結果は、
【数２１】
2007328893.tif 000023
となる。この伝達関数の周波数特性（ゲイン及び位相）は、図４に示すようなものとなる。また実際に、サンプル周波数ｆｓのランダムノイズを加えてフーリエ変換を行い、感度関数を算出すると、図５に示すようなものとなる。なお、比較のために、マルチレートコントローラ４３を入れた場合の出力を破線で示す。この図５によって明らかな通り、２．２ｋＨｚよりも低域側においては、マルチコントローラ４３の有無によらず感度関数はほぼ同じ変化を示しているが、２．２ｋＨｚ近傍において感度（ゲイン）が低下している。
【００４１】
このように本実施の形態によると、位置決め制御に対する筐体の固有振動の影響を軽減しつつ、他の周波数範囲における影響を低減し、位置決め制御の安定化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施の形態に係る磁気ディスク装置の構成例を表すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る磁気ディスク装置の位置決め機構の例を表す機能ブロック図である。
【図３】マルチレートコントローラを用いない場合のオープンループ関数のナイキスト線図の例を表す説明図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る磁気ディスク装置の位置決め機構の周波数特性を表す説明図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る磁気ディスク装置の位置決め機構のもう一つの周波数特性を表す説明図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  磁気ディスク媒体、２  スピンドルモータ、３  ボイスコイルモータ、５  磁気ヘッドアセンブリ、１０  リードライトチャネル回路、２０  ハードディスクコントローラ、２１  マイクロプロセッサ、２２  記憶部、３０  ホスト側コントローラ、４１  位置情報デコーダ、４２  コントローラ、４３  マルチレートコントローラ、４４  Ｍ倍サンプル発生器。
【図１】
2007328893.tif 000024
【図２】
2007328893.tif 000025
【図３】
2007328893.tif 000026
【図４】
2007328893.tif 000027
【図５】
2007328893.tif 000028
【手続補正書】
【提出日】平成18年10月19日(2006.10.19)
【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】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の軌道に沿ってデータと位置情報とが記録されている磁気ディスク媒体と、
前記磁気ディスク媒体に対して相対移動し、前記データの書き込みと読み出しとを行うとともに、前記位置情報を所定の第一のタイミングごとに読み出す磁気ヘッドと、
前記所定軌道に対する前記磁気ヘッドの位置を、前記磁気ヘッドが読み出す位置情報に基づいて検出し、磁気ヘッドが、データの書き込み又は読み出しの対象となる軌道上に位置するよう、磁気ヘッドの位置を制御する信号を出力する位置制御回路と、を備え、
前記位置制御回路が、前記磁気ヘッドが読み出した位置情報に基づいて、前記磁気ヘッドの位置を制御する信号を生成し、前記第一のタイミングより速い所定の第二のタイミングで動作し、第一のタイミングから決まるナイキスト周波数における位相を進ますことにより、予め定めた対象周波数における感度関数を所定の第１利得分だけ低下させ、当該対象周波数よりも低い周波数において感度関数の上昇を所定の第２利得分に抑制するマルチレートフィルタ回路を通じて当該信号を出力する
ことを特徴とする磁気ディスク装置。
【請求項２】
請求項１に記載の磁気ディスク装置であって、前記位置制御回路が備えるマルチレートフィルタ回路で実現されるオープンループ関数のゼロクロス周波数以下において、前記感度関数の上昇を所定の第２利得分に抑制することを特徴とする磁気ディスク装置。
【請求項３】
所定の軌道に沿ってデータと位置情報とが記録されている磁気ディスク媒体と、
前記磁気ディスク媒体に対して相対移動し、前記データの書き込みと読み出しとを行うとともに、前記位置情報を読み出す磁気ヘッドと、
前記所定軌道に対する前記磁気ヘッドの位置を、前記磁気ヘッドが読み出す位置情報に基づいて検出し、磁気ヘッドが、データの書き込み又は読み出しの対象となる軌道上に位置するよう、磁気ヘッドの位置を制御する信号を出力する位置制御回路と、を備えた磁気ディスク装置であって、
前記位置制御回路は、
前記磁気ヘッドが読み出した位置情報を復号し、出力するとともに、前記位置情報が読み出されるタイミングを表すタイミング情報を出力する位置情報デコーダと、
前記位置情報デコーダが出力する位置情報及びタイミング情報に基づいて、制御信号を出力するコントローラと、
前記位置情報デコーダが出力するタイミング情報に基づき、前記位置情報が読み出されるタイミングのＭ倍の周期となるサンプリングタイミング情報を出力するＭ倍サンプル発生器
と、
前記Ｍ倍サンプル発生器が出力するサンプリングタイミング情報に基づき、前記コントローラが出力する制御信号をサンプリングし、位置情報が読み出されるタイミングで定められるナイキスト周波数よりも高い周波数において、Ｍ倍サンプル発生器で動作するフィルタの利得を前記ナイキスト周波数近傍で向上させ、装置の機械共振周波数より低く、感度関数の利得が０dBより高い周波数において、感度関数の利得を抑制させるマルチレートコントローラを有することを特徴とする磁気ディスク装置。