(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転方向振動の予め定められた周波数帯域の回転速度成分を検出する逆−起電力（EMF）検出器と、
前記逆−起電力（EMF）検出器に接続されこの検出器の出力を受信するハイパス（HP）フィルタとローパス（ＬP）フィルタと帯域制限微分器（BLDIF）とからなるフィルタの組み合わせとを備え、
前記HPフィルタと前記ＬPフィルタと前記ＢＬＤＩＦとがそれぞれ互いに異なる周波数で選択的にサンプリングされているディスクドライブ（HDD）。
【請求項２】
前記逆−起電力（EMF）検出器に接続している回転方向振動（RV）速度制御器をさらに備えた請求項1に記載のディスクドライブ。
【請求項３】
前記RV速度制御器が完全なディジタル回路と完全なアナログ回路のうち少なくとも１つを有している請求項２に記載のディスクドライブ。
【請求項４】
前記RV速度制御器が振動レベルが予め設定された限界を超えたときのみ動作し、不必要な電子雑音がセンサ回路を通して入る可能性を減少させる請求項１に記載のディスクドライブ。
【請求項５】
ＲＶ速度センサを更に備え、このＲＶ速度センサの感度が直線方向振動に対して最小化されており、そこからの出力信号がＲＶ加振の結果として扱われる請求項１に記載のディスクドライブ。
【請求項６】
回転方向振動の予め定められた周波数帯域の回転速度成分を検出する独立した検出器と、この独立検出器の出力を受信する最適なフィルタの組み合わせを備え、前記最適なフィルタの組み合わせはハイパスフィルタ、ローパスフィルタ及び帯域制限微分器からなる５次の多項式を有するフィルタシステムからなるディスクドライブ。
【請求項７】
前記ハイパスフィルタと、前記ローパスフィルタとは、それぞれ2次のフィルタブロックからなる請求項６に記載のディスクドライブ。
【請求項８】
前記ハイパスフィルタと、前記ローパスフィルタと、前記帯域制限微分器とは３つの別々なフィルターステージからなる請求項６に記載のディスクドライブ。
【請求項９】
前記ハイパスフィルタと、前記ローパスフィルタと、前記帯域制限微分器とが１つのブロックに結合されている請求項６に記載のディスクドライブ。
【請求項１０】
前記１つのブロックが５次の多項式からなる請求項９に記載のディスクドライブ。
【請求項１１】
中周波数帯域の角速度成分を抽出し、
この速度成分に、それぞれ互いに異なるサンプリング値でサンプリングされた、ハイパスフィルタ動作と、ローパスフィルタ動作と、帯域制限微分動作とを行い、
トラック追従誤差を減少させる制御信号を発生するディスクドライブの振動補償方法。
【請求項１２】
前記角速度成分は逆−起電力（ＥＭＦ）検出器から抽出される請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記中周波数帯域が約100Hzから約1000Hzの帯域を含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記ディスクドライブが逆−起電力（EMF）検出器を有しており、
振動レベルが予め定めた限界を超えた時のみ回転方向振動（RV）制御器を動作させ、これにより不必要な電気雑音が前記逆−ＥＭＦ検出器を通して侵入する可能性を減らす請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
回転方向振動（RV）速度検出器の直線方向振動への感度を最小にし、
その出力信号を全てRV加振の結果とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記ディスクドライブの主ボイスコイルモータ（VCM）の逆−起電力（EMF）を、前記主VCMの安定性フィードバックを考慮しながら使用する請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記抽出された角速度成分を最適にフィルタリングする請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
前記最適なフィルタリングに５次の多項式が使用される請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
ベースプレートを有するディスクドライブシステムの振動を測定する方法であって、
センサから発する逆−起電力（EMF）の電圧であって、センサからの前記ベースプレートの角速度成分に比例する逆−ＥＭＦを伝達する電圧を取得し、
センサの電圧を、ディジタル信号を形成するためアナログーディジタル変換するのに十分増幅し、
前記ディジタル信号を特定の形態を有する５次の多項式を実現しているハイパスフィルタ、ローパスフィルタ及び帯域制限微分器からなる最適なフィルタの組み合わせに提供することを含む。
【請求項２０】
前記多項式が複数の低次のフィルタで実現されている請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、全体としてはディスクドライブに関し、より詳細には、シータダイナミックスによるトラックずれ（TMR）を最新のアルゴリズムにより回転速度センサを用いて最小にしたディスクドライブに関する。
【０００２】
【従来の技術】
トラック密度が増大し続けて、振動に起因するトラック追従誤差がディスクドライブの動作において極めて重大な問題になってきた。実効データ転送速度及び処理能力は回転振動により低下する。高密度（1インチあたりの高トラック数（TPI））ではディスクドライブの面内の回転振動（例えば、シータ軸）、“シータダイナミックス”と呼ぶ、は直接にトラックはずれ（TMR）要因に影響を与える。
【０００３】
本振動問題の対策は最新の搭載方式から精巧なセンサとサーボアルゴリズムまでのさまざまな方法で検討することが可能である。
【０００４】
