专利名称：定位控制系统和定位控制方法
技术领域：
本发明涉及对例如磁盘装置中的头进行定位控制的定位控制系统和定位控制方法。
背景技术：
在磁盘装置的头定位控制系统中，由盘的偏心等所引起并且与磁盘转动频率同歩的周 期干扰被加到通过再现包括在伺服扇区内的数据而获得的头位置误差信号(表示目标头位 置和当前头位置之间的误差的信号)上。这样，当所述周期的干扰未被抑制时，很难进行 高精确定位。
近年来通过使用微计算机的数字控制系统构造磁盘装置的头定位控制系统，由此通过 将对应于磁盘旋转周期长度的内部模型(重复式控制器，r印etitive controller)集成 入头定位控制系统的反馈回路而进行重复控制是有效的。该重复式控制器被构成为通过以 输入头定位控制系统的位置误差信号与旋转周期长度对应记录，并且记录的信号在下一旋 转周期的对应时间被加到位置误差信号的方式抑制周期的干扰，从而改善头定位精度。
然而，当非周期的干扰信号被输入上述重复式控制器时，将发生下一周期的位置误差 信号没有要被抑制的对象的状态。结果，重复式控制器的输出变为使头定位控制系统的'性 能恶化的干扰源。
例如，考虑有两个自由度的控制系统，其中相同的反馈控制器用于将头移动到目标石兹 道的寻找控制，并且也用于将头定位在目标磁道中心的跟踪控制。两个自由度的控制系乡充 是一般地用于短距离寻找模式，其中寻找时的移动磁道的数目比较少。在这种情况下，当 以上述重复式控制器记录在寻找控制被完成的时候生成的瞬态位置误差信号(上冲，下冲， 等等)时，记录的瞬态位置误差信号变为非周期干扰。结果，以上说明的头定位控制系乡充 的性能变坏的问题由于系统转入跟踪控制之后重复控制的反逆效应现象而引起。
发明内容
根据本发明的方面，提供有定位控制系统，包含
头移动单元，被构成为在盘上移动头用以信息记录和再现，该盘上能够记录信息； 定位检测单元，被构成为以预定时间间隔检测头的位置；
误差检测单元，被构成为检测位置误差信号，该位置误差信号表示检测到的头位置和 预先设置的目标位置之间的误差；
存储器，被构成为与头位置的检测时序相关联地存储检测的位置误差信号； 干扰检测单元，被构成为检测头移动单元中生成的非周期干扰；
修改单元，被构成为.基于与对应于在第一头位置之前一个周期长度检测到的第二头位 置对应的第二位置误差信号，修改与在磁盘的第一旋转周期中检测的第一头位置对应的第 一位置误差信号；以及
反馈控制器，被构成为根据修改后的第一位置误差信号计算位置控制命令并且向头移 动单元提供该位置控制命令，其中
当非周期干扰在作为第一旋转周期之前一个周期的第二旋转周期中被检测时，并且当 第二头位置的检测时序相对于非周期干扰的检测时序包括在预定时间范围中时，修改单元 减小第二位置误差信号的振幅，并且基于振幅减小的第二位置误差信号修改第一位置信号 误差。
根据本发明的方面，提供有定位控制方法，包含 在盘上移动头用于信息记录和再现，该盘上能够记录信息； 以预定时间间隔检测头的位置；
检测位置误差信号，该信号表示检测的头位置和预先设置的目标位置之间的误差；
与头位置的检测时序相关联地将检测到的位置误差信号记录在存储器中；
检测在头移动时间产生的非周期干扰；
基于对应于在第一头位置之前一个周期长度检测到的第二头位置的第二位置误差信
号，修改对应于在磁盘的第一旋转周期中检测到的第一头位置的第一位置误差信号；以及
根据修改后的第一位置误差信号计算位置控制命令并且向头移动单元提供该位置J空 制命令，其中
当非周期的干扰在作为第一旋转周期之前一个周期的第二旋转周期中被检测时，并且 当第二头位置的检测时序相对于非周期干扰的检测时序包括在预定时间范围中时，修改包 括减小第二位置误差信号的振幅并且基于振幅减小的第二位置误差信号修改第一位置信 号误差。
图1是显示如根据本发明的实施例的，包括重复式控制器的头定位控制系统的图； 图2是显示延迟元件操作和非周期干扰的产生的图； 图3是用于解释过滤处理和转换处理的图； 图4是显示模拟模型的开环传输特性的图5是显示在模拟过程中被给予位置误差信号的周期干扰的图
图6是显示根据本发明的重复控制和传统的重复控制之间的比较结果的图7是显示磁盘装置定位控制系统的结构的图；以及
图8是显示包括传统的重复式控制器的头定位控制系统的图。
具体实施例方式
在下面，将参考
