(57)【要約】      （修正有）【課題】マイクロアクチュエータに適した外乱フィードフォワードを実現する。【解決手段】磁気ディスク装置は検出器とサーボコントローラ２２とを備える。検出器は、ディスクに所定間隔で記録されているサーボ同期マークがヘッドにより読み出される時間間隔を実タイムスタンプとして検出する。サーボコントローラのフィードフォワードコントローラ４０は、差分検出器４０１と積分器４０３とを具備する。差分検出器は、実タイムスタンプの目標タイムスタンプからのずれを検出する。積分器は、検出されたずれを積分することによって、検出されたずれをマイクロアクチュエータ１５の変位に変換する。フィードフォワードコントローラは、変換された変位に対応する操作量をフィードフォワード操作量として、マイクロアクチュエータのための制御ループに与える。【選択図】図４
2012155819.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヘッドを粗動させるＶＣＭアクチュエータと、
前記ヘッドを微動させるマイクロアクチュエータと、
ディスクに所定間隔で記録されているサーボ同期マークが前記ヘッドにより読み出される時間間隔を実タイムスタンプとして検出する検出器と、
前記ヘッドを目標位置に位置付けるために、前記ＶＣＭアクチュエータ及び前記マイクロアクチュエータを、フィードバック制御により制御し、外乱を補正するためのフィードフォワードコントローラを備えたサーボコントローラとを具備し、
前記フィードフォワードコントローラは、
前記実タイムスタンプの目標タイムスタンプからのずれをタイムスタンプ差分として検出する差分検出器と、
前記検出されたタイムスタンプ差分を積分することによって、前記検出されたタイムスタンプ差分を前記マイクロアクチュエータの変位に変換する積分器とを具備し、
前記変換された変位に対応する操作量をフィードフォワード操作量として、前記マイクロアクチュエータのためのフィードバック制御ループに与える
磁気ディスク装置。
【請求項２】
前記フィードフォワードコントローラは、前記検出されたタイムスタンプ差分の周波数成分のうち、前記ＶＣＭアクチュエータの第１の制御周波数帯域より高い前記マイクロアクチュエータの第２の制御周波数帯域の周波数成分を含む所定の周波数成分を通過させる帯域通過または高域通過フィルタを更に具備し、
前記積分器は、前記帯域通過または高域通過フィルタを通過したタイムスタンプ差分を積分する
請求項１記載の磁気ディスク装置。
【請求項３】
前記フィードフォワードコントローラは、前記タイムスタンプ差分の位相の遅れを補償する位相補償フィルタを更に具備する
請求項２記載の磁気ディスク装置。
【請求項４】
前記フィードフォワードコントローラは、
前記変換された変位を増幅または減衰する可変ゲインアンプと、
前記タイムスタンプ差分が検出される毎に、次に検出されるタイムスタンプ差分がゼロになるように、前記ゲインアンプのゲインを可変する学習器とを更に具備する
請求項２または請求項３に記載の磁気ディスク装置。
【請求項５】
前記フィードフォワードコントローラは、前記検出されたタイムスタンプ差分から、前記ディスクの回転に同期した偏心成分が除去されるように、前記検出されたタイムスタンプ差分を補正する繰り返し性ランアウト補正器を更に具備する
請求項２記載の磁気ディスク装置。
【請求項６】
前記ディスクの回転に同期した偏心成分に対応した補正値が予め格納された記憶手段を更に具備し、
前記繰り返し性ランアウト補正器は、前記格納された補正値に基づいて前記検出されたタイムスタンプ差分を補正する
請求項５記載の磁気ディスク装置。
【請求項７】
ヘッドを粗動させるＶＣＭアクチュエータと、前記ヘッドを微動させるマイクロアクチュエータと、前記ヘッドを目標位置に位置付けるために、前記ＶＣＭアクチュエータ及び前記マイクロアクチュエータを、フィードバック制御により制御するサーボコントローラとを備えた磁気ディスク装置におけるマイクロアクチュエータ制御方法であって、
ディスクに所定間隔で記録されているサーボ同期マークが前記ヘッドにより読み出される時間間隔を実タイムスタンプとして検出し、
前記検出された実タイムスタンプの目標タイムスタンプからのずれをタイムスタンプ差分として検出し、
前記検出されたタイムスタンプ差分を積分することによって、前記検出されたタイムスタンプ差分を前記マイクロアクチュエータの変位に変換し、
前記変換された変位に対応する操作量をフィードフォワード操作量として、前記マイクロアクチュエータのためのフィードバック制御ループに与える
マイクロアクチュエータ制御方法。
【請求項８】
前記検出されたタイムスタンプ差分の周波数成分のうち、前記ＶＣＭアクチュエータの第１の制御周波数帯域より高い前記マイクロアクチュエータの第２の制御周波数帯域の周波数成分を含む所定の周波数成分を通過させ、
前記帯域通過または高域通過フィルタを通過したタイムスタンプ差分を積分する
請求項７記載のマイクロアクチュエータ制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、マイクロアクチュエータを備えた磁気ディスク装置及び同装置におけるマイクロアクチュエータ制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、磁気ディスク装置の高容量化に伴い、高トラック密度化が進んでいる。高トラック密度化により、高精度なヘッド位置決めが益々要求されている。この高精度なヘッド位置決めのためには、ヘッド位置決め制御における高速応答性を向上すること、つまり制御周波数帯域を高くすることが必要となる。そこで、最近は、ＶＣＭアクチュエータに加えて、高周波数の追従性に優れたマイクロアクチュエータを備えた磁気ディスク装置、つまり２段アクチュエータ（Dual Stage Actuator: ＤＳＡ）構造を適用した磁気ディスク装置が提案されている。