コンピュータシステムには１台以上のディスクドライブが搭載されている場合があり、各ドライブが全体としての振動環境の原因となっている。さらに、コンピュータシステム自体が外部から地震で加振されることもある。ディスクドライブのヘッド位置決め精度は自分の発する振動と近傍のディスクドライブあるいは同一筺体に組み付けられている他の周辺機器の振動の影響を受けやすい。
【０００５】
1.0、2.5及び3.5型の現世代のハードディスクドライブ（HDD）は携帯環境とデスクトップ／サーバ環境で動作するようにそれぞれ設計されている。コンピュータシステムのコストと重量を下げるため、製造者は一般にHDD搭載筺体を薄板構造材で作成する。従って、コンピュータ筺体は柔構造体で振動の影響を受けやすい。このような搭載構造のためディスクドライブは内部あるいは外部から発生する振動に対して不安定なものとなっている。ロータリーアクチュエータ型のＨＤＤはとりわけベースプレートの面内振動から影響を受けやすい。
【０００６】
ＨＤＤのヘッド位置決めサーボシステムは３つの重要な働きをしている。最初にサーボシステムがヘッドをシークモードで速度サーボにより目標の近傍へ最短時間で移動させる。次に、ヘッドを目標トラックに積分項（例えばケイパビリティ）を有しない位置制御を用いて最小のセトリング時間で位置づける。最後にサーボシステムは比例−積分−微分（ＰＩＤ）型位置制御のトラックフォロウモードに入る。
【０００７】
しかしながら、シークモード中に、最大回転加速トルクに続いて減速トルクがボイスコイルモータ（ＶＣＭ）式のアクチュエータから発生する。反発トルクによりベースプレートに過渡回転振動が発生し、これは読み出し/書き込みヘッドの位置決め精度に悪影響を及ぼしうるものである。しかしながら、ランダムに発生する振動はトラック追従精度に重大な影響を与える（そして若干はセトリング性能にも）。本発明の以前には、ＨＤＤのアクチュエータシステムのトラック追従精度に甚大な影響を及ぼすランダム振動の問題を適切に指摘したものはない。
【０００８】
今日の3.5型ディスクドライブは40ｋＴＰＩに達しており、2001年以後は50ｋＴＰＩを超えることが予測されている。トラック密度を上げる上での大きな問題は、振動の外乱によりヘッド位置決め精度が落ちることである。ＴＰＩの指数関数的な伸びにより、読み出し/書き込み部品のトラック位置決めが大きな課題になった。現存のサーボシステムはますます困難な動作条件下で機能を果たすため継続的な技術革新を求められている。
【０００９】
スピンドルモータなどの機構部品は完全には質量バランスがとれていないので、動作中に調和振動を発生する。調和振動はＨＤＤシステム全体に対して直線方向と回転方向に振動を起こす。補償がなければトラック追従誤差はトラックピッチの15％にもなってディスクドライブの“ソフト”“ハード”両方の障害発生率に悪影響を及ぼす可能性がある。この内部で発生する周期的な振動による位置決め誤差は、参考のためここに掲載する特許文献１に開示されているサーボ法により解決することができる。
【００１０】
特殊な衝撃と振動を吸収する搭載設計により、内蔵スピンドルの加振による回転振動成分は、参考としてここに掲載する特許文献２の教えるとおり、最小化される。しかしながら、内蔵スピンドルの振動を分離するのに最適化した特許文献２の搭載方法では、依然として外部から来る振動の影響を受けやすい。特許文献３で定義している基準に従った多角形に沿って防振脚を設置することによりHDDの回転振動を生ずる外部の振動の侵入が最小化される。
【００１１】
同じく参考としてここに掲載した特許文献４に第二のアクチュエータを設けて打ち消しトルクを発生させ、反撥を中和する方法が提案されている。最新のセンサと制御方式を備えたHDDでは、ランダム振動問題の対策を強化することができる。
【００１２】
図１に示すように、２式のPZTセンサ101、102と信号処理方式を用いて、従来のシステム100（例えば、参考のためにここに掲載しているA. Jinzenji他の「ハードディスクドライブの回転方向外乱に対する加速度フィードフォワード制御」APMRC−Nov. 6-8、2000、TA6-01-TA6-02、特許文献５、Sidman他を参照）は、ランダム振動に対してフィードフォワード方式の対策を実施している。PZTセンサ101、102は他の技術革新なしに、それ自体で高品質の出力を発生するわけではない。図1はまたフィードフォワード補償器103と従来技術のサーボ104を示している。
【００１３】
図2A−２Cに示すように、参考のためにここに掲載している特許文献６ではディスクドライブに2式のPZT構成システム201、202を設置しディスクドライブの質量と慣性を振動体として利用しかなりの感度で回転加速度と直線加速度を測定している。
【００１４】
図２（ａ）はヘッドディスクアセンブリー200を示し、図２（ｂ）は加速度測定用ピエゾエレクトリック歪計201,202を詳細に示し、図２（ｃ）は衝撃と振動を受けるユーザ筺体204に搭載されたヘッドディスクアセンブリー200を示し、２式のＰＺＴ201,202が角加速度と直線加速度の信号を書き込み禁止信号が発行されるコンポーネト205に入力する。
【００１５】
ＰＺＴを使用する上で他の問題は、ＰＺＴは複数の軸方向の歪に対して感度があり、シータダイナミックス以外の振動に対しても反応してしまうことである。100−1000Ｈｚの帯域で忠実度の高い信号を発生するためには、ＰＺＴシステムは大きくなるが、その大きさは電子基板高さとディスクドライブ製造上の制約に合致しない。一方、ＰＺＴの寸法を小さくすると、信号品質が低下する（すなわち、特に低周波（100Ｈｚ以下）での信号ドリフトを容易に安定化することができない）。
【００１６】
本発明者たちの実験の経験では、コンパクトなＰＺＴ構成体を使用する上で重要な問題は信号の安定化とノイズである。ＰＺＴ信号が突然ドリフトすると不必要な書き込み中断が発生する。2式のＰＺＴを使用することにより、各ＰＺＴのゲインと熱感度を合わせる必要が生じ、さらに問題が複雑になる。最新の機構を採用することにより、ＰＺＴの所期の方向での感度を向上し他の方向での感度を最小化することができる。しかしながら、センサのコストが上がりディスクドライブ用には使用するのが困難になる。