根据本发明的实施例。
图7是显示根据本实施例的磁盘装置定位控制系统的示意结构的图。定位控制系统使 用配备在磁盘装置中的微处理器(MPU:微处理机单元)18作为主要部件。
如图7所示，头11由臂12支持。臂12用音圈电动机(VCM) 13的驱动力在磁盘14 的径向移动头ll，该磁盘14上能够磁性地记录信息。例如，臂12和VCM 13对应于头移 动单元的实例。
VCM 13具有磁铁15和驱动线圈16，并且由来自于功率放大器17的电流被驱动。 MPU 18将通过计算获得的位置控制命令，借助于D/A转换器19，转换为模拟信号，
并且将转换的模拟信号提供到功率放大器17。
功率放大器17将来自于MPU 18的位置控制命令转换为驱动电流，并且将驱动电流提
供到VCM 13。
用一或多个薄片构造的磁盘14由主轴电动机(未显示)以高速旋转。在磁盘上，同 心地形成多个磁道，并且伺服区域(伺服扇区)20每隔规定的间隔被提供在每一个磁道中。 磁道的位置信息预先嵌A伺服区域20。在头11穿过伺服区域20的时候由头11读取的i卖 出信号由前置放大器21放大，以提供给伺服数据处理电路22。
伺服数据处理电路22从放大的读出信号产生伺服信息，并且以固定时间间隔输出产 生的伺服信息到MPU 18。
MPU 18基于取自I/O 23的伺服信息计算头位置，然后基于获得的头位置和将要作为 目标的头位置(目标位置)，以固定时间间隔，计算将要提供给VCM的位置控制命令。MPU 18具有位置检测单元，其被构成为检测头位置。
图8显示包括磁盘装置中的传统的重复式控制器的头定位控制系统。更特别地，图8 显示定位控制(跟踪)时的控制系统。在头定位控制系统中，除被控对象之外，定位控制 作为软件由MPU 18执行。
假定从VCM 13到头位置的传输特性是被控对象101，并且反馈系统的观察信号是磁头 位置信号。
头位置和目标磁道中心之间的误差在误差检测单元112中作为头位置误差信号被检 测，以被输入定位反馈控制器102。然而，由磁盘偏心等所引起的周期干扰110被加到头 位置误差信号，如本发明背景技术描写的。为了抑制周期干扰110，由虚线围绕的重复控 制器108被配备在定位反馈控制器102的前级中。在添加单元111中来自于重复控制器108 的信号被添加至在误差检测单元112中检测到的头位置误差信号，然后所述头位置误差信 号被提供给定位反馈控制器102,以抑制周期干扰。定位反馈控制器102基于提供的信号 产生位置控制命令并且输入所述位置控制命令到被控对象(VCM) 101。
重复控制器108包括低通滤波器106，其被配置为调节重复控制器108的高频带增益， 以及延迟元件"D(z)"(记录器)105。
延迟元件(记录器)105包括，例如，在执行头定位控制系统的软件(其中安装数字 控制系统的软件)中保证为阵列的存储区或者存储器，并且由具有相同的列(或行)数的 阵列实现为包括在一个磁道内的伺服区段数"N"。在延迟元件105中，对应于旋转周期 长度的位置误差信号(对应于伺服区段数"N"的位置误差信号)对于每个数字控制系乡充 的抽样周期被写入存储区(阵列)。所述旋转周期等于包括在一个磁道内的伺服区段数 "N"，由此延迟元件105由公式(1)表示。
D(z) = Z-n…(1)
重复控制器108向添加单元111输出记录在延迟元件105中的，对应于旋转周期长度 的位置误差信号，所以输出的位置误差信号在下一旋转周期中的对应时间点被加到位置误 差信号(也就是说， 一个周期之后的位置误差信号)。添加单元111将从重复控制器108
输入的位置误差信号添加到在下一旋转周期中从误差检测单元112输入的位置误差信号。 从而，周期的干扰被减小，并且头定位精度被提高。
然而，当在寻找控制过程中也使用以上跟踪控制系统时，因为两个自由度的控制结构， 所以发生如本发明背景技术中描述的问题。也就是说，位置误差信号被存储在延迟元件(记 录器)105中，寻找完成时的上冲和下冲被添加至所述位置误差信号作为非周期干扰，并 存储在延迟元件(记录器)105中。这样，在下一周期中，非周期干扰元件由重复控制器 108输出，以变为头定位控制系统的干扰源。
图1显示用于解决以上描述的传统的问题，根据本发明的头定位控制系统的结构。头 定位控制系统的特征在于通过改进图8所示的重复控制器108获得的重复控制器508。除 被控对象501之外，头定位控制系统能够作为软件被安装在MPU 18中。
