磁盘装置以及控制磁头的方法

专利名称：磁盘装置以及控制磁头的方法
技术领域：
本发明涉及一种其中磁头在旋转的磁盘上移动的磁盘装置以及一种控 制磁头的方法。
背景技术：
在用于定位磁盘装置的磁头的控制系统中，通常，构成使用微型计算 机的数字控制系统。即，从离散地获得的磁头的定位信息在微处理器内部 计算控制命令，并且通过D/A (数字-模拟转换器)，向致动器的起动驱动 器提供该控制命令。通常，由于致动器具有在高频带内的机械共振，因此， 为了高速、低振动和低噪声地将磁头移动到目标位置，产生不激发机械共 振的前馈控制输入是非常重要的。
作为一种用于以高速使磁头移动短距离的方法，考虑通过最优化方法 初步地计算且作为表保持为了不^JC机械共振而用于致动器的前馈控制输 入以及给反馈控制系统的目标位置命令。然而，从微处理器的存储容量出 发，对于每个寻iiif巨离(seek distance )采用这样的方法是不可能的。因此， 在长距离寻道的情况下，必须在线产生用于致动器的前馈控制输入和目标 位置命令。
作为用于此目的的方法，可以考虑这样的一种方法，在控制系统内部 设置致动器模型，使得模型速度遵从目标速度曲线，从而向反馈控制系统提供对模型的控制命令和模型位置，分别作为向致动器的前馈控制输入和
目标位置命令(JP隱A 9-73618 ( Kokai) (1997 ))。然而，在JP画A 9-73618 (Kokai) ( 1997)中所述的头定位控制系统中，如果模型的位置和速度 不在磁头的实际位置和速度附近，则在安放(settle)等时，磁头会过调 (overshoot)。因此，在寻道中，某种模型修改成为所需的。
作为用于此目的的一种方法，有这样的一种方法，在寻道的前半部分 中，通过向模型的输入添加反馈控制输出来更新模型，通过该模型来推算 磁头的位置和速度，并且通过使用模型的推算的位置和速度，构成速度控 制系统(例如，The 74th JSME (Japan Society of Mechanical Engineers) Spring Annual Meeting, Vol.4， pp.410-411(1997)(曰语)，图3)。在该方 法中，此外，在其中磁头来到目标位置附近的寻道后半部分中，反馈控制 输出被切换，以被添加到致动器，从而，构成通常的二自由度控制系统。
这样，当必须像磁盘装置那样构成伺服系统时，反馈控制器具有积分 器(integrator)。因此，当构成这样的寻道控制系统时，积分器的输出也 被添加到该模型，因此，当外力例如磁闩锁力(magnetlatch force )大时， 积分器的输出变大。因此，在切换到通常的二自由度控制系统时，在控制 命令中发生瞬态响应。
并且，在磁盘装置的情况下，当磁头以高速移动时，伺服图形变为斜 交的，且位置检测噪声变大。位置检测噪声通过反馈控制输出而影响模型 侧的速度反馈控制系统，因此，产生振动的前馈控制命令。这还可以引起 杂声(quack)。根据这些情况，在JP-A 9-73618 (Kokai) (1997)或者 The 74th JSME Spring Annual Meeting, Vol.4, pp.410-411(1997)的图3中 所述的控制系统中，很难在其中大的外力起作用的环境中实现强健的 (robust)寻道控制。此外，要降低位置检测噪声的影响也是困难的。

发明内容
根据本发明的一个方面，提供一种磁盘装置，其包括驱动部分，用 于使在磁盘中记录和再现信息的磁头移动；以及控制器，用于控制所述驱动部分，所述控制器包括位置误差反馈控制系统，其具有积分器和相位 超前补偿器(phase lead compensator)，且基于所述磁头的目标位置和检 测位置之间的差异获得位置命令，以执行所述驱动部分的反馈控制；以及 二自由度控制系统，输入所述磁头的目标移动距离，且通过使用所述驱动 部分的数学模型，向所述驱动部分输出电流命令，每当在所^头的定位 控制时和寻道时，所述控制器都向所述驱动部分提供所述积分器的输出， 且随即通过使用所述相位超前补偿器的输出来更新所述数学模型。
根据本发明的一个方面，提供一种用于控制磁头的方法，其中使在磁 盘中记录和再现信息的所述^兹头移动，包括以下步骤通过使用积分器和 相位超前补偿器而基于所述磁头的目标位置和检测位置之间的差异来获得 位置命令，执行对所述磁头的驱动部分的反馈控制，随即通过输入所述磁 头的目标移动距离且使用所述驱动部分的数学模型向所述驱动部分输出电 流命令，执行控制，并且每当在所述磁头的定位控制时和寻道时，都向所 述驱动部分提供所述积分器的输出，且随即通过^f吏用所述相位超前补偿器 的输出来更新所述数学模型。


图1是示出根据本发明的实施例的磁盘装置的基本部分的概念图2是示例才艮据本发明的实施例的控制系统的框图3是示出在实施例中向外力大的方向执行寻道时的控制命令的图表 图示(实验结果)；