【０００３】
ＶＣＭアクチュエータはボイスコイルモータ（ＶＣＭ）によって駆動される。ＶＣＭは電流が供給されることによりＶＣＭアクチュエータを駆動する。つまり、ＶＣＭアクチュエータは、電流駆動型のアクチュエータである。これに対し、マイクロアクチュエータは、当該マイクロアクチュエータを構成する素子（例えば圧電素子）に電圧が印加されることにより駆動される。つまり、マイクロアクチュエータは、電圧駆動型のアクチュエータである。このように、ＶＣＭアクチュエータとマイクロアクチュエータとは、駆動方法を異にする。
【０００４】
さて、ヘッド位置決め精度に影響を及ぼす要因の一つとして、磁気ディスク装置に加わる振動や衝撃のような外乱が知られている。磁気ディスク装置に外乱が加わると、ＶＣＭアクチュエータも振動するため、ヘッド位置決め精度の低下を招く。このため、ヘッドを高精度に位置決めするには、外乱がヘッド位置決め精度に及ぼす影響を抑制するための外乱補正（外乱補償）が必要となる。
【０００５】
一般に、振動や衝撃等の突発的外乱に対してはフィードバック制御が用いられる。しかし、外乱が大きい環境では、フィードバック制御だけでは外乱耐力(振動圧縮)が足りない場合がある。そこで、偏心等の定常的外乱に対してはフィードフォワード制御が適用される。
【０００６】
外乱によってＶＣＭアクチュエータが振動すると、当該ＶＣＭアクチュエータに加速度が発生する。そこで従来技術では、偏心等の外乱の補正のためのフィードフォワード制御に、ＶＣＭアクチュエータの加速度が用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１４１８３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した加速度を用いた外乱フィードフォワード制御は、電流駆動型のＶＣＭアクチュエータに適している。しかし、加速度を用いた外乱フィードフォワード制御を、電圧駆動型のマイクロアクチュエータに適用することは難しい。その理由は、加速度とマイクロアクチュエータに印加されるべき電圧との関係を１次式で近似できないためである。
【０００９】
本発明の目的は、マイクロアクチュエータに適した外乱フィードフォワードが行える磁気ディスク装置及び同装置におけるマイクロアクチュエータ制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
実施形態によれば、磁気ディスク装置は、ＶＣＭアクチュエータと、マイクロアクチュエータと、検出器と、サーボコントローラとを具備する。前記検出器は、ディスクに所定間隔で記録されているサーボ同期マークがヘッドにより読み出される時間間隔を実タイムスタンプとして検出する。前記サーボコントローラは、前記ヘッドを目標位置に位置付けるために、前記ＶＣＭアクチュエータ及び前記マイクロアクチュエータを、フィードバック制御により制御する。前記サーボコントローラは、外乱を補正するためのフィードフォワードコントローラを備えている。前記フィードフォワードコントローラは、差分検出器と、積分器とを具備する。前記差分検出器は、前記実タイムスタンプの目標タイムスタンプからのずれをタイムスタンプ差分として検出する。前記積分器は、前記検出されたタイムスタンプ差分を積分することによって、前記検出されたタイムスタンプ差分を前記マイクロアクチュエータの変位に変換する。前記フィードフォワードコントローラは、前記変換された変位に対応する操作量をフィードフォワード操作量として、前記マイクロアクチュエータのためのフィードバック制御ループに与える。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態に係る磁気ディスク装置の典型的な構成を示すブロック図。
【図２】図１に示されるディスクの典型的なフォーマットを示す図。
【図３】ヘッドによってディスク上のサーボ領域からサーボ同期マークが検出される時間間隔（タイムスタンプ）の例を示す図。
【図４】図１に示されるサーボコントローラの典型的な構成を示すブロック図。
【図５】図１に示す磁気ディスク装置に外乱が加わっている状態における、時間に対するディスクの加速度の関係を示す曲線と、時間に対するタイムスタンプ差分の関係を示す曲線とを示す図。
【図６】第２の実施形態に係る磁気ディスク装置で適用されるサーボコントローラ内のフィードフォワードコントローラの構成を示すブロック図。
【図７】第３の実施形態に係る磁気ディスク装置で適用されるサーボコントローラ内のフィードフォワードコントローラの構成を示すブロック図。
【図８】第４の実施形態に係る磁気ディスク装置で適用されるサーボコントローラ内のフィードフォワードコントローラの構成を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、実施の形態につき図面を参照して説明する。  
［第１の実施形態］
図１は第１の実施形態に係る磁気ディスク装置の典型的な構成を示すブロック図である。
【００１３】
図１に示す磁気ディスク装置（以下、ＨＤＤと称する）は、ディスク（磁気ディスク）１１と、ヘッド（磁気ヘッド）１２と、スピンドルモータ（以下、ＳＰＭと称する）１３と、ＶＣＭアクチュエータ（以下、ＶＣＭＡと称する）１４と、マイクロアクチュエータ（以下、ＭＡと称する）１５と、ボイスコイルモータ（以下、ＶＣＭと称する）１６と、ドライバＩＣ１７と、ヘッドＩＣ１８と、リードチャネル（以下、ＲＤＣと称する）１９と、コントローラ２０とを備えている。
【００１４】
ディスク１１は磁気記録媒体である。ディスク１１の例えば一方の面は、データが磁気記録される記録面をなしている。ディスク１１はＳＰＭ１３によって高速に回転させられる。ＳＰＭ１３は、ドライバＩＣ１７から供給される駆動電流（または駆動電圧）により駆動される。