被控对象501,定位反馈控制器(反馈控制器)502，第一低通滤波器504，延迟元件 (记录器)505，误差检测单元512,和添加单元511具有与具有相同的名称并且如图8所 示的元件的相同的功能，由此除扩展的处理之外，其重复说明从略。
重复控制器508中的寻找完成扇区号码记录器507在寻找完成的时候记录伺服扇区号 码(分配给每个伺服扇区的号码)。寻找完成时的伺服扇区号码是，例如，刚好在寻找完 成被检测时的时间以前读取的伺服扇区号码。所述寻找完成能够，例如，通过参照由寻找 完成时的已知的机构设置的标记被检测。寻找完成扇区号码记录器507是用于检测被控乂寸 象501中产生的非周期干扰的干扰检测单元的形式。
重复控制器508中延迟元件505的输出被分支为两个输出。 一个输出经过第二低通St 波器506被输入到转换处理单元503里，而另一个输出被直接地输入到转换处理单元503。
转换处理单元503包括丌关，并且通过进行端子1和端子2之间的转换，选择延迟元 件505的输出和第二低通滤波器的输出之一。更特别地，转换处理单元503基于由寻找完 成扇区号码记录器507和延迟元件(阵列)505给出的当前扇区号码选择第二低通滤波§§ 506和延迟元件505之一，以将选择的那一个的输出传递到添加单元511。
一对重复控制器508和添加单元511对应，例如，根据本发明的修改单元。 延迟元件505，第二低通滤波器506，以及转换处理单元503将参考图2和图3被更 详细地描述。
图2的上一级显示一状态，其中记录在重复控制器508中的位置误差信号在数字控伟ll 系统的每个周期(在伺服扇区之间的每个时间间隔)被采样。图2的下一级显示一状态， 其中，当重复控制器508中的延迟元件(记录器)505被实现为阵列时，各采样的位置误
差信号被存储在阵列中。包括在一个磁道内的，用于伺服扇区号码"N"的位置误差信号， 被存储在阵列中。对于每一个旋转周期更新阵列。
分别地使得采样的位置误差信号"yx" (x = 1， 2, 3， 4， N)对应于分配给读取伺 服扇区的伺服扇区号码"X" (X = 1， 2, 3， 4...N)。每个伺服扇区号码对应，例如头 的检测时序(timing)。阵列首行代表伺服扇区号码并且第二行代表采样的位置误差信号。 现在，假定当，寻找控制执行之后，寻道操作被完成时，产生上冲并且瞬态信号被记录在 阵列中。与此同时，在寻找完成的时候或刚好在寻找完成以前头被定位在其的伺服扇区的 号码，被存储在寻找完成扇区号码记录器507中。这里，假定伺服扇区号码5被存储。
有可能判定寻找完成时的瞬态位置误差信号(受非周期干扰的影响的位置误差信号) 在寻找完成的时候被存储在伺服扇区号码周围的列中。也就是说，有可能认为包括在相对 于非周期干扰被检测时的时间点(或检测时序)的预定时间范围内的位置误差信号受非周 期干扰的影响。这样，当存储在阵列中的位置误差信号在下一周期被输出时，如图3的上 一级所示，转换处理单元503将转换开关转换到第二低通滤波器506 —侧的端子2以选择 仅寻找完成时的伺服扇区号码周围的第二低通滤波器506的输出(这里，寻找完成时间前 后的两个输出)(以进行过滤处理)。从而，包括在延迟元件505的输出内的瞬态响应元 件被衰减(或减小)，如图3的下一级中的虚线波形所示。另一方面，在其它情况中，转 换开关连接至终端l，延迟元件505的输出被选为(在没有受到任何处理的情况下)，它 类似于传统的重复控制器的情况，以提供给添加单元511。
当进行这样的处理时，仅能够去掉寻找完成时的瞬态响应。这使抑制本发明背景技术 中描述的反逆效应现象成为可能，而尽可能维持抑制周期的干扰的性能。也就是说，当延 迟元件505的输出总是受到过滤处理时(当它被构造为第二低通滤波器506的输出总是被 选择时)，发生用于抑制周期的干扰的重复控制器508的效果被减小的问题。然而，在本 实施例中，进行利用伺服扇区号码的局部过滤处理，由此在尽可能没有使抑制周期的干扰: 的效果恶化的情况下，有可能防止由于非周期干扰而造成的反逆效应现象。
