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JP2001512882A - ディスク・ドライブ内のパラメータと不確実性の特徴を示すモデル検証アルゴリズム - Google Patents

ディスク・ドライブ内のパラメータと不確実性の特徴を示すモデル検証アルゴリズム

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Publication number
JP2001512882A
JP2001512882A JP2000506651A JP2000506651A JP2001512882A JP 2001512882 A JP2001512882 A JP 2001512882A JP 2000506651 A JP2000506651 A JP 2000506651A JP 2000506651 A JP2000506651 A JP 2000506651A JP 2001512882 A JP2001512882 A JP 2001512882A
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JP
Japan
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model
uncertainty
servo
disk drive
disk
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Application number
JP2000506651A
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English (en)
Inventor
モリス、ジョン、シー
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Seagate Technology LLC
Original Assignee
Seagate Technology LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Seagate Technology LLC filed Critical Seagate Technology LLC
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  • Moving Of The Head To Find And Align With The Track (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 ディスク・ドライブ（１１０）内でモデルに基づくサーボ・コントローラ（１９０）を実現するのに用いられるモデルを検証する装置と方法である。まず名目モデルを作成する。名目モデルを不確実性記述（２０２、２０４）で強化して、製作するドライブ内の変動の特徴を示す。このモデルを性能目標により制約するμマトリクス関数とμgマトリクス関数との比較に基づいて、望ましい周波数範囲内で安定を保ちながら、望ましい性能レベルを達成するまで不確実性記述および性能目標に対応する重みを調整する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （発明の分野） 本発明は一般にディスク・ドライブ内のサーボ装置に関する。より詳しくは、
本発明は、ディスク・ドライブ内でモデルに基づく強いサーボ制御装置を実現す
るのに用いられるモデルの検証に関する。
【０００２】 （発明の背景） 一般的なディスク・ドライブはハブまたはスピンドル上に回転するよう取り付
けられた１個以上の磁気ディスクを含む。また一般的なディスク・ドライブは、
各磁気ディスクの上を飛ぶ、流体式空気軸受で支持される１個以上の変換器を含
む。変換器と流体式空気軸受を総称してデータ・ヘッドと呼ぶ。ホスト・システ
ムから受ける命令に基づいてディスク・ドライブ装置を制御するにはドライブ・
コントローラが用いられている。ドライブ・コントローラは、ディスク・ドライ
ブを制御して磁気ディスクから情報を検索しまた磁気ディスクに情報を記憶する
。
【０００３】 電気機械式アクチュエータは負フィードバック閉ループ・サーボ装置内で動作
する。アクチュエータは一般に或る型の屈曲体または屈曲組立体を支持するアク
チュエータ・アームを含み、屈曲組立体はデータ・ヘッドを支持する。アクチュ
エータはディスク面の上でデータ・ヘッドを半径方向に移動させてトラック・シ
ーク操作を行い、また変換器をディスク面のトラックの真上に保持してトラック
・フォローイング操作を行う。
【０００４】 一般に書込み信号をデータ・ヘッドに与えて、記憶するデータを表す磁束の反
転を磁気ディスク面でコード化することにより、情報を磁気ディスクに記憶する
。ディスクからデータを検索するときは、ドライブ・コントローラは電気機械式
アクチュエータを制御して、データ・ヘッドを磁気ディスクの上で飛ばして磁気
ディスクの磁束の反転を検知し、この磁束の反転に基づいて読取り信号を生成す
る。次にドライブ・コントローラは読取り信号を復号して、磁気ディスクに記憶
されている磁束の反転で表される、したがってデータ・ヘッドからの読取り信号
に含まれる、データを回復する。
【０００５】 データ・ヘッドをディスクのトラックの上に正確に位置決めすることは、ディ
スクにデータを書き込みまたディスクからデータを読み取るときに非常に重要で
ある。
【０００６】 従来の装置では、サーボ動作は専用のサーボ・ヘッドにより行っている。専用
のサーボを用いる装置では、全てのサーボ情報はディスク・ドライブ内のディス
クの或る特定の表面に書き込まれる。ディスク・ドライブ内の全てのヘッドは、
サーボ情報にアクセスするのに用いられるサーボ・ヘッドに機械的に結合されて
いる。したがって、専用のサーボ・ディスク・ドライブ内の全てのヘッドは、サ
ーボ表面から読み取られるサーボ情報に基づいて位置決めされる。この型の装置
では、ディスク・ドライブは並列の読取りおよび書込み操作を行うことができる
。言い換えると、ドライブ・コントローラ内に適当な回路を備えることにより、
アクチュエータに取り付けられた複数のデータ・ヘッドを用いて、読取りおよび
書込み操作を並列に行うことができる。データ・ヘッドは専用のサーボ表面から
読み取られるサーボ情報に基づいて同時に位置決めされる。
【０００７】 しかし磁気ディスクのトラック密度は逐年増加している。磁気ディスクのトラ
ック密度が増加すると一層正確で高い分解能の位置決めが必要になる。専用のサ
ーボ装置内のヘッド間の機械的偏りは１トラック幅より大きくなることがあるの
で、業界では応用によっては埋込みサーボ情報を用いるように変わりつつある。
【０００８】 埋込みサーボ装置では、サーボ情報は各ディスクの各面の各トラックに埋め込
まれるので、各データ・ヘッドは他のデータ・ヘッドとは関係なく位置信号を返
す。したがって、そのデータ・ヘッドがディスク面の情報にアクセスするときは
、サーボ・アクチュエータを用いて個々のデータ・ヘッドの位置決めを行う。位
置決めは、そのときにデータ・ヘッドが上を飛んでいるトラックの埋込みサーボ
・データを用いて行う。
【０００９】 これにより位置決め過程を高い精度と分解能で行うことができる（各データ・
ヘッドを他のデータ・ヘッドから独立して位置決めするので）が、増加したトラ
ック密度とその構造のために欠点もある。欠点の１つは、一般的な埋込みサーボ
装置では、複数のヘッドを用いて並列に読取りおよび書込み操作を行うことがで
きないことである。その理由は、サーボ装置は個別のデータ・ヘッドが受けた情
報に基づいて位置決めを行うが、機械的許容誤差が不十分なために、トラック密
度が高い装置では他のデータ・ヘッドを正確に位置決めすることができないから
である。また、現在のアクチュエータはデータ・ヘッドを独立に位置決めするこ
とができない。したがって現在の埋込みサーボ装置では、並列の読取りおよび書
込み操作（例えば、ディスク・ドライブ内の全シリンダを同時に読み取りまたは
書き込む操作）を行うことはできない。
【００１０】 専用と埋込みではサーボ装置にこのような違いがあるので、サーボ・サンプリ
ングレートと効率的なユーザ・データの記憶との間にはトレードオフがある。