图4是示例根据比较实例的寻道控制系统的框图5是示出在比较实例中向外力大的方向执行寻道时的控制命令的图 表图示(实验结果)；
图6是示出从头位置到速度反馈输出的框图7是示出饱和时模型侧控制系统的框图8是示出饱和时模型侧控制系统的框图9是示出饱和时模型侧控制系统的框图；图IO是示出饱和时模型侧控制系统的等价变换的框图； 图11是示出速JL^馈增益的切换的图表图示；
图12是示出在比较实例中向外力小的方向执行寻道时的控制命令的
图表图示(实验结果)；
图13是在比较实例中当外力不起作用时的模拟结果；
图14是在比较实例中当最大控制命令值的5%的外力起作用时的模拟
结果；
图15是在比较实例中当最大控制命令值的10。/。的外力起作用时的模 拟结果；
图16是在比较实例中当最大控制命令值的15。/。的外力起作用时的模 拟结果；
图17是示出在模拟中使用的VCM模型的特性的图表图示；
图18是示出速度反馈增益的切换条件的图表图示；
图19是根据实施例的控制系统的控制命令的模拟结果；
图20是根据实施例的控制系统的头位置的模拟结果；
图21是根据比较实例的控制系统的控制命令的模拟结果；
图22是根据比较实例的控制系统的头位置的模拟结果；
图23是根据实施例的头位置的实验结果；
图24是根据比较实例的头位置的实验结果；以及
图25是定位时测量开口顶(open roof)特性的结果。
具体实施例方式
下文中，将参考

本发明的实施例。在附图中，对相同的构件 附加相同的标记，并且适当地省略对其的详细i兌明。
图1是示出根据本发明的实施例的磁盘装置的基本部分的概念图。该 实施例的磁盘装置具有头定位控制机构(控制器)，在该控制器中，微处 理器(MPU) l8用作主要构件。磁头11由臂12支撑，并且通过驱动部分 (下文中，称为音圏电动机(VCM) )13的驱动力，臂12使磁头11在盘14的径向方向上移动。VCM 13具有》兹体15和驱动圏16，且通过从功 率放大器17提供的电流被驱动。MPU18计算控制命令，并且该控制命令 被D/A转换器19转换成^=莫拟信号且提供给功率;^大器17。功率方文大器17 将来自MPU 18的控制命令转换成驱动电流，且将该驱动电流提供给VCM 13。
设置一个或多个盘14，且通过主轴电动枳/f吏盘14以高速旋转。在盘 14上同心地形成多个磁道，并且通过恒定间隔提供伺服区域20。在伺服区 域20中，预先掩埋磁道的位置信息，并且磁头11跨过伺服区域20，从而 通过头放大器21获取来自磁头11的信号，并且超前信号(lead signal)被 放大，该信号被提供给祠服数据处理电路22。伺服数据处理电路22M 大的超前信号产生伺服信息，并且以等时间间隔将该伺服信息输出到MPU 18。 MPU 18根据取自I/O 23的伺服信息来计算磁头11的位置，并且以等 时间间隔计算将要从所获得的磁头位置流向VCM 13的控制命令。
图2是示例根据本发明实施例的控制系统的框图。
图2中所示的控制系统具有位置误差反馈控制系统100(参见图4)和 模型侧控制系统200。在该实施例中，位置误差反馈控制系统100被分成 积分器110和相位超前补偿器120。通过限幅器(limiter) 400和零阶保持 器(zeroth-order holder) 420，积分器110的输出被恒定地输入到致动器 (VCM) 13中。另一方面，通过增益矢量(gain vector) 150，相位超前 补偿器120的输出被输入到模型侧控制系统200中。
在模型侧控制系统200中，构筑对于致动器13的虛拟数学模型的速度 控制系统，并且使得模型速度遵从目标速度，从而产生前馈控制输入。从 模型侧控制系统200输出的前馈控制输入被输入到速度反馈控制器(速度 反馈控制系统)300中，并且作为前馈控制输入，通过限幅器400和零阶 保持器420，被输出到音圈电动机13。并且，在才莫型侧控制系统200中， 使状态方程式A矩阵210、B矩阵220和C矩阵240与l-采样延迟(l-sample delay ) 230组合。
例如，在长距离的寻道时，有必要构成速度反馈系统，但是在磁盘装置的情况下，仅仅可以观测到磁头11的位置。因此，有必要通过使用模型 来推算磁头11的速度。如果该模型是精确的，则可以实现寻道控制而没有 过调等，但实际上，不能获得精确的模型。因此，对模型的补偿成为必要 的。
在这种情况下，考虑通过使用Kalman滤波器等从推算的磁头11的速 度和位置来构成速度反馈控制系统。当在寻道中构成这样的控制系统时， 由于在目标位置附近，目标速度近似为直线的，因此变为通过推算的位置 和速度构成状态反馈。由此，与该实施例类似地，可以在定位时和寻道时 使用相同的控制系统。即，通过执行对模型的推算的位置和速度的反馈， 构成相位超前补偿器120，并且可以构成与稍后将要描述的比较实例等的 不同的没有控制结构的切换(开关的切换)的控制系统。
