(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディスク上に記録したデータを読出し、かつ前記ディスク上にデータを書込むためのヘッドを有し、前記ディスク上に予め記録したサーボ情報に基づいて前記ヘッドを前記ディスク上の目標位置に位置決め制御する制御手段を備えた磁気ディスク装置であって、
周囲温度を検知するための温度検知手段を有し、
前記制御手段は、
前記ヘッドを前記目標位置に位置決めするための第１の制御操作量を算出するためのフィードバック制御系と、
前記ヘッドを目標位置に位置決めするときの位置誤差から前記ディスクの回転に伴う偏心成分を除去するための第２の制御操作量を算出するためのフィードフォワード制御系と、
前記第１の制御操作量と前記第２の制御操作量とを加算して前記ヘッドの位置決め制御量として出力する出力手段と、
前記温度検知手段の検知結果に基づいて、前記周囲温度が予め設定された許容範囲を越える変化をしたときには前記フィードフォワード制御系を機能させて、かつ、前記周囲温度が前記フィードフォワード制御系の性能を越える程度に異常な変化をしたときには前記フィードフォワード制御系の機能を停止させる手段と
を具備したことを特徴とする磁気ディスク装置。
【請求項２】
ディスク上に記録したデータを読出し、かつ前記ディスク上にデータを書込むためのヘッドを有し、前記ディスク上に予め記録したサーボ情報に基づいて前記ヘッドを前記ディスク上の目標位置に位置決め制御する制御手段および周囲温度を検知するための温度検知手段を備えた磁気ディスク装置に適用するヘッド位置決め制御方法であって、
前記制御手段は、
前記ヘッドを前記目標位置に位置決めするための第１の制御操作量を算出するためのフィードバック制御処理を実行し、
前記温度検知手段の検知結果に基づいて、前記周囲温度が予め設定された許容範囲を越える変化をしたときには、前記ヘッドを目標位置に位置決めするときの位置誤差から前記ディスクの回転に伴う偏心成分を除去するための第２の制御操作量を算出するためのフィードフォワード制御処理を実行し、
前記第１の制御操作量と前記第２の制御操作量とを加算して前記ヘッドの位置決め制御量として出力し、
前記温度検知手段の検知結果に基づいて、前記周囲温度が前記フィードフォワード制御処理の性能を越える程度に異常な変化をしたときには、前記フィードフォワード制御処理を停止させる手順を実行することを特徴とするヘッド位置決め制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特にハードディスクドライブなどの磁気ディスク装置に適用し、ディスク上に予め記録されたサーボ情報に基づいてヘッドを目標位置に位置決め制御するためのヘッド位置決め制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えばハードディスクドライブ（ＨＤＤ）などの磁気ディスク装置は、磁気ヘッド（以下単にヘッドと称する）により記憶媒体であるディスク上にデータを書込み、またディスクからデータを読出すように構成されている。ディスクは各データ面に同心円状の多数のトラック（シリンダ）が配列されて、各トラックがそれぞれ複数のデータセクタに分割されている。ＨＤＤでは、ディスク上にはサーボ情報が記録されたサーボエリアが所定の間隔で設けられている。サーボ情報は大別して、トラックを識別するためのトラックコード（シリンダコード）を示すトラック情報（またはシリンダ情報）及びサーボバーストデータ（位置情報）からなる。
【０００３】
ＨＤＤでは、アクセス対象の目標トラック（目標位置）が決定されると、ヘッド位置決め制御システム（具体的にはＣＰＵなどにより構成）は、ヘッドにより読出されるサーボ情報を使用して、ヘッドを目標トラックまで移動制御し、かつ目標トラックの範囲内に位置決めするように追従制御する。
【０００４】
