KR0128040B1

KR0128040B1 - 디스크 기록 매체를 이용하는 데이타 저장장치의 디지탈 서보제어장치 및 방법

Info

Publication number: KR0128040B1
Application number: KR1019930025500A
Authority: KR
Inventors: 정명찬
Original assignee: 김광호; 삼성전자주식회사
Priority date: 1993-11-27
Filing date: 1993-11-27
Publication date: 1998-04-04
Anticipated expiration: 2013-11-27
Also published as: US6118616A; DE4442112A1; GB9424003D0; GB2284281A; DE4442112C2; JPH07192412A; KR950015346A; JP2732808B2; GB2284281B; US6243226B1

Abstract

디스크 기록 매체를 이용하는 데이타 저장장치의 서보동작 모드의 변화에 따라 차별제어법칙을 이용한 디지탈 서보 제어 장치가 개시되고 있다. 본 발명에 따르면, 디스크에 데이타를 기록 및 읽기위한 헤드의 위치를 제어하는 순수한 디지탈 서보 제어 장치를 사용하여 종전의 아나로그 및 아나로그와 디지탈의 혼합 제어장치시 발생되는 오차를 없앨 수 있다. 또한 소프트웨어를 이용한 순수 디지탈 제어방식으로서 제품의 변경시 단지 소프트웨어에 사용되는 제어상수 및 제어단계의 수정만으로 적응하여 제어할 수 있다. 또한 예측추정기의 사용으로 헤드의 속도변수를 정확하게 추정하여 VCM제어를 용이하게 할 수 있다. 또한 본 발명은 바이어스 추정을 사용하여 외란에 의한 정상상태에러를 없앨 수 있다.

Description

디스크 기록 매체를 이용하는 데이타 저장장치의 디지탈 서보제어장치 및 방법

제1도는 일반적인 HDD에서 트랙이동거리에 대한 헤드의 이동속도를 나타내는 특성도.

제2도는 제1도의 감속구간의 상세 특성도.

제3도는 디스크 기록매체를 이용하는 데이타 저장장치에서의 디지탈 데이터를 읽고, 쓰기위해 헤드의 위치를 제어하는 종래 서보제어장치의 제어계를 나타내는 블럭선도.

제4도는 본 발명의 일 실시예를 수행하는 디스크 기록 매체를 이용하는 데이타 저장장치의 블럭구성도.

제5도는 본 발명의 일 실시예에 따른 디지탈 서보제어계의 블럭선도.

제6도는 구성중 본 발명의 일 실시예에서 사용되는 추정기(Estimator)의 블럭선도.

제7도는 본 발명의 일 실시예에 따른 검색 및 천이모드시의 제어계 블럭선도.

제8도는 본 발명의 일 실시예에 따른 트랙추종모드시의 제어계 블럭선도.

제9도는 본 발명의 일 실시예가 수행되는 HDD의 기록매체면의 트랙과 A,B 버스트를 나타내는 간략도.

제10도는 본 발명의 일 실시예를 수행하는 메인 흐름도.

제11도는 제10도에서 검색모드 ISR(Interrupt Service Routine) 과정을 수행하는 흐름도.

제12도는 제10도에서 천이모드 ISR과정을 수행하는 흐름도.

제13도는 제10도에서 트랙추종모드 ISR과정을 수행하는 흐름도.

본 발명은 디스크 기록매체를 이용하는 데이타 저장장치의 서보제어장치에 관한 것으로 특히 기록매체로서의 디스크에 디지탈 데이타를 기록하거나 읽기위해 헤드의 위치를 제어하는 디지탈 서보제어장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 디스크를 이용한 기록장치중에서도 하드 디스크 드라이브(Hard Disk Drive : 이하 HDD라 함)는 이동해야할 거리에 따라 탐색모드(Seek Mode)와 트랙 추종모드(Track Following Mode : TF Mode)로 구별할 수 있다. 그 중에서도 탐색모드는 목표트랙에 도달하기 위해 트랙간을 이동하는 모드이며, 트랙추종모드는 최종 목표 트랙에 도달하여 헤드를 정확히 트랙의 데이타 인상에 위치시키기 위한 모드를 말한다.

HDD의 헤드위치 제어방법은 목표이치 도달시까지는 속도제어(Velocity control)가 수행되고, 목표위치에서는 '온-트랙(on-track)'을 위한 위치제어(Position Control)가 수행된다.

제1도는 일반적인 HDD에서 트랙이동거리에 대한 헤드의 이동속도를 나타내는 특성도이다.

X1까지는 가속구간을 나타내며, X1-X2까지의 구간은 정속구간을 나타내고 X2-X3까지의 구간은 감속구간을 나타내며, X3는 목표트랙의 위치를 나타낸다.

제2도는 상기 제1도중 X2-X3까지의 감속구간에서의 헤드의 이동속도를 상세히 나타낸 상세 특성도로서, X2-X2'까지의 구간은 제1감속구간이며, X2'-X3까지는 제2감속구간을 나타낸다.

탐색모드는 또한 제1도에서 나타난 것과 같이 X2-X3까지의 구간, 즉 감속구간에서의 수행모드를 의미한다. 또한 상기 탐색모드는 제2도에 도시된 바와 같이 상기 감속구간을 상세하게 분류한 제1감속구간에서는 검색모드가 수행되며, 제2감속구간에서는 천이모드(Transition Mode)가 수행된다. 따라서 탐색모드는 검색모드와 천이모드로 구분할 수 있으며, 피드백(Feedback)되는 서보정보로서 그레이코드(Gray Code)를 이용한 트랙번호를 사용한다.

트랙추종모드는 서보정보로서 A,B 버스트를 이용한 위치에러신호(Position Error Signal : 이하 PES라 함)을 이용한다. 상술한 각 모드에 따른 제어방법으로 종래에는 보상기(Compensator)를 사용하거나 PID(Proportional Integral Derivative)제어기를 사용하였다.