这里，无源FIR滤波器能被用作第二低通滤波器506，因为重复控制的特性是存储在 延迟元件505的阵列中的值在下一周期被输出。借助于无源的FIR滤波器，有可能防止木艮 据第二低通滤波器506中的滤波处理产生相位畸变，并且可能仅衰减(或减小)瞬态响应 的振幅。无源的FIR滤波器"H(z)"由公式(2)表示。
H(z) = a)+a,(z+z—')+a2(z2+z—2)+…+a (zn+z—n) ... (2)
这里，"a , ai， a2... a "是过滤系数并且"n"是级。这些被适当地选择以致瞬态
响应能够被充分地衰减。
在下面，将基于由本发明人独立地进行的计算机模拟的结果描述本发明的效果。
图4显示在用于模拟的被控对象模型和定位反馈控制器被串联耦合的情况下的开环传
输特性(例如，通过去掉图l所示的头定位控制系统中的重复控制器508获得的开环传输
特性)。
这模拟从VCM到实际磁盘装置头位置的传输特性，并且基于下面的假定被控对象具 有在大约3 (kHz)和5 (kHz)的谐振模(resonance陽de)，以及定位反馈控制器是通过 耦合积分器，相位超前补偿器(phase lead compensator)，和用于稳定谐振模的陷波滤 波器(notch filter)而被构成。此外，数字控制系统的釆样频率是根据伺服扇区的数目 和磁盘旋转的数目决定的。这里，假定伺服扇区的数目是132，并且磁盘旋转的数目是7200 [rpm] (120 [Hz])。因此，采样频率变为15840 [Hz]，并且被加到位置误差信号并且由 磁盘偏心等等所引起的周期的干扰的最低位频率变为120 [Hz]。因此，周期干扰的高阶频 率分量是最低位频率的整数倍。同样，重复控制器中的记录器是山132行的阵列实现的。
在图5所示的周期干扰被加到上述控制系统中的位置误差信号的情况下，在传统的重 复控制器和根据本发明的重复控制器之间比较从寻找完成时间到跟踪控制的过渡状态中 的头定位误差响应(与目标位置的误差)。比较结果如图6所示。
在图6中，细实线的曲线图显示在未应用重复控制的情况下(重复关闭)的头定位误 差响应。能够从图中看出振荡由于周期干扰的影响而继续。
另一方面，如断线曲线图所示，能够确认在使用传统的重复控制器的情况下，周期干 扰的影响随着时间流逝被去掉(正常的重复)。然而，能够看出重复控制的反逆效应现象 起因于从0到0.002 [s]的时间周期中寻道操作被完成时的瞬态响应(非周期干扰)，并 且与未应用重复控制(重复关闭)的情况相比较，定位误差对于每个旋转周期被增加。
另一方面，如粗实线曲线图所示，能够确认反逆效应现象在根据本发明的重复控制器 中显著地减小。进一步地，能够看出，如在传统的重复控制场合下，周期干扰的影响同样 被去掉。如上所述，根据本发明的实施例，在其中使用重复控制器的磁盘的头定位控制系 统中，有可能减少由寻找完成时的过渡干扰所引起的定位精度恶化(重复控制的反逆效应 现象)。
注意在本实施例中，寻找完成时的非周期干扰被作为实例，但是作为本发明主题的非 周期干扰不局限于寻找完成时的非周期干扰，并且其它干扰也可能被作为本发明的主题， 只要干扰被非周期地加到检测的磁头位置信号。
权利要求
1. 一种定位控制系统，其特征在于头移动单元，被构成为在盘上移动头用以信息记录和再现，所述盘上能够记录信息；定位检测单元，被构成为以预定时间间隔检测所述头的位置；误差检测单元，被构成为检测位置误差信号，所述位置误差信号表示检测到的头位置和预先设置的目标位置之间的误差；存储器，被构成为与所述头位置的检测时序相关联地存储检测到的位置误差信号；干扰检测单元，被构成为检测所述头移动单元中生成的非周期干扰；修改单元，被构成为基于与在第一头位置之前一个周期长度检测到的第二头位置对应的第二位置误差信号，修改与在所述盘的第一旋转周期中检测到的第一头位置对应的第一位置误差信号；以及反馈控制器，被构成为根据修改后的第一位置误差信号计算位置控制命令并且向所述头移动单元提供所述位置控制命令，其中当所述非周期干扰在作为所述第一旋转周期之前一个周期的第二旋转周期中被检测到时，并且当所述第二头位置的检测时序相对于所述非周期干扰的检测时序被包括在预定时间范围中时，所述修改单元减小所述第二位置误差信号的振幅并且基于振幅减小后的第二位置误差信号修改所述第一位置信号误差。
