JPH08329633A - 加速度計の使用によるディスクドライブ上の外乱の除去方法 - Google Patents

加速度計の使用によるディスクドライブ上の外乱の除去方法

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JPH08329633A
JPH08329633A JP8072763A JP7276396A JPH08329633A JP H08329633 A JPH08329633 A JP H08329633A JP 8072763 A JP8072763 A JP 8072763A JP 7276396 A JP7276396 A JP 7276396A JP H08329633 A JPH08329633 A JP H08329633A
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disk
actuator
signal
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JP8072763A
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Daniel Y Abramovitch
ダニエル・ワイ・アブラモヴィッチ
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型ディスクドライブの衝撃及び振動耐性を
改善するための方法及び装置を提供すること 【解決手段】 衝撃及び振動を受けるディスク記録及び
／又は再生装置100に関する。トランスデューサのトラ
ック追従機能は、加速度反応センサによって増大する。
加速度反応センサ102は、ヘッドディスクアセンブリの
位置誤差信号のサンプリング周波数とは異なる周波数で
サンプリングされる。加速度反応センサの利得の変動は
リアルタイムで補償することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般に、ディスク
記録及び／又は再生システムにおける衝撃及び振動の除
去制御に関し、特に、衝撃及び振動の除去制御システム
の多数のサンプリング速度に関する装置及び制御に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】ディスク記録及び／又は再生システムに
おいて、ディスク上のトランスデューサの半径方向位置
を制御するサーボシステムの目的は、トランスデューサ
を予め選択されたトラックの中心上に維持することにあ
る。これは、ディスクファイルシステムでは、トランス
デューサがディスクの回転時にそのディスクの表面内の
トラックからの位置情報を読み出す際に行われている。
埋設式(embedded)またはセクタ式(sectored)サーボシス
テムの場合、その位置情報は、ディスクのトラック上の
所定の位置に配置されたセクタ間情報から得られる。そ
して、この位置情報は、位置誤差信号を生成するために
使用される。次いでその誤差信号が補償器を介してトラ
ンスデューサアクチュエータ用の駆動モータにフィード
バックされて、誤差を減少させる方向にトランスデュー
サが移動される。
【０００３】サーボシステムはフィードバックサーボル
ープ（ヘッドアクチュエータループ）を備えている。位
置誤差信号はヘッドアクチュエータループに連結されて
いる。外乱修正時のフィードバックサーボループの応答
時間が有限であるため、こうした外乱または変位を完全
に除去することは不可能である。並進外乱に対するロー
タリアクチュエータディスクドライブの感度を減ずるた
め、従来、平衡型(balanced)機械式アクチュエータが使
用されてきた。しかし、このアクチュエータは、データ
にアクセスするために（摩擦力の許す限り）自由に回動
しなければならないので、ディスク表面に対し垂直な軸
のまわりの回転による外乱の影響はかなりの大きなもの
となり得る。
【０００４】回転衝撃及び振動を検知するために回転加
速度計を使用することが提案されている。この回転加速
度計は、フィードフォワードコントローラとして使用可
能な信号を生成し、これによりディスクドライブは衝撃
及び振動に対してより強いものとなる。加速度計のフィ
ードフォワードアルゴリズムに関する膨大な数の論文が
存在するが、目下の加速度計の用途はディスクへのデー
タ書込みを中止させるためのしきい値検出器の役割に限
定されている。例えば、Hewlett Packard, HPKittyhawk
Personal Storage Modules Product Brief（1993年発
行）及び米国特許第5,235,472号などに記載されてい
る。より具体的には、加速度計は、しきい値レベルの衝
撃または振動を検出し、その衝撃または振動が所定量よ
りも大きい場合にディスクへの書込みを防止する。
【０００５】加速度計の信号を使用してディスクドライ
ブの外部衝撃及び振動を補償するという発想は新規のも
のではない。1977年に、Whiteは、磁気媒体に対する磁
気ヘッドの接触(slapping)の可能性を最小限にするため
に加速度計を使用する方式を提案した（米国特許第4,04
0,130号）。改良された機構及び高剛性の空気軸受は、
かかるシステムの必要性を最小限にしてきた。White
は、ディスクドライブ内に加速度計を使用する２つの態
様を提案した。その第１の態様は、単純な衝撃保護装置
としての加速度計の使用を提案するものである。加速度
計が十分に大きな衝撃を検出すると、磁気ヘッドは起こ
り得るヘッドクラッシュを避けるためにディスクから離
される。第２の態様は、制御ループ内での加速度計の使
用を提案するものである。ヘッドとディスクの間隔に対
する衝撃の影響は、加速度計信号を制御ループに送るこ
とにより能動的に最小化される。ヘッドの垂直方向位置
は、ドライブの内圧すなわち空気軸受の剛性を変えるこ
とにより、又は垂直方向で駆動アームにサーボモータを
使用することにより、制御することができる。
【０００６】さらに近年に至っては、シーク反作用トル
ク及び外部励起の両者による影響を最小化するための加
速度計の使用が、Davies及びSidmanによって研究されて
きた（D.B. Davies and M.D. Sidman, "Active compens
ation of shock, vibration,and wind-up disk drive
s," Advances in Information Storage Systems, Vol.
