JPH06203500A - 適応的に利得調整可能の繰り返し学習制御を用いたディスク駆動装置のヘッド位置制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、周期的および非周期的なエラー成
分を同時に減少させ得るディスク駆動装置のヘッド位置
制御装置を提供する。 【構成】 ヘッド位置制御装置は、決められたトラック
に対して繰り返し学習をおこなって、周期的および非周
期的なエラーを補償し得る位置エラー補償信号を発生す
る繰り返し学習制御器３１と、繰り返し学習制御器３１
からエラー補償信号を貯蔵するメモリ３２と、繰り返し
学習制御器の動作条件を提供する３σ算出器３５と、ヘ
ッドが既学習されなかったトラックを追従する場合、既
学習された隣接トラックの位置エラー補償データを用い
て、必要なトラックの位置エラー補償データを発生する
補間器３３を含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ディスク駆動装置のヘ
ッド位置制御装置および方法に関するもので、さらに詳
しくは、ディスク駆動装置で周期的および非周期的に発
生される位置エラー要因を適応的に利得調整が可能な繰
り返し学習制御方式を適用して減殺させることによっ
て、ヘッドのトラック追従精密度を向上させ得るディス
ク駆動装置用ヘッド位置制御装置および方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】現
在、大容量の情報記録媒体としてのディスクに対して情
報を記録するか読出しする、たとえば、ハードディスク
駆動装置、光（磁気）ディスク駆動装置、光ディスク駆
動装置などのようなディスク駆動装置が幅広く普及され
て用いられている。かかるディスク駆動装置は、通常、
情報記憶ディスクに備えられたトラックおよびセクタに
対してトラック探索（ｔｒａｃｋ ｓｅｅｋｉｎｇ）が
トラック追従（ｔｒａｃｋ ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ）によ
りヘッドアセンブリを正確に整合させるための機能を行
うヘッド位置制御機能を備えている。この場合、トラッ
ク探索は、現在のヘッドが位置したトラックから、所望
の目標トラックへのヘッド移動動作と定義され、その探
索動作は、探索時間の安定的な最適化のため、いわゆ
る、速度プロファイル法（ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｐｒｏｆ
ｉｌｅ法）に基づいて行われる。トラック追従は、デー
タが記録・読出される任意のトラックの中心とヘッドの
中央との偏差、すなわち、位置エラーを最小化するため
の動作と定義され、通常、ＰＩＤ制御（ｐｒｏｐｏｒｔ
ｉｏｎａｌ−ｉｎｔｅｇｒａｌ−ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉ
ａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ）を用いることになる。

【０００３】かかるヘッド位置制御方法によると、ディ
スク上のトラック中心とディスク駆動装置のスピンドル
などの回転軸が正確に一致する、理想的なシステムにお
いては、比較的効果的にヘッドの位置制御が可能になる
が、スピンドルの累積（ｒｕｎｏｕｔ）が存在するか、
トラックとスピンドルのあいだに偏心が存在する実際の
システムにおいては、、ヘッドの位置制御精密度が低下
する。また、着脱動作が繰り返されるディスク駆動装置
においては、かかる状況がさらに深刻になり、トラック
探索の最終瞬間に、目標トラックでの最大オーバシュー
トが大きくなるので、実際的なトラック探索時間の増加
によって全体的な装置の動作が低速化される。

【０００４】一方、ディスク駆動装置から発生される位
置エラーの成分は、トラックとスピンドルとの間の偏心
とか、スピンドルの累積または周期的に発生される機械
的な障害などの要因によって招かれる周期的要素を非常
に含んでおり、かかる周期的な要素はディスク駆動装置
の種類によって異なるが、一般に、ディスクの回転時ご
とに類似に繰り返される位置エラーの主成分であること
は公知の事実である。したがって、かかる周期的なエラ
ーを減殺させることにより、ヘッドのトラック追従精密
度を相当に改善し得ることになる。

【０００５】このため、ディスク駆動装置で周期的なエ
ラーを減殺させるための種々の努力がなされた。

【０００６】たとえば、ディスク駆動装置から周期的に
発生されるエラーを繰り返し学習して、のちに発生する
類似の周期的エラーを減殺させる方法がトミズカ（Ｔｏ
ｍｉｚｕｋａ）により提案された「ディジタル コント
ロール オブ リピティティブ エラー イン ディス
ク ドライブ システム（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｔｒ
ｏｌ ｏｆ ｒｅｐｅｔｉｔｉｖｅ Ｅｒｒｏｒ ｉｎ
Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ Ｓｙｓｔｅｍ）」、アイ イ
ー イー イー コントロール システムズマガジン
（ＩＥＥＥ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍｓ Ｍａｇ
ａｚｉｎｅ）、１６〜２０頁（１９９０）に開示され
る。

【０００７】この方式によると、周期的な位置エラーを
有するディスク駆動装置において、その周期的な位置エ
ラーをディスクの毎回転周期ごとに繰り返し学習するこ
とによって、ディスクの数回の回転後には、円周方向の
位置と同期される位置エラー補償値により周期的なエラ
ーを減殺するようにしている。したがって、かかる繰り
返し学習制御器をディスク駆動装置のトラック追従動作
に適用する場合、トラック追従能力が向上され得るの
で、トラック精密度の向上が期待できる。