【００１５】
ヘッド１２はディスク１１の記録面に対応して配置される。ヘッド１２は、図示せぬリード素子及びライト素子を備えている。ヘッド１２は、ディスク１１へ／からのデータの書き込み／読み出しに用いられる。図１の構成では、単一枚のディスク１１を備えたＨＤＤを想定している。しかし、ディスク１１が複数枚積層配置されたＨＤＤであっても構わない。また、図１の構成では、ディスク１１の一方の面が記録面をなしている。しかし、ディスク１１の両面がいずれも記録面をなし、両記録面にそれぞれ対応してヘッドが配置されても構わない。
【００１６】
ＶＣＭＡ１４はアーム１４０を備えている。ヘッド１２は、ＶＣＭＡ１４のアーム１４０から延出したサスペンション１４１の先端（より詳細には、サスペンション１４１の先端に備えられたヘッドスライダ）に取り付けられている。
【００１７】
サスペンション１４１（より詳細には、サスペンション１４１とヘッドスライダとの間）には更に、ＭＡ１５が取り付けられている。このように、図１に示すＨＤＤは、ＶＣＭＡ１４及びＭＡ１５を備えた２段アクチュエータ構造（以下、ＤＳＡ構造と称する）を適用している。
【００１８】
ＭＡ１５は、後述するサーボコントローラ２２からドライバＩＣ１７を介して与えられる操作量ｕMA（より詳細には、操作量ｕMAによって指定される駆動電圧）に応じて駆動する。これによりＭＡ１５は、対応するヘッド１２を微動させる。
【００１９】
ＶＣＭＡ１４は枢軸１４２の回りで回動自在に支持されている。ＶＣＭＡ１４はＶＣＭ１６を備えている。ＶＣＭ１６は、ＶＣＭＡ１４の駆動源である。ＶＣＭ１６は、サーボコントローラ２２からドライバＩＣ１７を介して与えられる操作量ｕVCM（より詳細には、操作量ｕVCMによって指定される駆動電流）に応じて駆動して、ＶＣＭＡ１４を枢軸１４２の回りに回動させる。つまりＶＣＭ１６は、ＶＣＭＡ１４のアーム１４０を、ディスク１１の半径方向に移動させる。これによりヘッド１２も、ディスク１１の半径方向に移動させられる。
【００２０】
ドライバＩＣ１７は、サーボコントローラ２２の制御に従い、ＳＰＭ１３と、ＶＣＭ１６（ＶＣＭＡ１４）と、ＭＡ１５とを駆動する。ヘッドＩＣ１８はヘッドアンプとも呼ばれており、ヘッド１２により読み出された信号（つまりリード信号）を増幅する。ヘッドＩＣ１８はまた、ＲＤＣ１９から出力されるライトデータをライト電流に変換してヘッド１２に出力する。
【００２１】
ＲＤＣ１９はリード／ライトに関連する信号処理を行う。即ちＲＤＣ１９は、ヘッドＩＣ１８によって増幅されたリード信号をデジタルデータに変換し、このデジタルデータからリードデータを復号する。ＲＤＣ１９はまた、上記デジタルデータからサーボデータ（サーボパターン）を抽出する。ＲＤＣ１９はまた、コントローラ２０から転送されるライトデータを符号化し、この符号化されたライトデータをヘッドＩＣ１８に転送する。ＲＤＣ１９は更に、後述するタイムスタンプを検出する機能を有する。
【００２２】
ここで、タイムスタンプについて、図２及び図３を参照して説明する。  
図２は、図１に示されるディスク１１の典型的なフォーマットを示す。ディスク１１上には、当該ディスク１１の例えば円周方向に、図２に示されるように、サーボ領域２１が所定間隔で離散的に配置されている。隣接するサーボ領域２１の間は、データ領域２２に割り当てられている。サーボ領域２１には、サーボデータが記録されている。サーボ領域２１の例えば先頭位置には、当該サーボ領域２１（より詳細には、当該サーボ領域２１に記録されているサーボデータ）の開始位置を検出するためのサーボ同期マークＳＳＭ（Servo Sync Mark）が記録されている。
【００２３】
図３は、ヘッド１２によってディスク１１上のサーボ領域２１からサーボ同期マークＳＳＭが検出される（読み出される）時間間隔の例を示す。サーボ同期マークＳＳＭが検出される時間間隔（サーボ時間間隔）をタイムスタンプ（ＴＳ）と称する。
【００２４】
ＲＤＣ１９は、上記デジタルデータからサーボ同期マークＳＳＭを検出することにより、図３に示すサーボ同期マーク検出（Servo Sync Mark Found）信号（以下、ＳＳＭＦ信号と称する）３０を生成する生成器（図示せず）を備えている。この生成器は、ＳＳＭＦ生成器（Servo Sync Mark Found Generator：ＳＳＭＦＧ）と呼ばれる。
【００２５】
ＳＳＭＦ信号３０は、サーボ同期マークＳＳＭが検出される毎に第１の状態から第２の状態に遷移し、所定時間後に第１の状態に復帰する２値信号である。つまりＳＳＭＦ信号３０は、サーボ同期マークＳＳＭが検出されたタイミングに対応するパルスの列から構成される。
【００２６】
図３（ａ）は、理想的な状態におけるＳＳＭＦ信号３０の例を示す。理想的な状態とは、例えば、図１に示すＨＤＤに外乱が加わっておらず、且つディスク１１の中心が、回転の中心（つまりＳＰＭ１３の回転軸）に対して偏心していない状態を指す。
【００２７】
ＲＤＣ１９は、ＳＳＭＦ信号３０に基づいて、サーボ同期マークＳＳＭが検出される時間間隔（つまりタイムスタンプ）を、所定のカウンタにより検出（計測）するタイムスタンプ検出器（図示せず）を備えている。このカウンタは、例えば水晶発振器によって発振される周波数のクロックにより時間をカウントする。図３（ａ）に示すような理想的な状態におけるＳＳＭＦ信号３０のタイムスタンプ３１を、目標タイムスタンプ（または目標サーボ時間間隔）３１と称する。
【００２８】
図３（ｂ）及び（ｃ）は、図１に示すＨＤＤに例えば振動または衝撃のような外乱が加わった状態におけるＳＳＭＦ信号３０の例を示す。図３（ｂ）及び（ｃ）には、理想的な状態におけるＳＳＭＦ信号３０が破線で示されている。また、図３（ｂ）及び（ｃ）には、ＲＤＣ１９によって実際に検出されるタイムスタンプ３２が示されている。この実際に検出されるタイムスタンプ３２を、実タイムスタンプ（または実サーボ時間間隔）３２と称する。図３（ｂ）及び（ｃ）には更に、実タイムスタンプ３２との比較のために、図３（ａ）に示した目標タイムスタンプ３１も示されている。