5, pp. 5-20, ASME Press, 1993）。彼らの結論は、両
者の外乱の影響がゼロとなるように加速度計の応答をフ
ィルタリングするためのフィルタを分析的に計算するこ
とを提案している。ある種の実践上の制約のもとに、彼
らは、実行可能な解決法を導きだした。しかし、彼らの
解決法は、使用される特定のドライブ及び加速度計のパ
ラメータ特性に関する知識を必要とするものである。こ
の解決法は、サーボ帯域内の加速度計の共振またはノイ
ズには言及していない。これは、グレードの高い高価な
加速度計が使用されたことを示すものであろう。彼ら
は、モデル化されていないヘッドディスクアセンブリ
（ＨＤＡ）の動力学がシステムを不安定化するのを防ぐ
ために、ローパスフィルタリングを使用して高周波数で
の加速度計ループの利得を制限している。これは、シス
テムの設計過程では未知であり又は無視されるＨＤＡ特
性を含み得るものである。
【０００７】ディスクドライブにおける主な実際上の問
題の１つは、製造コストの低減に向けての絶え間ない取
り組みである。低コストディスクの製造に、高価な研究
用のグレードの加速度計を使用するのは実際的ではな
い。Knowles及びHanksの研究（"Shock and vibration d
isturbance compensation system for disk drives,"欧
州特許出願第871065555.3号）では、位置誤差信号上の
並進衝撃による影響を最小化するために線形加速度計が
使用された。その加速度計はＨＤＡ上に直接取り付けら
れ、内部的及び外部的に生成された外乱を検知すること
ができるようになっている。しかし、各加速度計は、製
造中にドライブ内で較正しなければならず、その結果と
してドライブの製造コストが上がってしまう。さらに近
年になって、Hanksの研究（米国特許第5,299,075号）で
は、まだ動作中の加速度計の較正法が示されている。こ
れにより、一層高価でない加速度計を使用することが可
能となり、また製造時間が短縮される。
【０００８】小型ディスクドライブは、まだ大型ディス
クドライブの主な問題とはなっていない問題にいくつか
直面している。小型ディスクドライブは、本来、携帯用
途のために設計されている。可動環境において、ディス
クドライブは、従来のディスクドライブ環境で経験した
ものに比べて遥かに過酷な衝撃及び振動に耐えなければ
ならない。
【０００９】小型ディスクドライブは、情報の格納のた
めに使用できる表面積が一層小さいものである。データ
格納用のディスク表面積を確保するためにセクタ間位置
情報ロケーション（サーボバーストとしても知られてい
る）の数が削減される。したがって、ディスクの所与の
トラック上のセクタ間ロケーションの数が減少する。こ
のため、情報を格納するためのディスク空間は大きくな
るが、ヘッドアクチュエータループがヘッド位置修正情
報を受け取る速度が低下してしまう。一般には、ヘッド
アクチュエータループのサンプリング速度が低下するこ
とになる。サンプリング速度の低下によって閉ループ帯
域幅が制限されることが多く、その結果として、ドライ
ブの外乱回復能力に悪影響を及ぼす可能性がある。これ
により、ヘッドアクチュエータループが機械的衝撃及び
振動の影響を受けやすくなる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】携帯電子装置は一層広
く普及しつつある。こうした携帯電子装置の多くは、小
型のディスクドライブを必要とする。低いサーボループ
サンプリング速度で動作する一層小型のディスクドライ
ブシステムの需要の高まりと共に、より高性能の衝撃及
び振動修正システムも求められている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、ディスクドラ
イブの衝撃及び振動耐性を改善するものである。本発明
は、ディスクドライブにおける内部外乱及び外部外乱を
共に阻止するために少なくとも１つの加速度計を使用す
る。公称位置（ヘッドアクチュエータ）フィードバック
ループの限定されたサンプリング速度は、異なる速度で
加速度計信号正方向送りループをサンプリングすること
により上昇または低下される。換言すれば、加速度計出
力信号は、公称位置フィードバックループとは異なる
（通常は一層高い）速度でサンプリングすることができ
る。これは、衝撃及び振動修正帯域幅を広げることを可
能とし、これにより、加速度計応答フィルタリングの位
相のシフトが減少し、加速度計フィードフォワードルー
プの設計上の自由度が増大する。
【００１２】加速度計の非常に変動しやすい利得を補償
するために、加速度計フィルタ利得を適合させることが
できる。基本的には、加速度計フィルタの利得は、加速
度計の利得の変位を補償するように自動的に調整され