【０００８】しかし、ディスク駆動装置の実際的な記録
・読出動作と係わって、その繰り返し学習時間の繰り返
し学習制御器は、ディスク駆動装置の特性上、僅かの差
はあるが、ディスクの回転時間に対応する学習時間を考
慮してみれば、記録・読出可能の状態になるまでの待機
時間が延長されるという短所がある。実際に、学習制御
を各ヘッドに対して毎トラックごとに行わなければなら
ないが、その理由は、ヘッド別に位置エラーが異なる態
様の周期的なパターンが見られるからである。また、同
一のヘッドにより全トリガに亘って学習しなければなら
ないが、その理由は、ロータリ形作動器を採用した埋込
み（Ｅｍｂｅｄｄｅｄ）サーボシステムの場合、サーボ
パターンがだいたいディスク半径方向に対して円弧形に
配列されるので、いずれかの一つのトラックでの位置エ
ラー補償値で、全トラックの位置エラー補償値を代表す
ることはできないからである。かかる状況において、前
記した方式では、いずれかの一つのトラックでの繰り返
し学習により周期的なエラーを減殺させ得るが、ヘッド
のトラック移動時には、該当トラックに対して再びディ
スクを多数回回転させて、周期的なエラーに対する繰り
返し的なエラー補償を行わなければならないので、ディ
スクドライブ装置の動作速度が低速化されるという欠点
がある。

【０００９】さらに、前記した繰り返し学習制御方式に
よると、周期的なエラーに対するある程度の減殺効果は
得られるが、非周期的なエラーは、増加され得るという
事実がティ イノウエ（Ｔ．Ｉｎｏｕｅ）の、「プラク
ティカル リピティティブコントロール システム デ
ザイン（ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｒｅｐｅｔｉｔｉｖｅ
ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｄｅｓｉｇｎ）」、プ
ロシーディング オブ ２９回 アイ イー イー イ
ー コンファレンス オン ディシジョンコントロール
（ｐｒｏｃ．ｏｆ ２９ｔｈ ＩＥＥＥ ｃｏｎｆｅｒ
ｅｎｃｅｏｎ Ｄｅｃｉｓｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ）、
１６７３〜１６７８頁、１９９０に証明された。よっ
て、非周期的エラーの増幅によりヘッドの位置制御精密
度が弱化される可能性が存在し得るのみならず、差の最
大値も増大される。

【００１０】したがって、本発明は前記した従来技術に
基づいて成されたものであり、その目的は、周期的に発
生される位置エラーをディスクドライブの起動時または
一定の周期時間ごとに繰り返し学習して、位置エラー補
償データを算出し、貯蔵して、ヘッドのトラック追従精
密度を向上させ得るという適応利得調整繰り返し学習制
御を用いたディスクドライブのヘッド位置制御装置と方
法を提供するものである。

【００１１】本発明の他の目的は、ヘッドの位置制御精
密度を弱化させる、非周期的エラーの低減が可能なディ
スクドライブのヘッド位置制御装置と方法を提供するも
のである。

【００１２】本発明のさらに他の目的は、ヘッドが学習
されたトラック上で非学習トラックへ移動する場合、先
学習により算出し、貯蔵された位置エラー補償値を用い
て、該当するトラックに対する位置エラー補償値を求め
ることによって、各トラックに対してより迅速な位置制
御が可能な適応利得調整繰り返し学習制御を用いたディ
スクドライブのヘッド位置制御装置と方法を提供するも
のである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明のディスク駆動装
置のヘッド位置制御装置は、多数のデータトラックを有
するデータ記録媒体と、前記データ貯蔵媒体を回転させ
る駆動手段と、前記データ記録媒体へ記録しまたは前記
記録媒体からデータを読出すヘッドと、前記ヘッドを移
動させるためのヘッド駆動手段と、前記ヘッド駆動手段
を制御して、前記ヘッドを選択されたデータトラックの
中心線上に保持させるヘッド位置制御手段とを備えるデ
ィスク駆動システムにおいて、前記ヘッド位置制御手段
が、前記記録媒体の回転中、前記データ記憶媒体の選択
されたデータトラックの中心線とヘッドの半径方向の位
置とのあいだの偏差である位置エラー信号を発生する位
置エラー検出手段と、前記各データトラックに対して、
前記各位置エラー信号を入力して、前記各位置エラー周
波数成分によって、適応的に利得調整された周期的な位
置エラーを抽出し、前記各選択されたトラックに対応し
て、前記各トラックに対する位置エラー補償信号を発生
する位置エラー補償信号発生手段と、前記選択されたト
ラックに対して、前記位置エラー信号と前記位置エラー
補償信号を入力して、補償された位置エラー信号を発生
する手段と、前記補償された位置エラー信号に応じて、
前記ヘッド駆動手段を制御するための駆動制御信号を発
生するサーボ制御手段とを備えてなるものである。

【００１４】

【実施例】以下、本発明による望ましい実施例を添付図
面を参照して、詳細に説明すると次の通りである。

【００１５】図１は、本発明による繰り返し学習制御を
用いた一実施例のディスク駆動装置のブロック構成図を
示す。

【００１６】図示されるように、ディスク駆動装置は、
ディスクアセンブリ１０、位置エラー検出器２０，位置
エラー補償部３０、サーボ制御器５０を備えている。

【００１７】一般に、ディスクアセンブリは積層された
ディスク形態の磁気記録媒体１１および１２を含み、こ
のような記録媒体１１および１２は、モーター１４によ
り軸１３上で回転することになる。データは各々の記録
媒体１１および１２の両面上に存在する同心円データト
ラックの中心線上にデータが記録される。ヘッド作動器
１１は、駆動制御信号に応じて、各々のアームに装着さ
れた多数の記録およ読出ヘッド１５および１６（下部デ
ィスク表面上の対応ヘッドは示せず）を移動させる。