제3도는 디스크 기록매체를 이용하는 데이타 저장장치에서 디지탈 데이타를 읽거나 쓰기 위해 헤드의 위치를 제어하는 종래 서보제어장치의 제어계를 나타내는 블럭선도이다. 상기 제3도에서 플랜트(Plant)는 디스크 기록매체를 이용하는 데이타 저장장치의 헤드위치를 조절하는 보이스 코일 모터(Voice Coil Motor : 이하 VCM라 함)를 나타낸다.

상술한 제3도의 서보제어계에 의한 감속구간에서의 목표속도치는 하기 1식을 사용하여 구할 수 있다.

V_TBL= K(P_f-P_r)^a……(1)

상기 1식에서, V_TBL: 목표속도, P_J: 목표위치, P_r: 실제위치, K : 비례상수

상기 1식에서 K는 VCM(Voice Coil Motor)의 가속능력에 따라 정해지며, 또한 지수 α는 일반적으로 0.5-1 사이를 사용한다. 위에서 계산된 목표속도치는 룩업테이블(Look-up Table)내 속도치로서 롬(도시되지 않음)에 저장된다.

이하 종래 서보제어장치를 제3도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

종래의 서보제어장치는 하드웨어에 의존하는 아나로그 또는 아나로그와 디지탈의 혼합 제어장치로서 먼저 헤드는 매 샘플링시간마다 트랙의 서보정보를 나타내는 그레이 코드값을 통해 현재 위치된 트랙의 번호를 읽는다.

따라서 현재 위치(P_r)로부터 목표위치(P_J)까지의 이동해야할 거리 X가 정해진다.

이때 상기 거리X는 하기 2식과 같이 나타낼 수 있다.

X = P_f-P_r……(2)

이후 상기 룩업테이블로부터 이동거리 X에 대한 목표속도 (V_TBL)를 구한다. 이동거리 X가 정해지면 이동거리 X에 대한 목표속도(V_TBL)가 구해지고 또한 탐색모드가 결정되게 된다.

그러나 실제속도(V_r)는 보통 현재위치(P_r)의 샘플링전 값과 현재 샘플링값의 차로부터 구해진다.

따라서 검색모드와 천이모드로 구분되는 탐색모드에서는 상술한 바와 같이 구할 수 있는 목표속도(V_TBL)와 실제속도(V_r)로부터 하기 3식과 같이 나타난 제어입력(u)에 의해 속도제어가 수행된다. 즉 제어입력(u)은 하기 3식에 의해 구해져서 VCM에 입력전류가 인가되게 된다.

u = K[V_TBL- V_r] ……(3)

상기 3식에서 K는 제어계의 비례상수를 나타낸다. 이후 헤드가 목표위치(P_J)에 도달하게 되면 수행모드가 트랙추종모드로 전환된다.

트랙추종모드에서는 A,B 버스트로부터 PES를 구하여 헤드를 목표트랙상(on-track)에 셋틀링(Set-tling)시키는 위치제어(Position Control)가 수행된다. 여기서제어입력(u)은 통상 사용되는 PID제어기의 경우 하기 4식으로 새롭게 구해진다.

u =-K_pP_r-K_vV_r……(4)

여기서 K_p, K_v는 제어계 상수로써 각각 위치제어상수 및 속도제어상수를 나타낸다. 그러나 상술한 바와 같은 종래의 서보제어장치는 다음과 같은 문제점을 가진다.

먼저 실제속도(V_r)계산은 하기 5식과 같이 구해진다.

……(5)

상기 식에서 Ts는 샘플링간격을 나타낸다. 그러나 상기 5식에 의한 계산치는 Ts가 점차 작아지는 경우와 실제위치(P_r)가 급격히 변하는 상황에서는 많은 오차가 발생하게 된다. 이에 따라 검색모드나 천이모드에서 VCM의 예기치 못한 폭주가 발생하는 문제점이 있었다.

또한 피드백되는 정보가 위치정보(트랙번호, PES)와 오차가 예상되는 속도정보(V_r)로서 구성되는 전체상태피드백(Full State Feedback)을 사용하는 트랙추종모드에서 속도정보(V_r)의 불안으로 완벽한 제어성능을 얻기 어렵다.

또한 외란(External Disturbance)에 대한 직접적인 제거방법이 없으므로 트랙추종모드시에 정상상태오차(Steady State Error)가 발생할 가능성이 있다. 이러한 오차는 적분제어기(Integral Controller)를 사용해서 간접적으로 제어가 가능하나 기록매체상의 전 데이타영역을 제어하여 에러를 제거하지는 못한다.

또한 천이모드 목표위치로부터 약 16트랙전에 수행되어 목표위치 도달시 헤드의 진입속도를 낮추어서 비록 탐색시간(Seek Time)이 길어지더라도 헤드의 안정된 셋틀링에 그 목적을 두고 있으나, 종래의 천이모드에서는 그레이코드를 이용해서 현재위치를 인식하게 되어 그레이코드를 이용한 트랙위치정보만을 가지고 속도제어를 함으로써 천이모드구간에서의 정확한 제어가 어렵고, 이에따라 트랙추종모드의 셋틀링에 큰 영향을 주게 된다.

따라서 본 발명의 목적은 동작 모드의 변화에 따라 차별적으로 헤드의 이동을 제어하는 디지탈 서보제어장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 외란에 따른 서보 제어가 가능한 디지탈 서보제어장치를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 동작 모드의 변화에 따라 차별적으로 헤드의 이동을 제어하는 디지탈 서보제어방법을 제공함에 있다.

이하 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

제4도는 본 발명의 일 실시예를 수행하는 디스크 기록 매체를 이용하는 데이타 저장 장치의 블럭구성도로서, 마이크로 프로세서(micro processor : 401)는 상기 마이크로 프로세서(401)의 소정 제어프로그램 및 예측 추정기 알고리즘등을 저장하고 있는 프로그래머블 롬(Programable Read Only Memory : 405, 이하 SRAM이라함)에 접속된다.