ところで、ヘッドを追従させるべきディスク上のトラックには、特にディスクの回転に伴う要因により偏心が発生する。要因としては、ディスクを回転させるためのスピンドルモータの軸振れ、サーボ情報を書き込むときのディスクの振動、また周囲温度の変化によるディスク形状の伸縮などがある。また、ディスク上にサーボ情報を書き込むときに、ディスクを実装するＨＤＤ自体ではなく、サーボライタと呼ばれる専用のサーボ情報書込み装置を使用することがある。このような場合には、サーボ情報を書込みしたディスクをＨＤＤに装着したときに、スピンドルモータの回転中心と、サーボライタによりサーボ情報を書込みしたときのディスクの取り付け位置での回転中心との誤差により、巨大な偏心が発生する可能性がある。
【０００５】
このようなトラックの偏心に伴う振幅は、ヘッドの位置誤差量に換算して数μｍ程度になることもある。高トラック密度化を図るＨＤＤでは、確実にヘッドによりデータを書込み、または読出すための許容範囲は通常では０．数μｍ程度であり、この許容範囲を越える場合にはヘッドを目標トラックに追従させることが困難となる。
【０００６】
そこで、図５に示すように、フィードバック制御系とフィードフォワード制御系とを併用したヘッド位置決め制御システムが提案されている（特願平９−１９０１１９号を参照）。このシステムは、大別してフィードバック制御系とフィードフォワード制御系１０とからなる。フィードバック制御系は、位置誤差検出部２と、制御要素４と、制御対象３とから構成されている。位置誤差検出部２は、ヘッドの目標位置ｒと実際のヘッド位置ｙとの位置誤差ｅを算出する減算部である。制御要素４は、位置誤差ｅを入力して、この位置誤差ｅを解消するような制御対象３に対する制御操作量Ｕｂを算出する。制御対象３は、具体的にはヘッドアクチュエータを駆動するためのボイスコイルモータ（ＶＣＭ）である。ここで、制御要素４及び制御対象３の各伝達関数をそれぞれ「Ｆｂ」と「Ｐｓ」とする。
【０００７】
一方、フィードフォワード制御系１０は、偏心成分検出部（伝達関数Ｆｔ）１１およびフィードフォワード制御部（伝達関数Ｆｗとし、ＦＷ制御部と省略する）１２を有する。偏心成分検出部１１は、位置誤差検出部２の位置誤差ｅを入力して、位置誤差ｅに含まれるディスクの回転周期に同期した偏心成分を検出して、ＦＷ制御部１２に出力する。ＦＷ制御部１２は、偏心成分を抑制するような制御操作量Ｕｆを算出して、フィードバック制御系の加算部１３に出力する。加算部１３は制御要素４からの制御操作量ＵｂとＦＷ制御部１２からの制御操作量Ｕｆとを加算した制御操作量を制御対象３に出力する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前記のようなフィードバック制御系とフィードフォワード制御系とを併用した方式のヘッド位置決め制御システムにより、フィードバック制御系のみのシステムでは抑制できない位置誤差に含まれる偏心成分（特にディスクの回転に同期する同期偏心成分）を低減することが可能である。
【０００９】
ところで、特に小型のＨＤＤはパーソナルコンピュータに搭載されるため、使用環境が必ずしも良い状態ではない。使用環境の中では、ＨＤＤの周囲温度の変化による影響が大きい。温度変化が大きい場合に、ＨＤＤの機構部品の伸縮により、ディスク上のサーボ情報が偏心する現象が発生する。偏心は一様ではなく、ディスクの周方向に対してランダムに発生する。これは当然ながら、ヘッドの位置決め精度の悪化を招く。このような温度変化に伴う偏心成分の抑制に関しては、前記の従来のシステムでは全く考慮されていない。従来のシステムでは、偏心成分を抑制するためのフィードフォワード制御系は常に機能していることを前提としており、システムの動作パフォーマンス（スループット）が必ずしも適正ではない。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、特に磁気ディスク装置の周囲温度の変化に応じて偏心成分を抑制するためのフィードフォワード制御系を機能させる方式により、温度変化に伴う偏心成分を効果的に抑制して、結果的にヘッド位置決め精度の向上を図ることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ＨＤＤなどに適用するものであり、フィードバック制御系とフィードフォワード制御系とを併用し、かつ周囲温度の変化に応じてフィードフォワード制御系を機能させる方式のヘッド位置決め制御システムを備えた磁気ディスク装置である。フィードバック制御系は、ヘッドを目標位置に位置決めするために位置誤差を解消するための第１の制御操作量を算出する。フィードフォワード制御系は、位置誤差に含まれるディスクの回転に伴う偏心成分を除去するための第２の制御操作量を算出する。