【００１８】位置エラー検出器２０は、ホストコンピュ
ーターと同じように主制部（示せず）の制御下で、設け
られた記録または読出モードにしたがって、スピンドル
モータ１４により回転する記録媒体１１および１２から
検出されるサーボパターンに基づいてトラックおよびセ
クタに対するヘッドの位置エラー信号を検出する動作を
行う。記録媒体１１および１２上での記録、読出動作は
図２（ａ）に示されるように、その記録媒体１１および
１２上に形成された多数のトラックと記録トラックに形
成された多数のセクタを単位として行われ、セクタは図
２（ｂ）のようにサーボ情報フィールド４１、データフ
ィールド４２、エラー補正フィールド４３およびセクタ
間隔４４から構成される。また、前記サーボ情報フィー
ルド４１は、図２（ｃ）に示されているように、サーボ
同期信号４５、トラック識別情報４６、微細位置エラー
情報を得るために二つのバースト信号ＡおよびＢを備え
ている。前記トラック識別情報４６としてはだいたいシ
ステムの安定性を考慮してグレーコードが用いられる。
検出されたサーボ情報４１は、ヘッドの位置エラーを算
出するのにもちいられる。

【００１９】すなわち、位置エラーは下記のように式
（１）により算出される。

【００２０】 位置エラーＰｅ＝｛（目標トラック番号−現在のヘッド
位置トラック番号）＋Ｇ_ｆ（Ａ−Ｂ）｝‥‥‥（１） ここで、Ａはバースト信号Ａの大きさ、Ｂはバースト信
号Ｂの大きさ（ただし、｜Ｇ_ｆ（Ａ−Ｂ）｜＜（トラッ
ク幅の５０％）であり、Ｇ_ｆは利得関数である。前記式
（１）によりえられた位置エラーＰｅは目標トラックと
加算されて位置エラー信号として生成される。ヘッドと
選択されたトラックの中心線間の偏差であることのよう
な位置エラー信号は参照番号３０として表される位置エ
ラー補償部に提供される。すなわち、後述するように位
置エラー３σ算出器３５により制御されるスイッチ素子
３４がオン状態になり、繰り返し学習制御器３１に加え
られて、この繰り返し学習制御器３１ではシステムの初
期化または動作中の環境的な要因によって、後述のよう
に、諸初期化条件が設けられる場合、つまり、位置エラ
ー３σ算出器３５によってスイッチ素子３４がオンにな
ると、主制御部からのヘッド選択情報、トラック番号お
よびセクタ番号情報に基づいてシステムの周期的な位置
エラーに関し補償値を算出してメモリ３２に貯蔵するよ
うになる。この場合、繰り返し学習制御器３１の位置エ
ラー補償値算出に関する。

【００２１】精密度を向上させるために自動利得調整器
３６は、前記繰り返し学習制御器３１の利得をエラーの
最大値が存在する周波数θと現在の利得に基づいて決定
することになる。

【００２２】このようにして得た位置エラー補償値はメ
モリ３２に記録された後、実際トラック追従動作中に、
補間器３３を通じて加算器４０に提供される。加算器４
０では位置エラー検出器２０から供給される位置エラー
信号と補間器３３からのエラー補償信号を加算して新た
に補償された位置エラー信号を発生する。この新たに補
償された位置エラー信号にしたがいサーボ制御器５０ス
イッチング素子５１は位置エラーがβ（トラック幅の１
／２〜１／４）以上であればトラック探索動作として判
定し“Ｂ”側にスイッチング接続され、補償された位置
エラー信号を目標速度プロファイル作成部５３に供給す
る。この場合、目標速度プロファイル作成部５３は補償
されたエラー信号に応じて、既設定のヘッドの速度を算
出することになり、このようなヘッドの目標速度制御信
号は加算器５３でヘッド速度判別部５５から得られる実
際のヘッド速度と結合される。

【００２３】その結果、加算器５３ではこれら二つの信
号間の差を速度制御信号を発生する。このような速度制
御信号は利得制御部５６で利得調整され、加算器２４を
通じて目標トラックにしたがってバイアス補償部５８に
よりＤＣバイアスが補償される。ＤＣバイアス補償され
た速度制御信号は飽和制御器５９およびディジタル／ア
ナログ変換器６１を通じてヘッド作動器１１に提供され
ることにより速度プロファイル方式によってトラック探
索動作が行われる。

【００２４】一方、補償された位置エラー信号がβ以下
であれば、スイッチング素子１７の接点がＡに転換さ
れ、補償された位置エラー信号はＰＩＤ制御信号発生部
５２に供給される。ＰＩＤ制御された位置制御信号は加
算器５７、飽和制御器５９およびディジタル／アナログ
変換器２８を通じてヘッド作動器１１に提供されること
によって、トラック追従動作が行われるが、この場合に
は加算器５４を通じ、位置制御信号はＤＣバイアス補償
部５８で目標トラック番号に基づいて、システムの初期
化段階で既設定された、たとえば、フレグシブルＰＣＢ
によるバイアスあるいはディスク回転時に発生される風
量によるバイアス力などに対して補償された後、飽和制
御器５９で飽和状態に調整され、ディジタル／アナログ
変換器５９でアナログ変換された後、ヘッド作動器１１
に提供されることによって、ヘッド作動器１１により所
望のトラック追従動作を行う。