る。加速度計フィルタの利得のリアルタイムでの調整に
より、修正システムの回路部品におけるドリフトが補償
されることになる。この適合は、ディスクドライブが全
く加速を受けていない場合に適合を中止するしきい値方
式を含むことが可能である。したがって、ディスクドラ
イブが機械的衝撃または振動の影響を受けない場合に
は、この適合は自動的にオフにされる。これにより、主
としてノイズから成る加速度計信号に適合するように加
速度計フィルタが調整されることが防止される。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明は、図面と共に以下の詳細
な説明を参照することにより、一層深く理解されよう。
【００１４】図１は、回転による振動を受けている小型
ディスクドライブアセンブリ100の概念を示す説明図で
ある。加速度計102は、ヘッドディスクアセンブリ（Ｈ
ＤＡ）106の動きを検知できるように駆動ベースプレー
ト104上に取り付けられている。加速度計102の出力は、
サンプリングされ、ディジタル信号プロセッサ108によ
ってディジタル処理が行われる。ディジタル処理が行わ
れた加速度計出力信号は、アクチュエータアーム114の
位置決め制御に資するものとなる。加速度計102は、デ
ィスクドライブアセンブリ100のディスク112の平面内の
回転運動110を検知するようになっている。
【００１５】回転加速度計102は、アクチュエータアー
ム114上ではなく駆動ベースプレート104上に取り付けら
れており、加速度計102がディスクドライブのＨＤＡ106
の動きを検知できるようになっている。アクチュエータ
114は基本的にはＨＤＡ106から離れて浮いた状態になっ
ている。公称駆動フィードバックループは、アクチュエ
ータ114の端部に位置する読出し／書込みトランスデュ
ーサ（読出し／書込みヘッドとも呼ばれる）をディスク
112上の所望の位置上に位置決めする働きをする。以
下、トランスデューサ及びアクチュエータは１つのもの
とみなしてアクチュエータと呼ぶことにする。ＨＤＡ10
6がディスク112の平面内に回転的に衝突すると、アクチ
ュエータ114が慣性空間におけるその位置を保持して、
位置誤差が生じることになる。駆動フィードバックルー
プは、外乱の一部を除去して正しい位置を維持すること
ができる。しかし、フィードバックループ利得が十分に
大きくない場合には、大きな外乱は修正されないことに
なる。さらに、ループ帯域幅が限られているため、フィ
ードバックループの位相遅れ若しくは時間遅延によりド
ライブのキャンセル能力が減少することになる。しか
し、加速度計信号を適当な利得及び位相で駆動フィード
バックループ中に加算することにより、ディスクトラッ
クとアクチュエータ114上の読出し／書込みヘッドとの
間の位置誤差への外乱による影響を低減させることがで
きる。
【００１６】図２は、50〜500Hzの周波数範囲のランダ
ムな回転振動が加えられているディスクドライブアセン
ブリについての実際の実験結果を示したものである。図
２(a)は、ディスクドライブが外部の揺れを全く受けて
いない場合の位置誤差信号（ＰＥＳ）を示している。図
２(b)は、ディスクドライブが振動を受けている場合の
ＰＥＳを示している。振動は、50〜500Hzの間で変化す
る周波数成分を有し、また86.5ラジアン／秒-秒の振動
振幅を有している。破線202は、ヘッドがトラックを外
れたと考えられ及び全てのデータ書込みを中止しなけれ
ばならないＰＥＳの信号レベルを表している。振動は、
明らかにドライブのＰＥＳに大きな影響を及ぼしてい
る。
【００１７】図３は、本発明のディスクドライブ制御ル
ープを示すブロック図である。本発明の目的は、低コス
ト回転加速度計を使用してディスクドライブ制御ループ
への回転衝撃及び振動の影響を大幅に低減させる方法を
決定することにある。加速度計302は、ディスクドライ
ブの電気機械システム304の回転振動を検出する。加速
度計302の出力信号は加速度計フィルタ306によってフィ
ルタリングされ、そのフィルタリング後の信号は加速度
計フィルタ利得ブロック308によって修正される。フィ
ルタ利得ブロック308の出力は、ループ加算器310におい
てアクチュエータ制御ループ中に加算される。加算器31
0の出力は、電気機械システム304のアクチュエータを駆
動する。ディスクドライブの電気機械システム304は、
ディスク上のトラックの中心からアクチュエータの端部
の読出し／書込みヘッドまでの距離を決定する。この距
離が加算器312において目的位置から減算されて実際の
位置誤差信号が与えられる。電気機械システムブロック
304は、システムの全ての可動部品及び多くの電気部品
を表している。一般に、電気機械式システムブロック30