2. 如权利要求1所述的系统，其特征在于所述盘具有多个伺服扇区，每个所述伺服扇区包括轨道位置信息，所述定位检测单元基于在所述头经过所述伺服扇区时由头从所述伺服扇区读取的轨道位置信息来检测所述头位置，所述存储器与所述伺服扇区的伺服扇区号码相关联地存储检测到的位置误差信号，所述伺服扇区对应于所述头的检测时序，所述干扰检测单元指定伺服扇区的伺服扇区号码作为干扰伺服扇区号码，在所述伺服扇区中，在相对于所述非周期干扰的检测时序的预定时间范围中头位置已经被检测到，并且所述修改单元基于具有与所述第一位置误差信号的伺服扇区号码相同的伺服扇区号码的所述第二位置误差信号，修改所述第一位置误差信号，并且 当对应于所述第二位置误差信号的伺服扇区号码被包括在对于在所述第二旋转 周期中检测到的所述非周期干扰指定的干扰伺服扇区号码中时，减少所述第二位置误差信 号的振幅。
3. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述干扰检测单元检测所述头的寻找控制 的完成作为所述非周期干扰。
4. 如权利要求l所述的系统，其特征在于，所述修改单元通过使用低通滤波器来减少 所述振幅。
5. —种定位控制方法，其特征在于，包含 在盘上移动头用于信息记录和再现，所述盘上能够记录信息； 以预定时间间隔检测所述头的位置；检测位置误差信号，所述位置误差信号表示检测到的头位置和预先设置的目标位置之 间的误差；与所述头位置的检测时序相关联地将检测到的位置误差信号记录在存储器中； 检测在所述头的移动时间产生的非周期干扰；基于与在第一头位置之前一个周期长度检测到的第二头位置对应的第二位置误差信 号，修改与在磁盘的第一旋转周期中检测到的第一头位置对应的第一位置误差信号；以及根据修改后的第一位置误差信号计算位置控制命令并且向所述头移动单元提供所述 位置控制命令，其中 '当所述非周期干扰在作为所述第一旋转周期之前一个周期的第二旋转周期中被检测 到时，并且当所述第二头位置的检测时序相对于所述非周期干扰的检测时序被包括在预定 时间范围中时，所述修改包括减小所述第二位置误差信号的振幅并且基于振幅减小后的第 二位置误差信号修改所述第一位置信号误差。
6. 如权利要求5所述的方法，其特征在于所述盘具有多个伺服扇区，每个所述伺服扇区包括轨道位置信息， 检测所述头的位置包括基于在所述头经过所述伺服扇区时由头从所述伺服扇区读取的轨道位置信息来检测所述头位置，所述存储包括与所述伺服扇区的伺服扇区号码相关联地存储检测到的位置误差信号，所述伺服扇区对应于所述头位置的检测时序， 检测所述非周期干扰包括指定伺服扇区的伺服扇区号码作为干扰伺服扇区号码，在所 述伺服扇区中相对于所述非周期干扰的检测时序的预定时间范围中头位置已经被检测到， 并且所述修改包括基于具有与所述第一位置误差信号的伺服扇区号码相同的伺服扇区号码的所述 第二位置误差信号，修改所述第一位置误差信号，并且当对应于所述第二位置误差信号的伺服扇区号码被包括在对于在所述第二旋转 周期中检测到的所述非周期干扰指定的干扰伺服扇区号码中时，减少所述第二位置误差信 号的振幅。
7. 如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述检测非周期干扰包括检测所述头的寻 找控制的完成作为所述非周期干扰。
8. 如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述修改包括通过使用低通滤波器来减少 戶万述振幅。
全文摘要
本发明提供一种定位控制系统，包括头移动单元；以预定时间间隔检测头位置的位置检测单元；对于目标位置检测头的位置误差的误差检测单元；检测非周期干扰的干扰检测单元；基于对应于一个周期长度之前检测的第二头位置的第二位置误差信号，修改对应于在第一旋转周期中检测的第一头位置的第一位置误差信号的修改单元；以及反馈控制器，其中当所述第二头位置的检测时序包括在相对于在作为第一旋转周期之前一个周期的第二旋转周期中检测的非周期干扰的检测时序的预定时间范围中时，所述修改单元在减少所述第二位置误差信号的振幅之后修改所述第一信号。
文档编号G11B7/09GK101388228SQ20081016088
公开日2009年3月18日 申请日期2008年9月9日 优先权日2007年9月11日
发明者石原义之, 高仓晋司 申请人:株式会社东芝