【００２５】このような動作で、本発明によって採用さ
れた利得調整繰り返し学習方式を行う過程に対して後述
する。

【００２６】まず、前記式（１）により決められた位置
エラー情報Ｐｅはスイッチ素子３４と位置３σ算出器３
０へ加えられ、前記スイッチング素子３４は本発明にし
たがって繰り返し学習時間により情報の記憶、読出が可
能な状態になるまでの待機時間の延長を防ぐため、既設
定の臨界条件を有する位置エラー３σ算出器３５の制御
下でシステムの初期化段階または再初期条件が発生され
る場合にだけ実時間制御によりオンされ、繰り返し学習
制御器３１が動作するようにする反面、それ以外の場合
にはオフされて、メモリに貯蔵された位置エラー補償信
号が出力されるようにする。すなわち、このスイッチ素
子３４を制御するために位置エラー３σ算出器３５で繰
り返し学習制御器３１の移動時に続いて学習制御をする
かどうかを判断するため、または学習された結果だけを
用いて制御を行う場合には、熱的要因により動作環境変
化が発生されて再学習可否を決めるスイッチ素子３４の
オン／オフ決定条件基準で位置エラー３σの計算を下記
式によりおこなう。

【００２７】 Ｐｅ３σ＝３１／Ｎ Σ ｅ（ｉ）² ‥‥‥（２） ＝またはその等化式 ここで、Ｎはトラック、ｅ（ｉ）は第ｉ番目のトラック
位置エラーである。

【００２８】すなわち、位置エラー３σ算出器３５か
ら、位置エラー３σがα（トラック幅が１０％）以下で
あれば、スイッチ素子３４はオフとなるが、α以上であ
ればオンとなる。

【００２９】図３を参照すれば、前記繰り返し学習制御
器３５の数学的モデルが示されている。スイッチ素子１
１がオン状態で、繰り返し学習制御器３５は主制御部か
ら加えられるヘッド選択情報、トラック番号およびセク
タ番号情報に基づいて、ヘッドごとに数トラックに亘り
周期的な位置エラー要因を繰り返し学習して、その学習
結果による位置エラー補償値を算出して当たるヘッド選
択情報、トラック番号およびセクタ番号情報に基づい
て、メモリ３２に貯蔵する。繰り返し学習が完了すれ
ば、スイッチ素子３４のオフ、すなわち、繰り返し学習
制御器３１の非可働状態でメモリ３２に貯蔵されたデー
タを用いて該当ヘッドおよびトラックセクタに対して位
置エラー補償値を続いて用いることが出来るので、デー
タの実時間記録読出を向上させる。また、メモリ３２に
貯蔵された位置エラー補償値は既設定の多数のトラック
に亘って学習され、たとえば、情報の記録、読出動作の
際、目標トラックが学習したトラックではない場合、そ
の目標トラック近傍の学習制御が施された隣接トラック
からの位置エラー補正データを補間して使えることがで
きるように補間器３３が備えられている。この補間器３
３は外部的に入力されるヘッド選択情報とトラック番号
およびセクタ番号情報に基づいて既に学習されたトラッ
クの位置エラー補償値に基づいて、次のように補間して
新たに位置エラー補償値を算出する。

【００３０】すなわち、ＰＥＣＤ（ｉ，ｊ）をｉ番目の
セクター、ｊ番目のトラックでの位置エラー補償データ
とし、ｊ₁ ≦ｊ≦ｊ₂ とする。（ｊ₁ ，ｊ₂ ）は各々繰
り返し制御が行われた隣接トラックの番号）。

【００３１】するとＰＥＣＤ（ｉ，ｊ）は下記式により
計算できる。

【００３２】 ＰＥＣＤ（ｉ，ｊ）＝（ｊ₂ −ｊ₁ ）（ｊ−ｊ₂ ）＋ＰＥＣＤ（ｉ，ｊ₁ ） ‥‥‥（３） さらに、図３を参照すれば、図３には繰り返し学習制御
器の数学的モデルが開示され、その伝達関数は次のよう
である。

【００３３】 Ｇｒ（ｚ）＝ Ｋｒ・Ｚ^-Nｑ（ｚ）／［１−Ｚ^-Nｑ（ｚ）｛Ｇｓ（ｚ）｝−１］ ‥‥‥（４） ここで、ＧｓはＧｒがない状態での全体システムのペル
ープ伝達関数を示し、ｑ（ｚ）はＦＩＲ低域通過フィル
ター（ＬＰＦ）の特性として、一般的に次のように表さ
れる。

【００３４】 ｑ（ｚ）＝１／Ｌ＋２（Ｌ＋Ｚ^-1＋Ｚ）‥‥‥（５） ここで、Ｌ＝２，４，６で選択される。

【００３５】このとき、Ｋｒは繰り返し学習制御器１２
の利得として０＜Ｋｒ＜２でなけらば安定しない。この
Ｋｒが増加すればエラーの周期性要素は小さくなり、非
周期性要素の数も減ることがあるので、次のようにＫｒ
を適切に調整しなければエラーを小さくすることができ
ない。このために任意の基準化周波数を次のように定義
するものとする。

【００３６】 θ＝（ｗ−ｗ0 Ｋ）／ｗ0 の最小値（０≦θ≦２π） ここで、ｗ0 ＝２π／ＮＴ，Ｋは自然数、Ｎはセクタ−
の数、Ｔ＝サンプリング時間 任意の規準化された周波数θに対して、Ｋｒ0 （θ）＝
１−ｃｏｓ（θ）／α（θ）（α（θ）はＦＩＲ ＬＰ
Ｆの大きさ）が存在して現在のＫｒがＫｒ0 より小さい
か同じであればＫｒをより小さくし、ＫｒがＫｒ0 より
大きければＫｒをより大きくすることによりθに当たる
エラーを減らすことができる。よって、周波数領域でエ
ラー最大値がθm とする周波数で存在するものとすれ
ば、Ｋｒ0 （θm ）＝１−ｃｏｓ（θm ）／α（θm）
として計算され、現在のＫｒ（θm ）はＫｒ0 （θm ）
と比較してＫｒを調整してエラーの最大値を減らすこと
ができる。