4からは多くの信号を抽出することができ、それらにつ
いて一層詳細な説明を行うことが可能である。しかし、
本明細書での目的に関しては、電気機械システムブロッ
ク304は、２つの信号だけを発するブラックボックスと
みなすことができる。その第１の信号は、ヘッド位置−
ディスク位置信号である。これは、上述のように位置誤
差信号（ＰＥＳ）を生成するために使用される。第２の
信号は、ヘッドディスクアセンブリ全体の回転加速度で
ある。この加速度は、回転加速度計302により検出され
る。位置誤差信号は公称補償器314で補償される。公称
補償器314の出力は、ループ加算器でフィルタ利得ブロ
ックの出力と加算される。
【００１８】本発明を実施するために、幾つかの問題を
解決しなければならなかった。第１に、加速度計は自己
共振を有しており、この自己共振は、加速度計の出力の
信号周波数応答の帯域幅を制限するものである。第２
に、ディスクの位置情報は、ユーザデータとインタリー
ブされる。ディスクドライブは、物理的に小さいもので
あり、ユーザデータ用のディスク空間を確保するために
位置情報ロケーションの数を減少させる必要がある。そ
の結果として、位置情報のサンプリング速度が比較的遅
くなる（典型的なサンプリング速度は3717Hzである）。
最後に、本発明の低コストの加速度計は、ユニット間で
±50％の大きな利得変動を有している。
【００１９】図４は、低コストの回転加速度計を示す斜
視図である。この加速度計400は、２つの別個の圧電部
材406,408が接着された金属ビーム404を有している。こ
のビーム404は、ディスク平面に垂直な支持ポスト402に
取り付けられている。従って、ビーム404はディスク平
面内でたわむことになる。圧電部406,408は導電パッド4
10,412をそれぞれ備えている。ビームのたわみは、配線
414,416が接続された各パッド410,412に電圧を発生さ
せ、これにより出力信号が生成される。この出力信号が
差動的に検知されて、並進運動に対する個々の応答がキ
ャンセルされる一方、回転運動中の出力信号がブースト
される。図５は、加速度計400の平面図である。矢印41
8,420,422は、結果として生じる加速度に対応する出力
信号を誘起させることになる加速度計上の力を示してい
る。
【００２０】加速度計の周波数応答は、加速度計ビーム
の第１の曲がりモードによって制限される。ビームの共
振による影響は、加速度計応答をフィルタリングするこ
とにより最小限にすることができる。しかし、このため
に必要なフィルタを位置情報の低サンプリング速度（37
17Hz）で設計することは困難である。問題は、位置情報
の低サンプリング速度で動作するほとんどのフィルタ設
計は大きな位相遅れを生じさせるものである、というこ
とである。位相遅れの最小化は、適当な利得設定を有す
ることと同様に重要である、ということが実験により確
認されている。
【００２１】ヘッド位置検知のサンプリング速度は、デ
ィスク上の位置情報ロケーションの数によって制限され
る。しかし、加速度計のサンプリング速度には物理的な
制限は全くない。従って、多速度サンプリング方式を使
用することができる。図６に示すように、加速度計信号
は、位置誤差信号がサンプリングされたとき（符号502
参照）及びその間の幾つかの瞬間（符号504参照）にサ
ンプリングされる。加速度計の追加サンプリング速度
は、ディスク表面のまわりに配置しなければならない位
置サンプルの数に悪影響を及ぼさないという意味で、ド
ライブにいかなるオーバーヘッドも加えることはない。
しかし、追加サンプル504により、加速度計応答のフィ
ルタリングの設計上の容易さ及び柔軟性が増すことにな
る。
【００２２】ディスクドライブの多速度サンプリングの
利点は、以下の例を通して論証することができる。3717
Hzのヘッド位置サンプリング速度を備えるディスクドラ
イブの場合、加速度計は、駆動ベースプレート上に取り
付けられ、公称（位置）サンプリング速度の４倍の速度
でサンプリングされる。加速度計のサンプリング速度が
高いため、フィルタリングの改善が可能となり、これに
より結合応答の帯域幅が2105Hzから2410Hzに広がる（−
３dB点で測定した場合）。フィルタリングの位相シフト
は300Hzで−30.80°から−23.77°に減少される。全体
的に、加速度計のサンプリング速度が高くなると、設計
上の自由度が増すことになる。
【００２３】図７(a)は、加速度計信号がヘッド位置サ
ンプリング速度（3717Hz）と等しい速度でサンプリング
される場合の加速度計信号及び幾つかのフィルタリング
信号の振幅の周波数応答を示すものである。図７(b)
は、加速度計信号がヘッド位置サンプリング速度（3717
Hz）と等しい速度でサンプリングされる場合の加速度計
信号及びフィルタリング信号の位相の周波数応答を示す