【００１１】 更に、いずれの装置にもサーボ装置の位置決めの正確さと精度に影響を与える
多くの問題がある。重要な問題のいくつかを次に示す。 1. サーボ・サンプリングレート。サンプリングレートは、スピンドル速度と
、埋込みサーボ装置内のトラック当たりのサーボ・セクタの数により制限される
。 2. アームとヘッドの懸架の構造モード(structural mode)。 3. 外部の衝撃と振動（直線的、回転的、またはその両方） 4. トラッキング誤差に起因する書込み位置誤差。これはサーボ・トラックに
書き込むときに起こる誤差で、繰返しランナウトの原因になる。ランナウトとは
、トラック・フォローイング操作中の全位置決め誤差をいう。一般にランナウト
を、長時間にわたるトラッキング中の静的偏差と呼ぶ。書込み位置決め誤差はス
ピンドル速度と同期するので、これを繰返しランナウトと呼ぶ。 5. 軸受けの非線形性。特にアクチュエータが低速で移動中に、この非線形性
は回転ドラッグとヒステリシスの原因になる。
【００１２】 6. アクチュエータにかかる可撓回路(flex circuit)のバイアス力に起因する
非線形性。言い換えると、アクチュエータは可撓回路を介してディスク・ドライ
ブ・コントローラに結合されている。アクチュエータがディスクの異なる半径方
向の位置に変換器を位置決めするとき、アクチュエータにかかる可撓回路のバイ
アス力が変わる。 7. ディスクの揺れにより生じる非繰返しランナウト。ディスクの揺れの量は
スピンドル速度とディスク基材の堅さに従う。 8. 磁気変換器の非線形性クロストラックに起因する利得の変動。 9. 媒体の磁気的変動性、電子雑音などに起因する位置誤差サンプル雑音。
【００１３】 従来のサーボ・コントローラは、２つの構成要素（すなわち、測定器と調節器
）で構成する比例・積分・微分（ＰＩＤ）コントローラを含む。測定器はサーボ
・セクタを横切る度に入力位置情報を受け、位置と速度を推定する。調節器は測
定された信号にフィードバックをかける。シーク・モードでは、調節器は一般に
基準速度軌道と測定された速度との誤差をゼロにする。トラック・フォローイン
グ・モードでは、調節器は望ましいトラック位置と測定されたトラック位置との
誤差をゼロにする。調節器はＰＩＤ制御方式で制御する。
【００１４】 しかしＰＩＤコントローラは必ずしも全てのディスク・ドライブ応用で優れて
いるわけではなく、また望ましいわけでもない。例えば場合によって、マイクロ
アクチュエータを、可撓組立体と変換器またはスライダ組立体の間、またはアク
チュエータ・アームの上、または懸架または可撓組立体の上に設けることが望ま
しい。マイクロアクチュエータを設けると、サーボ・アクチュエータ装置は単一
入力・単一出力（ＳＩＳＯ）装置（入力は誤差信号、出力はボイス・コイル電流
信号）から多重入力・多重出力（ＭＩＭＯ）装置（マイクロアクチュエータから
種々の入力を受け、ボイス・コイル・モータおよび各マイクロアクチュエータに
位置出力信号を与える）に変わる。かかる装置は単にＰＩＤコントローラを分散
させて制御することはできるが、これには問題がある。例えば、複数のヘッドを
同時に位置決めする場合に、１つのデータ・ヘッドの位置決めが隣接または近接
する他のデータ・ヘッドの同時位置決めにより影響を受けることがある。更に、
高帯域幅の位置決めを行うとドライブの構造モードを励振して振動やリンギング
やその他の妨害を生じて、隣接するデータ・ヘッドの位置決めを妨害しやすい。
【００１５】 本発明はこれらの問題の少なくともいくつかに対処するものであって、従来の
方式より優れた利点を提供する。
【００１６】 （発明の概要） 本発明は上に述べた問題の１つ以上に対処する装置に関するものである。
【００１７】 ディスク・ドライブ内でモデルに基づくサーボ・コントローラまたはサーボ制
御アルゴリズムを実現するのに用いられるモデルを作成して検証する方法を提供
する。まず名目モデルを作る。名目モデルを不確実性記述で強化して、製作する
ドライブ内の変動の特性を示す。このモデルを性能目標により制約する。所望の
周波数範囲内で安定性を保持しながら所望の性能レベルに到達するまで、不確実
性記述と性能目標に対応する重みを調整する。
【００１８】 （好ましい実施の形態の詳細な説明） 図１は一般的なディスク・ドライブ１１０の平面図である。ディスク・ドライ
ブ１１０はディスク・パック１１２を含み、ディスク・パック１１２はディスク
・クランプ１１４によりスピンドル・モータ（図示せず）に取り付けられる。１
つの好ましい実施の形態では、ディスク・パック１１２は複数の個別のディスク
を含み、各ディスクは中央軸１１５の周りを共に回転するよう取り付けられる。
データを記憶する各ディスク面は関連するヘッド・ジンバル組立体（ＨＧＡ）１
１６を有し、組立体１１６はディスク・ドライブ１１０内のアクチュエータ組立
体１１８に取り付けられる。図１に示すアクチュエータ組立体は回転運動するコ
イル・アクチュエータと呼ぶ型であって、一般に１２０で示すボイス・コイル・
モータ（ＶＣＭ）を含む。ボイス・コイル・モータ１２０は取り付けられたＨＧ
Ａ１１６と共にアクチュエータ組立体１１８をピボット軸１２１の周りに回転さ
せて、ディスク・ドライブ１１０に内蔵する電子回路の制御により、関連するデ
ィスク面の所望のデータ・トラックの上にＨＧＡ１１６を位置決めする。
【００１９】 より特定して述べると、アクチュエータ組立体１１８は軸１２１の周りに回転
して、ヘッド・ジンバル組立体１１６を一般に弧１１９に沿って回転させ、各ヘ
ッド・ジンバル組立体１１６をディスク・パック１１２内のディスク面の、所望
の１つのトラックの上に位置決めする。ＨＧＡ１１６はディスクの最も内側の半
径上にあるトラックから最も外側の半径上にあるトラックまで移動することがで
きる。各ヘッド・ジンバル組立体１１６はジンバルを有する。ジンバルはスライ
ダをロード・ビームに対して弾力的に支持するので、スライダはディスクの形に
追従することができる。スライダは変換器を含む。変換器は、その上を飛ぶディ
スク面の磁束の反転を符号化し、またディスク面から磁束の反転を読み取るのに
用いられる。
【００２０】 図２はアクチュエータ組立体１１８の透視図である。アクチュエータ組立体１
１８は基部１２２と、複数のアクチュエータ・アーム１２６と、複数のロード・
ビーム１２８と、複数のヘッド・ジンバル組立体１１６を含む。好ましい実施の
形態では基部１２２は穴を含み、穴は軸１２１に結合して回転する。アクチュエ
ータ・アーム１２６は基部１２２から延びて、１個または２個のロード・ビーム
１２８の第１の端にそれぞれ結合する。各ロード・ビーム１２８の第２の端はヘ
ッド・ジンバル組立体１１６に結合する。
【００２１】 図３はヘッド・ジンバル組立体１１６の拡大図を示す。ヘッド・ジンバル組立
体１１６は、１対の支柱１３２および１３４を有するジンバル１３０と、ジンバ
ル結合トング１３６を含む。またヘッド・ジンバル組立体１１６はスライダ１３
８を含む。スライダ１３８は上面１４０と下側の空気軸受面１４２を有する。ま
た好ましくは変換器１４４をスライダ１３８の前縁に置く。スライダ１３８とジ
ンバル１３０の間の取り付けは任意の望ましい方法で行って良い。簡単に述べる
と、１つの好ましい実施の形態では、スライダ１３８の上面１４０とジンバル結
合トング１３６の下面の間に適合する薄い層を接着剤で結合することが好ましい
。適合する薄い層により、スライダ１３８とジンバル結合トング１３６とを相互
に横方向に動かすことができる。適合する薄い層は、好ましくは厚さ約１５０ミ
クロンのマイラー・フィルムである。また、ジンバル結合トング１３６の端は好
ましくは取り付けタブ１４６を持つスライダ１３８の後縁である。タブ１４６は
スライダ１３８をジンバル結合トング１３６に取り付ける面である。
【００２２】 図４はディスク・ドライブ１１０の一部のブロック図であって、本発明の１つ
の態様にかかるサーボ位置制御回路を示す。図４に示すディスク・ドライブ１１
０の部分は、アクチュエータ組立体１１８と、ディスク・パック１１２と、各ヘ
ッド・ジンバル組立体に関連するマイクロアクチュエータ（一括してマイクロア
クチュエータ１５８と呼ぶ）と、前置増幅器１６０と、データおよびクロック回
復回路１６２と、誤り検出回路１６４と、ドライブ・コントローラ１６６とデー
