頭定位控制方法、頭定位控制裝置和盤裝置的製作方法

2023-12-11 16:55:47

專利名稱：頭定位控制方法、頭定位控制裝置和盤裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種盤裝置的頭定位控制方法、頭定位控制裝置和盤裝置，更具體地，涉及一種抑制由外部振動而引起的位置移動的頭定位控制方法、頭定位控制裝置和盤裝置。
背景技術：
對諸如磁碟裝置或光碟裝置的盤裝置而言，將頭精確地定位在目標軌道上以提高記錄密度是很重要的。
對於該定位控制，已提出了使用偏心估計觀測器的偏心校正方法來處理盤的偏心(例如，日本專利申請特開平7-50075和特開2000-21104)。
這種偏心估計觀測器使用狀態估計增益A、B、C、F和L，根據實際位置誤差和估計的位置誤差之間的誤差來計算致動器的控制值，並且計算下一採樣的狀態質量(位置、速度、偏離值、偏心度)。
這裡，估計的增益L包括估計的位置增益L1、估計的速度增益L2、估計的偏離增益L3以及估計的偏心度增益L4和L5。L1、L2和L3表示控制器自身的特徵，而L4和L5表示對作為周期性擾動的偏心度的響應特徵。
通過使用這種觀測器，有望進行定位控制以跟隨(follow up)偏心度分量之外的外部振動。換言之，由於盤裝置的記錄密度增大，所以變得難以忽視外部振動對頭的定位精度的影響。此外，隨著盤裝置的使用的擴展，現在還將盤裝置安裝在諸如可攜式終端、可攜式電話和可攜式AV(音頻/視覺)設備的行動裝置上，因此還需要適應寬範圍的擾動頻率。
通過使用現有技術增加估計的增益，可以提高對擾動的跟隨性能，但是在此情況下，擾動抑制範圍的寬度必須變寬。然而，如果擾動抑制範圍的寬度變寬，則控制器的擾動模型和原始模型彼此幹擾，從而改變控制特徵。

發明內容
考慮到以上情況，本發明的一個目的是提供一種頭定位控制方法、頭定位控制裝置和盤裝置，用於適應寬範圍的擾動頻率而不影響觀測器的控制特性。
本發明的另一目的是提供一種頭定位控制方法、頭定位控制裝置和盤裝置，用於通過適應寬範圍的擾動頻率而不影響觀測器的控制特性而防止頭的振動。
本發明的另一目的是提供一種頭定位控制方法、頭定位控制裝置和盤裝置，通過適應寬範圍的擾動頻率而不影響觀測器的控制特性而提高頭的跟隨性能。
本發明的另一目的是提供一種頭定位控制方法、頭定位控制裝置和盤裝置，通過適應寬範圍的擾動頻率而不影響觀測器的控制特性而改進頭的讀/寫特性。
本發明提供了一種用於控制致動器使其將頭定位在盤存儲介質的預定位置上的頭定位控制方法，具有以下步驟根據頭的目標位置和從頭獲取的當前位置來計算位置誤差；通過包括致動器模型和擾動模型的擾動觀測器控制，根據位置誤差和觀測器的估計的位置之間的估計的位置誤差，使用致動器的估計的增益和擾動的估計的增益，來產生狀態信息，並根據所述狀態信息，計算致動器的控制值；以及根據估計的位置誤差來估計擾動頻率，並根據擾動頻率來改變致動器的估計的增益和擾動的估計的增益。
此外，本發明提供一種盤裝置，具有頭，至少用於讀取盤存儲介質上的數據；致動器，用於將頭定位在盤存儲介質的預定位置上；和控制單元，用於根據頭的目標位置和從頭獲取的當前位置來計算估計的位置誤差，通過包括致動器模型和擾動模型的擾動觀測器控制，根據位置誤差和觀測器的估計的位置之間的估計的位置誤差，使用的致動器的估計的增益和擾動的估計的增益，來產生狀態信息，並根據狀態信息來計算致動器的控制值。所述控制單元根據估計的位置誤差來估計擾動頻率，並與擾動頻率相對應地改變致動器的估計的增益和擾動的估計的增益。