【００２９】
図１に示すＨＤＤに外乱が加わると、ＶＣＭＡ１４及びＭＡ１５が振動し、ヘッド１２も振動する。すると、ディスク１１が所定の回転速度で且つ偏心していない状態で回転しているとしても、図３（ｂ）または（ｃ）に示すように、実タイムスタンプ３２は、目標タイムスタンプ３１からずれる。図３（ｂ）及び（ｃ）には、実タイムスタンプ３２の目標タイムスタンプ３１からのずれ（タイムスタンプ差分）３３も示されている。
【００３０】
再び図１を参照する。コントローラ２０は、ホストコントローラ２１、サーボコントローラ２２及びメモリ部２３を備えている。  
ホストコントローラ２１は、ホストと当該ホストコントローラ２１との間で外部インターフェースを介して信号を授受する。具体的には、ホストコントローラ２１は、ホストから外部インターフェースを介して転送されるコマンド（ライトコマンド、リードコマンド等）を受信する。ホストコントローラ２１はまた、ホストと当該ホストコントローラ２１との間のデータ転送を制御する。
【００３１】
サーボコントローラ２２は、ヘッド１２を、ディスク１１上の目標位置に位置付ける際の粗調整のために、ドライバＩＣ１７を介してＶＣＭ１６を制御する。ここで、ＶＣＭ１６を制御することは、当該ＶＣＭ１６を備えたＶＣＭＡ１４を制御することと等価である。サーボコントローラ２２は更に、ヘッド１２の位置を微調整するために、ドライバＩＣ１７を介してＭＡ１５を制御する。
【００３２】
本実施形態において、ホストコントローラ２１及びサーボコントローラ２２は、それぞれＣＰＵ（図示せず）を備えている。ＣＰＵは、後述するＦＲＯＭ２３１に格納されている、ホストコントローラ２１及びサーボコントローラ２２のためのそれぞれの制御プログラムを実行することにより、ホストコントローラ２１及びサーボコントローラ２２としての機能を実現している。なお、単一のＣＰＵが、ホストコントローラ２１及びサーボコントローラ２２のためのそれぞれの制御プログラムを時分割で実行しても構わない。
【００３３】
メモリ部２３は、フラッシュＲＯＭ（以下、ＦＲＯＭと称する）２３１及びＲＡＭ２３２を備えている。ＦＲＯＭ２３１は書き換え可能な不揮発性メモリである。ＦＲＯＭ２３１には、ホストコントローラ２１及びサーボコントローラ２２を含むコントローラ２０の機能を実現するための制御プログラムが予め格納されている。ＲＡＭ２３２の記憶領域の少なくとも一部は、ホストコントローラ２１及びサーボコントローラ２２のための作業領域として用いられる。なお、図１では簡略化のために、コントローラ２０が一般に備えているディスクコントローラが省略されている。ディスクコントローラは、ディスク１１へ／からのデータの書き込み／読み出しを制御する。
【００３４】
図４は、図１に示されるサーボコントローラ２２の典型的な構成を示すブロック図である。  
サーボコントローラ２２は、ヘッド１２を目標位置に位置付けるために、ディスク１１に記録されているサーボデータに基づいて、ＶＣＭ１６（間接的には、ＶＣＭ１６によって駆動されるＶＣＭＡ１４）とＭＡ１５とを制御する、いわゆる２段アクチュエータフォロイング制御系を構成する。つまりサーボコントローラ２２は、フィードバック制御によってＶＣＭ１６を制御してＶＣＭＡ１４を駆動することにより、ヘッド１２の位置を粗調整する。サーボコントローラ２２はまた、フィードバック制御によってＭＡ１５を制御することにより、ヘッド１２の位置を微調整する。このように、ＭＡ１５及びＶＣＭ１６（ＶＣＭＡ１４）は、２段アクチュエータフォロイング制御系における制御対象である。
【００３５】
サーボコントローラ２２は、フィードフォワードコントローラ（以下、ＦＦコントローラと称する）４０、減算器４１、マイクロアクチュエータコントローラ（以下、ＭＡコントローラと称する）４２、マイクロアクチュエータ推定器（以下、ＭＡ推定器と称する）４３、加算器４４、及びＶＣＭコントローラ４５を備えている。
【００３６】
図４において、加算点ＡＰにおける記号ｙは、ヘッド１２のディスク１１上の位置（ヘッド位置）を示す。ここで、ＶＣＭ１６の変位（より詳細には、ＶＣＭ１６によって駆動されるＶＣＭＡ１４）の変位をｙVCMとし、ＭＡ１５の変位をｙMAとする。この場合、変位ｙVCMと変位ｙMAとの和（ｙVCM＋ｙMA）が、加算点ＡＰにおいてヘッド位置ｙとして観測される。ヘッド位置ｙは、ＲＤＣ１９によって抽出されるサーボデータに基づいて検出される。
【００３７】
減算器４１は、ヘッド位置ｙの目標位置ｒからの差分を偏差ｅ（＝ｒ−ｙ）として算出する。ＭＡコントローラ４２は、偏差ｅに基づいて、ＭＡ１５に与えられるべき操作量ｕMA1を生成する。
【００３８】
ＭＡ推定器４３は、ＭＡコントローラ４２によってＭＡ１５に与えられる操作量ｕMA1に基づいて、当該ＭＡ１５の変位を推定する。加算器４４は、減算器４１によって算出された偏差ｅにＭＡ推定器４３によって推定された変位を加算する。ＶＣＭコントローラ４５は、ＶＣＭ１６に与える操作量ｕVCMを、加算器４４の出力に基づいて生成する。このように、２段アクチュエータのフォロイング制御系では、ＭＡ推定器４３によって求められた変位が偏差ｅに加算され、その加算結果が、ＶＣＭコントローラ４５に入力される。
【００３９】
さて、本実施形態では、外乱を補正するためのＦＦコントローラ４０が、上述の２段アクチュエータのフォロイング制御系におけるＭＡ１５のための制御ループに追加される。更に具体的に述べるならば、ＦＦコントローラ４０が、ＭＡ１５の入力側に、加算器４７を介して追加される。
【００４０】