헤드(Head : 407)는 기록매체인 디스크(409)상에서 수평운동을 수행하며 상기 디스크면(409)으로부터 데이타를 리딩(Reading)하거나 디스크면(409)에 라이팅(Writing)한다.

VCM(Voice Coil Motor : 411)은 액츄에이터(actuator)로서 상기 헤드(407)와 연결되며, 상기 헤드(407)를 상기 다스크(409)상에서 수평방향으로 구동시킨다.

스핀들모터(Spindle Motor : 413)는 회전운동 액츄에이터로서 구동축에 상기 디스크(409)를 연결하여 회전시킨다.

VCM 구동기(VCM Driver : 415)는 상기 VCM(411)에 연결되며, 상기 VCM(411)의 구동을 제어한다.

DAC(Digital/Analog Converter : 417)는 상기 마이크로 프로세서(401)와 상기 VCM 구동기(415)에 연결되어 상기 마이크로 프로세서(401)로부터 디지탈 제어입력신호(u)를 입력받아 아나로그신호로 변환하여 상기 VCM 구동기(415)로 출력한다.

모터구동기(419)는 상기 스핀들모터(413)와 상기 마이크로 프로세서(401)에 연결되며, 상기 마이크로 프로세서(401)의 제어를 받아 상기 스핀들모터(413)의 구동을 제어한다.

증폭기(Amp : 421)는 상기 헤드(407)에 연결되어 리딩된 신호를 증폭하여 출력하고, 라이팅될 입력 신호를 증폭하여 상기 헤드(407)로 출력한다.

인터페이스 제어부(429)는 상기 마이크로 프로세서(401)에 의해 제어되어 외부 데이타 입력장치(도시되지 않음)와 데이타를 송수신한다.

리드 디코딩 및 라이트 엔코딩부(Read decoding and Write encoding Part : 423)는 상기 마이크로 프로세서(401), 상기 증폭기(421) 및 인터페이스 제어부(429)에 연결되며, 상기 마이크로 프로세서(401)에 의해 제어동작되어 상기 인터페이스제어부(429)로부터 라이트데이타를 입력받아 아나로그 플럭스(Flux)변화신호로 엔코딩하여 상기 증폭기(421)로 출력하며, 상기 증폭기(421)로부터 입력되는 아나로그 리딩신호를 디지탈변환하여 엔코디드 리드 데이타(Encoded Read Data: 이하 ERD신호라함)로 출력한다.

ADC(Analog/Digital Converter : 425)는 상기 리드 디코딩 및 라이트 엔코딩부(432)에 연결되어 아나로그 서보리딩신호를 입력받으면, 상기 입력신호를 PES로 디지탈 변환하여 상기 마이크로 프로세서(401)로 출력한다.

게이트 에레이(Gate Array : 427)는 상기 리드 디코딩 및 라이트 엔코딩부(423)에 연결되어 상기 ERD신호를 입력받으며, 상기 ERD신호로부터 상기 디스크(409)의 서보영역내 그레이코드등의 각 서보정보를 검출하여 출력한다.

상술한 구성에서 마이크로 프로세서(401)는 예측 추정기 알고리즘(Prediction Estimator algorithm)과 소정 제어프로그램을 로딩(loading)하여 디지탈 서보제어장치의 전반적인 제어동작을 수행한다.

제5도는 본 발명의 일 실시예에 따른 디지탈 서보 제어계의 블럭선도이다. 상기 제5도에서 예측추정기는 알고리즘형태로 마이크로 프로세서(401)에 내장된다. 또한 상기 예측추정기는 공지의 기술로서 GFFranklin등에 의해 공지된 Digital control of Dynamic System(2nd Edition)에 게재되어 있다.

상기 제5도에서

K_DAC: Digital/Analog Converter, K_ADC: Analog/Digital Converter, K_amp: Power Amplifier Transcon-ductance, Km : VCM Torque Constant, J : Swing Arm's Moment of Inertia, Karm : Swing Arm Kine-matics, Td : External disturbance, Tm : Torque output from VCM actuator, a[RAD/S] : Actuator angular acceleration, V[RAD/S] : Actuator angular velocity, X[RAD] : Actuator angular displacement

제6도는 제5도의 구성중 본 발명의 일 실시예에서 사용되는 예측 추정기(Estimator)의 블럭선도이다. 제7도는 본 발명의 일 실시예에 따른 검색 및 천이모드시의 제어계 블럭선도이다.

제8도는 본 발명의 일 실시예에 따른 트랙추종모드시의 제어계 블럭선도이며, 상기 제6도, 제7도, 제8도에서

P_est: 추정기(Estimator)로부터 계산된 추정 위치정보, V_est: 추정기(Estimator)로부터 계산된 추정 속도정보, W_est: 추정기(Estimator)로부터 계산된 추정 바이어스력, V_TBL: 속도 곡선도(록업테이블)에서의 목표 속도치, K : 제어계 상수(Cotroller Gain), L : 추정기 상수(Estimator Gain), X : 실상태 변수 벡터,: 추정 상태 변수 벡터, y : 플랜트의 출력 벡터,: 모델의 추정 출력 벡터, T_D: 외란(External Disturbance), Tm : VCM 엑츄에이터의 토크(toque output from VCM actuator)

제9도는 본 발명의 일 실시예가 수행되는 HDD에서 디스크의 트랙과 A,B 버스트를 나타내는 서보프레임(Servo Frame)의 간략도이다.

제10도는 본 발명의 일 실시예를 수행하는 메인 흐름도이며, 제11도는 제10도에서 검색모드 ISR(Interupt Service Routine) 과정을 수행하는 흐름도를 나타낸 것이며, 제12도는 제10도에서 천이모드 ISR과정을 수행하는 흐름도를, 제13도는 제10도에서 트랙추종모드 ISR과정을 수행하는 흐름도를 각각 나타낸 것이다.