タ調整回路１６８と、サーボ制御プロセッサ１７０と、電力増幅器１７２と、オ
プションのマイクロアクチュエータ・コントローラ１７４を含む。
【００２３】 ドライブ・コントローラ１６６は好ましくはマイクロプロセッサまたはディジ
タル・コンピュータ、またはその他の適当なマイクロコントローラであって、バ
ス１１１を介して、ホスト・システムまたは複数のドライブを制御する別のドラ
イブ・コントローラに結合する。
【００２４】 ディスク・パック１１２は、複数の同軸に配置されたディスク１７８を支持す
るスピンドル１７６を含む。各ディスク１７８は回転軸１１５の周りをスピンド
ル１７６と共に回転するよう取り付けられる。各ディスク１７８は第１の面１８
０と第２の面１８２を有する。面１８０および１８２は同心のトラックを含み、
符号化された、磁束を反転した形のデータを受けてトラック上に記憶する。
【００２５】 図２と図３に関して述べたように、アクチュエータ組立体１１８は複数のアク
チュエータ・アーム１２６を支持する基部１２２を含む。各アクチュエータ・ア
ーム１２６は少なくとも１個のロード・ビーム１２８に結合する。ロード・ビー
ム１２８は対応するディスク面１８０または１８２の上にそれぞれ１個の、ディ
スク面のトラック内のデータにアクセスするためのヘッド・ジンバル組立体１１
６（図３を参照）を支持する。また各ジンバル組立体は少なくとも１個のマイク
ロアクチュエータ１５８を含み、ヘッド・ジンバル組立体の変換器を、ディスク
１７８の１つのトラック内にまたは複数の異なるトラックの１つの上に位置決め
する。図４に示すように、マイクロアクチュエータ１５８は、アクチュエータ・
アーム１２６の上、ロード・ビーム１２８、ジンバル（またはその他の屈曲体１
３０）の上、ジンバル１３０とその関連するスライダの間、または任意の他の適
当な位置に設けて良い。マイクロアクチュエータ１５８は、ＰＺＴ材料、容量的
、流体的、電磁的、静磁気的、熱的に活動状態になって曲がる静電材料で形成し
て良い。
【００２６】 動作を説明すると、ドライブ・コントローラ１１２は一般にホスト・システム
から、１個以上のディスク１７８の或る部分にアクセスするよう指示する命令信
号を受ける。この命令信号に応じて、ドライブ・コントローラ１６６はサーボ制
御プロセッサ１７０に特定のシリンダ（そのシリンダの上にアクチュエータ組立
体１１８はヘッド・ジンバル組立体１１６を位置決めする）を示す位置（または
参照）信号１６５を与える。サーボ制御プロセッサ１７０はこの位置信号をアナ
ログ信号に変換し、これを電力増幅器１７２で増幅して、アクチュエータ組立体
１１８内のボイス・コイル・モータに与える。このアナログ位置信号に応じて、
アクチュエータ組立体１１８はロード・ビーム１２８とその関連するヘッド・ジ
ンバル組立体１１６を所望のシリンダの上に位置決めする。
【００２７】 ヘッド・ジンバル組立体１１６は読取り信号を生成する。この信号は、読み取
ろうとするディスクの各トラックの選択された部分に記憶されている埋込みサー
ボ位置データからのデータと、読み取ろうとするディスクの選択された部分から
読み取る通常のデータとを含む。読取り信号を前置増幅器１６０に与えると、前
記増幅器１６０は読取り信号を増幅して、これをデータおよびクロック回復回路
１６２に与える。データおよびクロック回復回路１６２は読取り信号から既知の
方法でデータ（ディスク面に書き込まれるときにディスク面で符号化される）を
回復する。もちろん、データおよびクロック回復回路１６２は部分応答最尤（Ｐ
ＲＭＬ）チャンネル、またはその他の適当な型の読取りチャンネルで良い。
【００２８】 データを回復すると、これを誤り検出回路１６４に送る。回路１６４はディス
クから読み取ったデータに誤りが発生したかどうかを検出して、出力１６７を生
成する。誤り検出回路１６４、またはドライブ・コントローラ１６６、または両
者の組合せは、既知の方法で誤りを訂正する。
【００２９】 ヘッドの位置決めの間、ドライブ・コントローラ１６６はサーボ制御プロセッ
サ１７０に位置信号を与える。これによりアクチュエータ組立体１１８は選択さ
れたシリンダの上にヘッド・ジンバル組立体１１６を位置決めする。セクタ・サ
ーボ位置決めドライブ（または埋込みサーボ位置決めドライブ）では、ディスク
面の各セクタの一部に符号化された位置情報があるので、データ・ヘッドはこれ
を読み取って、読取りチャンネルを介してサーボ制御プロセッサ１７０に与える
。位置決め情報は、データ・ヘッドがその上を飛んでいる特定のトラックを示す
粗位置情報を与えるだけでなく、位置決めの精度を上げるためにサーボ制御プロ
セッサに同調フィードバックをかける。サーボ制御プロセッサ１７０はディスク
から読み取った位置情報に応じて、ヘッド・ジンバル組立体１１６を位置決めす
る。
【００３０】 １つの好ましい実施の形態では、サーボ制御プロセッサ１７０を用いて粗アク
チュエータ（ボイス・コイル・モータ）を制御するだけでなく、マイクロアクチ
ュエータ１５８も制御する。別の好ましい実施の形態では、別個のマイクロアク
チュエータ・コントローラ（または複数の別個のマイクロアクチュエータ・コン
トローラ）１７４を備えて、ドライブ・コントローラ１６６からの位置要求信号
に応じて、またディスクから読み取った埋込み位置情報に応じて、マイクロアク
チュエータ１５８を制御する。
【００３１】 ディスクに情報を書き込むため、ドライブ・コントローラ１６６はディスク・
パック１１２に書き込むべき情報の位置を受けるだけでなく、書き込むべき実際
のデータも受ける。位置情報は、対応するディスク面に対してデータ・ヘッドを
粗く位置決めするための基準信号としてサーボ制御プロセッサ１７０（またオプ
ションとしてマイクロアクチュエータ・コントローラ１７４）に与えられる。次
にドライブ・コントローラ１６６は書き込むべきデータをデータ調整回路１６８
に与える。回路１６８はこの情報を出力１６９としてヘッド・ジンバル組立体１
１６の特定の変換器に与えて、データを既知の方法でディスク面に書き込む。
【００３２】 好ましい実施の形態では、マイクロアクチュエータ１５８が動く範囲は、アク
チュエータ組立体１１８が支持する任意の２個のヘッド組立体１１６の間の最悪
の機械的な心ずれより広い。一層好ましい実施の形態では、各マイクロアクチュ
エータ１５８が動く範囲は１トラック幅より広く、更に一層好ましくは複数のト
ラック幅より広い。また好ましい実施の形態では、ディスク・ドライブ１１０に
設けられる読取りチャンネル（図４に示す実施の形態では、前置増幅器１６０と
、データおよびクロック回復回路１６２と、誤り検出回路１６４を含む）は複数
の同時並列のデータ信号を受けて、これらのデータ信号を並列に処理し、これら
をホスト・システムおよび／またはドライブ・コントローラ１６６に並列に送る
ことができる。
【００３３】 また好ましい実施の形態では、複数の同時並列の書込み信号をデータ・ヘッド
に与えて同時並列の書込み操作を行うには、データ調整回路１６８が適している
。また好ましい実施の形態では、位置決め信号をマイクロアクチュエータ１５８
に同時に与えて、全てのまたは少なくとも複数のマイクロアクチュエータを同時
に位置決めすることにより複数のヘッドとディスク・パック１１２内の複数のデ
ィスク面のトラックを同時に心合わせするには、サーボ・コントローラ・プロセ
ッサ１７０とオプションのマイクロアクチュエータ・コントローラ１７４が適し
ている。
【００３４】 この装置は多くの利点を持つ。例えば、複数のデータ・ヘッド毎に正確な位置
決め制御を行うことができる。これにより、複数のデータ・ヘッドに正確に同時
にトラック・フォローイングを行い、並列の読取りおよび書込み操作を行うこと
ができる。また、マイクロアクチュエータ動作の帯域幅はボイス・コイル・モー
タの帯域幅よりはるかに大きいので、この装置では任意の所定のディスク面のト
ラック密度を大幅に増やすことができる。その理由は、軸受けの非線形性や従来
のトラック密度を制限するその他の問題を、単にトラック・フォローイングにボ
イス・コイル・モータを用いるという優れた方法で解決するからである。
【００３５】 また好ましい実施の形態では、各マイクロアクチュエータの動く範囲が複数の
データ・トラックより広いので、マイクロアクチュエータ自身を短いシーク操作
（マイクロアクチュエータが動く範囲内でトラックをシークするシーク操作）に