【００１７】
他の方法では、小型機構静電容量検出器（例えば、C.Hernden「回転加速度計フィードフォワードを用いてＨＤＤの振動を打ち消す」Data Storage, November, 2000, pp.22- 28を参照)を使用して高品質のシータ加速度検出器の作成を試みている。しかしながら、センサの大きさと帯域幅とコストの点が小型電子機構センサ（ＭＥＭＳ）の制約になると考えられる。
【００１８】
【特許文献１】
米国特許第５６０８５８６号明細書
【特許文献２】
米国特許第５４００１９６号明細書
【特許文献３】
特許第２５６５６３７号公報
【特許文献４】
米国特許第６１２２１３９号明細書
【特許文献５】
米国特許第５４２６５４５号明細書
【特許文献６】
米国特許第５７２１４５７号明細書
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
このように、ランダム振動の問題はＨＤＤのアクチュエータ系のトラック位置決め精度に極めて重大な影響を与えており、従来技術では適切に解決することは不可能である。さらに、シータダイナミックスにより発生するトラックはずれ誤差を回転速度センサを用いて最小化する方法またはシステムは知られていない。
【００２０】
従来の方法及び装置の、前述の及び他の問題点、欠点及び不利な点に鑑みて、本発明の目的はＨＤＤのアクチュエータ系のトラック追従精度に重大な影響を及ぼすランダム振動の問題に対する方法と構造の提供に取り組むことにある。
【００２１】
本発明のもう１つの目的は、シータダイナミックスによるTMR誤差を回転速度センサを用いたアルゴリズムで最小化することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明の第一の特徴は、直線方向及び回転方向の振動にさらされるディスクドライブ（HDD）に回転方向振動のあらかじめ定めた周波数域の回転速度成分を検出する独立センサ部と、該独立センサ部の出力を受信するため最適化されたフィルタの組み合わせを有していることである。
【００２３】
本発明の第二の特徴は、ディスクドライブの振動補償手段が中周波域の速度成分の抽出と、トラック追従誤差を減少させる制御信号を発生することを有していることである。
【００２４】
本発明の第三の特徴は、ベースプレートを有するディスクドライブシステムの振動を測定する方法において、該ベースプレートの角速度成分に比例する逆−起電力（EMF）電圧を発生するセンサから出力される逆−起電力電圧をセンサから得ていることである。
【００２５】
本発明の第四の特徴はディスクドライブシステムがメインボイスコイルモータと点中心に回転可能で直線方向振動には殆ど感度を有せずメインボイスコイルモータ(VCM)の磁束を選択的に検出する逆−起電力（EMF）センサを有していることである。
【００２６】
発明ではディスクドライブのベースプレートの剛体運動は３直線軸方向（X、Y、Z）および３回転軸まわり（φ、ψ、θ）で発生すると考えている。ベースプレートのシータ面内での回転振動は、ディスクドライブで実現できるフィードバックサーボのゲインが有限であるため、トラッキング誤差の原因となる。
【００２７】
一式に統合された電磁起電力（EMF）センサによりベースプレートの角速度を検出し、検出された速度を帯域制限微分器（BLDIF）を通すことにより、フィードフォワード制御アルゴリズムを形成しトラッキング誤差を相当に減らすことが可能である。
【００２８】
従来システムの圧電（ＰＺＴ）センサを用いた加速度フィードフォワード方式に対して、本発明の磁気方式速度検出ではＨＤＤの直線方向の振動など不必要な振動の検出が比較的少ない。
【００２９】
さらに、センサは実質的に電流ゼロの電圧検出モードで動作しているので、信号処理の条件は比較的厳しくなく、温度変動に伴う抵抗変化からの影響も少なく、電荷生成を用いたＰＺＴセンサ法に比べ安価である。
【００３０】
以上、本発明の回転振動（ＲＶ）速度を用いたサーボ補償法は従来の方法よりも有利であることが分かる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
上記の及びその他の目的、特徴及び利点は、以下の本発明の実施例の図を用いた詳細な説明からよく理解できる。図３−図１４(d)に本発明の方法と構造の実施例を示す。
【００３２】
図３では、ディスクドライブのアクチュエータがシーク中に反作用トルクを発生している。複数のドライブがアレイを形成して搭載されているコンピュータの構成では、ドライブから発生する複数の反作用が振動スペクトラムを生成する。
【００３３】
振動スペクトラムの形と大きさ（例えば、直線方向および回転方向の両方）はシステムに固有であるが、有限な数の高調波に分散される帯域の限定されたパワースペクトラムであることが多い。ベース板振動の特にX,Y方向およびZまわり（例えばシータ軸）の振動がTMRに影響し得る。
【００３４】
上記のようにTMRに大きく影響するのはシータダイナミックスである。アクチュエータの質量アンバラスはアクチュエータのピボットの直線方向振動からトルクを生じてTMRに影響するが、普通はアンバランス量は無視可能である。
【００３５】
スピンドルモータ軸受けの弾性もまた、回転軸のX,Y振動により望ましくないTMRの原因となる。スピンドル軸受けがボールベアリングの場合より、流体軸受けの場合はより悪化すると考えられる。
【００３６】
本発明はシータダイナミックスに起因するTMR誤差を回転速度センサを使用したアルゴリズにより最小とすることを目指している。図3(a)に示すように回転検出逆−EMFセンサ300がアルゴリズムを開発し有効性を実証するために使用されている。（低価格ディスクドライブに使用できるこのようなセンサを作成するのに要するイノベーションは上記の、参考のためここに記載するともに出願中の米国特許No.10/153687によって実現されたことを記載しておく。）