이하 본 발명의 일 실시예에 따른 디스크 기록 매체를 이용하는 데이타 저장장치의 디지탈 서보 제어장치 및 방법을 상세히 설명한다.

먼저 본 발명에 따른 디지탈 서보 제어계를 설명한다.

디스크 기록 매체를 이용하는 데이타 저장장치의 디지탈 서보 제어계에서 플랜지(Plant : HDD Dynamics)의 모델(Model)을 상태방정식(State Equation)으로 나타내면 하기 6식과 같이 나타낼 수 있다.

X(k+1) = ΦX(k)+Γu(k) ……(6)

여기서 Φ,Γ는 플랜트상수를 나타내는 매트릭스(Matrix)이고 X(k)는 실상태 변수 벡터(Vector)로서 하기 (6-1)식으로 표시한다.

……(6-1)

여기서 P_r은 실제위치를 의미하고, V_r은 실제속도를 의미한다.

본 발명의 일 실시예에서는 실제속도(V_r)의 추정오차를 줄이기 위해서 예측추정기(Prediction Estimator)를 사용하여 추정속도(V_TBL)를 구한다.

따라서 제6도에 도시된 예측추정기는 하기 7,8식과 같이 나타낼 수 있다.

(k+1) = Φ(k) +Γu(k) + L[y(k)-(k)] ……(7)

……(8)

여기서 P_est, V_est는 실제위치(P_r) 및 실제속도(V_r)의 추정치(Estimated value)를 나타낸다.

상기 7식과 8식에서 플랜트 및 모델의 출력 벡터[y(k)-(k)]는 [P_r(k), P_est(k)]가 된다.

L은 예측추정기의 피드백 게인 매트릭스(Feedback Gain Matrix)를 나타낸다.

제6도에서 추정된 위치정보(P_est)와 속도정보(V_est)가 플랜트로부터 실제 측정된 위치정보(P_r)를 가지고 추정기를 통해 얻어짐을 알 수 있다.

또한 본 발명에서는 외란(External Disturbance)제거를 직접적으로 처리하기 위해 바이어스 추정(Bias Estimation)을 사용하였다. 먼저 외란(W)은 단순히 일정상수로 가정한다. 이후 바이어스 모델을 적용했을때의 상태방정식은 하기 9,10식과 같이 나타낼 수 있다.

(k+1) = Φ_w (k) +Γ_wu(k) ……(9)

여기서

……(10)

상기 10식에서 W_est는 추정된 바이어스값을 나타낸다. 상기 6식 및 7식에서의 Φ, Γ와 상기 9식에서의 Φ_w, Γ_w는 서로 틀리다. 왜냐하면 상기 8식 및 10식에서 기재된 바와 같이 상태변수벡터(k)의 구성이 다르기 때문이다. 상기 9식과 같은 바이어스 추정은 트랙추종모드에서만 적용된다.

또한 본 발명에서는 천이모드의 제어 분해능(Resolution)을 높이기 위해서 종전의 그레이코드에 의한 트랙 번호와 A,B 버스트를 이용한 PES위치정보를 함께 사용하였다. 상술한 내용은 탐색모드에 대응하는 위치정보를 나타내는 하기 표 1과 같이 나타낼 수 있다.

이하 제7도 및 제8도의 블럭선도에 따른 제어모드별 제어계의 상태를 하기 표 1에 나타내었다.

[표 1]

상기 표 1에서 서보제어 설계시 결정해주어야 할 상수(Gain)는 제어계상수 K와 추정기 상수 L이 된다. 따라서 모드에 따라 상기 상수들을 정리하면 하기 11-14식과 같이 나타낼 수 있다.

검색 및 천이모드

K=K₁……(11 )

……(12)

트랙추정모드

K = [K_pK_v] ……(13)

……(14)

상술한 11-14식에서 K, L 매트릭스 값은 2차계 모델로부터 댐핑계수(Damping Coefficient) 및 셋틀링시간을 고려한 공지의 폴-플레이스먼트(Pole-Placement)방법을 이용해서 구한다.

본 발명에서는 천이모드 제어능의 향상을 위해 종전 그레이코드에 의한 트랙위치정보만에 의한 속도제어를 트랙 위치정보 및 PES를 동시에 이용하여 개선된 속도제어를 달성하였다.

즉 각 모드별 현재 트랙위치(P_r)계산방법을 하기 표 2와 같이 나타낼 수 있다.

[표 2]

검색모드에서 이동거리(P_r-P_J )가 16트랙 이내가 되면 검색모드에서 천이모드로 전환하고 목표위치(P_J)경계에 도달하면(즉 8 트랜유닛트이내) 트랙추종모드로 전환한다.

제9도는 HDD에서 디스크의 트랙과 A,B 버스트를 나타내는 서보프레임(Servo Frame)의 간략도이며 이하 상기 제9도를 참조하여 천이모드에서 트랜유닛트의 계산일례를 설명한다.

천이모드에서는 1트랙이 16트랜유닛트로 계산되어지며 1트랙내에는 PES에 의해 16제어분해능(Control resolution)을 갖게 된다.

먼저 현재 헤드의 위치가 'N'트랙중앙에서 오프트랙(off track)되어 C지점에 위치하고 있다고 가정하고, 목표위치가 'N+3'트랙일때 실제 헤드의 이동거리는 3트랙이 되나 트랜유닛트의 계산으로서는 (3트랙×16트랜유닛트)+α가 된다. 여기서 'N'트랙에서 C지점의 위치는 PES에 의해 구할 수 있다.

트랙추종모드에 1트랙은 트랙중앙을 중심으로 +512∼-511PES(1024분해농)로 계산되어진다. 따라서 1트랙내에서 트랜유닛트는 PES를 64로 나누어 구한다.