此外，本發明提供一種頭定位控制裝置，用於控制致動器使其將頭定位在盤存儲介質的預定位置上，所述頭至少用於讀取所述盤存儲介質的數據，該頭定位控制裝置具有處理單元，用於根據頭的目標位置和從頭獲取的當前位置來計算位置誤差，通過包括致動器模型和擾動模型的擾動觀測器控制，根據位置誤差和觀測器的估計的位置之間的估計的位置誤差，使用致動器的估計的增益和擾動的估計的增益，來產生狀態信息，並根據狀態信息來計算致動器的控制值；和擾動估計單元，用於根據估計的位置誤差來估計擾動頻率，並與擾動頻率相對應地改變致動器的估計的增益和擾動的估計的增益。
在本發明中，優選地，所述改變步驟具有以下步驟根據所述估計的位置誤差，基於估計的擾動分量，通過自適應控制來估計所述擾動頻率；以及與所述估計的擾動頻率相對應地改變所述致動器的估計的增益和所述擾動的估計的增益。
此外，在本發明中，優選地，所述估計步驟具有這樣的步驟根據所述位置誤差，通過對所述估計的擾動分量進行積分，來估計所述擾動頻率。
此外，在本發明中，優選地，所述計算步驟具有以下步驟根據所述估計的位置誤差，依據位置的估計的增益和速度的估計的增益來計算估計的位置和估計的速度；以及根據所述估計的位置誤差，依據所述擾動的估計的增益來計算估計的擾動值。
此外，在本發明中，優選地，所述計算步驟還具有這樣的步驟通過其中所述致動器模型和擾動模型相分離的擾動觀測器控制，根據所述位置誤差和所述觀測器的估計的位置之間的估計的位置誤差，使用所述致動器的估計的增益和所述擾動的估計的增益，來產生狀態信息，並根據所述狀態信息來計算所述致動器的控制值。
此外，在本發明中，優選地，所述計算步驟還具有以下步驟通過所述致動器模型的觀測器控制，根據所述位置誤差和所述觀測器的估計的位置之間的估計的位置誤差，使用致動器的估計的增益，來產生狀態信息，並根據所述狀態信息來計算所述致動器的控制值；通過與所述致動器模型相分離的所述擾動模型的觀測器控制，根據所述估計的位置誤差，使用所述擾動的估計的增益，來產生狀態信息，並根據所述狀態信息來計算擾動抑制值；以及根據所述控制值和所述擾動抑制值來計算所述致動器的控制值。
此外，在本發明中，優選地，所述估計步驟還具有這樣的步驟根據所述位置誤差，通過對所述估計的擾動分量進行積分和重積分，來估計所述擾動頻率。
此外，在本發明中，優選地，所述計算擾動抑制值的步驟還具有這樣的步驟通過自適應擾動頻率彼此不同的所述擾動的多個模型的觀測器控制，根據所述估計的位置誤差，使用所述擾動的估計的增益，來產生狀態信息，並根據所述狀態信息來計算所述擾動抑制值。
當通過包括致動器模型和擾動模型的擾動觀測器控制，根據估計的位置誤差，使用致動器的估計的增益和擾動的估計的增益來計算致動器的控制值時，根據估計的位置誤差來估計擾動頻率，並且與所述擾動頻率相對應地改變致動器的估計的增益和擾動的估計的增益，因此可以實現根據擾動頻率的適當的觀測器控制。


圖1是描述了根據本發明實施例的盤裝置的框圖；圖2是描述了圖1中的盤的位置信號的圖；圖3是描述了圖2中的位置信號的細節的圖；圖4是描述了圖1中的尋道操作的圖；圖5是描述了根據本發明實施例的擾動觀測器控制系統的框圖；圖6是圖5中的估計的增益表；圖7是描述了圖6中的估計的增益L1和L2的特性圖；圖8是描述了圖6中的估計的增益L3、L4和L5的特性圖；圖9是描述了圖6中的估計的增益a11、a12、a21和a22的特性圖；
圖10是圖5的靈敏度函數的特性圖；圖11是描述了圖5中的結構的擾動跟隨特性的仿真結果的圖；圖12是描述了根據本發明另一實施例的擾動觀測器控制系統的框圖；圖13是描述了根據本發明另一實施例的擾動觀測器控制系統的框圖；圖14示出了圖13中的估計的增益表的結構；圖15是描述了在第一擾動頻率下圖14中的估計的增益L1-L7的特性圖；圖16是描述了在第二擾動頻率下圖14中的估計的增益L1-L7的特性圖；圖17是描述了根據本發明另一實施例的擾動觀測器控制系統的框圖；圖18是描述了圖17中的二次近似表達式的圖；以及圖19是描述了圖17中的三次近似表達式的圖。