如上所述，在才艮据该实施例的控制系统中，在寻道前半部分(寻道时) 和寻道后半部分(定位控制时)，相位超前补偿器120的输出都被输入到 模型侧控制系统200中，因此，不需要控制结构的切换。并且，设定稍后 将要描述的增益矢量150和速度反馈增益Gv，从而，在定位控制时，被图 2中所示的控制系统中的虛线包围的部分变为与负相位超前补偿器120 (-C2(Z))近似。此外，在与目标位置的剩余距离小的位置，目标速度曲线 近似为直线，因此，在定位控制时速度反馈控制器300是状态反馈增益L， 该状态反馈增益L是稍后将要描述的简单恒定增益(simple invariable gain )。
比较而言，在稍后将要描述的比较实例中，在寻道前半部分的模型更 新中，位置误差反馈控制系统100的输出被添加到模型侧控制系统200的 输入终端，从而，模型的状态(位置和速度)与致动器13的移动近似。并 且，在寻道后半部分中，位置误差反馈控制系统100的输出被切换到致动 器13中，并且将是通常的二自由度控制系统。通过这样的方法，使得在寻 道时电流饱和的影响和模型误差的影响很小。然而，在该比较实例的更新 ^^莫型的方法中，在其中大的外力作用于控制目标的情况下，在切换开关时 在控制命令中引起瞬态响应。图3是示出在向外力大的方向执行寻道时的控制命令的图表图示(实 验结果)。
图3中所示的图表图示的水平轴表示时间(毫秒)，而垂直轴表示向 D/A转换器19提供的控制命令值。从寻道结束时的控制命令值的大小A 可以看出，在该实验中使用的磁盘装置中，最大控制命令值的约10%的外 力起作用。
如图3中所示，可以看出，在向诸如磁闩锁力的外力大的方向寻道时， 由于该实施例的控制系统不需要切换控制结构，因此不发生瞬态响应。此 外，如稍后所述，在向外力小的方向寻道时，由于不需要切换控制结构， 因此也不发生不连续的控制命令。
如上所述，通过增益矢量150，相位超前补偿器120的输出,皮输入到 模型侧控制系统200，而且通过限幅器400和零阶保持器420，积分器110 的输出被输入到致动器(VCM) 13，并且，不需要切换控制结构，因此， 在向诸如磁闩锁力的外力大的方向寻道和向外力小的方向寻道的两种寻道 中，不发生瞬态响应。
图4是示例根据比较实例的寻道控制系统的框图。
在图4中所示的寻道控制系统中，通过与才艮据图2中所示的实施例的 控制系统比较，位置误差反馈控制系统100没有被分成积分器110和相位 超前补偿器120。并且，从模型侧控制系统200输出的前馈控制输入被输 入到具有目标磁道的位置(目标位置)信息的速度反馈控制器300中。其 它结构与图2中所示的控制系统相同，因此省略对其的说明。
在这样的控制系统中，为了平稳地执行从寻道控制到定位控制的换接， 通过在寻道前半部分使用定位控制器来更新模型侧控制系统200，并且在 目标位置附近将系统切换到通常的二自由度控制系统。
即，在寻道前半部分，在更新模型侧控制系统200时，位置误差反馈 控制系统100的输出被添加到模型侧控制系统200的输入(开关swl连接 到终端2)，从而，模型的状态(位置和速度)与致动器13的移动近似。 并且，在寻道的后半部分，位置误差反馈控制系统100的输出^Ut^致动器13中(开关swl连接到终端l)，从而，使得系统成为通常的二自由度 系统。从而，使得寻道时电流饱和的影响和位置检测噪声的影响很小。
然而，在这样的寻道控制系统中，当大的诸如磁闩锁力的外力起作用 时，在切换开关swl时在控制命令中偶尔引起瞬态响应。此外，当以高速 移动臂12时，磁头11与伺服区域20斜交，因此，会错误地读取柱代码， 因此，位置检测噪声变大。因此，通过位置误差反馈控制系统100，该噪 声影响速度反馈控制器300，在控制命令中产生由该噪声引起的振动成分。
为了改善致动器13的寻道性能，向致动器13提供平滑的前馈控制输 入是4艮重要的。因此，在模型侧控制系统200中，以采样周期Ts/n执行计 算，该采样周期Ts/n是位置误差反馈控制系统100的周期Ts的n倍。
并且，对于速度控制系统的结构，存在加速时的电流饱和，因此，对 速度误差进行恒定的增益反馈。需要精确的模型来实现致动器13的高性能 寻道，但由于波动等，m难预先准备高精度模型。因此，在寻道时更新模 型侧控制系统200，并JU吏;漠型的状态与致动器13的状态近似。
图5是示出在向外力大的方向执行寻道时的控制命令的图表图示(实 验结果)。
图5中所示的图表图示的水平轴表示时间(毫秒)，而垂直轴表示向 D/A转换器19提供的控制命令值。从寻道结束时的控制命令值的大小A 可以看出，在该实验中使用的磁盘装置中，最大控制命令值的约10%的外 力起作用。
如图5中所示，可以看出，在比较实例的寻道控制系统中，在寻道前 半部分通过^(吏用定位控制器来更新模型侧控制系统200 ，并且在目标位置 附近，该系统切换成通常的二自由度控制系统，因此，在向诸如磁闩锁力 的外力大的方向寻道时，在切换开关swl时产生不连续的控制命令值。如 稍后所述，在向外力小的方向寻道时，不产生不连续的控制命令。