만일 제9도에서 헤드의 위치인 C지점에서의 PES가 256이면 α는 256/64=4가 된다. 따라서 제9도에서의 경우 천이모드에서 이동해야할 헤드의 위치는 48+4=52가 된다.

천이모드에서의 속도곡선(제2도의 제2감속구간)은 16트랙×16트랜유닛트=256에 해당하는 이동간격으로 이루어지며, 제9도의 일례에서는 이동간격 52만큼에 해당하는 속도가 목표속도로 정해져서 속도제어가 수행된다.

룩업테이블은 검색모드 및 천이모드에서의 감속 상태도와, 검색모드, 천이모드 및 트랙추종모드에서 필요한 Kd(Forword System gain), K(contoller gain) 및 L(Estimator gain)로 구성되어 있다.

검색모드에서의 감속 상태는 목표 트랙전 250트랙부터 적용되며 천이모드에서의 감속 상태는 목표트랙전 16트랙부터 적용된다.

각각의 감속상태는 다음식의 지수(α)를 조정하여 구하였다.

V = K·X…… (15)

상기 15식에서, V : 목표속도, X : 목적 이동거리, K : 배계상수

상기 15식에서 K는 VCM의 가속능력에 따라 정해지며 본 발명의 일 실시예에서는 검색모드 및 천이모드에서 α값은 0.8, 0.85로 차별하있다.

물론 목표이동거리(X)의 단위는 검색모드에서 트랙이며, 천이모드에서 트랜유닛트가 된다.

상기 게인(gain)들은 전체 헤드 작동범위를 6개의 작동점(Operating point)으로 나누어 차별화 하였다. 상기 Kd는 다음과 같은 구해진다.

……(16)

상기 16식은 연속시스템(continuous system)에서의 게인을 나타낸다. 실제 시뮬레이션시에는 샘플링시간을 고려한 디지탈계에 상응하는 게인을 사용해야한다.

상기 16식에서 작동점에 따라 가장 변화하는 변수는 Km(VCM Torque Constant)이다. 따라서 룩업테이블에서 6개 구역으로 나뉘어져 사용되는 게인들은 상기 Km의 변화를 보상해주기 위함이다.

이하 상술한 제4도, 제5도, 제6도, 제7도 및 제8도의 구성 및 동작설명을 참조하여 상술한 각 수행흐름도에 따라 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명한다.

마이크로 프로세서(401)는 901단계에서 VCM구동기(451) 및 게이트 에러에(427)등의 소자 및 코드상에 필요한 변수의 초기화작업을 수행한다. 이후 903단계에서 마이크로 프로세서(401)는 HDD정지시 안전구역(Parking Zone)에 안착되어 있는 헤드를 구동시킨다.

이때 일반적으로 소형 HDD에서 헤드부상시의 헤드 고착(Stik)분제가 발생한다. 본 발명의 일 실시예에서는 상술한 헤드 고착문제를 해결하기 위해 '잠금해제' 수행전 공지의 '헤드 흔듬'과정을 수행한다. 즉 VCM에 인가되는 적정 미소전류의 극성을 반복 변화하여 헤드를 흔들어 줌으로써 헤드 부상시 헤드 고착으로인한 문제를 해결한다.

905단계에서 스핀들 모터의 정속(3600RPM)도달후 회전기구물을 동작시키기 위한 잠금해제단계를 수행한다. 상술한 잠금해제과정은 드라이브의 구동초기에 헤드(407)가 부착된 회전 기구물을 안전구역(Parking Zone)에서 트랙 제로(Zero)의 위치로 옮겨주어 드라이브 준비 상태를 만들어 주는 것을 의미한다.

이후 907단계에서 마이크로 프로세서(401)는 헤드(407)로부터 입력되는 트랙의 고유정보(Gray code)를 입력받아 현재 헤드가 위치한 현재트랙(P_r)을 감지한다. 이후 909단계에서 마이크로 프로세서(401)는 목표트랙(P_J)과 907단계에서 감지된 상기 현재트랙(P_r)과의 간격을 계산하여 목표트랙(P_J)까지의 이동거리 X를 계산한다.

마이크로 프로세서(401)는 911-919단계를 수행하여 상기 이동거리 X에 대응하는 각각의 해당모드(검색, 천이, 트랙추종)를 셋팅한다. 이후 921단계에서 마이크로 프로세서(401)는 셋팅된 상기 해당모드에 따라 ISR(Interrupt Service Routine)과정을 수행한다.

이때 상기 ISR과정을 수행하기전 제10도의 해당 셋팅단계(193단계, 917단계,919단계)에서 콘트롤러 및 추정기의 게인을 테이블에서 선정하고, 상태변수의 수케일링 작업을 수행하여 ISR수행 준비작업을 한다. 상기 ISR수행 준비과정의 일례로 바이어스 측정(BIAS Calibration)동작이 수행된다. 상기 바이어스 측정동작은 드라이브 준비된 단 1회만 실행되는 모듈로서 매 드라이브마다 틀린 기구계의 외부외란을 측정하여 상기 외란이 보상되도록 한다. 이때 회전기구들이 전진 및 후진시 바이어스력(BIASForce)차가 크면 양방향에 대한 측정이 필요하다.

상기 바이어스 측정(Bias Calibration)에서 계산된 바이어스력은 랩에 저장되어 ISR과정에서 사용된다. 그리고 랩의 이용가능한 기억용량 및 드라이브 스핀업 시간(Spin-up Time)사양에 대응하여 몇 트랙마다 바이어스력을 측정할것인가가 기준사양에 따라 초기치로 정해진다. 본 발명의 일실시예에서는 회전 기구물의 전진시에만 매 128트랙마다 측정이 수행된다.

이하 상기 921단계의 ISR과정을 제11도, 제12도, 제13도를 참조하여 상세히 설명한다.

상기 제10도의 각 ISR과정은 매 샘플링 시간 231.5㎲ 마다 수행되며, 제11도의 검색모드ISR, 제12도의 천이모드ISR, 제13도의 트랙추종모드ISR로 구분될 수 있다.