【００１２】
ここで、本発明のシステムは、装置の周囲温度（装置の内部または外部の温度）を検知するための温度検知手段を有し、この温度検知手段の検知結果に基づいて周囲温度が所定の基準温度範囲を越える変動をしたときに、フィードフォワード制御系を機能させる。換言すれば、当該周囲温度の変化が許容範囲内であれば、フィードフォワード制御系を機能させずに、フィードバック制御系のみでヘッド位置決め制御を実行する。
【００１３】
このような構成であれば、装置の周囲温度の変化に応じて発生する偏心成分を、フィードフォワード制御系を機能させることにより位置誤差から除去できるため、温度変化に応じた偏心成分まで考慮したヘッド位置決め制御を実現することができる。また、温度変化の程度が許容範囲内の場合には、逆にフィードフォワード制御系の機能を停止することにより、システムの動作パフォーマンスを高めることが可能となる。さらに、本発明の別の観点として、周囲の温度変化がフィードフォワード制御系の性能を越える程度に異常の場合には、フィードフォワード制御系の機能を停止させることが有効である。この場合には、フィードフォワード制御系が正常に機能せずに、誤った第２の制御操作量を算出する可能性が高いため、未然に防止することが望ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の実施形態に関係するヘッド位置決め制御システムの概念を説明するためのブロック図であり、図２は同実施形態に関係するＨＤＤのサーボ系の要部を示すブロック図である。
（ヘッド位置決め制御システムの構成）
本実施形態のシステムは、磁気ディスク装置であるＨＤＤに適用するヘッド位置決め制御系であり、大別してフィードバック制御系とフィードフォワード制御系７０とからなる。フィードバック制御系は、位置誤差検出部２と、制御要素４と、制御対象３とから構成されている。位置誤差検出部２は、ヘッドの目標位置ｒと実際のヘッド位置ｙとの位置誤差ｅを算出する減算部である。制御要素４は、位置誤差ｅを入力して、この位置誤差ｅを解消するような制御対象３に対する制御操作量Ｕｂを算出する。制御対象３は、後述するように、具体的にはヘッドアクチュエータを駆動するためのボイスコイルモータ（ＶＣＭ）である。ここで、制御要素４及び制御対象３の各伝達関数をそれぞれ「Ｆｂ」と「Ｐｓ」とする。
【００１５】
一方、フィードフォワード制御系７０は、偏心成分検出部（伝達関数Ｆｔ）１１およびフィードフォワード制御部（伝達関数Ｆｗとし、ＦＷ制御部と省略する）１２を有する。偏心成分検出部１１は、位置誤差検出部２からの位置誤差ｅを入力して、位置誤差ｅに含まれるディスクの回転周期に同期した偏心成分を検出して、ＦＷ制御部１２に出力する。ＦＷ制御部１２は、偏心成分を抑制するような制御操作量Ｕｆを算出して、フィードバック制御系の加算部１３に出力する。加算部１３は制御要素４からの制御操作量ＵｂとＦＷ制御部１２からの制御操作量Ｕｆとを加算した制御操作量を出力する。
【００１６】
さらに、本実施形態のフィードフォワード制御系７０には、温度センサ７３からの温度検知信号に応じてフィードフォワード制御系７０の機能を有効または停止を制御するための温度制御部７１が設けられている。温度制御部７１は、温度検知信号により、ＨＤＤの周囲温度（ＨＤＤの内部または外部の温度）が所定の基準温度範囲を越えたときに、スイッチ７２をオンさせて偏心成分検出部１１への位置誤差ｅの入力を開始させる。即ち、温度制御部７１は周囲温度の変動が温度変化に伴う偏心成分の影響が位置決め制御に大きく影響するような場合には、スイッチ７２をオンさせることにより、フィードフォワード制御系７０を機能させる。逆に、周囲温度の変化が許容範囲内であり、温度変化に伴う偏心成分の影響がそれ程でない場合には、温度制御部７１はスイッチ７２をオフして、フィードフォワード制御系７０の機能を停止させる。