用いることができる。これにより、ディスク・ドライブ内の構造モードの励振を
最小にして、短いシークの間は高い帯域幅のサーボ制御を行うことができる。
【００３６】 マイクロアクチュエータ１５８は本発明にかかる多数のどの方法を用いても制
御することができる。例えば、従来のディスク・ドライブ内のボイス・コイル・
モータは、単一入力・単一出力（ＳＩＳＯ）装置であるサーボ・コントローラで
制御される。入力は埋込みサーボ・データから得られるヘッド位置の測定値であ
り、出力は一般に電力増幅器１７２を介してボイス・コイル・モータを駆動する
。しかしマイクロアクチュエータ１５８を制御するには、本発明のサーボ制御装
置は多重入力と多重出力を持たなければならない。入力はヘッドがその上を飛ぶ
埋込みサーボ情報から読み取ったヘッド位置を含み、またオプションであるがボ
イス・コイル・モータ（すなわち粗アクチュエータ）に対する１個以上のマイク
ロアクチュエータの相対位置を含む。多重出力は単一の粗位置決め装置（ＶＣＭ
）やＮ個のマイクロアクチュエータを駆動する出力を含む。
【００３７】 複数のデータ・ヘッドを同時に位置決めするという本発明の構成自体に潜在す
る問題は、１個のデータ・ヘッドの位置決めが隣接または近接する他のデータ・
ヘッドの同時位置決めにより影響を受ける可能性があるということである。高い
帯域幅の位置決めを行うとドライブの構造モードを励振して振動などの障害の原
因になり、隣接するデータ・ヘッドの位置決めの障害になることがある。したが
って本発明の好ましい実施の形態では、サーボ制御プロセッサ１７０またはマイ
クロアクチュエータ・コントローラ１７４はアクチュエータ組立体１１８上の他
のデータ・ヘッドの動きを考慮に入れる。
【００３８】 好ましい装置は、ディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）として実現されるＭＩ
ＭＯサーボ・コントローラを含む単一サーボ・コントローラを含む。ＤＳＰへの
入力は各ヘッドのヘッド位置と、各マイクロアクチュエータの相対位置と、ホス
ト・コントローラからまたはディスク・ドライブ・コントローラ１６６からの基
準信号を示す。
【００３９】 図５は、サーボ制御プロセッサ１７０とマイクロアクチュエータ・コントロー
ラ１７４を組み合わせて、ＤＳＰ１９０として実現される単一サーボ・コントロ
ーラにした１つの実施の形態を示す。ＤＳＰ１９０は入力としてホスト・システ
ムまたはディスク・ドライブ・コントローラ１６６からの基準信号１６５と、ヘ
ッド１８１（ヘッド０乃至ヘッドＮ）の位置を示すヘッド毎のヘッド位置信号と
を受ける。ＤＳＰ１９０からの出力は、アクチュエータ組立体（すなわちＥブロ
ック）１１８を駆動するボイス・コイル・モータ（ＶＣＭ）に与えられる。また
図５に示すように、ＤＳＰ１９０はアクチュエータ組立体１１８に結合する全て
のマイクロアクチュエータ１５８（マイクロアクチュエータ０乃至マイクロアク
チュエータＮ、これらを番号１５９および１６１で示す）に出力信号を与える。
またＤＳＰ１９０への入力は、関連するヘッドからのヘッド位置信号１７１と、
ＶＣＭ１７３に対する各ヘッドの相対位置信号１７９も含む。
【００４０】 図のように各マイクロアクチュエータはヘッド１８１に結合する。また各マイ
クロアクチュエータは、ボイス・コイル・モータ（またはアクチュエータ組立体
１１８）に対するマイクロアクチュエータの相対位置を検知する、関連する相対
位置センサ１８３を持つ。相対位置センサ１８３は、任意の適当なセンサ（容量
性センサまたは任意の他の適当な型の位置センサなど）で良い。このように、Ｄ
ＳＰ１９０はボイス・コイル・モータ１７３に粗位置決め信号を与えて全てのア
クチュエータ組立体１１８の位置決めを行う。またＤＳＰ１９０はマイクロアク
チュエータ１５８に精位置決め信号を与える。
【００４１】 好ましい実施の形態では、各ヘッドに関連するマイクロアクチュエータ毎にマ
イクロアクチュエータ出力を与えるときに、ＤＳＰ１９０はヘッド位置と各ヘッ
ドに関連する相対位置とを考慮するだけでなく、隣接または近接するヘッドの動
きも考慮する（すなわち、ヘッドの相互結合を考慮する）。このようにして、Ｄ
ＳＰ１９０は各個別のヘッドの位置決めを行うときに構造モードの励振を考慮に
入れる。また好ましい実施の形態では、ＤＳＰ１９０は外乱を除去し、ランナウ
トを説明し、過度のアクチュエータ電流を防止し、雑音耐性を与える。
【００４２】 図５に示すＤＳＰ１９０は好ましくはモデルに基づくアルゴリズムを実現する
。図６（例えば、ブロック１９１−１９９）は、ＤＳＰ１９０を備えるサーボ制
御装置を開発する本発明の１つの方法を示す流れ図である。図６の各ブロックの
概要を簡単に説明した後、各ブロックを詳細に説明する。
【００４３】 まず名目モデルを作成する。これは主としてディスク・ドライブの構造的動力
学を記述する微分方程式の集合である。これを図６のブロック１９２で示す。名
目モデルを作成するときに、ドライブの動力学について正確な知識があることが
好ましい。この知識は経験的／測定データを用いて得るのが好ましい。この種の
情報を用いてシステム・モデル内のパラメータを定義し、またこの情報の全てを
用いて、第１の原理（すなわち微分方程式）からモデルを作成することが好まし
い。
【００４４】 次に、ディスク・ドライブの不確実性記述を作成する。これを図６のブロック
１９４で示す。不確実性記述は、多数のドライブに関連するドライブ挙動とその
変動を捕らえて設計することが好ましい。このデータを用いて、ブロック１９２
で作成したモデルを修正する。
【００４５】 次に装置の性能目標を指定する。これを図６のブロック１９６で示す。この目
標は、モデルを既存の市販のツールと両立させ、種々の方法でディスク・ドライ
ブに直接実現することのできる制御アルゴリズムを、最適且つ最終的に開発する
ためのものである。
【００４６】 次にモデルを検証する。これを図６のブロック１９７で示す。要するに、ここ
で作成するモデルは強い制御モデルであって、装置の動力学のモデルだけでなく
不確実性と雑音の記述も含むシステム・モデルである。一般に、モデル検証問題
は、ノルムで制限され(norm-bounded)構造化された不確実性と実験データを持つ
線形時間不変システムとして定式化される。モデル検証は周波数領域でのモデル
検証問題を考慮して行う。μ分析およびμg分析と呼ぶ手法を用いて、モデルが データに適合するかどうか、コントローラがモデルに適合するどうかを判定する
。
【００４７】 最後に、市販の最適化ソフトウエアを用いてモデルを最適化する。これを図６
のブロック１９８で示す。
【００４８】Ａ． アクチュエータモデル 図７は本発明の１つの態様にかかるサーボ・アクチュエータのモデル２０１を
示す。図７はブロック２００と２０２と２０４を含む。ブロック２００はサーボ
・アクチュエータの伝達関数Ｇnomを表す。ブロック２０４は加法的不確実性記 述を表し、ブロック２０２は乗法的不確実性記述を表す。
【００４９】 1. 名目モデル Ｇnomはアクチュエータの名目モデルである。名目モデルの役割は、一般的な 装置の動力学の特徴を正確に示すことである。これは名目モデルが、モデル化さ
れるディスク・ドライブの全種類において見られる平均的な期待される装置の挙
動でなければならないことを意味する。好ましい実施の形態では、ドライブに関
する大量の正確な知識を得て名目モデルを開発する。
【００５０】 １つの好ましい実施の形態では、名目モデルを周波数領域で作成する。その理
由は、最悪の場合の装置の動力学が多くの高周波構造モードを含み、これが時間
領域で大幅に変化する過渡的挙動を生じる原因となるからである。ディスク・ド
ライブは開ループでは不安定なので、データは閉ループで収集する。これを行う
には、ループ内に外乱を注入してドライブ・アクチュエータの入力と出力を測定
する。例えば、好ましい実施の形態では、周波数領域の入力および出力の情報を
実験的方法により収集する。また異なる種類の入力（例えばパルス入力やステッ
プ入力）に対する時間領域応答も収集する。この種の情報を用いてシステム・モ
デル内のパラメータを定義する。また、好ましい実施の形態では、装置内の種々
の物理的構成要素の構造的データを得るために有限要素分析を行う。好ましくは