제11도 검색모드ISR과정

먼저 1101단계에서 마이크로 프로세서(401)는 현재 샘플링구간의 이전 샘플링구간에서 계산된 제어입력 u(k)값을 출력하여 DAC(417) 및 VCM구동기(415)를 통해 VCM(411)에 전류를 인가한다.

이후 1103단계에서 마이크로 프로세서(401)는 헤드(407)를 통해 현재 트랙ID를 읽는다. 1105단계에서 마이크로 프로세서(401)는 상기 현재 트랙ID로부터 현재위치(P_r)를 정한다. 이후 1107단계에서 마이크로 프로세서(401)는 추정 제어를 계산한다. 1109단계에서 상기 마이크로 프로세서(401)는 다음 샘플링 구간을 위한 제어입력 u(k+1)값을 계산한다.

111단계에서 마이크로 프로세서(401)는 이동거리(P_J-P_r )가 16트랙 이하임이 검색되면, 1113단계에서 서보플래그비지(Servo Falg Busy)상태가 기록한다. 이후 1115단계에서 상기 마이크로 프로세서(401)는 수행모드를 천이모드로 셋팅하고 제10도의 메인루틴으로 리턴하여 천이모드 ISR을 수행한다.

그러나 상기 1111단계에서 이동거리(P_J-P_r )가 16트랙 이상임이 검색되면 마이크로 프로세서(401)는 1117단계에서 카운터 타임아웃인가를 비교한다. 상기 1117단계에서 카운터 타임아웃임이 비교되면, 마이크로 프로세서(401)는 카운터타임아웃에러를 기록하고 검색모드 ISR과정을 종료한다. 또한 상기 1117단계에서 카운터 타임아웃이 아니면, 서보플래그비지상태를 기록하고 검색모드 ISR과정을 계속한다.

제12도 천이모드 ISR과정

먼저 1201단계에서 마이크로 프로세서(401)는 현재 샘플링구간의 이전 샘플링구간에서 계산된 제어입력 u(k)값을 출력하여 DAC(417) 및 VCM구동기(415)를 통해 VCM(411)에 전류를 인가한다.

이후 1203단계에서 마이크로 프로세서(401)는 헤드(407)를 통해 현재 트랙ID를 읽는다. 1205단계에서 마이크로 프로세서(401)는 상기 현재 트랙ID로부터 트랜유닛트를 구하여 현재위치(P_r)를 정한다.

이후 1207단계에서 마이크로 프로세서(401)는 상기 현재위치(P_r)로부터 추정 제어를 계산한다. 1209단계에서 상기 마이크로 프로세서(401)는 다음 샘플링 구간을 위한 제어입력 u(k+1)값을 계산한다.

1211단계에서 마이크로 프로세서(401)는 이동거리(P_J-P_r )가 8트랜유닛트 이하임이 검색되면, 1213단계에서 서보플래그비지(Servo Falg Busy)상태를 기록한다. 이후 1215단계에서 수행모드를 트랙추종모드로 셋팅하고 제10도의 921단계로 리턴하여 트랙추종모드 ISR과정을 수행한다.

그러나 상기 1211단계에서 마이크로 프로세서(401)는 이동거리(P_J-P_r )가 8트랜유닛트 이상임이 검색되면 1217단계에서 카운터 타임아웃인가를 비교한다. 상기 1217단계에서 카운터 타임아웃임이 비교되면 마이크로 프로세서(401)는 카운터타임아웃에러를 기록하고 천이모드 ISR과정을 종료한다. 또한 상기 1217단계에서 카운터 타임아웃이 아니면 서보플래그비지상태를 기록하고 천이모드 ISR과정을 계속한다.

제13도 트랙추종모드 ISR과정

먼저 1301단계에서 마이크로 프로세서(401)는 현재 샘플링구간의 이전 샘플링구간에서 계산된 제어입력 u(k)값을 출력하여 DAC(417) 및 VCM구동기(415)를 통해 VCM(411)에 전류를 인가한다.

이후 1303단계에서 마이크로 프로세서(401)는 헤드(407)를 통해 현재 트랙ID를 읽는다. 1305단계에서 마이크로 프로세서(401)는 상기 현재 트랙ID에서 PES를 구하면 현재위치(P_r)를 정한다.

이후 1307단계에서 마이크로 프로세서(401)는 상기 현재위치(P_r)로부터 추정 제어를 계산한다. 1309단계에서 상기 마이크로 프로세서(401)는 다음 샘플링구간을 위한 제어입력 u(k+1)값을 계산한다.

1311단계에서 마이크로 프로세서(401)는 이동거리(P_J-P_r )가 200PES 이하임이 검색되면, 1313단계에서 셋틀링동작을 수행하여 셋틀링동작이 완료되었는가를 판단한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 트랙추종모드에서는 셋틀링동작은 200PES(약 20% 오프트랙양)로 정하였다. 그러나 리딩 및 라이팅동작시 상술한 셋틀링조건을 차별화하여 정한다. 즉 상술한 셋틀링조건의 차별은 먼저 라이팅동작시 16샘플링 시간(3.7ms)동안 20% 오프트랙을 유지하면 셋틀링동작을 완료시키고 실제 디스크상에 데이타를 쓰게한다. 또한 리딩동작시의 셋틀링조건 차별은 4샘플링시간(0.93ms)동안 20% 오프트랙이 유지되면 셋틀링동작을 완료시켜 디스크상의 데이타를 읽게 하였다.