「フィードバック」と「フィードフォワード」は制御システムの分野では知られている一般的な原理である。従来システム（例えば特許文献２と特許文献３に開示されるような）はベースプレートの角加速度を測定し、同じ角加速度をアクチュエータアームに加えて対応するTMR成分を減少または除去するフィードフォワード法を採用している。測定されたRV加速度はゲインパラメータ（ノイズ削減処理とともに）により補正されてVCMアクチュエータに適用される。
【００３７】
対策を実現するためには高品質のRV加速度検出技術が必要である。アルゴリズム自体は単純にゲイン調整処理である。しかしながら、信号処理の必要から、例えば信号ノイズの削減でフィードフォワードアルゴリズムを強化するイノベーションが行われ得る。
【００３８】
本発明では開発が容易で低コストで作成できる、逆−EMFに基づくRV速度センサを使用することが望ましい。本発明の発明者たちは加速度センサの有するいかなる制約もRV速度センサを活用するアルゴリズム（例えば、方法）が見つかれば解決されると認識している。
【００３９】
ディスクドライブの主VCMアクチュエータの設計で同じ経験をしているのでこれに基づいてシータ軸の角運動のみを検出する速度センサを設計することができる。従って、本発明ではアルゴリズム解（逆−EMFセンサなどが使用できると仮定して）を追及している。
【００４０】
実用レベルのコンピュータ筺体はTMRを起こす共振点を約100から約1000Hzの帯域に有している。ストレージ業界はフルシークタイム１０ｍｓ以下、1/3シークタイム５ｍｓ以下のディスクドライブを作成するのが一般になっている。この特性の傾向はランダム加振周波数が100Hz以下にはないと考えられることを意味する。最高周波数帯域では、１msのシングルトラックシークが１ｋHzに対応する（シークパルス強度はフルシークほど厳しくはない）。
【００４１】
従って、コンピュータ筺体の任意の点でのランダム加振は約100Hzから約1000Hzの間に限られる。ファンなどの冷却系は６０Hzの振動を生ずるがこれは現状のサーボループで処理される。従って、最悪の場合の加振は100−1000Hzの間にあり、最も発生の可能性の高いのは1/3またはそれ以下のシーク長に起因する200-800Hz帯域である。
【００４２】
このように、本発明はフィードフォワードモード（例えば、100−1000Hz領域が望ましい）で有効なアルゴリズムを開発することを目標としている。アルゴリズム解を低周波（＜100Hz）及び高周波（＞1000Hｚ）領域で有効である必要がないと分かれば、ＲＶを利用したHDDのアルゴリズム解が実現可能になる。この自明ではない仕様により解の現実的な実現が容易になる。本発明で中周波帯とは100−1000Ｈｚを意味する。
【００４３】
図３のディスクシステム300に示すように、ベースプレート301のＲＶ速度は逆−ＥＭＦセンサ302で測定され、センサ302が出力した電圧は増幅され（例えば高ゲインアンプ351で）ディジタル化され（例えば、ディジタル帯域制限微分器352で）内蔵アルゴリズムの動作に使用される。位置誤差信号（ＰＥＳ）を受信し、アンプ（積分器）354に結合している通常のサーボ353がまた表示されている。図３のセンサ構成は単に１例であり、本発明はそれに限定されるものではないことを指摘しておく。
【００４４】
このように、図３の構成は、動きが平面内運動だけでなく、同時に多くの軸に沿った直線運動の形を取りうるので、角加速度を検出/測定するのは高価であり、場合によっては適当でないことを考慮にいれている。それゆえ従来技術のＰＺＴセンサを使用した場合クロスカップリングが起こり得る。
【００４５】
発明者たちは従来技術のＰＺＴセンサにはそのような問題があることを認識しており、ＰＺＴセンサとは異なる原理で機能する逆−ＥＭＦセンサを用いる技術を以下のように開発した。創意に満ちた逆−ＥＭＦセンサの構造は前述の共出願の米国特許No.10/153687に記載されている。
【００４６】
逆−ＥＭＦセンサの構造と磁場中でコイル動作させて逆−ＥＭＦを検出することは（例えば物理の基礎原理である）一般に知られているが、ディスクドライブの角加速度/運動の検出に逆−ＥＭＦセンサを使用した例は知られていないことを指摘しておく。
【００４７】
逆−ＥＭＦを本用途/問題点（例えば、ディスクドライブの角運動/回転の検出）を目的として使用するのは、新しくかつ例がない。実際に、アクチュエータ自体が点中心に回転支持されており、アクチュエータを動かして、そこで電圧計を使用すると電圧信号が生成される。しかしながら、アクチュエータの視点からそのような形でそのような構成が使われたことはない（あるいは以前に採用されたことも）。共出願にて説明しているように、逆−ＥＭＦセンサは逆−ＥＭＦ検出用のコイル、空隙に磁束を発生する磁石、低摩擦ピボット、バランス用の質量などで構成することができる。
【００４８】
図４(a)−４(d)の説明を見ると、これらの図で、方法とアルゴリズムを形成する方法を体系的に説明しており、特にディスクドライブの回転運動学の洞察に基づいて、低周波（例えば25Hzなどの周波数以下）の要素は、従来技術のサーボでそれらの周波数の誤差と振動を扱うのに十分なゲインと能力があるので、興味の対象外である。
【００４９】
低周波帯域と高周波帯域は振動対策に重大な問題ではないので、ハイパス（HP）フィルタ（例えば図４(a)の説明に示す）とローパス（LP）フィルタ（例えば図４(ｂ)の説明に示す）を使用して、電圧のディジタル化の準備を行い、その後の処理に供する。フィルタは２次のタイプの２５Hzのハイパス（HP）と７ｋHzのローパス（LP）のフィルタ機能のものが望ましい。このように信号はハイパスフィルタとローパスフィルタを順に通る。
【００５０】