由这些情况，在根据图4中所示的比较实例的寻道控制系统中，当外 力小时，因为由开关swl的切换引起的瞬态响应非常小，因此没有问题。 然而，当大的诸如磁闩锁力的外力作用于臂12时，相对于外力的强健特性很低。控制命令的急剧的瞬态响应激发机械共振，从而在安放时引起波动。 因此，写保护的次数变大，从而降低性能。
接下来，将参考

用于构成不具有控制结构的切换的控制系统 例如根据实施例的控制系统的特定实例。
如上所述，由于在目标位置附近，目标速度近似为直线的，因此通过 推算的位置和速度构成状态反馈，从而可以构成不具有控制结构的切换的 控制系统。
然而，如果为了不进行控制结构的切换而通过使用这样的控制系统来
执行寻道控制到定位控制，则相位超前补偿器120的阶级变为固定到二阶。 并且，频率特性变为由Kalman滤波器系数、目标速度曲线的斜率以及速 度反馈增益确定。因此，在这样的控制系统的情况下，要在定位时提^H壬 意的频率特性就变得4艮难。
在磁盘装置的情况下，因为由盘的振动引起的抖动干扰等存在于高频 带区的特定频带中，因此，为了实现高精度定位控制，有必要实现适于干 扰频率的定位控制系统的频率特性。相应地，在具体实例中，考虑定位时 的干扰特性，初步地设计位置误差反馈控制系统100(C(z))，以便可以实 现所需的定位精度，并且如在下式中所示，将系统分成积分器110(d(z)) 和相位超前补偿器120 ( C2(z))。
C(z)二C'0) + C2(z) (1)
并且，将积分器110的输出恒定地输入到控制目标(VCM 13)中。 此外，在寻道和定位控制时，都通过位置超前补偿器120的输出来更新模 型，并且将由模型的位置和速度构成的速度反馈控制器300的输出添加到 控制目标。这样的控制系统的一个实例是在图2中所示的控制系统。
即，图2中所示的控制系统通过速度反馈控制器300的输出和积分器 110的输出来执^f亍寻道控制和定位控制。此外，如上所述，通过^L定增益 矢量150和稍后将要描述的速度反馈增益Gv，被图2中所示的控制系统中 的虚线所包围的部分在定位控制时变为与负相位超前补偿器120 (-C2(Z)) 近似。此外，在与目标位置的剩余距离小的位置，目标速度曲线近似为直线，因此，在定位控制时速度反馈控制器300是状态反馈增益L，该状态 反馈增益L是稍后将要描述的简单恒定增益。
通过使用等价线性控制输入，在定位控制时状态反馈增益L变为下式。 b，表示当与目标位置的剩余距离小时目标速度曲线的斜率，而Gv表示速度
反馈增益。此外，b2,表示模型增益。
<formula>formula see original document page 14</formula>
(2)
在该控制系统中的设计参数是被相位补偿器120的输出乘的增益矢量 150(k)和在定位时确定状态反馈增益L的速度反馈增益Gv。
因此，接下来，将说明用于设定增益矢量150(k)和速度反馈增益G、 的方法。
通过其中可以观测位置误差的周期Ts的例如1/r来计算模型，因此， 该模型可以由下式示出。
<formula>formula see original document page 14</formula>
(3)
寻道时的该模型由二重积分表示，因此，是如下的式子,
<formula>formula see original document page 14</formula>
并且，相位超前补偿器120的输出是通过周期Ts的输出，通过具有周 期Ts的零阶保持器420来提供该模型。在这种情况下，被图2中的虛线包 围的部分示于图6中，并且可以由下式表示给速度反馈控制器300的头位置。<formula>formula see original document page 15</formula> (5)
这里，Hr由下式表示,
<formula>formula see original document page 15</formula> (6)
根据式(5)，如果下式成立，则头位置yp(k，0)到u(k，0)…u(k，r-l)变 为与负相位超前补偿器120 (-C2(Z))相等。这里，？^示矩阵(A+BL)的 本征值。
<formula>formula see original document page 15</formula> (7)
<formula>formula see original document page 15</formula> (8)
如果式(7)成立，则Hr为如下,
<formula>formula see original document page 15</formula> (9)
如果式(8)和式(7)同时成立，则式(5)变为下式,<formula>formula see original document page 16</formula>
(10)