これらの情報を全て用いて、第１の原理（すなわち、微分方程式）からモデルを
作成する。
【００５１】 図８は、対数振幅２０５に対する周波数２０３をプロットしたもので、一般的
なディスク・ドライブから得られた開ループ伝達関数を示す。測定されるヘッド
位置に正弦波の位置外乱を注入してトラック・フォローイング操作を行い、同時
にボイス・コイル・モータ電流とヘッド位置を測定して、データを収集した。番
号２０６はディスク・ドライブの名目モデルを表す。番号２０８はディスク・ド
ライブ内のＰＩＤコントローラで追跡したときの測定データを表し、２１０は測
定データの平均値である。データはヘッド０、１、３について、ディスクの内側
、中央、外側の半径で収集した。位置外乱の振幅はトラック幅の２％乃至２０％
であった。
【００５２】 名目モデルとして、次のように２次システムのカスケードを選んだ。
【数１】 ただし、ＫDCはアクチュエータの直流（ＤＣ）利得、ｎはｉ番目の共振モード（
ｉ＝１，．．．，ｎ）についての共振モードの数、ξz,iおよび
【外１】 はゼロの減衰および固有周波数、ξpiおよび
【外２】 は極の減衰および固有周波数である。同様に、ξおよびωnはドライブの低周波 挙動を定義する。
【００５３】 また、式１で記述される名目モデル内に、遅れをモデル化して入れることもで
きる。ディスク・ドライブ内には遅れの種々の源が存在する。例えば、パルス幅
変調（ＰＷＭ）フィルタ、電力増幅器、ボイス・コイルの時定数、その他の源は
全て装置に遅れを注入する。連続時間において純粋の遅れをモデル化する標準的
な方法では次のパデ（Pade）近似を用いる。
【数２】 ただし、ｔdは遅れ（秒）、ｓは周波数パラメータ、
【外３】 は引数のラプラス変換を表す。
【００５４】 時間遅れをモデル化するには、一般に低次のパデ近似で十分である（例えば、
１次または２次）。他の強い近似も用いることができる。
【００５５】 2. 不確実性記述 図７のブロック２０２と２０４で示す不確実性記述が用いられる理由は、ディ
スク・ドライブ内のアクチュエータ装置の正確な数学モデルを作ることが不可能
だからである。正確なモデルとは、装置を一組の微分方程式で表すことが可能で
、且つ微分方程式の全てのパラメータが分かることを意味する。通常の状態では
、ディスク・ドライブを正確にモデル化することはできない。しかし、ディスク
・ドライブの挙動を「カバー」する一組のモデルを定義することはできる。不確
実性モデル化はかかる集合を定義する１つの方法である。
【００５６】 一般的なディスク・ドライブでは、ディスク・ドライブの構造自体が高周波で
共振モードを持つ。また、低周波モードの固有周波数と減衰は振幅に或る程度依
存する。言い換えると、これは軸受けのヒステリシスや可撓回路のバイアス力な
どに起因することが多い非線形動力学で定義される。かかる変動は不確実性記述
により最も効果的に捕らえられる。
【００５７】 ブロック２０４はブロック２００で示す名目モデルを加法的不確実性で強化し
たモデルを示す。加法的不確実性はシステムの次の集合を記述する。
【数３】 ただし、Δ（ｓ）はノルムで制限された不確実性摂動、Ｗa（ｓ）は周波数領域 の重み関数である。不確実性摂動Δ（ｓ）はノルムで制限されるので、一般に不
確実性の大きさが周波数に依存することを示すには重み関数が用いられる。動的
不確実性の特徴を示すには一般に加法的不確実性が用いられる。したがって、不
確実性摂動Δ（ｓ）は一般に各周波数での複素完全マトリクスと考えられる。
【００５８】 一般に加法的不確実性は、ディスク・ドライブ内の共振モードなどの、高周波
の動的不確実性をモデル化するのに最も効果的である。例えば、約２ｋＨｚ以上
の周波数範囲内で利用可能な、ディスク・ドライブの動力学に関する信頼できる
情報はほとんどない。その理由は主として、これらの構造モードの固有周波数と
減衰が装置毎に異なるからである。 加法的不確実性重みｗaの役目は高周波での装置利得に下限を設けることであ る。
【００５９】 図９−１と９−２は、加法的不確実性を用いたときの周波数２０９に対する振
幅２１１のプロットを示す。図９−１では、名目モデルを２１２で示し、実際の
測定値を２１４で示す。モデル化できない動力学を説明するのに用いられる加法
的不確実性により、２１６で示す包絡線が形成される。図９−２は、加法的不確
実性重み関数２１８の１つの実施の形態を示す。
【００６０】 乗法的不確実性はシステムの次の集合を記述する。
【数４】 ただし、Δ（ｓ）はノルムで制限された不確実性摂動、Ｗm（ｓ）は周波数領域 の重み関数である。加法的不確実性と同様に、Δ（ｓ）は一般に各周波数での複
素完全マトリクスと考えられる。
【００６１】 乗法的不確実性は低周波での利得変動をモデル化するのに効果的である。図９
−３は乗法的不確実性を用いた利得変動を示す。図９−３は図９−１と同様であ
って、同じ項目に同じ番号を用いている。しかし２１６は乗法的不確実性を持つ
一組のシステムの低周波での包絡線を示す。乗法的不確実性重みＷmの役目は、 名目伝達関数の周りに包絡線を形成することである。多くの場合、包絡線は約１
００ヘルツまではプラスまたはマイナス５０％程度であり、その後は１％以下に
漸減する。図９−４は、図９−３に示す不確実性２１６に用いられる乗法的不確
実性の重み関数２１８を示す。
【００６２】 図７に示すモデルが与えられると、設計者はディスク・ドライブから収集した
データを十分カバーする不確実性重みＷmとＷaを、余り消極的にならずに選択す
る。簡単な推定のいくつかを図１０−１乃至１０−３に示す。これらは周波数２
１５に対する振幅２１７および位相誤差２１９をプロットしたものである。
【００６３】 一般的なディスク・ドライブにおける加法的および乗法的不確実性レベルの例
を図１０−１、１０−２、１０−３に示す。図１０−１は推定された乗法的不確
実性２２０を示す。図１０−２は推定された加法的不確実性２２２を示し、図１
０−３は位相誤差２２４を周波数の関数として示す（遅れの推定のために用いる
）。理解されるように、加法的および乗法的不確実性は、どちらも低、中、高周
波数の不確実性モデルに用いることができる。設計者は重みが簡単になるように
不確実性モデルを選択する。また、複数の加法的および乗法的不確実性を用いて
良い。
【００６４】
【外４】 図７に示すアクチュエータ・モデル２０１が得られると、次のステップは性能
目標を指定して、モデル化されたアクチュエータを制御する最適化コントローラ
を設計することである。図１２は例示のディスク・ドライブのトラック・フォロ
ーイング制御合成相互接続２３０のブロック図を示す。図のように、装置２３０
はアクチュエータ・モデル２０１を含む。重み付き相互接続２３０を最適化する
ようにコントローラを設計する。
【００６５】 好ましくは図１１の装置ブロックは、コントローラ・ブロック２３２と、アク
チュエータ・モデル２０１と、理想的アクチュエータ・モデル２３４と、合成重
み２３１（Ｗu）および２３３（Ｗp）（電流誤差信号２３５（ｕ）およびトラッ
キング誤差信号２３７（ｙ）にそれぞれ加えられる）と、外生入力（命令された
オフセット位置２３９（ｒ）・位置センサ雑音２４１（ｎ）・信号２６９（ｙｍ
）・重み２６７（ｗｎ）・電流外乱２４３（ｄi）・入力重み２５９（Ｗｄi）・
出力重み２６１（Ｗｄo）・位置外乱２４５（ｄo）を含む）と、制御された出力
２４７（ｚ１）および２４９（ｚ２）（電流ペナルティおよびトラッキング誤差
にそれぞれ対応する）とを含む。
【００６６】 好ましい実施の形態では、コントローラ・ブロック２３２は好ましくはコンペ
ンセータＫ2とプリコンペンセータＫ1を含む自由度２の制御構成を持つ。プリコ
ンペンセータＫ1は閉ループ・システムの過渡応答を改善するためのものである 。
【００６７】 図１１に示す相互接続は、好ましくはアクチュエータの電流ペナルティおよび
トラッキング誤差を記述する次の式を満足するよう設計する。
【数５】
【００６８】 図１１に示す相互接続を簡単にすると図１２に示す等価の線形分数変換になる
。線形分数変換（ＬＦＴ）は線形装置の相互接続の表記法を簡単化するために現
代制御理論でよく用いられる。これはフィードバックをもつ線形ブロックから成
るブロック図の数学的表現と考えることができる。
【００６９】
【外５】
【数６】 ただし、Ｆ1（Ｆu（Δ，Ｇ），Ｋ）はフィードバック相互接続ｗ→ｚを示し、