ＬＰ/ＨＰフィルタ系の出力は次に補正されて「等価加速度」の情報が抽出される。しかしながら、測定された逆−ＥＭＦ信号を単に微分しただけでは高周波（約＞5ｋＨｚ）の高レベルの雑音を生じやすい。理想的な微分器の伝達関数は90度の位相と周波数領域でデカードあたり２０ｄＢのゲインを有している。
【００５１】
しかしながら、そのような微分器はセンサーノイズを高周波域で過剰に増幅し、ヘッド位置決めアクチュエータに好ましくない外乱を与える。したがって、最適な微分動作を行うアルゴリズムが絶対に必要である。
【００５２】
中周波領域で微分機能を有する帯域制限微分器（例えば図３の352）が発明アルゴリズムの目標である。１５Ｈｚを「ゼロ」とし、７.５ｋＨｚを「極」とする一次のフィルタを選択することにより、効果的な帯域制限微分器352が設計され、特性を図４(c)に示す。
【００５３】
この場合、帯域制限微分により、１ｋＨｚから７ｋＨｚの領域では微分は行われず、雑音が増幅されることも（信号の劣化も）避けられ、振動に起因する周波数から起こる同様の現象も避けられ、それゆえエラーの発生も避けられる。
【００５４】
一方、300Ｈｚから1ｋＨｚの間での同等な微分処理を得るために、微分は帯域制限微分器（図４(c)の上側の図）からの出力信号の90度位相を意味し、そして図４(c)の下側のボックスに示すように（位相プロットを示す）100Hz以下での位相は図示のように20度から60度で、そして80度に向かって上昇しその後９０度に漸近していく。  しかしながら、高周波の信号は制限されることが望ましく、かなり高い周波数（例えば8-9ｋHz）では位相は0度に落ちる。
【００５５】
このように、100-1000Hz域で意味のある微分器を提供することが望まれる（例えば、他のどこでもハイパスとローパスフィルタリング処理による信号の位相変化と信号振幅の制限のため信号が歪んでおり、他のどこでも信号が実際に崩れている）
図４(d)は図４(a)−４(c)に示すハイパス、ローパス及び帯域制限微分処理の結果（スペクトラム）を示す。明らかに、100Hzで約90度の位相が示され、これに対し約1000Hzでは80度より若干下にある。このように、本発明は±１０度の位相進みで所期の周波数帯域（例えば100から約1000Hz）を得ることができる。よって、約90度位相の十分な位相進みをもって十分な微分処理を得ることができる。
【００５６】
このように、中周波数帯域での位相進みは75度から95度であることが分かる。中周波数帯を超えると発明のアルゴリズムは位相仕様を逸脱する。しかしながら、想定されるＲＶスペクトラムはこの帯域を超えてアルゴリズムの有効性を求めてはいない。２５Hzのハイパスフィルタは信号の低周波ドリフトを除去するが、ローパス周波数の選択は使用するセンサーシステムに応じてある程度柔軟に選択することができる。さらにローパス周波数に関しても同じことが言える。
【００５７】
図４(a)−４(d)に示すように本発明の重要な特徴はハイパスとローパスフィルタが２次のフィルタブロックであることが推奨され、これに対して帯域制限微分器は１次のフィルタブロックであることが推奨されることを確認しておく。
【００５８】
このように３ブロックは個別のフィルターステージと理解することができる。あるいは、３ステージを１次の（例えば、５次（５ｔｈ）の多項式）ブロックに結合することもできる。３ステージが望ましい場合は、ステージの組み合わせが５次に等価であれば、HP,LP及びBLDIFのどのような組み合わせを選ぶことも可能である。ハイパスフィルタ（あるいはローパスフィルタ）のいずれかが望ましくない場合は４次のブロック及び１次のブロックを採用することが可能であることも確認しておく。
【００５９】
しかしながら、好ましい多項式は5次のフィルタを最適に実現した図４(d)の形をとり、少し低いあるいは少し高い次数のモデルで実現されるであろうことさらに確認しておく。すなわち、モデルは図４(d)に示す形より少し高いあるいは少し低い次数に適合でき、同じレベルの機能を果たすことができる。
【００６０】
以下にフィルタを相互に順番付ける方法及びフィルターステージのサンプルレートの選定法を説明する。ディジタルフィルターを実用的に作成する場合、従来のコントローラとは異なるサンプルレートを選択する必要がある場合がある。
【００６１】
図５に本発明によるシステム500の実験（研究）装置を図示する。円形の台は電流ドライバー502／テーブル−アクチュエータ系（テ−ブル、アクチュエータは図示していない）に駆動されるRVテーブル501を有している。評価中のHDD503はドライブの電子回路にアクセスできるようベースプレートを上に向けてテーブル501上に設置されている。
【００６２】
図５に示すように、ヘッド信号（図示されていない）が電子回路504から抽出され、特製のPES解読回路504により要求されるPESが解読される。
【００６３】
HDD503のボード上のコントローラは実験のため作用を停止し、外部の信号処理システムがコントローラとして使用される。外部コントローラはトラック追従モードで従来技術のPIDと同様のコントローラの機能を実行する。アンプ511への入力を通常のサーボ510から出力しているのが示されている。信号Cはヘッドとトラックとの誤差を示す誤差信号を表す。
【００６４】
ディジタル帯域制限微分器507からもう１つの信号がアンプ511へ入力され、比較処理が実行されVCM/アクチュエータ（図示せず）に駆動信号が送られる。
【００６５】
逆−ＥＭＦセンサ505（例えば図３(a)に示す302と同様）が作成されテーブル501上にRVテーブル501の回転中心（円の中心）から離れて設置されRVにより生成された電圧は高ゲイン（-1000）回路506で増幅される。
【００６６】
RV逆−ＥＭＦ出力は高ゲインアンプ506を通って帯域制限微分器507が組み込まれているディジタル信号処理システム（例えば、トラック追従コントローラを実現したものと同じ）へ送られる。
【００６７】
振動検出の参照とするため、1式の高品質のPZT加速度計508が使用され、アンプ512を通して信号が送られる。
【００６８】