由此，如果式(7)成立，则目标速度曲线的斜率变为bp并且，通 过状态反馈增益310 (L)，模式状态x(k,O)变为近似为"O"。并且，由于 在定位状态下x(k，0)=0，特性yp(k，O)到u(k,0)…u(k，r-l)变为与负相位超前 补偿器120 (-C2(z))相等。根据以上，如此设定速JL^馈增益Gv，以便 (A+BL)具有本征值"O",并且对于;ME值"0，，的;^i矢量祐 没定为k，且 如此确定k的增益，以l更Lk--l。
由式(2)和(4) ， (A+BL)为下式。
4 + BL =
1 2 -l + (—K 广2.W
(11)
由此，为了使(A+BL)具有^i值"0",速度反馈增益Gv必须满足 式(12)。因此，速度反馈增益Gv为式(13)。即，速度反馈增益Gv变 为模型增益Bu的倒数。
1 —521.GV—2'^+2.52，.ZvC^ =0
(12)
丑
(13)
21
将表示为式(13 )的Gv设定为G
v一opt 并且，由于有必要必须使(A+BL)稳定，要求另外的一个本征值小 于"1"。因此，有必要使式(14)成立。当用式(13)的关系代入Gv时， 要求定位时的目标速度曲线的斜率lh满足式(15)。
<formula>formula see original document page 17</formula>
(14)
0<4<1 (15) 如果设定满足式(14)的目标速度曲线的斜率，则(A+BL)可以是 稳定的，且可以获得可将本征值中的一个设定为"0"的Gv。pt。从而，如果 将对于4L4iE值"0"的;^矢量选择作为增益矢量k，则式(7)成立。并且， 如果如此设定增益矢量k的增益，以便Lk=-1，则可以将yp(k，O)到 11(1^,0)...11(1^-1)设定为负相位超前补偿器120 (-C2(z))。从而，在定位时， 系统可以具有与诸如图4中所示的比较实例相同的反馈频率特性，并且可 以实现当使用位置误差反馈控制系统IOO( C(z))时相同的精度的定位精度。 另一方面，考虑将寻道的期限(term)分成两个。 一个是其中加速时 控制命令饱和的区段，而另一个是其中目标速度曲线的斜率变为b,的减速 区段。在其中控制命令饱和的加速时，图6变为与图7相同。如图7中所 示，可以看出，饱和时构成监测器件，并且模型的状态与VCM13的状态 近似。从而，避免由控制命令的饱和引起的顺从(compliance)性能的劣 化。在这种情况下，监测器件的误差方程式如下式。
<formula>formula see original document page 17</formula>
(16)
并且，图7中所示的模型侧控制系统可以变换为图8。如此选择增益 矢量，以便式(7)和式(8)成立，因此，下式的关系成立。
<formula>formula see original document page 17</formula> (17)从而，图8中所示的模型侧控制系统可以变换为图9。此外，式(16) 变为下式。
<formula>formula see original document page 18</formula>(18)
接下来，将考虑当控制命令饱和时的反馈控制系统。 图IO是示出饱和时模型侧控制系统的等价变换的框图。 从yp(k,0)到ym(k，O)的转移函数(transfer function )计算为如下式。<formula>formula see original document page 18</formula>(19)
从而，可以看出，如果如此设计相位超前补偿器120，以便图IO中所 示的反馈控制系统是稳定的，则在其中控制命令饱和的加速时监测器件是 稳定的。因为模型接近控制目标的特性，如果如此设计相位超前补偿器 120，以便控制目标是稳定的，则图10中所示的反馈控制系统也是稳定的。
当饱和状态结束且状态变为处于减速状态时，系统变为与通常的二自 由度控制系统相同。这是因为使用了如此计算的Gv—。pt和k,以便定位时的 频率特性变为与原始定位控制系统的频率特性相同。当与目标位置的剩余 距离大时，寻道速度高，因此，如果结构是二自由度控制系统，则由于位 置检测误差，控制命令变为振动的，并且通过致动器13的机械共振激发， 控制性能劣化。相应地，通过将Gv设定为下式，使用下式中的a，以便a 被切换成图11中所示的阶梯状。G.. 二 a. (7,
，
(20)
当与目标位置的剩余距离大时，将Gv设定为小于Gv。pt，并且，当剩 余距离变为小于其中目标速度曲线的斜率变为b,的距离时，将Gv设定为 Gv_。pt。从而，减速时控制命令的形状形成以及位置检测误差的影响降低。 在这种情况下，(A+BL)的^值计算如下。
z =
(2 + 521丄2) ± V《《+8321丄
2
(21)
这里，L1和L2如式(22)。因此，如式(23)计算本征值。式中的 "b，，表示目标速度曲线的斜率。
厶二 一". G,.