ものである。曲線602,604は加速度計の周波数応答を表
している。曲線606,608はフィルタの周波数応答を表し
ている。曲線610,612は結合周波数応答を表している。
垂直実線614はナイキスト周波数1858.5Hzが位置する場
所を示している。図８は、加速度計信号がヘッド位置サ
ンプリング速度（14,868Hz）の４倍の速度でサンプリン
グされる場合の加速度計信号及びフィルタリング信号の
周波数応答を示している。曲線702,704は加速度計の周
波数応答を表している。曲線706,708はフィルタの周波
数応答を表している。曲線710,712は結合周波数応答を
表している。垂直実線714はナイキスト周波数7434Hzが
位置する場所を示している。加速度計応答信号の信号処
理は、加速度計共振を減衰させるノッチフィルタと、ナ
イキスト周波数を越える利得をなだらかに減衰させる(r
oll off)ローパスフィルタと、100〜600Hzの範囲内の位
相遅れのいくつかを回復させるための位相進みとを用い
た信号のフィルタリングを含む。設計上の柔軟性が増す
ため、より高い加速度計サンプリング速度でのフィルタ
の設計は極めて良好なものとなる。フィルタサンプリン
グ速度の増加によってディジタルフィルタの特性を改善
することに関する概念は、ディジタル信号処理の分野で
は深く理解されよう。本明細書で示したものよりさらに
良好にフィルタリングされた加速度計応答も可能であろ
う。図７及び図８を比較すると、図８の多速度フィルタ
は、結合応答に関して一層幅広い可用帯域をもたらし、
図７の単一速度フィルタよりも位相遅れが小さい、とい
うことに留意されたい。
【００２４】位置誤差信号への外部外乱による影響の周
波数応答関数の比較を図９のグラフに示す。このグラフ
は、４つの異なる構成に関するＨＤＡの振動の抑制を示
している。４つの応答は全て、同一の振動源から生成さ
れたものである。各曲線は、ＰＥＳとＨＤＡに対する振
動外乱との比の周波数応答を表している。従って、ＰＥ
Ｓへの振動周波数による影響が大きくなるにつれて、グ
ラフ上の曲線の振幅も大きくなる。逆に、外部振動の抑
制が大きくなるにつれて、図９のグラフ上の曲線の振幅
が小さくなる。曲線802（太実線）は、加速度計からの
フィードフォワード信号がない場合の「ＰＥＳ／振動外
乱」の振幅を示している。曲線804（細実線）は、加速
度計信号がＰＥＳと等しい速度でサンプリングされる加
速度計からのフィードフォワード信号が使用される場合
の「ＰＥＳ／振動外乱」を示している。曲線806（太破
線）は、加速度計信号がＰＥＳの速度の４倍の速度でサ
ンプリングされる場合の「ＰＥＳ／振動外乱」を示して
いる。最後に、曲線808（細破線）は、市販グレードの
加速度計に代えて研究用グレードの加速度計を使用して
加速度計信号を生成し、その加速度計信号がＰＥＳの速
度の４倍の速度でサンプリングされる場合の、ＨＤＡの
「ＰＥＳ／振動外乱」を示している。
【００２５】多速度ＨＤＡ位置修正の実施は概念的には
困難ではない。図１０は、多速度ＨＤＡ位置決めシステ
ムの概要を示すブロック図である。同ブロック図は、Ｐ
ＥＳ902が速度１／Ｔでサンプリングされ、加速度計出
力信号（ＡＣＣ）904が速度Ｍ／Ｔでサンプリングされ
るという事実を示している。Ｍは一般には整数を表す
が、ＡＣＣサンプリング速度がＰＥＳサンプリング速度
よりも小さいことも可能である。多速度制御システム90
6は、ヘッドアクチュエータへの駆動信号908を決定す
る。一般に、出力駆動信号908は、速度Ｍ／Ｔのディジ
タル信号出力となる。
【００２６】図１１に示すように、ＰＥＳ1002及びＡＣ
Ｃ1004のフィルタリングは、別個に設計することができ
る。この簡単な手順は、ＰＥＳ1002及びＡＣＣ1004間の
関係を完全に利用できない可能性もあるが、ディジタル
信号プロセッサ（ＤＳＰ）に関するプログラムにとって
は非常に有効でありまた簡単明瞭なものとなる。図１１
に示す構造では、公称ＰＥＳループは、ディスクセクタ
情報によってクロックされる。加速度計ループは、ディ
スクセクタ及びセクタ間サンプル用の追加クロックの両
方によってクロックされる。この場合、ＰＥＳ1002は速
度１／Ｔでサンプラ1006によってサンプリングされ、Ａ
ＣＣ1004は速度Ｍ／Ｔでサンプラ1008によってサンプリ
ングされる。ＰＥＳ1002の公称補償器1010及びＰＥＳ10
02の公称補償器利得1012は、ＡＣＣ1004のフィードフォ
ワードフィルタ1014及びＡＣＣ1004の利得1016とは独立
したものとなる。ＰＥＳ1002及びＡＣＣ1004の両方の処
理応答が結合されて（符号1018）、（Ｄ／Ａ変換器を介
して）アクチュエータの制御入力に送られる信号が決定
される。
【００２７】最後に、±50％の利得変動を有する低グレ