ＦＦコントローラ４０は、タイムスタンプ差分検出器（以下、ＴＳ差分検出器と称する）４０１、帯域フィルタ（以下、ＢＰＦと称する）４０２及び積分器４０３を備えている。ＴＳ差分検出器４０１は、実タイムスタンプ３２の目標タイムスタンプ３１からのずれ、つまりタイムスタンプ差分３３を検出する。実タイムスタンプは、前述したように、ＲＤＣ１９によってサーボ同期マークＳＳＭが検出される毎に当該ＲＤＣ１９によって検出される。実タイムスタンプは、例えば外乱により目標タイムスタンプからずれる。外乱は一般に複数の周波数成分を含む。したがって、タイムスタンプのずれも、複数の周波数成分を含む。
【００４１】
ＢＰＦ４０２は、ＴＳ差分検出器４０１の出力（タイムスタンプ差分）に含まれる複数の周波数成分のうち、ＭＡ１５の制御周波数帯域（より詳細には、ＭＡ１５に要求される制御周波数帯域）に対応する周波数成分を通過させる。ＭＡ１５の制御周波数帯域は、ＶＣＭＡ１４の制御周波数帯域（より詳細には、ＶＣＭＡ１４に要求される制御周波数帯域）よりも高い。このためＢＰＦ４０２の周波数帯域は、ＶＣＭＡ１４の制御周波数帯域よりも高く設定されている。よってＢＰＦ４０２は、ＴＳ差分検出器４０１の出力からＶＣＭＡ１４の制御周波数帯域に対応する周波数成分を除去する。つまりＢＰＦ４０２は、ＴＳ差分検出器４０１の出力から、少なくとも、ＶＣＭＡ１４の制御周波数帯域（以下、第１の制御周波数帯域と称する）に対応する周波数成分とＭＡ１５の制御周波数帯域（以下、第２の制御周波数帯域と称する）に対応する周波数成分とを分離し、第２の制御周波数帯域に対応する周波数成分を通過させる。第１の実施形態において、第２の制御周波数帯域は第１の制御周波数帯域の２倍以上高い。
【００４２】
なお、ＢＰＦ４０２に代えて、第１の制御周波数帯域を超える周波数帯域の周波数成分を通過させる高域通過フィルタ（以下、ＨＰＦと称する）を用いてもよい。このＨＰＦによって通過させられる高周波域の周波数成分は、第２の制御周波数帯域に対応する周波数成分を含む。
【００４３】
図５は、図１に示すＨＤＤに外乱が加わっている状態における、時間に対するディスク１１の加速度（より詳細には、角加速度）の関係を示す曲線（以下、加速度曲線と称する）と、時間に対するタイムスタンプ差分の関係を示す曲線（以下、タイムスタンプ差分曲線と称する）とを示す。図５において、実線で示される曲線５１は加速度曲線を示し、破線で示される曲線５２はタイムスタンプ差分曲線を示す。
【００４４】
図５に示す加速度曲線５１及びタイムスタンプ差分曲線５２から明らかなように、図１に示すＨＤＤに外乱が加わっている状態において、ＴＳ差分検出器４０１の出力の示すタイムスタンプ差分は、直接的には、ディスク１１の角加速度の９０°遅れとして観測される。この要因の１つは、ＨＤＤに加わる外乱によってＶＣＭＡ１４及びＭＡ１５が振動し、ヘッド１２も振動するためである。つまり、ヘッド１２が振動すると、前述したように、たとえディスク１１が所定の回転速度で且つ偏心していない状態で回転しているとしても、実タイムスタンプが目標タイムスタンプからずれる。
【００４５】
実タイムスタンプの目標タイムスタンプからのずれ、つまりタイムスタンプ差分は、上述のように、ディスク１１の角加速度の９０°遅れとして観測される。このことは、タイムスタンプ差分が、ディスク１１の角速度を表すことを意味する。また、この角速度は、タイムスタンプ差分が発生する要因から明らかなように、実質的には、外乱が作用しているＭＡ１５の角速度を表す。
【００４６】
ＨＤＤに外乱が加わった場合、ディスク１１も振動する可能性がある。このディスク１１の振動によっても、実タイムスタンプは目標タイムスタンプからずれる。つまり、ＭＡ１５の振動だけでなく、ディスク１１の振動も、タイムスタンプ差分に反映される。明らかなように、ディスク１１の振動も、ＭＡ１５の振動と同様に、ヘッド位置決め精度に影響を及ぼす。このことは、少なくともＭＡ１５自体の振動（絶対的な振動）とディスク１１自体の振動（絶対的な振動）とが重畳された振動を、ＭＡ１５の相対的な振動と見なせることを意味する。
【００４７】
したがって、外乱によってディスク１１が振動したとしても、タイムスタンプ差分が、ＭＡ１５の角速度を表すとみなすことができる。つまり第１の実施形態においては、ＴＳ差分検出器４０１によって検出されるタイムスタンプ差分を、ＭＡ１５の角速度として取得できる。このため、タイムスタンプ差分を積分するならば、当該タイムスタンプ差分を、外乱に起因して発生するＭＡ１５の位置のずれ（つまりＭＡ１５の変位）に変換することができる。
【００４８】
そこで、図４に示すＦＦコントローラ４０は、前述したように積分器４０３を備えている。積分器４０３は、伝達関数１／Ｓを持つ積分要素であり、ＴＳ差分検出器４０１の出力（タイムスタンプ差分）のうち、ＢＰＦ４０２を通過した周波数帯域の成分を積分する。これにより積分器４０３は、タイムスタンプ差分を、外乱に起因して発生するＭＡ１５の変位（より詳細には、推定される変位）を表すデータに変換する。積分器４０３の出力、つまりＭＡ１５の変位を表すデータは、外乱補正のための操作量（フィードフォワード操作量）ｕMA2として、加算器４７に与えられる。
【００４９】
加算器４７は、フィードフォワード操作量ｕMA2を、ＭＡコントローラ４２から出力される操作量ｕMA1に加算する。加算器４７の加算結果は、外乱が補正された操作量ｕMA（＝ｕMA1＋ｕMA2）としてドライバＩＣ１７を介してＭＡ１５に与えられる。ＭＡ１５は、加算器４７からの操作量ｕMA（より詳細には、操作量ｕMAによって指定される駆動電圧）に応じて駆動する。これによりＭＡ１５は、ヘッド１２を微動させる。
【００５０】