【外６】 は引数の誘導∞ノルムを示し、Ｃは複素数の集合である。
【００７０】 性能を強くするには、閉ループ・システムは次のプラントの集合を安定させるコ
ントローラＫを持たなければならない。
【数７】 ただし、
【数８】
【００７１】 また次の性能目標を満足する。
【数９】
【００７２】 したがって式５、６、７から、次のノルム不等式が得られる。
【数１０】 ただし、
【数１１】 でありｗj→ｚiはｗjからｚiまでの伝達関数である。
【００７３】 したがって、
【数１２】 を満足するようにコントローラＫを設計すると、式７で示した
【外７】 最適化基準と、式１０で示したノルム不等式から、各周波数ωで次の性能不等式
が成り立つ。
【数１３】
【００７４】 更に、次のアクチュエータ・ペナルティ不等式（アクチュエータ不等式）も成
り立つ。
【数１４】
【００７５】 理解されるように、式１１−１４で示した性能不等式は装置の一組の性能制約
である。式１１はトラッキング制約を定義し、式１２は入力外乱除去（回転振動
）制約を定義し、式１３は位置外乱除去制約（電流外乱除去、書込み誤り除去、
繰返しランナウト除去と、非繰返しランナウト除去、バイアス電流誤りを含む）
を定義し、式１４は雑音除去制約である。
【００７６】 式１１に示すトラッキング制約を装置に与えると、重み２３３（ｗp）と２５ １（ｗr）を選択することにより、設計者は任意の望ましい応答にできるだけ近 づけるようにコントローラを設計することができる。例えば、設計者はアクチュ
エータのステップ応答が周波数領域で或る形を持つことを望む（例えば、トラッ
クを移動するときや、読取り・書込みオフセットを行うとき）。一般に、トラッ
キング制約が大きく減衰するように重みを選ぶ。リンギングはドライブ内で構造
モードを励振することがあるが、減衰を大きくするほどこの問題は小さくなる。
理解されるように、コントローラＫを自由度２のコントローラにすることにより
、本装置はトラッキング制約の実現を一層可能にする自由度が追加される。
【００７７】 また式１１の伝達関数Ｇidealは、命令オフセットに対して理想的応答が得ら れるように設計することが好ましい。このとき、式１１の性能目標を与えるとデ
ィスク・ドライブの応答をＧidealの応答に一致させることができる。この種の トラッキング目標を明示的モデル・フォローイングと呼ぶ。合成相互接続にモデ
ルを埋め込む必要のない暗黙的手法もあり、この手法の場合は状態が増えない。
しかし設計が簡単なことが多いので、明示的手法の方が好ましい。
【００７８】 式１２と１３に示す入力および出力の外乱除去性能制約により、トラック・フ
ォローイング・サーボ装置は外部の源からの外乱を除去し、したがってかかる通
常の動作状態で密なトラッキング性能を保持することができる。例えば、トラッ
キング・コントローラが動作中にシーク到着が起こると、アクチュエータ位置お
よび速度の誤差の原因になる。更に、ユーザの構成によっては、ディスク・ドラ
イブは並進および回転する衝撃および振動を生じる。したがって優れたトラッキ
ング性能を持つには、持続的であってもステップ状またはインパルス状であって
も、バイアス電流・トルク・位置・速度の外乱に対してサーボ装置は迅速に応答
して減衰させなければならない。また、振幅が過度に大きな、または時定数が長
いリンギングはかかる装置では一般に極めて望ましくない。これらの要件は、特
定の伝達関数にノルム制限を与えることにより良く捕らえることができる。バイ
アス電流およびトルクの外乱は次のノルム制約の減衰により、或る所定の周波数
範囲内で最小にすることができる。
【数１５】
【００７９】 高速応答はＤＣから臨界周波数までの減衰を強くすることにより得られる。リ
ンギングは伝達関数のピーキングから生じる。 同様に、位置の外乱は次の減衰により最小にすることができる。
【数１６】 減衰の式１９および２０は式１２および１３の性能重みを設定することにより
得られる。
【００８０】 この装置はセンサ雑音を濾波または除去することはできないが、雑音がひどく
ならないように設計することが好ましい。これは、式１４に示す伝達関数にピー
キングがある場合に起こる。一般にピーキングという語は、或る周波数範囲内で
の０ｄＢ以上の利得を意味する。一般にピーキングは、閉ループ伝達関数内の望
ましくない増幅を指すのに用いられる。理解されるように、利得が大きい場合に
はこの伝達関数はほぼ１である。したがって、コントローラの性能を高くする必
要がある周波数で過度の雑音がある場合は、雑音スペクトルに関する先験的な情
報を用いて雑音フィルタを挿入することが一般に望ましい。ディスク・ドライブ
でこれを行うには、繰返しランナウト補償器を用いることが多い。この補償器は
サーボ・トラック書込み装置に起因する書込み誤りによる繰返し雑音を追跡する
。
【００８１】 式１５−１８に示すアクチュエータ制約は、トラッキング制約（式１５）と、
入力外乱制約（式１６）と、出力外乱制約（式１７）と、雑音制約（式１８）を
含む。
【００８２】 設計者の役割は、ディスク・ドライブの性能要件を捕らえる周波数の重みｗp 、ｗu、ｗr、ｗdi、ｗdo、ｗnを選択することである。性能要件が周波数領域で 容易に表現される場合は重みの選択は簡単である。しかし一般に時間領域の要件
もある。時間領域の例としてオーバーシュート、立上ちがり時間、整定時間、リ
ンギングなどがあり、これらは周波数領域における同等の特性（例えば、帯域幅
、減衰、ピーキング）に変換しなければならない。
【００８３】 式１５−１８に示すアクチュエータ制約（または目標）はアクチュエータ制御
信号にペナルティを与える。これは好ましくはいくつかの役割を果たす。不確実
性がほとんどない装置では、これらの目標はコントローラを強制的にロールオフ
し、したがって帯域幅を制限する。しかし通常は、これらの目標を用いて制御信
号の振幅を制限して、サーボ・アクチュエータ内で制御信号が飽和する可能性を
最小にする。 関連する重みを同調させることは、シミュレーションから得たデータを用いて
試験して、妥当な重みを決定するという繰返し過程である。
【００８４】ｃ． 強さとモデルの検証と最適化 モデルの開発と適当な重みの選択が終わると、モデルの強さを検証する。好ま
しい実施の形態では、
【外８】 およびμ合成法を用いてこれを行う。マトリクス関数μを計算し、これを用いて
、コントローラ２６１とアクチュエータ２６３と不確実性２６５を含む図１２に
示した相互接続構造の安定性と性能特性を分析する。μ分析を用いて、ノルムで
制限され構造化された不確実性に従う相互接続システムの安定性と性能特性を分
析する。図１２は、μ分析とμ合成に適した構造化された不確実性を持つ一般的
な相互接続を示す。
【００８５】 システムのマトリクス関数μを計算した後、関数μgを計算する。μgはμ構造
を拡張したものであって、摂動ブロックを２つの集合に分割する。その１つは最
大ノルム制約を満足し（μと同様に）、他の１つは最小ノルム制約を満足する。
理解されるように、このように定式化することによりモデル検証の問題を解決す
ることができる。μgの計算可能な下限と上限は一般に知られている。
【００８６】 要約すると、コントローラを合成した後、μは閉ループ装置が安定性と性能を
保つことのできる外乱・雑音・モデルの不確実性の最小の大きさを定義する。デ
ータの所定の集合について、モデル検証μg分析はモデルがデータに適合するた めに必要な外乱・雑音・モデルの不確実性の最小の大きさを定義する。コントロ
ーラが実際の装置で安定性と性能を保つことができる場合、閉ループ・システム
は強い。簡単に述べると、μ（ω）がμg（ω）
【外９】 より小さい場合はモデルはデータに適合し、コントローラはモデルに適合する。
したがって、閉ループ・システムは周波数の集合Ωにおいて強い。
【００８７】 図１３は周波数２７１に対する振幅２７３のグラフで、閉ループ・ディスク・
ドライブのトラッキング・コントローラの安定性と性能の強さを示す。μg関数 を２４２で示す。性能目標のμ（ω）を２４４で示し、安定性のμ（ω）を２４
６で示す。各周波数において、μがμgより小さい場合は閉ループ・システムは 強くて安定している。ディスク・ドライブにおける臨界周波数範囲は、構造モー
ドが不確実（すなわち、約１−２ｋＨｚより上）のときである。したがって図１