ード加速度計を使用する場合の問題について対処を行っ
た。加速度計フィルタ利得は、加速度計利得の可変性を
補償するように適合させることができる。これは、この
特定の加速度計の場合に可能となる。その理由は、加速
度計の利得が可変であるという事実にもかかわらず、加
速度計の周波数応答特性は各ユニット間で一貫している
ことにある。これは、加速度計の補償に非常に役立つ。
加速度計の可変利得特性のみが補償されればよいからで
ある。したがって、単一のフィルタ設計を全ての加速度
計に使用することができ、適合させる必要があるのは利
得だけである。図１１では、利得ＫACCが適合される一
方、加速度計補償器ＣACCは一定を維持することができ
る。
【００２８】適合化を実施する方法は２つある。第１の
方法は、加速度応答全体を識別することである。処理に
使用できる信号は、ＰＥＳ、加速度計信号（ＡＣＣ）、
及び処理後のＰＥＳと処理後のＡＣＣとを結合させたも
のを表す信号である。従って、この方法は、ＰＥＳ信号
及び補償器出力からのヘッドディスクアセンブリ（ＨＤ
Ａ）の加速度の概算を必要とする。次いでこれを使用し
て既測定ＡＣＣ信号で誤差信号を形成することができ、
従って、加速度計を適合させることができる。本手法の
主な問題点は、ＨＤＡの加速度の概算に２次導関数の評
価または概算が必要となる点にある。この手法では、ノ
イズ感度に関する問題を解決する必要が生じることが多
い。
【００２９】遥かに簡単な方法としては、システムの要
件の理解を含むものがある。実際に所望されることは、
ＰＥＳからＨＤＡ加速度による影響を除去することであ
る。B.Widrow及びM.E.Hoff,Jr.によって最初に論じられ
（"Adaptive switching circuits"(IRE WESCON Conv. R
ec., pt.4, pp.96-104, 1960)、B. Widrow及びS.D. Ste
arnsによって補足された（Adaptive Signal Processin
g. Englewood Cliffs,NJ:Prentice-Hall, 1985）定評あ
るWidrow-Hoff最小平均２乗（ＬＭＳ:least means squa
red）アルゴリズムは、本質的には信号の相互関係を解
除するものであり、或る信号から他の信号への影響を除
去するために使用することができる。本発明の一実施例
は、利得を適合させることができる値に上限及び下限を
設定するアルゴリズムを含むことにより上記方法を拡張
したものとなる。例えば、利得ＫACCは、何らかの平均
又は基準値の±50％内におさまるように拘束することが
できる。本発明はまた、加速度計信号が指定レベルより
も大きい場合にのみ利得が適合されることを確実化する
論理も含んでおり、これにより、ノイズを主とする信号
に上記アルゴリズムが適合しないことが確実となる。こ
の状況は、加速度計が加速を全く受けておらず加速度計
出力信号がノイズである場合に生じる。この方法は、簡
単で効果的なものとなるように実験的に決定された。
【００３０】本発明のこのＬＭＳアルゴリズムは、次の
１つの式を有するものとなる。
【００３１】Ｗk+1＝Ｗk＋２μεkＸk ここで、εkはＰＥＳ（位置誤差信号）、ＸkはＡＣＣ
（加速度計信号）、ＷkはＫACC（時刻ｋにおけるも
の）、Ｗk+1はＫACC（時刻ｋ＋１におけるもの）、及び
μは適合利得（即ち、適合の速度を決定する倍率）であ
る。
【００３２】図１２は、適合化を簡略化して示すブロッ
ク図である。加速度計信号は、補償ループのループ利得
のフィルタリング及び変更を行うフィルタ利得部1102に
入力される。フィルタ利得1102の出力は、ディスクドラ
イブ制御ループに加算されて、アクチュエータ、ひいて
はディスク位置に対するトランスデューサの位置決めの
決定に資するものとなる。ループフィルタ、補償器、及
び電気機械システムを含むディスクドライブ制御ループ
は、ブラックボックス1104で表されている。アクチュエ
ータ位置の信号表示は、比較器1106において目標アクチ
ュエータ位置と比較される。最後に、その比較器1106に
よって生成された位置誤差信号が、フィルタ利得1102の
制御に使用される。この図１２の簡略化された適合化の
ブロック図に関し、上記ＬＭＳの式は次のように修正す
ることができる。
【００３３】 （Gain)k+1＝（Gain)k＋２μ(Error)k（ACC)k ここで、ＡＣＣは未較正の加速度計から送られた信号で
ある。このアルゴリズムは非常に簡単なものであり、こ
のため、ＬＭＳをＤＳＰにプログラムするために６個の
命令しか必要としない。利得の上限及び下限を制限する
ために更に４つの命令が必要となる。最後に、システム
が何らかの加速度を受ける場合にのみ適合が可能となる