【００１７】
温度センサ７３は、ＨＤＤの内部において、ディスクが固定されているディスク回転機構（スピンドルモータ）の近傍に配置されているのが望ましい。但し、ＨＤＤの内部のスペースの制限から、温度センサ７３はＨＤＤの外部に取り付けられていても良い。さらに、フィードバック制御系では、温度センサ７３からの検知結果を加算部１３からの制御操作量（ＵｂとＵｆとの加算結果またはＵｂのみ）に加算して、温度変化による制御補償を行なうための加算部７４が設けられていてもよい。
（ＨＤＤのサーボ系の構成）
図１に示すように、フィードバック制御系とフィードフォワード制御系７０とからなるシステムのメイン要素１は、図２に示すＨＤＤのメイン制御装置であるマイクロコントローラ１１０の制御プロセス（ファームウェアの実行）に相当する。マイクロコントローラ１１０は、ＨＤＤのサーボ系のメイン要素である。
【００１８】
ＨＤＤでは、記録媒体であるディスク１００はスピンドルモータ１０３に固定されて高速回転している。ディスク１００は、多数の同心円状のトラック（シリンダ）１０１が形成されている。各トラック１０１は複数のデータセクタに分割されている。さらに、ディスク１００は、複数のサーボセクタ（ここでは５０セクタ）１０２が所定の間隔で配置されている。サーボセクタ１０２には、前述したように、トラックコード（シリンダコード）を示すトラック情報（シリンダ情報）およびサーボバーストデータ（位置情報）を含むサーボ情報が記録されている。本実施形態のヘッド位置決め制御とは、主としてサーボバーストデータを使用したトラック追従制御を意味する。
【００１９】
ヘッド１０４はヘッドアクチュエータ１０５に搭載されている。ヘッドアクチュエータ１０５はＶＣＭ１０６により駆動されて、ヘッド１０４をディスク１００の半径方向に移動させる。ＶＣＭ１０６はＶＣＭドライバ１１３から供給される駆動電流により駆動する。ＶＣＭ１０６およびＶＣＭドライバ１１３は、前記のシステムにおける制御対象３に含まれる。
【００２０】
ヘッドアンプ１１４は、ヘッド１０４により読出されたサーボ情報を含むリード信号を増幅して出力する。サンプルホールド回路１１５は、システムの位置誤差検出部２に含まれる要素であり、サーボバーストデータの振幅値（通常では２相のバーストパターンＡ，ＢとＣ，Ｄからなる）をサンプルホールドし、マイクロコントローラ１１０に出力する。サンプルホールド回路１１５から出力される振幅値がヘッド１０４の目標位置ｒ（通常では目標トラックの中心）に対する位置誤差ｅを示す。
【００２１】
マイクロコントローラ１１０は、前記のフィードフォワード制御系７０、制御要素４および加算部１３に相当する制御プロセスを実行するＣＰＵをメイン要素とする。ＣＰＵはメモリに予め格納されたファームウェアの実行により、前記制御プロセスを実行する。マイクロコントローラ１１０は、Ａ／Ｄコンバータ１１１により位置誤差ｅをディジタル値に変換して入力する。また、マイクロコントローラ１１０は、算出した制御操作量（制御操作量Ｕｂと制御操作量Ｕｆとを加算した値または制御操作量Ｕｂのみの値）をＤ／Ａコンバータ１１２によりアナログの電圧信号に変換してＶＣＭドライバ１１３に出力する。但し、Ｄ／Ａコンバータ１１２はＶＣＭドライバ１１３側に設けられて、マイクロコントローラ１１０はディジタル値である制御操作量をＶＣＭドライバ１１３に出力するような構成でもよい。
【００２２】
なお、マイクロコントローラ１１０は、例えばＨＤＤの内部に設けられた温度センサ７３から温度検知信号を入力して、前述のようなフィードフォワード制御系７０の制御処理を実行する。また、システムに前述の加算部７４を設ける場合には、マイクロコントローラ１１０は当該加算部７４の機能に相当する処理を実行する。
（本実施形態の作用効果）