第１の実施形態によれば、電圧駆動型のＭＡ１５の駆動時の外乱フィードフォワード制御に、ＭＡ１５の推定される変位に対応するフィードフォワード操作量ｕMA2が用いられる。ＭＡ１５の推定される変位は、タイムスタンプ差分（つまり、タイムスタンプのずれ、またはサーボ時間間隔のずれ）に含まれている、少なくとも第２の制御周波数帯域の周波数成分を積分することによって取得される。つまりフィードフォワード操作量ｕMA2は、上記の積分により、タイムスタンプのずれ（つまり、ＭＡ１５の速度）をＭＡ１５の変位に変換することによって取得される。
【００５１】
このように、フィードフォワード操作量ｕMA2は、外乱に起因するＭＡ１５の変位（推定される変位）に対応している。この変位とＭＡ１５に印加されるべき電圧との関係は、１次式で近似できる。このため、フィードフォワード操作量ｕMA2は、角加速度を用いる場合と異なり、電圧駆動型のＭＡ１５のフィードフォワード制御に適している。つまり第１の実施形態によれば、ＤＳＡ構造を適用するＨＤＤにおいて、電圧駆動型のＭＡ１５に適した外乱フィードフォワード制御を、加速度センサを用いることなく簡単に実現でき、外乱補正性能を向上できる。
【００５２】
なお、加速度センサに基づいて、外乱に起因してＭＡ１５に発生する加速度を検出し、検出された加速度をＭＡ１５の変位に変換することが考えられる。この変換は、次の手順で実現される。まず、検出された加速度を第１の積分器により積分することにより、当該検出された加速度を速度に変換する。次に、変換された速度を第２の積分器により積分することにより、当該変換された速度をＭＡ１５の変位に変換する。このＭＡ１５の変位が、フィードフォワード操作量として用いられる。しかし、このフィードフォワード操作量は、上述の２回の積分により、加速度に対して位相が１８０°遅れている。このため、加速度センサによって検出された加速度に基づく外乱フィードフォワード制御では、第１の実施形態と異なり、十分な外乱補正を発揮することは難しい。
【００５３】
［第２の実施形態］
次に第２の実施形態について説明する。  
図６は、第２の実施形態に係るＨＤＤで適用されるサーボコントローラ内のＦＦコントローラの構成を示すブロック図である。なお、第２の実施形態に係るＨＤＤの基本的な構成は、図１に示した第１の実施形態に係るＨＤＤと同様である。したがって以下の説明では、図１を援用する。また、図６において、図４に示すサーボコントローラ２２内のＦＦコントローラ４０と等価な要素には同一参照符号を付して、詳細な説明を省略する。
【００５４】
図６において、ＦＦコントローラ６０は、図４に示すサーボコントローラ２２内のＦＦコントローラ４０に代えて用いられる。ＦＦコントローラ６０は、ＴＳ差分検出器４０１、ＢＰＦ４０２及び積分器４０３に加えて、位相補償フィルタ（以下、ＰＣＦと称する）６０１を備えている。つまりＦＦコントローラ６０の特徴は、図４に示すＦＦコントローラ４０にＰＣＦ６０１を追加した点にある。第２の実施形態においてＰＣＦ６０１は、ＢＰＦ４０２の出力と積分器４０３の入力との間に挿入されている。
【００５５】
ＢＰＦ４０２を通過したタイムスタンプ差分に含まれている周波数成分の位相は、高周波成分ほど位相が遅れている。そこで、ＰＣＦ６０１は、ＢＰＦ４０２によって通過されたタイムスタンプ差分に含まれている周波数成分の位相遅れを補償する。これにより、タイムスタンプ差分に含まれている周波数成分のうち位相遅れのない周波数成分が属する周波数帯域が拡大される。
【００５６】
積分器４０３は、ＰＣＦ６０１によって位相遅れが補償された周波数成分を含むタイムスタンプ差分を積分する。この積分器４０３の出力、つまりＭＡ１５の変位を表すデータが、フィードフォワード操作量ｕMA2として用いられる。  
第２の実施形態によれば、第１の実施形態と比べて、ＭＡ１５の実質的な制御周波数帯域を拡大することができるため、ヘッド位置決め精度を一層向上することができる。
【００５７】
［第３の実施形態］
次に第３の実施形態について説明する。  
図７は、第３の実施形態に係るＨＤＤで適用されるサーボコントローラ内のＦＦコントローラの構成を示すブロック図である。なお、第３の実施形態に係るＨＤＤの基本的な構成は、図１に示した第１の実施形態に係るＨＤＤと同様である。したがって以下の説明では、図１を援用する。また、図７において、図４に示すサーボコントローラ２２内のＦＦコントローラ４０と等価な要素には同一参照符号を付して、詳細な説明を省略する。
【００５８】
図７において、ＦＦコントローラ７０は、図４に示すサーボコントローラ２２内のＦＦコントローラ４０に代えて用いられる。ＦＦコントローラ７０は、ＴＳ差分検出器４０１、ＢＰＦ４０２及び積分器４０３に加えて、可変ゲインアンプ７０１及び学習器７０２を備えている。つまりＦＦコントローラ７０の特徴は、図４に示すＦＦコントローラ４０に可変ゲインアンプ７０１及び学習器７０２を追加した点にある。
【００５９】
可変ゲインアンプ７０１は、伝達関数Ｇ１を持つ、ゲイン（以下、フィードフォワードゲインと称する）Ｇ１を可変することが可能なゲイン要素である。可変ゲインアンプ７０１は、積分器４０３の出力Ｙ１（Ｓ）をフィードフォワードゲインＧ１で増幅または減衰する。つまり、可変ゲインアンプ７０１は、Ｙ１（Ｓ）をＧ１倍する。第３の実施形態では、この可変ゲインアンプ７０１の出力Ｙ２（Ｓ）（＝Ｇ１×Ｙ１（Ｓ））が、フィードフォワード操作量ｕMA2として用いられる。
【００６０】
学習器７０２は、ＴＳ差分検出器４０１によって出力されるタイムスタンプ差分が理想的に０になるように、可変ゲインアンプ７０１のフィードフォワードゲインＧ１を可変する。そのため学習器７０２は、ＴＳ差分検出器４０１によって出力されるタイムスタンプ差分に基づいて、次のように可変ゲインアンプ７０１のフィードフォワードゲインＧ１を可変する。
【００６１】
今、ＴＳ差分検出器４０１によって出力されるタイムスタンプ差分がＴｅｒｒ（Ｓ）であるものとする。この場合、学習器７０２は、ＴＳ差分検出器４０１によって次に出力されるタイムスタンプ差分を０に収束させるために、フィードフォワードゲインＧ１を次式