ダイナミック信号解析器（DSA）509が伝達関数測定機能を果たす。多様な点（Ａ，Ｂ，Ｃ及びD）がDSA509に接続されデータが解析される。すなわち、信号Cと信号Dの比、信号Bと信号Aの比など多様な伝達関数の形態が調査されることができる。
【００６９】
図６(a)−６(b)にRV速度センサを用いたコントローラの伝達関数（周波数領域でのB点とA点の比）の測定結果を示す。このように、コントローラは図４(d)（図４(d)の上下の線）の伝達関数計算結果（多項式）と対応している。
【００７０】
ｖ(n)をコントローラへの入力（図５のＡ点）とし、ｙ(n)をコントローラの出力（図5のＢ点）とすると、この場合の有効な時間領域での計算式は（例えば、５次の多項式）は次の（１）式のようになる。
【００７１】
【数１】
0004287697.tif 000002
【００７２】
ここで、ｎ、ｎ−１、・・・・はそれぞれの変数の時間遅れサンプルに対応し、ｋ１、・・・、ｋ9は本発明に基づく所期の特性を得るために選択されたゲインに対応する。
【００７３】
ゲインは一般には定数であるが、アルゴリズムの効果を向上するために、ドライブシステム特性あるいは振動環境に応じて更新することが可能である。
【００７４】
上記の計算式はＨＰ，ＬＰ及びＢＬＤＩＦフィルタの合成と等価である。浮動小数点演算器を有するＨＤＤシステムでは本計算式は直接実行することができる。低パワーの整数計算プロセッサーのＨＤＤの場合は、以下に説明するように、各フィルタ機能を独立した信号処理ブロックとして有することが必要と考えられる。
【００７５】
図７(a)と７(b)にＲＶコントローラアルゴリズム作成時に使用した逆−ＥＭＦセンサ(例えば図５の505)の伝達関数測定結果を示す（出力としてＡ点、入力としてD点の信号の比）。速度／角加速は周波数領域で測定される。
【００７６】
出力は逆−ＥＭＦセンサ505の電圧（増幅後）であり、入力は  ＲＶテーブル上に設置された（例えば図５の501）高品質直線方向加速度計508で測定されたセンサ505に加わる回転加速度に対応する電圧である。
【００７７】
約40Ｈｚ以下の周波数ではセンサ特性はピボット剛性で支配されることが分かる。約40Ｈｚを超えるとセンサ特性はその慣性に支配される。
【００７８】
図７(b)に示す位相特性はピボットに起因する減衰効果を示している。理想的には、搭載されている台の回転速度を抽出するため、センサは90度の位相ずれとデカードあたり２０ｄBの減衰を有することが必要である。100Hzから800Hzの中周波数ではセンサ特性は本仕様にほぼ合致するが、完璧にではない。このように、センサ/コントローラの構成の自明ではないが有している潜在特性を明らかにするためにはさらに実験的評価が必要である。
【００７９】
図７(a)−７(b)に示すように、発明の最も関心のある周波数帯域は約100から約1000Hzであることを再度確認しておく。すなわち、本発明が関心を有する主たる活動はこの領域の中にある。
【００８０】
例えば、一般的なディスクハウジングのトラック追従誤差（TMR）共振周波数は約100から約1000Hzの帯域にある。一般的に、５ｍｓシーク（５ｍｓの方形なパルスを生成する、現在の平均シークタイム）は200Hzに対応し、１０msシークは100Hzに対応する。他の使用されるパルスは１msから３msの間にある。２msパルスは約500Hzに対応する。一般に１msより短いシーク（1ｋHzに対応する）は存在しない。
【００８１】
このように、センサの有効な部分は約10−1000Hzの帯域で動作する。従って、創意に富む方法を使用している本発明のセンサは独立のセンサとして使用することができる。
【００８２】
図８に３つの条件下でのＲＶのＰＥＳへの効果を示す。すなわち、図８に出力ＰＥＳ（例えば、図５の信号Ｃ）と入力ＲＶ（例えば、ＰＺＴ出力で測定された信号Ｂ）との比を示す。
【００８３】
従来技術の場合の801は補償制御（例えばフィードフォワード）のためのＲＶ加速度あるいは速度検出がないときの波形である（補償制御はフィードフォワードなし）。このように、１単位Ｇ入力（例えば、100Ｈｚで40ｄＢ）に対して、位置誤差信号（ＰＥＳ−信号Ｃ）の１トラック幅の誤差は２５６ビットに相当する。従って、100ビットは約半トラック幅に相当する。このように、従来技術の場合は４０ｄＢ（１Ｇ）は100ビットに相当し、従来技術のサーボループの構造では問題を解決することはできない。
【００８４】
つぎのケース802では、高感度ＰＺＴ（例えば、高価な2重ＰＺＴセンサ）を有する最善の構成で、ＰＺＴ信号はＬＰ、ＨＰフィルターされアクチュエータにフィードフォワードされる。このようにＰＺＴ加速度法に示すように性能は良いが、コストが極めて高くなりさらにサイズも大きくなる。
【００８５】
802の波形に示される興味あるケースはＲＶ速度基準の制御である。両方のセンサは類似の振動除去特性を有するが、逆−ＥＭＦセンサ（例えば曲線803で示される）はＰＺＴ基準の制御より減衰が小さい（８−１０ｄＢ）。さらに逆−ＥＭＦセンサはＰＺＴ法より大幅に安価でサイズも小さくディスクドライブの機構部品の中に使えるスペースを確保することが可能である。
【００８６】
最良のＰＺＴシステムに比較する性能を出せるように逆−ＥＭＦセンサを最適設計できることが分かった。実際、150Ｈｚ以下の低周波数では逆−ＥＭＦに基づく構成で改善された補償が施される。検出と制御の方法が基本的に異なるので伝達関数（ＴＦ）も相違する。ＴＦは正弦波掃引法で求められる。
【００８７】
図９(a)−９(b)にランダム回転方向振動に対する動作特性を示す。図９(a)は実験的に生成したランダムＲＶのスペクトラムである。  スペクトル特性は特別なプログラム可能な波形発生器を用いて生成され、サーバーシステムで一般的に見られるＲＶ特性を模擬している。図に示すように振動スペクトラムには実験テーブルの加振により発生する約300Ｈｚと約600Ｈｚに山がある。
【００８８】