【００３７】以上、利得調整アルゴリズムを整理すれ
ば、下記のようになる。

【００３８】まず、実際ディスク駆動システムを予測す
るため、通常の線形単一入力単一出力離散繰り返し制御
システムを考える場合、Ｒ（Ｚ）は基準入力のＺ変換、
Ｃ（Ｚ）は出力のＺ変換、Ｅ（Ｚ）は差のＺ変換、Ｇｒ
（Ｚ）は繰り返し制御器の伝達関数、Ｇ0 （Ｚ）は被制
御システムの伝達関数、Ｇｉ（Ｚ^-1）は完壁な被制御シ
ステムのモデルリングが可能な場合、Ｇｓ（Ｚ）＝Ｇｓ
（Ｚ）／（１＋Ｇ0 （Ｚ））の逆伝達関数に選択し、Ｋ
ｒ，Ｚ^-N、Ｔ，ＮＴは各々繰り返し学習制御器の利得、
時間遅延要素、サンプリング時間、繰り返し周期を示
し、繰り返し周期は周期的エラーの基本周波数の周期と
同等である。

【００３９】周期的でありながらその周波数が定数ｋに
対して２ＩＩｋ／（ＮＴ）［ｒａｄ／ｓｅｃ］である信
号を周期的エラーとし、そうでない総ての信号を非周期
的とする。図３に示された低域通過フィルターとして次
のようなＦＩＲ低域通過フィルターが与えられるものと
する。

【００４０】 ｑ（Ｚ）＝−１／Ｌ＋（Ｌ＋Ｚ＋ＩＺ）‥‥‥（６） ここで、Ｌは通常２，４，あるいは６として選択され、
ｑ（Ｚ）は次式を満たす。

【００４１】 ｜ｑ（Ｚ）｜≦１、ａｎｄ＜（ｑ（Ｚ））＝０‥‥‥（７） これにより、繰り返し制御システムの閉ループ伝達関数
Ｇｃｌ（Ｚ）はつぎのように表現できる。

【００４２】 Ｇｃｌ（Ｚ）＝１＋Ｇｒ（Ｚ））Ｇ0 （Ｚ）／１＋（１
＋Ｇｒ（Ｚ））Ｇ0 （Ｚ） ＝［｛１−Ｚ^-Nｑ（Ｚ）＋ＫｒＺ^-Nｑ（Ｚ）Ｇｉ
（Ｚ）｝Ｇｓ（Ｚ）］Ｇｓ（Ｚ）］‥‥‥（８） また、エラー伝達関数Ｇｅ（Ｚ）＝１−Ｇｃｌ（Ｚ）と
定義すればＧｅ（Ｚ）は次のように表現できる。

【００４３】 Ｇｅ（Ｚ）＝ Ｇｒｅ（Ｚ）Ｇｅｏ（Ｚ）‥‥‥（９） ここで、Ｇｅｏ（Ｚ）＝（１−Ｇｓ（Ｚ））は繰り返し
制御器１２が適用されない場合のエラー伝達関数に当た
り、Ｇｒｅ（Ｚ）＝１／（１＋Ｇｒ（ＺＧｓ（Ｚ））は
Ｇｅ（Ｚ）とＧｅｏ（Ｚ）の比として表されるのでＧｒ
ｅ（Ｚ）を相対差伝達関数とし、Ｅｏ（Ｚ）はのゆに繰
り返し学習制御器が適用されない状態のエラーとする
と、 Ｅｏ（Ｚ）＝Ｇｅｏ（Ｚ）Ｒ（Ｚ）‥‥‥（１０） Ｅ（Ｚ）＝Ｇｅ（Ｚ）Ｒ（Ｚ）でありＧｒｅ（Ｚ）＝Ｇ
ｒｅ（Ｚ）／Ｇｅｏ（Ｚ）になるのでＥ（Ｚ）とＥｏ
（Ｚ）の関数は次のように表現される。

【００４４】 Ｅ（Ｚ）＝Ｇｒｅ（Ｚ）Ｅｏ（Ｚ）‥‥‥（１１） Ｚをｅｘｐ（ｊｗＴ）に、θをｗ ＮＴとすれば、Ｇｒ
ｅ（Ｚ）はＫｒとθの関数になり次のように表現され
る。

【００４５】 Ｅ（Ｋｒ，θ）＝Ｇｒｅ（Ｋｒ，θ）Ｅｏ（θ）‥‥‥（１２） ここで、θは０≦θ≦２π Ｅ（θ）の最大値｜Ｅ｜ｍをｍａｘ｜Ｅ（θ）｜に、｜
Ｅ｜ｍが存在する周波数θｍをａｒｇ（ｍａｘ）｜Ｅ
（θ）｜であると定義する。そうすればＫｒをつぎのよ
うに調整することにより｜Ｅ｜ｍを減少できることがわ
かる。

【００４６】式８の繰り返し学習制御システムで０＜Ｋ
ｒ＜２、｜Ｇｉ（Ｚ）Ｇｓ（Ｚ）｜＝１、＜Ｇｉ（Ｚ）
Ｇｓ（Ｚ）＝０であり、Ｇｓ（Ｚ）が接近的に安定する
という仮定下で、▽Ｋｒ（｜Ｇｒｅ（Ｋｒ，θｍ）｜＜
０の場合、Ｋｒを増加するか、▽Ｋｒ（｜Ｇｒｅ（Ｋ
ｒ，θｍ）｜＞０の場合、Ｋｒを減少すれば｜Ｅ｜ｍは
減少する。