이후 상기 1313단계에서 상술한 셋틀링동작이 완료되었음이 판단되면 트랙추종모드 ISR과정을 종료하고 제10도의 메인루틴으로 리턴하여 상기 메인루틴을 종료한다. 그러나 상기 1311단계에서 마이크로 프로세서(401)는 이동거리(P_J-P_r )가 200PES이상임이 검색되면, 1315단계에서 카운터 타임아웃인가를 비교한다. 상기 1315단계에서 카운터 타임아웃임이 비교되면, 마이크로 프로세서(401)는 1317단계에서 카운터타임아웃에러를 기록하고 천이모드 ISR과정을 종료한다. 또한 마이크로 프로세서(401)는 상기 1315단계에서 카운터 타임아웃이 아니면 1319단계에서 서보플래그비지상태를 기록하고 트랙추종모드 ISR과정을 계속한다.

상기 수행흐름에서 서보플래그는 8bit를 사용하여 리딩 및 라이팅시 셋틀링동작완료, 게이트 어레이(427) 에러상태 및 서보 에러사태를 나타내어 HDD와 호스트사이의 인터페이스 코드에서 이용된다.

상술한 바와 같이 본 발명은 디스크에 데이타를 기록하거나 읽기 위한 헤드의 위치를 제어하는 순수한 디지탈 서보 제어장치를 사용하여 종전의 아나로그 및 아나로그와 디지탈의 혼합제어장치시 발생되는 오차를 없앨 수 있다. 또한 본 발명은 소프트웨어를 이용한 순수 디지탈 제어방식으로서 제품의 변경시 단지 소프트웨어에 사용되는 제어상수 및 제어단계의 수정만으로 적응하여 제어할 수 있다.

또한 본 발명은 추정기의 사용으로 헤드의 속도변수를 정확하게 추정하여 VCM제어를 용이하게 할 수 있다. 또한 본 발명은 바이어스 추정을 사용하여 외란에 의한 정상상태에러를 없앨 수 있다. 또한 본 발명은 탐색모드에서 트랙추정모드로 전환되는 탐색모드내의 천이모드에서 그레이코드만을 사용한 종래의 속도제어대신 PES를 추가사용한 속도제어를 함으로써 천이모드에서 종래의 속도제어보다 정확한 속도제어를 수행하여 트랙추종시의 셋틀링을 안정시킬 수 있다.