図９(b)はランダム回転方向振動に対する動作特性を示し、より詳細には入力RV値22.8ｒ/ｓ２に対応するPES(１シグマ)値を示す。従来技術の制御ではPES値は21あるいは22−ビット（１シグマ）と４倍になることが示されている。
【００８９】
RV速度センサに基づく制御では、PES値は、１２から１３ビット（１３ｄB）に低下し、ほぼ理想的なＰＺＴ（例えば高品質、高価な２重PZTセンサ構成）では、さらに１１ビット（１１ｄB）まで改善される。振動がないときには、６ビットが観測されるだろう（例えば、従来技術のサーボ制御での静止状態で）。
【００９０】
図１０(a)は対応するPESのパワースペクトラム（例えば、サーバのランダム振動PESのスペクトラム）を示す。RVセンサーに基づく制御の約60Hzから100Hzでの有効性が見える。
【００９１】
350Hzから525Hz間の帯域でのランダムRVに基づくPESの詳細を図１０(b)に示す。各構成（従来技術、ＲＶ速度及びＰＺＴ加速度）でPESパワー密度が段階的に減少するのが見える。すなわち、静止状態と補償状態の阻止特性から200−300Ｈｚ領域での優位性が示されている。さらに、「山」の部分に振幅の減少が示されている（図９(b)の１シグマ値の山を参照）
図１１(a)−１１(c)にＲＶ速度センサに基準のコントローラの有無での一定正弦波ＲＶ加振（例えば100Hz、18.6rad/ｓ２の正弦波角度振動）の結果を示す。図１１(a)では、速度センサが振動入力を受信し、さらに信号を出力する。
【００９２】
実質的なPES振幅の減少は従来技術のサーボでのトラック追従状態を示す図１１(b)と速度検出トラック追従状態（フィードフォワードによる）を示す図１１(c)を比較すると見ることができる。
【００９３】
図１２にシステム1200に、逆−ＥＭＦセンサ1201とLP1202,ＨＰ1203及びＤＩＦ1204を有する対応フィルタ列を実際に適用した例を示す。ＬＰ1201を第一ステージとして使用すると高周波成分が直ちに除去される。サンプリング周波数ｆ２は従来技術のコントローラの周波数ｆ１に等しくても異なっても良い。高サンプリング周波数の方が中周波数帯域で位相ロスが減少するので望ましい。
【００９４】
しかしながら、トレードオフとして、サンプリング周波数とコーナー周波数（例えば、ＢＬＤＩＦの１５ＨｚとＨＰの２５Ｈｚ）の差が大きくなると、ＨＰ及びＢＬＤＩＦフィルタの定数（Ａ，Ｂ及びＣ）が大きくなってしまうことがある。大きな定数を有限の整数語長のプロセスで保持するのは困難である。従って、実施条件に合うようにｆ２を選択できることが重要である。フィルタ周波数の選択において、有限語長の制約を満たすため、各フィルタＨＰ，ＬＰ及びＢＬＤＩＦが異なる周波数で動作することを選択することが必要となることもありうる。
【００９５】
図１２に示すフィルタ後のゲイン「ｋ」は振動補償が必要でないとき、スイッチ（例えば「ｋ=0」はフィードフォワード制御なし）として使用することができる。HDDが１台のみ使用されているとき、ランダム振動は殆ど発生せず、RV速度センサを読める管理コントローラがゲインｋをゼロに設定してフィードフォワード処理を無効にすることができる。
【００９６】
図１２はまたアナログアンプ1205、管理コントローラ1206、トラック追従回路1207、さらに各種サンプル回路1208A、1208B及び1208C、足し算回路1209、アクチュエータ電流ドライバー1210及びアクチュエータVCM1211を示している。
【００９７】
本発明は、全てアナログ電子回路で実施することも、全てディジタル電子回路で実施することも、その組み合わせで実施することも可能であることを図１２は示していることを指摘しておく。装置をプログラミングできる（例えば製造後に）ことからディジタル電子回路の方が望ましい。
【００９８】
図１２に示すフィルタリングの適用は単なる代表例であることをさらに加えておく。すなわち、上述のように、ＬＰ，ＨＰ及び/またはＤＩＦの組み合わせは単に「ブラックボックス」で5次の多項式（例えば上記の方程式による）のフィルタ1212を表しており、含まれるコンポーネントは上記のように低次のフィルターステージ１、ステージ2及びステージ3コンポーネントであると考えることができる。
【００９９】
上記のように、本発明は他に類例がなく、自明ではない特徴を有しており、独立したセンサから得られる逆−ＥＭＦ信号に基づいて動作する１つの方法（アルゴリズム）が開発された。主アクチュエータＶＣＭも逆−ＥＭＦを発生するが、トラック追従制御動作の影響に支配される。インテリジェント電子回路を通して２つの逆−ＥＭＦ（すなわちトラック追従とＲＶ）の成分は分離される。このように主アクチュエータの逆−ＥＭＦを制御の向上あるいはＲＶ推定に活用することができる。
【０１００】
図13に主アクチュエータの逆−ＥＭＦがＲＶ制御に利用されているシステム1300の構成を示す。図13では、逆−ＥＭＦ推算器1301が総合アクチュエータ電流コマンド、トラック追従電流コマンドおよびＨＤＤ温度（センサ1304が使えれば）情報を選択したサンプリング周波数で受信する。このブロックの出力は、ベースプレート1305と主アクチュエータＶＣＭ1306の相対運動に対応する逆−ＥＭＦの推定値である。ＢＬＤＩＦ1302と安定補償器1303は、この第二のフィードバックループを完成している。アンプ1307と通常のサーボ1308も示されている。
【０１０１】
トラック追従コマンドに基づくアクチュエータの動作がこの第二の制御ループ（要素1301,1302及び1303）の影響を受けてはならないことが示されている。図１３に示す方法に対する制約は同じ主ＶＣＭから得られるＰＥＳと逆−ＥＭＦが独立ではないことで、逆−ＥＭＦを従来技術のフィードバックに加えて第二のフィードバックループとして使用すると制御を混乱させ、不安定になる場合まである。しかしながら、新しいアルゴリズムの開発でＲＶの強化が可能になった。
【０１０２】