本実施形態では、ＨＤＤの周囲温度の変化が大きい場合に、ディスクの回転に伴うディスク上のサーボ情報が偏心する現象が発生し、この温度変化に伴う偏心成分がヘッドの位置決め精度に影響することが前提になっている。このような前提において、本実施形態のシステムは、周囲温度の変化が大きい場合に、ヘッドの位置誤差には温度変化に伴う偏心成分が含まれるため、この偏心成分を抑制するために、フィードバック制御系と共にフィードフォワード制御系７０を機能させることが特徴である。
【００２３】
以下ＨＤＤのヘッド位置決め制御システムに適用した場合の作用効果を具体的に説明する。
まず、ＨＤＤでは、ホストシステムからアクセスコマンドが発行されると、マイクロコントローラ１１０は、ディスク１００上のアクセス対象の目標トラックまでヘッド１０４を移動させるシーク制御（速度制御）を実行する。このシーク制御では、マイクロコントローラ１１０はヘッド１０４により読出されたサーボ情報に含まれるトラック情報（シリンダ情報）に基づいて、ヘッド１０４の移動制御を実行する。
【００２４】
次に、ヘッド１０４が目標トラックの近傍に接近すると、マイクロコントローラ１１０はヘッド１０４を目標トラックの範囲内の目標位置（通常ではトラック中心）に位置決め整定させるためのトラック追従制御（位置制御）を実行する。本実施形態のシステムは、トラック追従制御時の一連の動作を実行し、ヘッド１０４によりサーボ情報が読出される毎に逐次実行する。
【００２５】
以下、マイクロコントローラ１１０の位置決め制御動作を、図１を参照して説明する。
ヘッド１０４によりサーボ情報のサーボバーストデータが読出される度に、位置誤差検出部２は目標位置ｒと実際のヘッド位置ｙとの位置誤差ｅを検出する。制御要素４は、入力する位置誤差ｅを解消するための制御操作量Ｕｂを算出して出力する。ここで、前述したように、ＨＤＤの周囲温度の変化は、温度センサ７３により監視されている。温度センサ７３は、標準動作温度に対して例えば１０度単位で変化（上昇または低下）したときに検知信号を出力する。
【００２６】
温度制御部７１は、温度センサ７３からの検知信号に応じて、ＨＤＤの周囲温度が所定の基準温度範囲を越える変動を示している場合に、スイッチ７２をオンしてフィードフォワード制御系７０を機能させる。即ち、周囲温度の変化に伴って、位置誤差ｅには、ディスク１００の回転に伴う偏心成分が含まれていると想定できるため、フィードフォワード制御系７０を併用することにより、位置誤差ｅに含まれる偏心成分を十分に抑制するための制御操作量Ｕｆを求める。
【００２７】
フィードフォワード制御系７０では、偏心成分検出部１１は位置誤差検出部２により求められる位置誤差ｅを観測し、位置誤差ｅに含まれるディスクの回転周期に同期した偏心成分を検出する。ＦＷ制御部１２は、偏心成分を抑制するような制御操作量Ｕｆを算出して、フィードバック制御系の加算部１３に出力する。加算部１３は制御要素４からの制御操作量ＵｂとＦＷ制御部１２からの制御操作量Ｕｆとを加算した制御操作量を制御対象３に出力する。なお、ここでは、加算部７４の機能については省略する。
【００２８】
以上のように本実施形態によれば、ＨＤＤの周囲温度の変化が大きい場合に、フィードバック制御系と共に、フィードフォワード制御系７０を機能させることにより、温度変換に伴って位置誤差ｅに含まれる偏心成分（特にディスクの回転周期に同期したサーボ情報の偏心）を検出し、この偏心成分を抑制するような制御操作量Ｕｆを算出することができる。フィードバック制御系の加算部１３は、フィードバック制御系の制御操作量Ｕｂとフィードフォワード制御系７０の制御操作量Ｕｆとを加算した制御操作量を制御対象３に出力する。従って、ディスクの回転周期に同期した偏心成分を十分に抑制したヘッド位置決め制御を実現することが可能となる。図３と図４は、本実施形態のヘッド位置決め制御システムにより、特定の目標トラックにヘッドを位置決め制御したときの位置決め精度とそのスペクトルを示す測定例である。図４の測定例は、フィードバック制御系のみの場合と比較して、フィードフォワード制御系７０を併用した場合に特に１，２，４次の偏心成分が十分に抑制されて低減していることを示している。
【００２９】