Claims

기록 구역의 분할위치를 나타내는 서보정보가 구비된 디스크 기록매체를 이용하는 데이타 저장장치에서 소정 샘플링주기마다 상기 서보정보를 읽는 헤드를 목표트랙으로 이동시키기 위한 헤드구동부를 제어하는 디지탈 서보제어방법에 있어서, 상기 서보정보로부터 현재 샘플링주기에서 헤드가 위치하는 현재트랙을 검출하는 현재트랙 검출단계와, 상기 헤드구동부에 입력된 제어신호와 상기 현재트랙으로부터 다음 샘플링주기에서의 헤드위 추정속도와 헤드가 위치할 추정위치트랙을 추정하는 추정단계와, 상기 추정위치트랙과 목표트랙간의 거리를 트랙단위로 산출하고, 산출된 트랙간격이 미리 설정된 제1기준간격 이하이면 트랙위치정보와 PES를 시용하여 상기 목표트랙과 추정위치트랙간의 거리를 트랜유닛트단위로 산출하고, 산출된 트랜유닛트단위가 미리 설정된 제2기준간격 이하이면 PES만을 이용하여 추정위치트랙과 목표트랙간의 거리를 PES단위로 산출하여 추정위치트랙과 목표트랙간의 거리에 따른 목표속도를 계산하는 목표속도계산단계와 상기 목표속도계산단계에서 계산된 목표속도와 상기 추정속도간의 차이값에 대응하는 제어신호를 상기 헤드구동부로 생성출력하는 제어신호출력단계로 구성함을 특징으로 하는 디지탈 서보제어방법.
기록 구역의 분할위치를 나타내는 서보정보가 구비된 디스크 기록매체를 이용하는 데이타 저장장치에서 소정 샘플링주기마다 상기 서보정보를 읽는 헤드를 목표트랙의 중앙위치로 이동시키기 위한 헤드구동부를 제어하는 디지탈 서보제어방법에 있어서 상기 서보정보로부터 현재 샘플링주기에서 헤드가 위치하는 현재트랙을 검출하는 현재트랙 검출단계와 목표트랙과 현재트랙과의 트랙간격을 검출하는 트랙간격검출단계와 상기 트랙간격을 미리 설정된 기준트랙과 비교하는 기준트랙비교단계와 상기 트랙간격이 기준트랙 이상임이 비교되면 서보제어모드를 검색모드로 지정하는 검색모드 지정단계와 상기 트랙간격이 기준트랙 이하임이 비교되면 상기 트랙간격을 트랙위치 정보와 PES를 이용하여 트랜유닛트 단위로 분할하고 트랜유닛트간격을 계산하는 트랜유닛트간격검출단계와, 상기 트랜유닛트간격을 미리 설정된 기준트랜유닛트간격과 비교하는 기준 트랜유니트비교단계와 상기 트랜유닛트간격이 상기 기준트랜유닛트간격 이상임이 비교되면 서보제어모드를 천이모드로 지정하는 천이모드 지정단계화, 상기 트랜유닛트간격이 상기 기준트랜유닛트간격 이하임이 비교되면 상기 헤드가 위치하는 현재위치로부터 목표트랙의 중앙위치까지의 PES간격을 구하는 PES간격계산단계와 상기 PES간격을 미리 설정된 기준 PES간격과 비교하는 기준 PES비교단계와 상기 PES간격이 상기 기준 PES간격 이상임이 비교되면 서보제어모드를 트랙추종모드로 지정하는 트랙추종모드지정단계와 상기 PES간격이 상기 기준 PES간격 이하임이 비교되면 셋틀링동작을 수행하는 샛틀링단계와, 상기 검색모드지정에 대응하여 이전 샘플링주기에서 상기 헤드구동부에 입력된 이전 제어신호와 상기 현재트랙으로부터 다음 샘플링주기에서의 헤드의 추정속도와 추정위치트랙을 추정하며, 상기 추정속도와 추정위치트랙 및 상기 현재트랙으로부터 목표트랙의 중앙위치로 헤드를 이동시키기위한 제어신호를 상기 헤드구동부로 생성출력하고 상기 기준트랙비교단계를 수행하는 검색모드수행단계와, 상기 천이모드지정에 대응하여 상기 서보정보로부터 트랜유닛트단위로 헤드가 위치하는 현재위치를 구하며, 상기 헤드의 현재위치와 상기 이전 제어신호로부터 다음 샘플링주기에서의 헤드의 추정속도와 트랜유닛트단위의 추정위치를 추정하여 상기 추정속도와 추정위치 및 상기 헤드의 현재위치로부터 상기 제어신호를 상기 헤드구동부로 생성출력하고 상기 기준트랜유닛트비교단계를 수행하는 천이모드수행단계와, 상기 트랙추종모드지정에 대응하여 상기 서보정보로부터 PES단위로 상기 헤드가 위치하는 현재위치를 구하며, 상기 이전 제어신호 및 상기 헤드의 현재위치로부터 현재위치를 구하며, 상기 이전 제어신호 및 상기 헤드의 현재위치로부터 다음 셈플링주기에서의 헤드의 추정속도와 추정위치 및 외부바이어스력을 추정하여 상기 추정속도와 상기 추정위치와 상기 추정된 바이어스력 및 현재 샘플링주기에서 입력되는 외부 바이어스력으로부터 상기 제어신호를 상기 헤드구동부로 생성출력하고 상기 기준 PES비교단계를 수행하는 트랙추종모드수행단계로 구성함을 특징으로 하는 디지탈 서보제어방법.
제2항에 있어서 상기 검색모드수행단계가 상기 검색모드지정에 대응하여 이전 샘플링주기에서 상기 헤드구동부에 입력된 이전 제어신호와 상기 현재트랙으로부터 다음 샘플링주기에서의 헤드의 추정속도와 추정위치트랙을 추정하는 추정단계와 상기 목표트랙과 상기 추정위치트랙간의 트랙간격에 대응하는 목표속도를 계산하는 목표속도계산단계와, 상기 목표속도와 상기 추정속도의 차이값에 대응하는 제어신호를 헤드구동부로 생성출력하고 상기 기준트랙비교단계를 수행하는 제어신호출력단계로 구성함을 특징으로 하는 디지탈 서보제어방법.
제2항에 있어서 상기 천이모드수행단계가 상기 천이모드지정에 대응하여 상기 서보정보로부터 트랜유닛트단위로 헤드가 위치하는 현재위치를 계산하는 현재위치계산단계와 상기 현재위치와 상기 이전제어신호로부터 다음 샘플링주기에서의 헤드의 추정속도와 트랜유닛트단위의 추정위치를 추정하는 추정단계와 상기 목표트랙의 중앙위치와 상기 추정위치간의 트랜유닛트간격에 대응하는 목표속도를 구하며, 상기 목표속도와 상기 추정속도간의 차이에 대응하는 제어신호를 상기 헤드구동부로 생성출력하고 상기 기준트랜유닛트비교단계를 수행하는 제어신호출력단계로 구성함을 특징으로 하는 디지탈 서보제어방법.
제3항에 있어서 상기 천이모드수행단계가 상기 천이모드지정에 대응하여 상기 서보정보로부터 트랜유닛트단위로 헤드가 위치하는 현재위치를 계산하는 현재위치계산단계와 상기 현재위치와 상기 이전제어신호로부터 다음 샘플링주기에서의 헤드의 추정속도와 트랜유닛트단위의 추정위치를 추정하는 추정단계와 상기 목표트랙의 중앙위치와 상기 추정위치간의 트랜유닛트간격에 대응하는 목표속도를 구하며, 상기 목표속도와 상기 추정속도간의 차이에 대응하는 제어신호를 상기 헤드구동부로 생성출력하고 상기 기준트랜유닛트비교단계를 수행하는 제어신호출력단계로 구성함을 특징으로 하는 디지탈 서보제어방법.
제2항에 있어서 상기 기준트랙간격이 16트랙임을 특징으로 하는 디지탈 서보제어방법.
제2항에 있어서 상기 기준트랜유닛트간격이 8트랜유닛트임을 특징으로 하는 디지탈 서보제어방법.
제2항에 있어서 상기 기준 PES간격이 200PES임을 특징으로 하는 디지탈 서보제어방법.
기록 구역의 분할위치를 나타내는 서보정보가 구비된 디스크 기록매체를 이용하는 데이타 저장장치에서 소정 샘플링주기마다 상기 서보정보를 읽는 헤드를 목표트랙으로 이동시키기 위한 헤드구동부를 제어하는 디지탈 서보제어 장치에 있어서 소정 이동거리에 따른 목표속도를 기록하고 있는 기억수단과 상기 서보정보로부터 현재 샘플링주기에서 헤드가 위치하는 현재트랙을 검출하는 검출수단과 이전 샘플링주기에서 상기 헤드구동부에 입력된 이전 제어신호와 상기 현재트랙으로부터 다음 샘플링주기에서의 헤드의 추정속도와 위치트랙을 추정하는 추정수단과, 상기 목표트랙과 상기 추정위치트랙과의 트랙간격을 산출하여 이를 기준간격과 비교하고, 산출된 트랙간격이 기준간격 이상이면 상기 트랙간격에 대응하는 목표속도를 상기 기억수단으로부터 독출하는 반면, 산출된 트랙간격이 기준간격 이하이면 트랙위치정보와 PES를 이용하여 상기 목표트랙과 추정위치 트랙간의 트랜유닛트간격에 대응하는 목표속도를 상기 기억수단으로부터 독출하여 독출된 목표속도와 상기 추정속도의 차이값에 대응하는 제어신호를 헤드구동부로 생성출력하는 제어신호 출력수단으로 구성함을 특징으로 하는 디지탈 서보제어장치.