具體實施例方式
現在將按照盤裝置、擾動觀測器的第一實施例、第二實施例、第三實施例、第四實施例和其他實施例的順序描述本發明的實施例，但是本發明不限於這些實施例。
盤裝置圖1是描述根據本發明實施例的盤裝置的框圖，圖2是描述圖1中的磁碟的位置信號的排列的圖；圖3是描述圖1和圖2中的磁碟的位置信號的圖，圖4是描述圖1中的頭定位控制的圖。
圖1示出了作為盤裝置的磁碟裝置。如圖1所示，作為磁存儲介質的磁碟4安裝在主軸馬達5的轉動軸2處。主軸馬達5使磁碟4轉動。致動器(VCM)1具有在末梢處的磁頭3，並使磁頭3沿磁碟4的半徑方向移動。
致動器1包括以轉動軸為中心而轉動的音圈馬達(VCM)。在圖1中，兩個磁碟4安裝在磁碟裝置上，四個磁頭3由同一致動器1同時驅動。
磁頭3具有讀取部件和寫入部件。磁頭3由疊放在滑塊上的包括磁阻(MR)部件的讀取部件和疊放在其上的包括寫入線圈的寫入部件組成。
位置檢測電路7將由磁頭3讀取的位置信號(模擬信號)變換為數位訊號。讀/寫(R/W)電路10控制磁頭3的讀取和寫入。主軸馬達(SPM)驅動電路8驅動主軸馬達5。音圈馬達(VCM)驅動電路6向音圈馬達(VCM)1提供驅動電流，並驅動VCM 1。
微控制器(MCU)14從來自位置檢測電路7的數字位置信號中檢測(解調出)當前位置，並根據檢測到的當前位置和目標位置之間的誤差來計算VCM驅動指令值。換言之，微控制器14執行位置解調以及伺服控制(其包括稍後在圖5中描述的擾動抑制)。只讀存儲器(ROM)13存儲MCU 14的控制程序。隨機存取存儲器(RAM)12存儲用於MCU 14的處理的數據。
硬碟控制器(HDC)11基於伺服信號的扇區號判斷在一條軌道中的位置，並記錄/再現數據。緩衝用隨機存取存儲器(RAM)15暫時存儲讀取數據或寫入數據。HDC 11通過接口IF(諸如USB(通用串行總線)、ATA或SCSI(小型計算機系統接口))與主機通信。總線9將這些組成部件連接起來。
如圖2所示，在磁碟4上，從外圓周到內圓周沿著圓周方向將伺服信號(位置信號)16以相等的間隔布置在每條軌道上。每條軌道具有多個扇區，圖2中的實線指示記錄有伺服信號16的位置。如圖3所示，位置信號包括伺服標記ServoMark、軌道號GrayCode、索引Index和偏移量信息(伺服脈衝串(burst))PosA、PosB、PosC和PosD。圖3中的虛線表示軌道中心。
頭3讀取圖3中的位置信號，使用軌道號GrayCode和偏移量信息PosA、PosB、PosC和PosD來檢測磁頭在半徑方向上的位置。此外，基於索引信號Index獲取磁頭在圓周方向上的位置。
例如，將檢測到索引信號時的扇區號設置為第0號，每次檢測到伺服信號時扇區號被累加，從而獲得軌道的每個扇區的扇區號。當記錄和再現數據時，將伺服信號的扇區號用作基準。一條軌道中有一個索引信號。可以設置扇區號來取代索引信號。
圖4示出了由圖1中的MCU 14執行的致動器的尋道控制的示例。MCU 14通過圖1中的位置檢測電路7確認致動器的位置，執行伺服計算，並向VCM 1提供適當的電流。圖4示出了當頭3從某軌道位置移動到目標軌道位置時從尋道的開始起的控制、致動器1的電流、致動器(頭)的速度、以及致動器(頭)的位置的轉變。
換言之，在尋道控制中，通過從粗控制、穩定控制(settling control)和跟隨控制的轉變，將頭移動到目標位置。粗控制基本上為速度控制，穩定控制和跟隨控制基本上為都必須檢測頭的當前位置的位置控制。