【００４７】すなわち、式１２からθ＝θｍの場合、Ｅ
（Ｋｒ，θ）の大きさは次の式のように表される。

【００４８】 ｜Ｅ（Ｋｒ，θｍ）｜｜Ｅｏ（θｍ）｜＝｜Ｅ｜‥‥‥（１３） ここで、｜Ｅ（Ｋｒ，θｍ）｜のＫｒに関する微分値は
下記の式１４により得られる。

【００４９】 σ（｜Ｅ（Ｋｒ，θｍ）｜）＝σ （｜Ｇｒｅ（Ｋｒ，θｍ）｜／σ（Ｋｒ）σ（Ｋｒ）｜Ｅｏ（θｍ） ‥‥‥（１４） 式１４からσ（Ｋｒ）＞０、Ｋｒ（｜Ｇｒｅ（Ｋｒ，θ
ｍ）｜＜０であれば、あるいはσ（Ｋｒ＜０）であり、
Ｋｒ （｜Ｇｒｅ（Ｋｒ，θｍ）｜＞０であれば、σ
（｜Ｅ（Ｋｒ，θｍ）｜＜０であることがわかる。

【００５０】したがって、θｍおよびＫｒ（｜Ｇｒｅ
（Ｋｒ，θｍ）｜）の符号だけ与えらればＫｒの増減に
よる｜Ｅ｜ｍの増減可否が決められることがわかる。

【００５１】θｍはショート タイム ファースト フ
ーリエ トランスフォーム（ｓｈｏｒｔ ｔｉｍｅ Ｆ
ａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）あるい
はフィルタ バンクス（ｆｉｌｔｅｒ ｂａｎｋｓ）に
より得られる。その結果、Ｋｒ（｜Ｇｒｅ（Ｋｒ，θ
ｍ）｜）の符号も｜Ｇｒｅ（Ｋｒ，θｍ）｜が定量的分
析に基づいてつぎのように手軽に得られる。

【００５２】非周期的エラーの挙動を手軽に観察ため
に、｜Ｇｉ（Ｚ）Ｇｓ（Ｚ）｜＝１、＜（Ｇｉ）（Ｚ）
Ｇｓ（Ｚ）＝０とすればＧｒｅ（Ｋｒ，θ）はつぎの式
により得られる。

【００５３】 Ｇｒｅ（Ｋｒ，θ）＝１−ｅｘｐ（−ｊθ）ｑ（θ）／
１−ｅｘｐ（−ｊθ）ｑ（θ）＋Ｋｒ ｅｘｐ（−ｊ
θ）ｑ（θ）………（１５） また、｜Ｇｒｅ（Ｋｒ，θ）｜はつぎのように得られ
る。

【００５４】 ｜Ｇｒｅ（Ｋｒ，θ）｜＝［（β／ｑ（θ）² Ｋｒ² −ｒＫｒ＋β）］^1/2 ‥‥‥（１６） ここで、β＝１＋ｑ（θ）² −２ｑ（θ）ｃｏｓ（θ）
であり、ｒ＝２ｑ（θ）² −２ｑ（θ）ｃｏｓ（θ）で
ある。

【００５５】この場合、｜Ｇｒｅ（θ）｜は基本周波数
ｗ0 がｗ0 ＝２π／（ＮＴ）である周期性関数であるの
で、自然数ｋに関してＢｋ＝｛ｗｑ｜ｗ0k｝≦ｗ0 （ｋ
＋１）は０≦θ≦２πで基準化された周波数領域へマッ
ピングされる。したがって、θが０または２πである周
波数は周期性周波数に当たり、θが０と２π以外である
周波数は非周期性周波数に当たる。また、次の方程式を
解けば。

【００５６】▽Ｋｒ｜Ｇｒｅ（Ｋｒ，θ）｜＝ （γ−
２ｑ）（θ）² Ｋｒ）β^1/2 ／［２（ｑ（θ）² Ｋｒ²
−γＫｒ＋β）^3/2 ］＝０‥‥‥（１７） ここで、Ｋｒは０＜Ｋｒ＜２である。

【００５７】Ｋｒ0 ＝ａｒｇ（ｍａｘ｜Ｇｒｅ（Ｋｒ，
θ）｜）はつぎのように得られる。 Ｋｒ0 ＝１−ｃｏｓθ／ｑ（θ）‥‥‥（１８） 固定されたθからＫｒ≦ＫｒｏであればＫｒ（｜Ｇｒｅ
（Ｋｒ，θ）｜）≧０であり、Ｋｒ＞Ｋｒ0 であれば▽
Ｋｒ（｜Ｇｒｅ（Ｋｒ，θ）｜）＜であることがわか
る。

【００５８】θｍがわかればＫｒ0 は式２７を計算する
ことによりわかることができる。

【００５９】したがって、現在適用されたＫｒとＫｒ0
を比較することによって、Ｋｒ（｜Ｇｒｅ（Ｋｒ，θ
ｍ）｜）の符号が判断され易くなる。

【００６０】前記過程をアルゴリズムに整理すれば下記
のようである。

【００６１】アルゴリズム１：式３で表現される繰り返
し学習制御システムに関して、ｔｏｌｅｒａｎｃｅ ｂ
ｏｕｎｄ ε ＞０と利得調整幅ΔＫｒ＞０を適当に選
定する。ｉは繰り返し回数を表し、｜Ｅ｜ｍ，Ｋｒ，θ
ｍ、またＫｒｏのｉ番目の値とする。