12 =(- -2。《
(22)
A 二(1_26)
义2=(1 —") (23)
寻道时系统必须是稳定的，因此，有必要j吏、和 l2的绝对值小于 从而可见，下面的条件必须成立。
0<6<1
(24)
在寻道时，选择l以下的数作为a，因此可见，选择O至l的数作为a 就足够了。然而，如果将a设定为太小，则寻道变得不能进行，因此，将a 设定为在0至1的范围，同时观测寻道时间以及模型速度对目标速度的顺 从度。并且，当与目标位置的剩余距离大时的目标速度曲线的斜率通常小 于在剩余距离为0的附近的斜率bn并且下式成立。<formula>formula see original document page 20</formula>(25)
因此，当br满足式(i4)时，^值必然变为在单位圆内。然而，该
条件使(A+BL)稳定，但不总是使图2中所示的控制系统稳定。最终， 根据由用于改变a的剩余距离获得的目标速度曲线的斜率b以及根据a,计 算式(5),从而，有必要确认图2中所示的控制系统变为稳定的。
下文中，示出其中通过r-2在采样周期Ts中两次计算模型的两倍多 级(multirate)的情况的一个实例。将在式(26 ) 、 ( 27 )和(28 )中分 别示出相位超前补偿器120 (C2(z)) 、 VCM 13模型以及状态反馈增益 310(L)。
<formula>formula see original document page 20</formula>(26)
<formula>formula see original document page 20</formula>(27)
从而，速度反馈增益Gv成为"1.12",并且状态反馈增益L变为下式,<formula>formula see original document page 20</formula>
(28)
从而，(A+BL)的x^值如下式,
<formula>formula see original document page 20</formula>
(29)
对于^的#矢量如下式,<formula>formula see original document page 21</formula>(30)
在这种情况下，LV的值是"-5.02"，因此，如下式将被5.02除的V 的值设定为k。
<formula>formula see original document page 21</formula>(31)
如上所述，通过增益矢量150(k)，在该增益矢量150(k)中利用对于矩 阵(A+BL)的本征值"0"的本征矢量乘以常数，将相位超前补偿器120 的输出提供给模型侧控制系统200的状态，从而，定位时的反馈特性表明 与图4中示例性示出的比较实例相同的反馈频率特性，并且定位精度不降 低。
接下来，将参考

在根据图4中所示的比较实例的寻道控制系 统中的实验结果和模拟结果。
图12是示出在比较实例中向外力小的方向执行寻道时的控制命令的 图表图示(实验结果)。该图表图示的水平轴和垂直轴的项目与图5中所 示的图表图示相同。
如图12中所示，在向外力小的方向执行寻道时，根据比较实例的寻道 控制系统不产生不连续的控制命令。即，因为由开关swl的切换引起的瞬 态响应非常小，因此当外力小时，根据比较实例的寻道控制系统没有问题。 另一方面，如上所述，在向诸如磁闩锁力的外力大的方向执行寻道时，在 切换开关swl时产生不连续的控制命令值(参见图5)。
此外，为了具体地调研相对于外力的响应，当作用于VCM13的外力 变化时对控制命令执行模拟。
图13是在比较实例中当外力不起作用时的模拟结果。此外，图14是 在比较实例中当最大控制命令值的5%的外力起作用时的模拟结果。
此外，图15是在比较实例中当最大控制命令值的10。/。的外力起作用时的;f莫拟结果。
此外，图16是在比较实例中当最大控制命令值的15%的外力起作用 时的模拟结果。
如图13至16中所示，可以看出，当作用于VCM13的外力较大时， 在切换开关时的瞬态响应较大。由此，当外力小时，通过切换开关，用于 将位置误差反馈控制系统100的输出添加到类似于根据比较实例的寻道控 制系统的模型的输入侧的方法具有非常小的瞬态响应，因此，没有问题。 另一方面，可以看出，在如大的外力作用于臂的环境下寻道时，在控制命 令中会出现瞬态响应，并且相对于外力的强健特性很低。