３から分かるように、閉ループ・システムは２ｋＨｚから４ｋＨｚの周波数範囲
で安定性を失う。この範囲内の或る周波数で、安定性分析も性能分析もμgはμ （ω）以下に下がる。
【００８８】 不確実性重みと性能重みについて繰り返すことにより、安定性の強さを改善す
ることができる。このためには、不確実性レベルを上げるか、または望ましい性
能レベルを下げること（またはその両方）が必要である。繰返しの度にμ強さ分
析を再計算し、不確実性重みと性能重みを適宜調整する必要がある。
【００８９】 本発明にかかるコントローラの同調は２段階で行うことが好ましい。第１の段
階はシミュレーションであり、第２の段階は実現である。両方の段階において、
開ループ・データと閉ループ・データを用いて制御設計の有効性を評価する。こ
のデータに基づいて、名目モデル、不確実性重み、制御性能重み、または上記全
てを調整する。
【００９０】 １つの簡単な同調法は、式１１−１４に示す性能制約内の周波数重みｗpを調 整することである。これは全ての関係する性能目標に直接影響する。この方法で
は、式１１−１４に示す性能制約内の他の周波数重みをそれぞれ調整するという
更に複雑な過程を行わなくても、ｗpに或るスカラー値を乗算すればコントロー ラの帯域幅を簡単に調整することができる。
【００９１】 新しいディスク・ドライブ製品の新しいサーボ・コントローラを初期化すると
きは、この同調法を用いると有利である。前の世代の設計からの重みを用い、ｗ p のスケーリングを行って、設計特有の重み付けが完了するまで新しいディスク ・ドライブ製品の帯域幅を減少させる。これにより、新しい製品の初期化をより
高速で行うことができる。
【００９２】 更に、１つのパラメータ（サーボ・コントローラのループ利得）をオンライン
で同調させることができるという利点がある。実際のところ、ループ利得をドラ
イブ毎に同調させることもできる。例えば、サーボ・コントローラをスケーリン
グすることにより、ループ利得を増減し、閉ループ帯域幅を増減することができ
る。
【００９３】 図１４は、ブロック３０８−３３０を含む流れ図であって、上に述べたディス
ク・ドライブ・モデルを検証し最適化する過程を示す。まず、設計者は不確実性
記述および性能制約のための全ての重みを選択してモデルを設計する。もちろん
、これらの項目の選び方は直感的でも実験的でも良い。これをブロック３１０と
３１２で示す。
【００９４】 次に、安定性と性能についてμ分析を行うためにマトリクス関数μ（ω）を計
算する。これをブロック３２０で示す。関数μ（ω）は上に述べた方法または任
意の他の既知の方法を用いて計算して良い（またはこの関数の上限および下限を
計算しても良い）。
【００９５】 次にブロック３１０で選択した重みを用いてμg（ω）を計算する。これをブ ロック３２２で示す。上に述べたように、μ（ω）とμg（ω）を計算すると２ つのことが分かる。第１に、データに適合する（またはデータと矛盾しない）モ
デルのための、モデルが必要とする最小不確実性がμgから分かる。また、コン トローラが許容できてしかも安定性を保ち、且つ性能制約を満足する不確実性の
最大量も分かる（μから）。
【００９６】 したがって次のステップは、μとμgを比較して、全ての望ましい周波数でμ がμgより小さいことを確かめることである。小さくない場合は、コントローラ はこの周波数範囲内の或る周波数で強い性能を達成しない。言い換えると、或る
周波数で、コントローラは不安定になるか、性能制約を満足しないか、またはそ
の両方である。この場合は、過程はブロック３１０に戻って新しい重み関数を選
ぶ。これをブロック３２４で示す。次に性能および安定性分析のためのμ（ω）
とμgを、新しい重み関数で再計算する。これをブロック３１０−３２２で示す 。
【００９７】 しかしブロック３２４で、全ての望ましい周波数でμがμgより小さいと判定 された場合は、ブロック３１０で選択された重み関数を用いて得られたコントロ
ーラは強い性能を達成する。これをブロック３２６で示す。
【００９８】 次に、モデルを一層最適化することが望ましいかどうかを判定する。望ましい
場合は、過程はブロック３１０に戻って新しい重み関数を再び選ぶ。装置を最適
化するには、重み関数を調整して性能を高めるか、不確実性を減らすか、または
その両者を行う。これらの新しい値を用いてμとμgを計算して、コントローラ が依然として強い性能を持つかどうかを判定する。最適化が望ましいレベルに達
するまでこれを繰り返す。言い換えると、コントローラがその周波数範囲内で強
い性能を保持しながら、モデル内の保守要素(conservatism)の量を減らして望ま
しい性能レベルが得られるまで、これを繰り返す。望ましい性能レベルが得られ
て、一層の最適化が必要でなくなるとモデルの検証は終わり、コントローラは望
ましい点まで最適化され、設計は実質的に完了して、コントローラを実現するこ
とができる。これをブロック３２８と３３０に示す。
【００９９】 したがって理解されるように、本発明ではディスク・ドライブ内のサーボ・コ
ントローラのための名目モデルと不確実性モデルを得る。名目モデルは、製作現
場においてドライブに平均的ディスク・ドライブ性能を与えるためのである。不
確実性モデルは名目モデルの周りに包絡線を形成するので、モデルは製作される
全てのドライブを「カバー」し、したがって多数のドライブの特徴を非常に良く
示す。また本発明は非常に簡単なモデル検証アルゴリズムを用いてモデルの忠実
度を向上させ、モデルの保守要素を減らす。μ分析法および合成法を用い、名目
モデルを繰り返し改善して周波数領域での平均的ドライブ応答と一層密に一致さ
せることにより、モデルの忠実度を向上させる。不確実性記述における不確実性
のレベルを、ディスク・ドライブ内で閉ループ強さを保持できる最低レベルまで
繰り返して下げることにより、保守要素を減らす。繰返しの度にμおよびμｇ関
数を再計算して互いに比較することによりモデルを繰り返し検証して、性能およ
び安定性の強さの条件を保つ。
【０１００】 本発明はディスク・ドライブ内のサーボ・コントローラ１９０のモデルを検証
する装置を含む。サーボ・コントローラ１９０はディスク・ドライブのサーボ装
置内のサーボ・アクチュエータ１１８・１５８を制御して、変換器１８１をディ
スク・ドライブ１１０内のディスク面に対して移動させる。ディスク・ドライブ
の名目モデルをまず作成する。一組の性能重み関数で重みを付けた一組の性能制
約により名目モデルを制約する。次に、ディスク・ドライブの動力学の名目モデ
ルからの変化を捕らえる不確実性記述２０２、２０４により、名目モデルを強化
する。一組の不確実性重み関数で不確実性記述に重みを付ける。本発明は、制約
され強化されたモデル２０１が望ましい性能レベルで強い制御を与えるかどうか
を判定する。望ましい性能レベルで強い制御が達成されるまで、少なくとも１つ
の性能重み関数と不確実性重み関数を調整する。
【０１０１】 １つの実施の形態では、本発明はモデルに基づくコントローラが望ましい周波
数範囲内で安定性を保つための最大不確実性レベルμ（ω）を決定する。また、
名目モデルから変化する、複数のディスク・ドライブの動特性の望ましい部分を
説明するためにモデルに要求される最小不確実性レベルを決定する。最大不確実
性レベルμ（ω）と最小不確実性レベルとを比較して、制約され強化されたモデ
ル２０１が望ましい性能レベルで強い制御を与えるかどうかを判定する。
【０１０２】 １つの実施の形態では、サーボ・アクチュエータは、名目モデルを作成して多
重入力・多重出力サーボ装置をモデル化する、粗アクチュエータ１７３と複数の
精アクチュエータ１５８を含む。
【０１０３】 理解されるように、これまで本発明の種々の実施の形態の多くの特性および利
点と、本発明の種々の実施の形態の構造と機能の詳細を説明したが、この開示は
例に過ぎないのであって、特に本発明の原理内の部分の構造と装置の各部につい
ては、特許請求の範囲の項目の広い一般的な意味が示す限りにおいて細部を変更
して良い。例えば、本発明の範囲と精神から逸れることなく、実質的に同じ機能
性を保ちながら、特定のドライブやドライブの種類に従って特定の要素を変更し
て良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の１つの実施の形態にかかるディスク・ドライブを示す。