【００６２】初期化のためにｉ＝１、｜Ｅ｜ｍ（０）＝
０とする。迅速な差収斂速度のため、Ｋｒ（１）を１と
する。

【００６３】すなわち、（｜Ｅ｜ｍ（ｉ）−｜Ｅ｜ｍ
（ｉ−１）／（Ｅｍ（ｉ））＞εの場合、Ｅ（ｉ）のス
ペクトラム分析により｜Ｅ｜ｍ（ｉ）とθｍ（ｉ）を求
め、θｍ（ｉ）を式（１３）と代置してからＫｒｏ
（ｉ）を算出し、 Ｋｒ（ｉ＋１）＝Ｋｒ（ｉ）＋ΔＫｒ，ｆｏｒ（Ｋｒ
（ｉ）−Ｋｒｏ（ｉ））＞０ Ｋｒ（ｉ）＋ΔＫｒ，ｆｏｒ（Ｋｒ（ｉ）−Ｋｒｏ
（ｉ））≦０ となるようにＫｒ（ｉ＋１）を更新し、繰り返し回数を
ｉ＝ｉ＋１と更新する。以上のアルゴリズムにより求め
た繰り返し学習制御器１２の利得の適用により周期的お
よび非周期的なエラーが減少されることがわかる。

【００６４】以下、前記のように構成された動作するデ
ィスクドライブのヘッド位置制御装置に対して図４と図
５に示しているフローチャートを参照しながら説明す
る。

【００６５】図４は、繰り返し学習制御を起動する場合
のシステム動作を表し、図５は図４に現れている繰り返
し学習制御を行った後のシステム動作を表す。

【００６６】図４の段階（ステップ）Ｓ６１でシステム
に電源が加えられた後に初期化が行われるか、またはカ
ートリッジの装着時、あるいはシステム動作の進行中に
環境的な要因により新たに学習制御の実行が必要な場
合、再初期化が行われる。

【００６７】このような条件が満たされば段階Ｓ６２で
は位置エラー補償データのような繰り返し学習制御器３
１の運用に必要なデータを初期化した後、段階Ｓ６３と
Ｓ６４はトラック追従動作を行う。段階Ｓ６６ではこの
ようなトラック追従動作実行中に判決される周期的およ
び非周期的な位置エラーに対して学習制御のために繰り
返し学習制御器器３１を稼働させて前述のように位置エ
ラー補償置を算出する。この後、繰り返し学習制御器３
１の稼働中に段階Ｓ６７では各々の毎ディスク回転時、
ヘッドが各セクターを通過するたび発生される位置エラ
ーに基づいて、位置エラー３σを算出し、その後既設定
されたσ以下であれば所望のトラック追従精密度が確保
されたと判断して繰り返し学習制御を中止することにな
り、段階Ｓ６８では、その学習制御動作により算出され
た位置エラー補償データをメモリ１３に貯蔵する。

【００６８】一方、前記段階Ｓ６７では位置エラー３σ
がα以上であれば再び学習が必要であるものと判断して
段階Ｓ６６に復帰した後、以後の段階、すなわち繰り返
し学習による位置エラー補償データを算出する。ここ
で、各々のヘッドに対しては段階Ｓ６４〜段階Ｓ６８の
過程を繰り返して行うようにして各ヘッドで互いに異な
る周期的なパターンをもって位置エラーに対処できるよ
うになる。

【００６９】また、選択された各トラック別に段階Ｓ６
５〜Ｓ６８の過程を繰り返し、ある一つのトラックでの
位置エラー補償値だけですべてのトラックの位置エラー
補償装置として使う場合に発生され得る位置エラーパタ
ーンに対して補完するようにする。このようにすると、
各ヘッド別に各トラックでの位置エラーに対して精度が
高い減衰が可能になる。

【００７０】図５に示したフローチャートを参照すれ
ば、段階Ｓ７１で記録、読出動作を行う目標ヘッド番号
と目標トラック番号情報を入力判断して段階Ｓ７２で目
標ヘッド番号と目標トラック番号またはその近傍のトラ
ックから図４に現れているフローチャートの過程により
学習された位置エラー補償データを読出す。続いて、段
階Ｓ７３では目標トラック番号と学習制御が行われたト
ラック番号が一致しない場合、目標トラック近傍で学習
された位置エラー補償データに基づいて、補間位置エラ
ー補償データを新しい位置エラー補償データとして用い
る。

【００７１】この場合、補間法は直線補間法（すなわ
ち、１次補間法）あるいは必要な場合高次補間法を用い
ることができる。

【００７２】段階Ｓ７４では各セクターごとに、すなわ
ち、毎サンプリングにしたがい、補間された位置エラー
補償データを実際の位置エラーデータを各セクター別に
１：１同期化を取って、合算した新しい位置エラーデー
タを算出し、段階Ｓ７５ではこの新しい位置エラーデー
タをトラック追従およびトラック探索時の位置エラーと
して用いて、トラック追従および探索動作をおこなう。
次いで、段階Ｓ７６では、トラック追従動作時ディスク
の毎回転または一定時間（たとえば、３０分）ごとに図
４の段階Ｓ６７過程と同じくトラック精密度が十分であ
るかを判別して、十分であると判断できれば、段階Ｓ７
７へ進行して該当位置エラー補償値を適用して周期的な
位置エラーを低減させるが、不十分であると判断すれ
ば、段階Ｓ７８を進行して図４の過程Ｓ６１の学習制御
の再初期化条件と見なして図４の過程を再び行うように
してシステムの安定性を確保する。

【００７３】

【発明の効果】前記のように、本発明によるとディスク
ドライブのヘッド位置制御システムで周期的および非周
期的に発生される位置エラーに対して繰り返し学習制御
方式を適用することによって安定性とトラック密度の向
上が計られて、ディスクの記録密度が向上される。