ように６つの命令によるしきい値ルーチンを含む必要が
ある。従って、効果的で強靱な適合アルゴリズムは、僅
か16のＤＳＰ命令で実施することができる。この適合方
式は簡単で効果的なものである。従って、これをディス
クドライブＤＳＰ上で実施することは極めて合理的であ
る。
【００３４】図１３は、本発明のアルゴリズムの有効な
結果を示すグラフである。同グラフは、ディスクが、5
7.7ラジアン／秒-秒rmsのレベルで50〜150Hzのランダム
な回転振動の外乱を受けた場合における0.50秒間に渡る
ＰＥＳの変化を示している。図１３(a)は、フィルタ利
得がゼロに設定されている場合のＰＥＳ応答を示してい
る。図１３(b)は、加速度計フィルタ利得の適合中のＰ
ＥＳを示している。図１３(c)は、加速度計フィルタ利
得が既に適合されている場合のＰＥＳを示している。Ｐ
ＥＳは、図１３(c)に示すように、加速度計フィルタ利
得の適合により大幅に減少している。
【００３５】上述のように、本発明の適合方式にはしき
い値ルーチンが使用される。特定の最小レベルに関して
ＡＣＣ信号の振幅を検査するかなり簡単なルーチンは、
加速度計フィルタ利得がその「収束」値からドリフトし
ないよう維持するのに十分なものであることが確認され
ている。フィルタ利得の「収束」値は、所定の時間に渡
って一連の回転衝撃が生じた際に適合アルゴリズムがフ
ィルタ利得に設定する値である。しきい値ルーチンは本
質的には、ディスクドライブに対する回転衝撃の発生中
に加速度計のフィードフォワードループのパラメータが
ドリフトしないように維持するものである。このしきい
値機構が存在しない場合には、回転衝撃を受けていない
長時間にわたり、加速度計の利得がその加速度計の出力
に現れる信号ノイズに適合されることになる。この状況
が発生した場合には、加速度計フィルタ利得は、ディス
クドライブが回転衝撃を受けた際にＰＥＳがひどい影響
を被るような点まで離調(detune)する可能性がある。
【００３６】以上、ディスクドライブの加速度が加速度
計によって検出されるものについて本発明を説明してき
た。しかし、加速度の関数を検出するセンサであればあ
らゆるものを使用することができる。例えば、速度また
は加速度の変化を検出する装置を使用することが可能で
ある。
【００３７】本発明の上記説明は、主として回転加速度
計に焦点を合わせて行った。しかし、本発明の原理は、
線形加速度計及び線形アクチュエータに使用することが
可能である。
【００３８】以下においては、本発明の種々の構成要件
の組み合わせからなる例示的な実施態様を示す。
【００３９】１．ディスク記録／再生装置であって、そ
のディスク記録／再生装置に回転可能に取り付けられ
る、記録トラックを含む表面を有するディスクと、トラ
ックに対するトランスデューサの位置の出力を生成す
る、前記表面に接続されたトランスデューサと、そのト
ランスデューサをトラックに対して異なる半径方向位置
に移動させる、前記トランスデューサに接続された可動
アクチュエータと、記録トラックに対する前記トランス
デューサの位置を維持するように前記可動アクチュエー
タを制御するために前記トランスデューサの出力を第１
の周波数で受信しサンプリングするアクチュエータ制御
装置と、このディスク記録／再生装置の加速度に応じた
出力を有するセンサと、このディスク記録／再生装置が
加速されている際に前記記録トラックに対する前記トラ
ンスデューサの位置の更なる維持を行うように前記可動
アクチュエータを付加的に制御するために前記センサの
出力を第２の周波数で受信しサンプリングする加速度制
御装置とを備えていることを特徴とする、ディスク記録
／再生装置。
【００４０】２．前記センサが加速度計である、請求項
１に記載のディスク記録／再生装置。
【００４１】３．前記可動アクチュエータを付加的に制
御する複数のセンサ及び複数の加速度制御装置を更に備
えている、請求項１に記載のディスク記録／再生装置。
【００４２】４．前記複数の加速度制御装置が複数のサ
ンプリング周波数で前記複数のセンサのサンプリングを
行う、請求項３に記載のディスク記録／再生装置。
【００４３】５．前記センサが加速度計である、請求項
４に記載のディスク記録／再生装置。
【００４４】６．前記加速度制御装置により受信される
前に前記センサの出力のフィルタリング及び適合化を行
う加速度計信号プロセッサを更に備えている、請求項１
に記載のディスク記録／再生装置。
【００４５】７．前記センサの出力の関数が所定値を下
回るときを決定して前記加速度計信号プロセッサによる
適合化を中止させるためのしきい値検出器を更に備えて
いる、請求項６に記載のディスク記録／再生装置。
【００４６】８．前記複数の加速度制御装置により受信
される前に前記センサの出力のフィルタリング及び適合
化を行う複数の加速度計信号プロセッサを更に備えてい