控制命令的急剧瞬态响应激发机械共振，在安放时引起波动。因此， 写保护的次数变大，从而降低性能。在根据比较实例的该寻道控制系统中， 考虑用于解决该问题的方法包括这样的方法，该方法提供预先测量的外力 作为表，并且在控制时向被添加到VCM13的控制命令添加该表。然而， 从制造成本方面，在磁道方向上以细的间隔预先测量且作为表提供外力是 困难的。因此，为了解决根据比较实例的寻道控制系统的上述问题，优选 与根据实施例的控制系统类似地，在寻道控制和定位控制时构成具有相同 控制结构的控制系统。
因此，接下来，为了确认根据实施例的控制系统的有效性，将参考附 图说明当使用计算出的最适合的增益矢量k时在寻道时的模拟结果和实验 结果。
图17是示出在模拟中使用的VCM模型的特性的图表图示。 此外，图18是示出速度反馈增益的切换M的图表图示。 对于VCM模型和速度反馈增益的切换条件，使用根据实施例的控制 系统和根据比较实例的控制系统，并且对以相同距离执行寻道时的控制命 令以及头位置进行4莫拟。模型化且对其添加在实际设备中测量的干扰。并
的速度反馈系统。
图19是根据实施例的控制系统的控制命令的模拟结果。此外，图20是才艮据实施例的控制系统的头位置的模拟结果。 图19中所示的图表图示的水平轴表示时间(毫秒)，而垂直轴表示向 D/A转换器19提供的控制命令值。此外，图20中所示的图表图示的水平 轴表示时间(毫秒)，而垂直轴表示相对于目标位置的头位置(磁道)。
如图19中所示，可以看出，在才艮据该实施例的控制系统中，由于不需 要切换控制结构，因此不引起瞬态响应。此外，如图20中所示，在根据实 施例的控制系统中，平滑控制命令不具有瞬态响应，因此不激发VCM13 的机械共振。因此，在安放时头位置的振动很小。即，头以低的振动到达 目标位置。
图21是根据比较实例的控制系统的控制命令的模拟结果。 此外，图22是根据比较实例的控制系统的头位置的模拟结果。图21 和22中所示的图表图示的水平轴和垂直轴的项目与图19和20中所示的图 表图示的水平轴和垂直轴的项目相同。
如图21中所示，在根据比较实例的控制系统中，在寻道前半部分通过 使用定位控制器而更新模型侧控制系统200，并且在目标位置附近，系统 切换到通常的二自由度控制系统，因此，在切换时引起不连续的控制命令 值。此外，如图22中所示，在根据比较实例的控制系统中，由于引起不连 续的控制命令值，激发了 VCM13的机械共振。因此，安放时头位置振动。 如上所述，当安方文时头位置振动时，写入许可的发生时间被延迟，从而降 低性能。
图23是根据实施例的头位置的实验结果。
此外，根据实施例的控制系统的控制命令的实验结果如上述图3中所示。
如图23和3中所示，在根据实施例的控制系统中，以与模拟结果(参 见图19和20)相同的方式，不需要切换控制结构，因此，不引起瞬态响 应。并且，产生不具有瞬态响应的平滑控制命令，因此，不激发VCM 13 的机械共振。因此，安放时头位置的振动很小。即，头以低的振动到达目 标位置。图24是根据比较实例的头位置的实验结果。
此外，根据比较实例的控制系统的控制命令的实验结果如上述图5中 所示。
如图24和5中所示，在根据比较实例的控制系统中，以与模拟结果(参 见图21和22)相同的方式，在切换开关时产生不连续的控制命令值。并 且，由于引起不连续的控制命令值，、^JL了 VCM13的机械共振。因此， 安放时头位置振动。
对于在实验中的参数中的每一个，使用与模拟相同的参数中的每一个。 并且，为了使差异清楚，在图22和23中，如此执行实验结果，以便示出 在放松零阶保持器420之后设置的陷波滤波器(未示出)。此外，公知在 定位时在控制下，可以在交叉频率附近通过通常的控制实现与定位控制相 同的频率特性。定位时测量开口顶(open roof)特性的结果如图25中所示。
如上所述，根据实施例，在寻道控制和定位控制时，积分器110的输 出被输入到控制目标(VCM 13)。类似地，在寻道控制和定位控制时， 相位超前补偿器120的输出被输入到模型侧控制系统200以更新模型。从 而，在寻道控制和定位控制时，可以构成具有相同结构的控制系统，因此， 可以降低由控制结构的切换引起的控制命令的瞬态响应。即，可以构成对
外力强健的寻道控制系统。
如上所述，已说明了本发明的实施例。然而，本发明不限于这些描述。 只要具有本发明的特性，其设计被本领域技术人员适当修改的上述实施例 包括在本发明的范围内。例如，根据实施例的控制系统的构件中的每一个、 其设置等不限于所示范的那些，而是可以被适当地修改。
并且，只要在技术上可能，可以组合上述实施例的每一个的构件中的 每一个，并且，只要包括本发明的特性，这些组合也包括在本发明的范围 内。
权利要求