Ｇ１＝Ｇ１−Ｋ１×Ｔｅｒｒ（Ｓ）
に従って可変する。ここで、Ｋ１は補正係数である。
【００６２】
つまり学習器７０２は、ＴＳ差分検出器４０１からタイムスタンプ差分（Ｔｅｒｒ（Ｓ））が出力される毎に、フィードフォワードゲインＧ１を可変する。これにより、ＴＳ差分検出器４０１によって次に出力されるタイムスタンプ差分を０に近付けることができる。明らかなように、Ｔｅｒｒ（Ｓ）が０に収束された場合、フィードフォワードゲインＧ１は可変されない。
【００６３】
このように第３の実施形態によれば、学習器７０２は、ＴＳ差分検出器４０１から出力されるタイムスタンプ差分に基づいて、当該ＴＳ差分検出器４０１によって次に出力されるタイムスタンプ差分を０に収束させるのに適したフィードフォワードゲインＧ１を学習する。これにより、外乱の周波数に応じて外乱を圧縮する特性を高めて、外乱に対するＨＤＤの耐力を向上することができる。なお、可変ゲインアンプ７０１及び学習器７０２を、図６に示すＦＦコントローラ６０に追加することも可能である。
【００６４】
［第４の実施形態］
次に第４の実施形態について説明する。  
図８は、第４の実施形態に係るＨＤＤで適用されるサーボコントローラ内のＦＦコントローラの構成を示すブロック図である。なお、第４の実施形態に係るＨＤＤの基本的な構成は、図１に示した第１の実施形態に係るＨＤＤと同様である。したがって以下の説明では、図１を援用する。また、図８において、図４に示すサーボコントローラ２２内のＦＦコントローラ４０と等価な要素には同一参照符号を付して、詳細な説明を省略する。
【００６５】
図８において、ＦＦコントローラ８０は、図４に示すサーボコントローラ２２内のＦＦコントローラ４０に代えて用いられる。ＦＦコントローラ８０は、ＴＳ差分検出器４０１、ＢＰＦ４０２及び積分器４０３に加えて、繰り返し性ランアウト（repeatable runout）補正器（以下、ＲＲＯ補正器と称する）８０１を備えている。つまりＦＦコントローラ８０の特徴は、図４に示すＦＦコントローラ４０にＲＲＯ補正器８０１を追加した点にある。第４の実施形態においてＲＲＯ補正器８０１は、ＴＳ差分検出器４０１の出力とＢＰＦ４０２の入力との間に挿入されている。
【００６６】
ＳＰＭ１３によって回転させられるディスク１１の中心は、必ずしもＳＰＭ１３の回転軸に一致しない。つまり、ディスク１１の中心は、一般にＳＰＭ１３の回転軸に対して偏心している。この偏心の原因の１つに、ディスク１１をＳＰＭ１３のハブにねじ止めする際に生じる組立誤差がある。
【００６７】
ディスク１１の偏心（つまり、ディスクランアウト）は、タイムスタンプにも影響を及ぼす。このディスクランアウトのタイムスタンプへの影響は、ディスク１１の回転に同期して現れる。このようなディスクランアウトは、繰り返し性ランアウト（以下、ＲＲＯと称する）と呼ばれる。タイムスタンプ（タイムスタンプ差分）には、このＲＲＯの偏心成分、例えば１次偏心成分（つまり、ディスク１１の回転に同期した１次偏心成分）が含まれる。周知のように、ＲＲＯの１次偏心成分は予め取得することが可能である。このＲＲＯの１次偏心成分に対応する補正値を用いるならば、タイムスタンプ差分に含まれるＲＲＯの１次偏心成分を補正（除去）すること、つまりＲＲＯに起因するタイムスタンプのずれを補正することが可能である。
【００６８】
そこで第４の実施形態では、予め取得されるＲＲＯの１次偏心成分に対応する補正値が、ＲＲＯに起因するタイムスタンプのずれの補正値（以下、ＲＲＯ補正値と称する）として用いられる。このＲＲＯ補正値は、図１に示すＨＤＤのコントローラ２０が備えているメモリ部２３内のＦＲＯＭ２３１に格納されている。
【００６９】
ＲＲＯ補正器８０１は、ＴＳ差分検出器４０１によって出力されるタイムスタンプ差分を、ＦＲＯＭ２３１に格納されているＲＲＯ補正値に基づいて補正する。つまりＲＲＯ補正器８０１は、ＴＳ差分検出器４０１によって出力されるタイムスタンプ差分から、ＲＲＯの一次偏心成分を除去する。ＲＲＯ補正器８０１によって補正されたタイムスタンプ差分は、ＢＰＦ４０２に入力される。以降の動作は、図４に示されるＦＦコントローラ４０と同様である。
【００７０】
第４の実施形態によれば、フィードフォワード制御におけるＲＲＯの影響を低減して、ヘッド位置決め精度を一層向上することができる。なお、第４の実施形態において、図１に示すＨＤＤと異なって、ディスク１１の両面にヘッドが配置されているならば、ヘッド毎にＲＲＯ補正値が格納されても構わない。また、ディスク１１上の予め定められたリング状のゾーン毎にＲＲＯ補正値が格納されても構わない。
【００７１】
以上説明した少なくとも１つの実施形態によれば、マイクロアクチュエータに適した外乱フィードフォワードが行える磁気ディスク装置及び同装置におけるマイクロアクチュエータ制御方法を提供することができる。
【００７２】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００７３】
１１…ディスク、１２…ヘッド、１３…スピンドルモータ（ＳＰＭ）、１４…ＶＣＭアクチュエータ（ＶＣＭＡ）、１５…マイクロアクチュエータ（ＭＡ）、１６…ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）、１７…ドライバＩＣ、１９…リードチャネル（ＲＤＣ、タイムスタンプ検出器）、２０…コントローラ、２２…サーボコントローラ、４０，６０，７０，８０…フィードフォワードコントローラ（ＦＦコントローラ）、４０１…タイムスタンプ差分検出器（ＴＳ差分検出器）、４０２…帯域フィルタ（ＢＰＦ）、４０３…積分器、６０１…位相補償フィルタ（ＰＣＦ）、７０１…可変ゲインアンプ、７０２…学習器、８０１…繰り返し性ランアウト補正器（ＲＲＯ補正器、２３１…フラッシュＲＯＭ（ＦＲＯＭ）。