【図２】 本発明の１つの実施の形態にかかるアクチュエータ組立体を示す。
【図３】 本発明の１つの機構にかかるヘッド・ジンバル組立体を示す。
【図４】 本発明の１つの実施の形態にかかるディスク・ドライブの一部のブロック図を
を示す。
【図５】 本発明の１つの実施の形態にかかるサーボ制御回路の一部のブロック図を示す
。
【図６】 本発明の１つの態様にかかるサーボ制御アルゴリズムの作成を示す流れ図であ
る。
【図７】 本発明の１つの態様にかかるアクチュエータ・モデルのブロック図である。
【図８】 名目モデルと、位置の外乱を装置に注入しながら取った測定データと、平均測
定データを示すグラフである。
【図９−１】 本発明の１つの態様にかかる加法的および乗法的不確実性および重み関数の例
を示す。
【図９−２】 本発明の１つの態様にかかる加法的および乗法的不確実性および重み関数の例
を示す。
【図９−３】 本発明の１つの態様にかかる加法的および乗法的不確実性および重み関数の例
を示す。
【図９−４】 本発明の１つの態様にかかる加法的および乗法的不確実性および重み関数の例
を示す。
【図１０−１】 推定された加法的および乗法的不確実性と実際のディスク・ドライブの位相誤
差を示すグラフである。
【図１０−２】 推定された加法的および乗法的不確実性と実際のディスク・ドライブの位相誤
差を示すグラフである。
【図１０−３】 推定された加法的および乗法的不確実性と実際のディスク・ドライブの位相誤
差を示すグラフである。
【図１１】 本発明の１つの態様にかかるトラック・フォローイング制御合成相互接続を示
すブロック図である。
【図１２】 図１１に示すトラック・フォローイング制御合成相互接続に用いられる加法的
および乗法的不確実性により強化された名目モデルを持つ線形分数変換（ＬＦＴ
）を示すブロック図である。
【図１３】 本発明の１つの態様にかかるモデル検証を示すグラフである。
【図１４】 本発明の１つの態様にかかるモデル検証法を示す流れ図である。
【手続補正書】
【提出日】平成１２年３月１３日（２０００．３．１３）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5D096 AA03 CC01 EE02 HH18 KK01 KK03 NN03 NN04 NN05 NN07 RR02 RR05 RR17 5H004 GA17 GB20 HA07 HB07 JA22 JB08 KB22 KB24 KB26 KC12 KC18 KC34 KC35 LA03 LA13 LA15 LA18 LA19 9A001 FF01 GG07 HH34 JJ71 KK54 LL08

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ディスク・ドライブ内のサーボ・コントローラのモデルを検
    証する方法であって、前記サーボ・コントローラは前記ディスク・ドライブ内の
    サーボ装置のサーボ・アクチュエータを制御して前記ディスク・ドライブ内のデ
    ィスク面に対して変換器を移動させるものであり、前記方法は、 （ａ） 前記ディスク・ドライブの一般的な動力学を表す前記ディスク・ドライ
    ブの名目モデルを作成し、 （ｂ） 一組の性能重み関数により重みを付けた一組の性能制約で前記名目モデ
    ルを制約し、 （ｃ） 前記ディスク・ドライブの動力学の前記名目モデルからの変化を捕らえ
    る不確実性記述で前記名目モデルを強化し、ただし前記不確実性記述は一組の不
    確実性重み関数で重みを付けられており、 （ｄ） 前記制約され強化されたモデルが望ましい性能レベルで強い制御を与え
    るかどうかを判定し、 （ｅ） 望ましい性能レベルで強い制御が達成されるまで、少なくとも１つの前
    記性能重み関数と不確実性重み関数を調整する、 ステップを含む、サーボ・コントローラのモデルを検証する方法。
  2. 【請求項２】 前記作成するステップは、 (a)(i) 前記モデル化されるディスク・ドライブの動特性を表す装置データを得
    て記憶し、 (a)(ii) 前記装置データに基づいて前記サーボ装置の一般的な動力学を表す前 記名目モデル内のパラメータを定義する、 ステップを含む、請求項１に記載のサーボ・コントローラのモデルを検証する方
    法。
  3. 【請求項３】 前記強化するステップは、前記複数のディスク・ドライブの
    前記名目モデルから変化する複数のディスク・ドライブの動特性を表す前記装置
    データに基づいて前記不確実性記述を得ることを含む、請求項２に記載のサーボ
    ・コントローラのモデルを検証する方法。
  4. 【請求項４】 前記判定するステップは、 (d)(i) 前記モデルに基づくコントローラが望ましい周波数範囲内で安定性を保
    つための最大不確実性レベルを決定し、 (d)(ii) 前記名目モデルから変化する前記複数のディスク・ドライブの動特性 の望ましい部分をモデルが説明するために必要な最小不確実性レベルを決定し、 (d)(iii) 前記最大不確実性レベルと最小不確実性レベルとを比較する、 ステップを含む、請求項３に記載のサーボ・コントローラのモデルを検証する方
    法。
  5. 【請求項５】 前記判定するステップ（ｄ）(ｉｉ)は、マトリクス関数μ（
    ω）を得て、望ましい周波数範囲においてμ（ω）を評価し、マトリクス関数μ g （ω）を得て、望ましい周波数範囲においてμg（ω）を評価し、望ましい周波
    数範囲においてμ（ω）とμg（ω）とを比較するステップを含む、請求項４に 記載のサーボ・コントローラのモデルを検証する方法。
  6. 【請求項６】 前記得て記憶するステップは、複数の異なる入力信号に対す
    るサーボ装置の応答を表すサーボ応答データを得ることを含む、請求項２に記載
    のサーボ・コントローラのモデルを検証する方法。
  7. 【請求項７】 前記強化するステップは、 前記名目モデル内の不確実性を説明する加法的不確実性を決定して前記不確実
    性記述を得ることと、 前記名目モデル内の不確実性を説明する乗法的不確実性を決定して前記不確実
    性記述を得ることの、 少なくとも１つのステップを含む、請求項３に記載のサーボ・コントローラのモ
    デルを検証する方法。
  8. 【請求項８】 前記サーボ・アクチュエータは懸架と複数の変換器を搭載す
    るアクチュエータ・アームの位置決めを行う粗アクチュエータと、前記粗アクチ
    ュエータに対して前記複数の変換器の位置決めを行う複数の精アクチュエータと
    を含み、また前記作成するステップは前記名目モデルを多重入力・多重出力のサ
    ーボ装置として製作することを含む、請求項２に記載のサーボ・コントローラの
    モデルを検証する方法。
  9. 【請求項９】 前記強化するステップは、前記粗アクチュエータと少なくと
    も１個の前記複数の精アクチュエータの実質的に同時の動きを説明するために前
    記不確実性記述を用いて前記名目モデルを強化することを含む、請求項８に記載
    のサーボ・コントローラのモデルを検証する方法。
  10. 【請求項１０】 ディスク・ドライブ内のサーボ・コントローラのモデルを
    検証する装置であって、前記サーボ・コントローラは前記ディスク・ドライブ内
    のサーボ装置のサーボ・アクチュエータを制御して前記ディスク・ドライブ内の
    ディスク面に対して変換器を移動させるものであり、前記装置は、 前記ディスク・ドライブの一般的な動力学を表す前記ディスク・ドライブの名
    目モデルを作成し、 一組の性能重み関数により重みを付けた一組の性能制約で前記名目モデルを制
    約し、 前記ディスク・ドライブの動力学の前記名目モデルからの変化を捕らえる不確
    実性記述で前記名目モデルを強化し、ただし前記不確実性記述は一組の不確実性
    重み関数で重みを付けられており、 前記制約され強化されたモデルが望ましい性能レベルで強い制御を与えるかど
    うかを判定し、 望ましい性能レベルで強い制御が達成されるまで、少なくとも１つの前記性能
    重み関数と不確実性重み関数を調整する、 ステップを行うよう構成する、サーボ・コントローラのモデルを検証する装置。
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