1. 一种磁盘装置，包括驱动部分，用于使在磁盘中记录和再现信息的磁头移动；以及控制器，用于控制所述驱动部分，所述控制器包括位置误差反馈控制系统，其具有积分器和相位超前补偿器，且基于所述磁头的目标位置和检测位置之间的差异获得位置命令，以执行对所述驱动部分的反馈控制；以及二自由度控制系统，输入所述磁头的目标移动距离，且通过使用所述驱动部分的数学模型，向所述驱动部分输出电流命令，每当在所述磁头的定位控制时和寻道时，所述控制器都向所述驱动部分提供所述积分器的输出，且随即通过使用所述相位超前补偿器的输出来更新所述数学模型。
2. 根据权利要求1的装置，其中所述控制器还包括速度反馈控制系统， 所述速度反馈控制系统使用所述数学模型的速度和位置，并且在所述定位 控制时所述速度反馈控制系统的输出以及所述积分器的输出被提供给所述 驱动部分。
3. 根据权利要求2的装置，其中在所述定位控制时所述速度反馈控制 系统变为恒定增益的状态反馈增益。
4. 根据权利要求l的装置，其中确定所述定位控制时的状态的速JL^ 馈增益被设定为使其矩阵具有为零的#值。
5. 根据权利要求l的装置，其中确定所述定位控制时的状态的速度反 馈增益是所述数学模型的模型增益的倒数。
6. 根据权利要求l的装置，其中所述控制器通过增益矢量向所述数学 模型提供所^目位超前补偿器的输出。
7. 根据权利要求6的装置，其中所述增益矢量是这样的增益矢量，在 所述增益矢量中，矩阵的本征值为零的本征矢量被乘以常数。
8. 根据权利要求2的装置，其中在所述定位控制时，所述磁头的位置 对于所述速M馈控制系统的输出等于负相位超前补偿器的输出。
9. 根据权利要求l的装置，其中根据与所i^磁头的目标位置的剩余距 离，确定所述位置控制的状态的速度反馈增益被切换成阶梯状。
10. 根据权利要求9的装置，其中当所述剩余距离较小时，所述速度 反馈增益被设定为较大。
11. 一种控制磁头的方法，其中使在磁盘中记录和再现信息的所述磁 头移动，包括以下步骤通过使用积分器和相位超前补偿器而基于所述磁头的目标位置和检测 位置之间的差异来获得位置命令，执行对所逸磁头的驱动部分的反馈控制， 随即通过输入所述磁头的目标移动距离且使用所述驱动部分的数学模型向 所述驱动部分输出电流命令，执行控制，以及每当在所逸磁头的定位控制时和寻道时，都向所述驱动部分提供所述 积分器的输出，且随即通过使用所述相位超前补偿器的输出来更新所述数 学模型。
12. 根据权利要求ll的方法，还包括以下步骤 通过使用所述数学模型的速度和位置，进一步执行速度反馈控制；以及在所述定位控制时，向所述驱动部分提供所述速度反馈控制系统的输 出和所述积分器的输出。
13. 根据权利要求12的方法，其中在所述定位控制中，使得所述速度 反馈控制的输出是恒定增益的状态反馈增益。
14. 根据权利要求ll的方法，其中如此设定确定所述定位控制时的状 态的速度反馈增益，以便其矩阵具有为零的^值。
15. 根据权利要求ll的方法，其中确定所述定位控制时的状态的速度 反馈增益是所述数学模型的模型增益的倒数。
16. 根据权利要求ll的方法，其中通过增益矢量向所述数学模型提供所述相位补偿器的输出。
17. 根据权利要求16的方法，其中所述增益矢量是这样的增益矢量， 在所述增益矢量中，矩阵的^E值为零的本征矢量被乘以常数。
18. 根据权利要求12的方法，其中在所述定位控制时所述磁头的位置 对于所述速度反馈控制的输出等于所述相位超前补偿器的负输出。
19. 根据权利要求ll的方法，其中根据与所i^磁头的目标位置的剩余 距离，确定所述位置控制的状态的速度反馈增益被切换成阶梯状。
20. 根据权利要求19的方法，其中当所述剩余距离较小时，所iii4度 反馈增益被设定为较大。
全文摘要
本发明涉及一种磁盘装置以及控制磁头的方法。一种磁盘装置包括驱动部分，用于使在磁盘中记录和再现信息的磁头移动；以及控制器，用于控制所述驱动部分。所述控制器包括位置误差反馈控制系统，其具有积分器和相位超前补偿器，且基于所述磁头的目标位置和检测位置之间的差异获得位置命令，以执行对所述驱动部分的反馈控制；以及二自由度控制系统，输入所述磁头的目标移动距离，且通过使用所述驱动部分的数学模型，向所述驱动部分输出电流命令。每当在所述磁头的定位控制时和寻道时，所述控制器都向所述驱动部分提供所述积分器的输出，且随即通过使用所述相位超前补偿器的输出来更新所述数学模型。
文档编号G11B5/55GK101419804SQ200810166739
公开日2009年4月29日 申请日期2008年10月23日 优先权日2007年10月23日
发明者高仓晋司 申请人:株式会社东芝