図１４(a)−１４(d)に本発明に使用する速度センサの応答した過渡振動のパターンへの効果を示す。詳細には、図１４(a)は従来技術のＰＺＴセンサの応答を示し、図１４(b)は本発明による速度センサの応答を示す。図１４(c)はフィードフォワード補償のないときのアクチュエータ位置誤差（PES）を時間軸上で示し、図１４(d)はフィードフォワード補償により改善したPESを示す。
【０１０３】
上記のハードウェア/ソフトウェア環境に加えて、本発明の別の方式ではコンピュータにより上記の方法を実現することができる。例えば、この方法は上記で説明した環境で実現することができる。
【０１０４】
この方法は、例えば、機械で読み取り可能な命令の連続を実行するディジタルデータ処理機器として実現されるコンピュータを操作することにより実現可能である。これらの命令は各種の信号保持媒体に保存可能である。
【０１０５】
信号を保存する媒体としては、例えば高速アクセスストレージであるCPU内のRAMが挙げられる。あるいは、CPUから直接または間接にアクセスされる磁気データ保存ディスケットなど、他の信号保存媒体に命令を保存することも可能である。
【０１０６】
ディスケット、コンピュータ/CPUあるいは他のどこであったとしても、命令を機械で読み取り可能な、DASDストレージ（通常の「ハードドライブ」またはRAIDアレイ）、磁気テープ、電子的読み取り専用メモリ（例えば、ROM,EPROMまたはEEPROM）、光ストレージ装置（例えばCD-ROM,WORM,DVD、ディジタル光テープなど）紙「パンチ」カード、あるいは他の、ディジタル及びアナログ通信回線及び無線などの通信媒体も含めて、適当な信号保存媒体などの多様なデータ保存媒体に保存することができる。本発明の実施例の説明図では機械読み取り可能命令は「C」言語などからコンパイルされたソフトウェアのオブジェクトコードとなっている。
【０１０７】
本発明をいくつかの好適な実施例を用いて記述したが、本技術分野に習熟した人には、発明の趣旨と特許請求項の範囲で修正して発明を実施することが可能であることが理解される。
【０１０８】
【発明の効果】
本発明によれば、ＨＤＤのアクチュエータ系のトラック追従精度に重大な影響を及ぼすランダム振動の問題に対する方法と構造を提供することができる。また、シータダイナミックスによるTMR誤差を回転速度センサを用いたアルゴリズムで最小化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来手法によるＰＺＴセンサ101,102を用いた加速度フィードフォワード制御を示す図である。
【図２】従来手法の角加速度の検出におけるＰＺＴセンサ２式201,202の使用法を示す図である。
【図３】ディスクドライブ300の逆−起電力（ＥＭＦ）検出法とフィードフォワードループ（アルゴリズム）を示す図である。
【図４】図３のフィードフォワードループ（アルゴリズム）の要素、ハイパスフィルタ(図4(a))、ローパスフィルタ（図４(b)）、帯域制限微分操作（図４(c)）、及び図4(a)−４(c)の合成伝達関数（図4(d)）をそれぞれ示す図である。
【図５】  RV制御とセンサの利点を評価するための実験装置を示す図である。
【図６】帯域制限微分方式のRV制御器の伝達関数の測定結果を示す図である。
【図７】逆−EMFセンサ（入力：RV加速度、出力：逆−EMF）の伝達関数の測定結果を示す図である。
【図８】さまざまな制御条件におけるRV加速度の入力に対応する位置誤差信号（PES）の伝達関数の測定結果を示す図である。
【図９】それぞれRV振動入力と対応するPES（１シグマ）特性の周波数スペクトラムを示す図である。
【図１０】コントローラとセンサの各構成でのPESの周波数スペクトラムを示す図である。
【図１１】固定周波数での正弦波加振に対する応答を示す図であり、より詳細には図１１(a)は正弦波角方向振動入力を示し、図１１(b)は従来技術のトラック追従状態を示し、そして図１１(ｃ)は速度検出方式のトラック追従状態を示す。
【図１２】本発明のRV速度フィードフォワードアルゴリズムの方式を示す図である。
【図１３】逆−ＥＭＦ生成装置として作用する主アクチュエータボイスコイルモータ（VCM）を示す図である。
【図１４】過渡振動への従来技術のPZTセンサ（図１４(a)）と本発明に使用する速度センサ（図１４(ｂ)）の応答、及びフィードフォワード補償のない場合のアクチュエータの位置決め誤差と時間経過後の位置決め誤差（PES）(図１４(c))とフィードフォワード補償によるPESの改善結果（図１４(d)）を対応して示す図である。
【符号の説明】
300,503…ディスクシステム、
301…ベースプレート、
302,505,1201…逆―ＥＭＦセンサ、
351,506,1205…高ゲインアンプ、
352,507…ディジタル帯域制限微分器、
354,511…アンプ（積分器）、
1202…ローパスフィルタ（ＬＰ）、
1203…ハイパスフィルタ（ＨＰ）、
1204…微分器（ＤＩＦ）、
1206…管理コントローラ、
1207…トラック追従回路、
1208A,1208B,1208C…サンプル回路、
1209…足し算回路、
1210…電流ドライバー、
1211…アクチュエータＶＣＭ。
【図１】
0004287697.tif 000003
【図２】
0004287697.tif 000004
【図３】
0004287697.tif 000005
【図４】
0004287697.tif 000006
【図５】
0004287697.tif 000007
【図６】
0004287697.tif 000008
【図７】
0004287697.tif 000009
【図８】
0004287697.tif 000010
【図９】
0004287697.tif 000011
【図１０】
0004287697.tif 000012
【図１１】
0004287697.tif 000013
【図１２】
0004287697.tif 000014
【図１３】
0004287697.tif 000015
【図１４】
0004287697.tif 000016