ところで、ＨＤＤの周囲温度の変化が小さく、位置誤差ｅに含まれる偏心成分が許容範囲内で十分に小さい場合には、フィードフォワード制御系７０が機能しても、ヘッド位置決め精度は向上しない。そこで、本実施形態では、温度制御へ部７１は、温度センサ７３からの検知結果に応じて、ＨＤＤの周囲温度の変化が許容範囲内であれば、スイッチ７２をオフしてフィードフォワード制御系７０の機能を停止状態に設定する。従って、フィードバック制御系の加算部１３は、フィードバック制御系の制御操作量Ｕｂのみを制御対象３に出力することになる。
【００３０】
即ち、周囲温度の変化が小さく、偏心成分による位置誤差量が十分に小さい場合には、フィードフォワード制御系７０の機能は停止となるため、マイクロコントローラ１１０のＣＰＵはフィードフォワード制御系７０の制御プロセスを省略できる。従って、マイクロコントローラ１１０の制御プロセス全体の処理時間を低減することが可能となる。換言すれば、フィードフォワード制御系７０が常に機能しているシステムと比較して、温度変化に伴う偏心成分を抑制する場合に、効果的にフィードフォワード制御系７０を機能させるため、システムの動作パフォーマンス（スループット）を高めることが可能となる。
【００３１】
さらに、本実施形態の変形例として、温度制御部７１は、温度センサ７３からの検知結果に応じて、周囲の温度変化がフィードフォワード制御系７０の性能を越える程度に異常の場合には、フィードフォワード制御系７０の機能を停止させる。即ち、温度変化が異常の場合には、フィードフォワード制御系７０が正常に機能せずに、誤った第２の制御操作量を算出する可能性が高い。従って、フィードフォワード制御７０の機能を停止させる方が有効である。
【００３２】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、フィードバック制御系とフィードフォワード制御系とを併用した方式のヘッド位置決め制御システムにおいて、磁気ディスク装置の周囲温度の変化に応じて偏心成分を抑制するためのフィードフォワード制御系を機能させる方式により、温度変化に伴う偏心成分を効果的に抑制して、結果的にヘッド位置決め精度の向上を図ることが可能となる。
【００３３】
一方、周囲温度の変化が小さく、偏心成分による位置誤差量が十分に小さい場合には、フィードフォワード制御系の機能を停止させることにより、フィードフォワード制御系の制御プロセスを省略できるため、システムの制御プロセス全体の処理時間を低減することが可能となる。このため、フィードフォワード制御系が常に機能しているシステムと比較して、温度変化に伴う偏心成分を抑制する場合に、効果的にフィードフォワード制御系を機能させるため、システムの動作パフォーマンス（スループット）を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に関係するヘッド位置決め制御システムの概念を説明するためのブロック図。
【図２】同実施形態に関係するＨＤＤのサーボ系の要部を示すブロック図。
【図３】同実施形態に関係するシステムの位置決め精度を示す測定結果。
【図４】同実施形態に関係するシステムの偏心成分の特性を示す測定結果。
【図５】従来のヘッド位置決め制御システムの概念を説明するためのブロック図。
【符号の説明】
１…サーボ系のメイン要素
２…位置誤差検出部
３…制御対象
４…制御要素
１１…偏心成分検出部
１２…ＦＷ制御部（フィードフォワード制御部）
１３…加算部
７０…フィードフォワード制御系
７１…温度制御部
７２…スイッチ
７３…温度センサ
７４…加算部
１００…ディスク
１０１…トラック（シリンダ）
１０２…サーボセクタ
１０３…スピンドルモータ
１０４…ヘッド
１０５…ヘッドアクチュエータ
１０６…ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）
１１０…マイクロコントローラ
１１１…Ａ／Ｄコンバータ
１１２…Ｄ／Ａコンバータ
１１３…ＶＣＭドライバ
１１４…ヘッドアンプ
１１５…サンプルホールド回路
【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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