る、請求項４に記載のディスク記録／再生装置。
【００４７】９．ディスク記録／再生装置における記録
トラックに対するトランスデューサの位置を維持するた
めの方法であって、前記ディスク記録／再生装置が、記
録トラックを含む表面を有する回転可能に取り付けられ
たディスクと、前記トラックの位置に関する出力を生成
するために前記表面に接続されたトランスデューサと、
そのトランスデューサを前記記録トラックに対して異な
る半径方向位置に移動させるために前記トランスデュー
サに接続された可動アクチュエータと、このディスク記
録／再生装置の加速度に応じた出力を有するセンサとを
備えたものであり、前記方法が、 ａ．前記トランスデューサの出力を第１の周波数でサン
プリングし、そのサンプリングされた出力をアクチュエ
ータ制御装置で処理して、前記記録トラックに対する前
記トランスデューサの位置を維持するように前記可動ア
クチュエータを制御し、 ｂ．前記センサの出力を第２の周波数でサンプリング
し、そのサンプリングされた出力を加速度制御装置によ
り処理して、前記記録トラックに対する前記トランスデ
ューサ位置の更なる維持を行うように前記可動アクチュ
エータの付加的な制御を行う、という各ステップを有す
ることを特徴とする、前記方法。
【００４８】１０．ｃ．複数のセンサの出力を複数のサ
ンプリング周波数でサンプリングし、そのサンプリング
された複数の出力を複数の加速度制御装置により処理し
て、前記記録トラックに対する前記トランスデューサの
位置の更なる維持を行うように前記可動アクチュエータ
の付加的な制御を行う、というステップを更に有してい
る、請求項９に記載の方法。
【図面の簡単な説明】
【図１】回転して振動している小型ディスクドライブを
示す説明図である。
【図２】(a)は外部振動のないディスクドライブの位置
誤差信号、(b)は外部振動のあるディスクドライブの位
置誤差信号を示すグラフである。
【図３】フィードフォワードキャンセルを示すブロック
図である。
【図４】低コストの加速度計を示す斜視図である。
【図５】低コストの加速度計を示す平面図である。
【図６】追加加速度計サンプルの時間領域表現を示す説
明図である。
【図７】(a),(b)は、セクタ式サーボと同じ速度で加速
度計出力がサンプリングされる加速度計システムの周波
数応答及び位相応答を示すグラフである。
【図８】(a),(b)は、セクタ式サーボの４倍の速度で加
速度計出力がサンプリングされる加速度計システムの周
波数応答及び位相応答を示すグラフである。
【図９】外部外乱の周波数応答関数をＰＥＳと比較する
グラフである。
【図１０】補償構造の概要を示すブロック図である。
【図１１】ＨＤＡ位置誤差信号及び加速度計応答が別々
にフィルタリングされる補償構造を示すブロック図であ
る。
【図１２】適合化を簡素化して示すブロック図である。
【図１３】(a),(b),(c)は、加速度計フィルタ利得が適
合化の異なる段階にあるＰＥＳを示すグラフである。
【符号の説明】
302 回転加速度計 304 電気機械システム 306 加速度計フィルタ 308 フィルタ利得ブロック 310 ループ加算器 314 公称補償器

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ディスク記録／再生装置であって、 そのディスク記録／再生装置に回転可能に取り付けられ
    る、記録トラックを含む表面を有するディスクと、 トラックに対するトランスデューサの位置の出力を生成
    する、前記表面に接続されたトランスデューサと、 そのトランスデューサをトラックに対して異なる半径方
    向位置に移動させる、前記トランスデューサに接続され
    た可動アクチュエータと、 記録トラックに対する前記トランスデューサの位置を維
    持するように前記可動アクチュエータを制御するために
    前記トランスデューサの出力を第１の周波数で受信しサ
    ンプリングするアクチュエータ制御装置と、 このディスク記録／再生装置の加速度に応じた出力を有
    するセンサと、 このディスク記録／再生装置が加速されている際に前記
    記録トラックに対する前記トランスデューサの位置の更
    なる維持を行うように前記可動アクチュエータを付加的
    に制御するために前記センサの出力を第２の周波数で受
    信しサンプリングする加速度制御装置とを備えているこ
    とを特徴とする、ディスク記録／再生装置。
JP8072763A 1995-03-27 1996-03-27 加速度計の使用によるディスクドライブ上の外乱の除去方法 Pending JPH08329633A (ja)

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