為了像這樣確認位置，如圖2所示，將伺服信號預先記錄在磁碟上。換言之，如圖3所示，將指示伺服信號的開始位置的伺服標記、指示軌道號的格雷碼(gray code)、索引信號、以及指示偏移量的信號PosA-PosD預先記錄在磁碟上。由磁頭讀取這些信號，並由位置檢測電路7將這些伺服信號變換為數字值。
擾動觀測器的第一實施例圖5是描述了用於抑制擾動(由圖1中的MCU 14執行)的定位控制系統的第一實施例的框圖。該定位控制系統是觀測器控制系統，其檢測擾動頻率並通過自適應控制來抑制周期性擾動。
圖5所示的電流觀測器是以下表達式(1)、(2)和(3)中示出的觀測器。
x(k)v(k)b(k)z1(k)z2(k)=x(k)v(k)b(k)z1(k)z2(k)+L1L2L3L4L5(y(k)-x(k))---(1)]]>u(k)=-F1F2F3F4F5x(k)v(k)b(k)z1(k)z2(k)---(2)]]>x(k+1)v(k+1)b(k+1)z1(k+1)z2(k+1)=111/21/200111000100000a11a12000a21a22x(k)v(k)b(k)z1(k)z2(k)+Blm1LpT21/21000u(k)---(3)]]>現在將參照表達式(1)、(2)和(3)來描述圖5中的結構。第一計算塊30從對頭3所讀取的上述伺服信息進行解調而獲得的觀測位置y[k]中減去目標位置「r」，來計算實際位置誤差er[k]。第二計算塊32使用實際位置誤差er[k]，根據觀測器的估計位置來計算估計的位置誤差e[k]。
將估計的位置誤差e[k]輸入到狀態估計塊34，使用估計的增益L(L1、L2、L3、L4、L5)來計算估計的校正值(表達式(1)的右手側)。在加法塊36中將該估計的校正值與來自延遲塊46的狀態量(表達式(1)的左手側)相加，從而如表達式(1)所示，獲得了估計的位置x[k]、估計的速度v[k]、估計的偏離值b[k]、以及估計的擾動抑制值z1[k]和z2[k]。
在第四計算塊38中將該估計值乘以狀態反饋增益(-F)，從而如表達式(2)所示，獲得了致動器1的驅動值u[k]。另一方面，在第五計算塊42中將來自加法塊36的表達式(1)的估計值乘以估計的增益A(表達式(3)的5×5矩陣)，並且在第六計算塊40中將第四計算塊38的驅動值u[k]乘以估計的增益B(在表達式(3)中與u[k]相乘的值)。在加法塊44中將這兩個乘法結果相加，從而獲得了表達式(3)的下一採樣的估計的狀態量。
如上所述，下一採樣的估計的狀態量被輸入到延遲塊46，並且由狀態估計塊34中的估計的校正值進行校正。對於來自加法塊36的表達式(1)的估計值，在第七計算塊48中獲得估計的位置x[k]並將其輸入到上述第二計算塊32。
在該觀測器中，整合有擾動自適應控制系統。如圖5所示，整合了擾動抑制用自適應控制系統22和24。向這些自適應控制系統22和24輸入觀測器的上述估計的位置誤差e[k]。觀測器的估計的位置誤差e[k]是計算塊30的實際位置誤差(r-y[k])與觀測器的估計的位置x[k]之間的差。
如圖5所示，擾動抑制自適應控制系統具有ω估計部24，用於根據自適應規則估計擾動頻率；和表22，用於根據估計的頻率(在此情況下為角頻率ω)來存儲估計的增益L和A。ω估計部24使用下面的自適應表達式(4)，根據估計的位置誤差e[k]來計算估計的角頻率ω1[k]。
1[k]=1[k-1]+KaL5z1[k]-L4z2[k]z1[k]2+z2[k]2e[k].---(4)]]>該自適應表達式具有積分形式，該積分形式使用來自表22的估計的擾動增益L4和L5、估計的擾動值z1[k]和z2[k]、以及估計的位置誤差e[k]，對前一採樣的估計的角頻率ω1[k-1]進行自適應校正。這裡，Ka是預定的增益。