【図１】
2012155819.tif 000003
【図２】
2012155819.tif 000004
【図３】
2012155819.tif 000005
【図４】
2012155819.tif 000006
【図５】
2012155819.tif 000007
【図６】
2012155819.tif 000008
【図７】
2012155819.tif 000009
【図８】
2012155819.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成24年3月21日(2012.3.21)
【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】
ヘッドを粗動させるボイスコイルモータ（ＶＣＭ）アクチュエータと、
前記ヘッドを微動させるマイクロアクチュエータと、
ディスクに記録されているサーボ同期マークが前記ヘッドにより読み出される時間間隔を第１のタイムスタンプとして検出する検出器と、
前記ヘッドを目標位置に位置付けるために、前記ＶＣＭアクチュエータ及び前記マイクロアクチュエータを、フィードバック制御により制御し、外乱を補正するためのフィードフォワードコントローラを備えたサーボコントローラとを具備し、
前記フィードフォワードコントローラは、
前記第１のタイムスタンプの目標タイムスタンプからのずれをタイムスタンプ差分として検出する差分検出器と、
前記タイムスタンプ差分を積分することによって、前記タイムスタンプ差分を前記マイクロアクチュエータの変位に変換する積分器とを具備し、
前記フィードフォワードコントローラは、前記変位に対応する操作量をフィードフォワード操作量として、前記マイクロアクチュエータのためのフィードバック制御ループに与える
磁気ディスク装置。
【請求項２】
前記フィードフォワードコントローラは、前記ＶＣＭアクチュエータの第１の制御周波数帯域より高い前記マイクロアクチュエータの第２の制御周波数帯域の周波数成分を含む前記タイムスタンプ差分の周波数成分を通過させる帯域通過フィルタまたは高域通過フィルタを更に具備する
請求項１記載の磁気ディスク装置。
【請求項３】
前記フィードフォワードコントローラは、前記タイムスタンプ差分の位相の遅れを補償する位相補償フィルタを更に具備する
請求項２記載の磁気ディスク装置。
【請求項４】
前記フィードフォワードコントローラは、
前記変位を増幅または減衰する可変ゲインアンプと、
前記タイムスタンプ差分が検出される場合に基づき、次に検出されるタイムスタンプ差分がゼロになるように、前記ゲインアンプのゲインを可変する学習器とを更に具備する
請求項２または請求項３に記載の磁気ディスク装置。
【請求項５】
前記フィードフォワードコントローラは、前記タイムスタンプ差分から、前記ディスクの回転に同期した偏心成分が除去されるように、前記タイムスタンプ差分を補正する繰り返し性ランアウト補正器を更に具備する
請求項２記載の磁気ディスク装置。
【請求項６】
前記ディスクの回転に同期した偏心成分に対応した補正値が格納された記憶手段を更に具備し、
前記繰り返し性ランアウト補正器は、前記格納された補正値に基づいて前記タイムスタンプ差分を補正する
請求項５記載の磁気ディスク装置。
【請求項７】
ヘッドを粗動させるボイスコイルモータ（ＶＣＭ）アクチュエータと、前記ヘッドを微動させるマイクロアクチュエータと、前記ヘッドを目標位置に位置付けるために、前記ＶＣＭアクチュエータ及び前記マイクロアクチュエータを、フィードバック制御により制御するサーボコントローラとを備えた磁気ディスク装置におけるマイクロアクチュエータ制御方法であって、
ディスクに記録されているサーボ同期マークが前記ヘッドにより読み出される時間間隔を第１のタイムスタンプとして検出し、
前記第１のタイムスタンプの目標タイムスタンプからのずれをタイムスタンプ差分として検出し、
前記タイムスタンプ差分を積分することによって、前記タイムスタンプ差分を前記マイクロアクチュエータの変位に変換し、
前記変位に対応する操作量をフィードフォワード操作量として、前記マイクロアクチュエータのためのフィードバック制御ループに与える
マイクロアクチュエータ制御方法。
【請求項８】
前記ＶＣＭアクチュエータの第１の制御周波数帯域より高い前記マイクロアクチュエータの第２の制御周波数帯域の周波数成分を含む前記タイムスタンプ差分の周波数成分を通過させる
請求項７記載のマイクロアクチュエータ制御方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
実施形態によれば、磁気ディスク装置は、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）アクチュエータと、マイクロアクチュエータと、検出器と、サーボコントローラとを具備する。前記検出器は、ディスクに記録されているサーボ同期マークがヘッドにより読み出される時間間隔を第１のタイムスタンプとして検出する。前記サーボコントローラは、前記ヘッドを目標位置に位置付けるために、前記ＶＣＭアクチュエータ及び前記マイクロアクチュエータを、フィードバック制御により制御する。前記サーボコントローラは、外乱を補正するためのフィードフォワードコントローラを備えている。前記フィードフォワードコントローラは、差分検出器と、積分器とを具備する。前記差分検出器は、前記第１のタイムスタンプの目標タイムスタンプからのずれをタイムスタンプ差分として検出する。前記積分器は、前記タイムスタンプ差分を積分することによって、前記タイムスタンプ差分を前記マイクロアクチュエータの変位に変換する。前記フィードフォワードコントローラは、前記変位に対応する操作量をフィードフォワード操作量として、前記マイクロアクチュエータのためのフィードバック制御ループに与える。