【００７４】また、学習制御の実時間実行過程とその実
行にしたがって得た位置エラー補償値を用いる過程を区
分してシステムの初期化段階または状況にしたがって学
習制御を行うことによって、学習に必要な時間によりシ
ステムの実際の記録、読出動作のために待機時間に影響
を無くすることができ、トラック探索時、位置エラー補
償データを用いてトラック探索途中に目標トラック位置
を正確に認知することが出来て定着時間の減少が可能に
なり、またトラック探索動作からトラック追従動作へよ
り迅速な切り替えが可能になる。

【００７５】また、学習制御方式の実行中に各ヘッド別
に選択された複数のトラックに対して学習を行い、その
繰り返し学習制御を完了後、位置エラー補償値の利用の
ときには目標ヘッドおよび目標トラックまたはその近傍
のトラック学習された位置エラー補償値をつかって補間
することによって新たに位置エラー補償値を形成するこ
とによって安定され、正確なトラック追従動作を確保で
きる。

【００７６】前述した本発明によるヘッド位置制御装置
および方法はハードディスク駆動装置またはカトリッジ
交換可能形ハードディスク繰り返し学習制御を用いたデ
ィスクドライブのヘッド位置制御装置と方法を提供す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による利得調整繰り返し学習制御を用い
たディスク駆動装置のヘッド位置制御装置に対するブロ
ック構成図である。

【図２】情報記憶ディスクに記録されたサーボ制御を図
式的に示した図面である。

【図３】図１に示された繰り返し学習制御を行う利得調
整繰り返し学習制御部の数学的モデルを示したブロック
図である。

【図４】本発明によるエラー補償データを更新する動作
を示したフローチャートである。

【図５】図４での繰り返し学習制御方法により求められ
た位置エラー補償値を用いたヘッド位置動作を説明する
フローチャートである。

【符号の説明】

１０ ディスクアセンブリ ２０ 位置エラー検出部 ３０ 位置エラー補償部 ３１ 繰り返し学習制御器 ３２ メモリ ３３ 補間器 ３５ ３σ算出器 ３６ 自動利得調整器 ５０ サーボ制御器

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多数のデータトラックを有するデータ記
   録媒体と、前記データ貯蔵媒体を回転させる駆動手段
   と、前記データ記録媒体へ記録しまたは前記記録媒体か
   らデータを読出すヘッドと、前記ヘッドを移動させるた
   めのヘッド駆動手段と、前記ヘッド駆動手段を制御し
   て、前記ヘッドを選択されたデータトラックの中心線上
   に保持させるヘッド位置制御手段とを備えるディスク駆
   動システムにおいて、前記ヘッド位置制御手段が、 前記記録媒体の回転中、前記データ記憶媒体の選択され
   たデータトラックの中心線とヘッドの半径方向の位置と
   のあいだの偏差である位置エラー信号を発生する位置エ
   ラー検出手段と、 前記各データトラックに対して、前記各位置エラー信号
   を入力して、前記各位置エラー周波数成分によって、適
   応的に利得調整された周期的な位置エラーを抽出し、前
   記各選択されたトラックに対応して、前記各トラックに
   対する位置エラー補償信号を発生する位置エラー補償信
   号発生手段と、 前記選択されたトラックに対して、前記位置エラー信号
   と前記位置エラー補償信号を入力して、補償された位置
   エラー信号を発生する手段と、 前記補償された位置エラー信号に応じて、前記ヘッド駆
   動手段を制御するための駆動制御信号を発生するサーボ
   制御手段とを備えるディスク駆動装置のヘッド位置制御
   装置。
2. 【請求項２】 前記位置エラー補償信号発生手段が、前
   記各トラックに対する位置エラ信号に応じて、各トラッ
   クに対する周期的な位置エラーを抽出し、抽出された周
   期的なエラーに対応する位置エラー補償値を発生する繰
   り返し学習制御手段と、 前記対応する各トラックに対する位置エラー信号の周波
   数成分に応じて、適応的に前記繰り返し学習制御手段の
   利得を調整する適応利得調整手段とを備える請求項１記
   載のディスク駆動装置のヘッド位置制御装置。
3. 【請求項３】 前記位置エラー補償信号発生手段が、前
   記繰り返し学習制御手段で各トラックに対する位置エラ
   ー信号を選択的に提供するスイッチ手段と、 前記位置エラー信号に応じて、前記位置エラー信号が既
   設定された基準値を超える場合だけ、前記位置エラー信
   号が繰り返し学習制御手段に提供されるように前記スイ
   ッチ手段を駆動するスイッチ駆動手段とを備える請求項
   ２記載のディスク駆動装置のヘッド位置制御装置。
4. 【請求項４】 前記記録媒体がＮ個のトラックを有し、
   前記繰り返し学習制御手段が既設定された数のトラック
   に対して前記位置エラー補償信号を発生し、前記位置エ
   ラー補償信号発生手段が、前記トラックの各位置エラー
   補償信号を前記該当トラックに対応して貯蔵し、トラッ
   クの選択に応じて記憶された該当トラックの位置エラー
   補償信号を出力する位置エラー補償信号貯蔵手段と、 前記既設定されたトラック以外のトラックが選択される
   場合、前記選択されたトラックのうち、最も近接する既
   設定されたトラックなどの位置エラー補償信号を補間し
   て、前記選択されたトラックの位置エラー補償信号を発
   生する補強手段を備える請求項３記載のディスク駆動装
   置のヘッド位置制御装置。