圖5中的1/z指示一個採樣T的延遲。「z」是z變換中的算子z，其用於數字控制。如圖5所示，第八計算塊50使用來自加法塊36的表達式(1)中的估計值獲取估計的擾動值z1[k]和z2[k]，並將它們輸出到ω估計部24。ω估計部24具有計算部24-1，用於計算表達式(4)的ω自適應表達式的第二項(Ka...e[k])；延遲部24-2，用於將估計的ω[k]延遲一個採樣；和加法部24-3，用於將延遲的ω(ω[k-1])與計算部24-1的第二項的計算結果相加。換言之，ω估計部24計算表達式(4)的自適應表達式。
另一方面，如圖6所示，表22存儲根據各估計的角頻率ω的值的值L1、L2、L3、L4和L5、以及a11、a12、a21和a22。使用表22的L1、L2、L3、L4和L5，狀態估計塊34的L1、L2、L3、L4和L5根據估計的角頻率而改變。使用表22的a11、a12、a21和a22，第五計算塊42的a11、a12、a21和a22(見表達式(3))根據估計的角頻率而改變。將表22的L4和L5輸出到ω估計部24。
換言之，在不改變狀態反饋增益F的情況下，擾動模型和估計的增益根據擾動(角)頻率ω而改變。這裡，不僅用於陷波濾波器型(notch filtertype)成形的擾動模型受到影響，而且觀測器的所有其他的估計的增益都受到影響。換言之，如果擾動頻率ω或擾動模型改變，則不僅表達式(3)的估計的擾動增益L4和L5受到影響，而且所有的位置、速度和偏離增益L1、L2和L3都受到影響。
尤其如果當以成形濾波器的形式設計擾動模型時(稍後在圖10中描述)在極點配置(pole assignment)中值ζ2較大，即，如果在如圖10所示的頻率特徵中陷波濾波器型抑制範圍的寬度較寬，則該影響就較高。因此，有必要根據擾動頻率改變從估計的增益L1至L5的所有估計的增益。
通過極點配置方法計算估計的增益的值，並將其預先存儲在表22中。將參照圖6至圖9對此進行描述。圖6示出了表22中存儲的值，圖7和圖8是估計的增益L1、L2、L3、L4和L5的曲線圖，圖9是擾動模型值a11、a12、a21和a22的曲線圖。
在圖7和圖8中，橫坐標是將擾動頻率除以盤的轉動頻率從而被歸一化的頻率，而縱坐標是估計的增益L1、L2、L3、L4和L5的值。同樣在圖9中，橫坐標是將擾動頻率除以盤的轉動頻率從而被歸一化的頻率，而縱坐標是擾動模型值a11、a12、a21和a22的值。
如圖10中的靈敏度函數特性所示，通過自適應控制來順序地識別並改變陷波濾波器型抑制特徵的中心頻率。圖10中上部的曲線圖示出了頻度相對於幅度的特性，而圖10中下部的曲線圖示出了頻率相對於相位的特性。換言之，由自適應控制根據波動的擾動頻率來控制要抑制的頻率。
圖6示出了與一種擾動頻率波動相對應的估計的增益表22。在此情況下，如上所述，必須對觀測器的所有估計的增益進行校正。為此，針對圖7至圖9所示的每個擾動頻率，預先將估計的增益存儲在表中。
然而，表22中無法保持無限數量的值，所以在各預定頻率處存儲擾動頻率值。其間的擾動頻率進行內插。例如，在圖6中，在其為圖6中的轉動角頻率的整數倍的各頻率處存儲有值。
此外，為了去除偏移，優選地，將用於ω估計部24的自適應規則不是改為表達式(4)的積分規則，而是改為下面的表達式(5)示出的積分+重積分的自適應規則。
E[k]=L5z1[k]-L4z2[k]z1[k]2+z2[k]2---(5)]]>z3[k]＝z3[k-1]+E[k]ω1[k]＝ω1[k-1]+Ka·E[k]+Kb·z3[k].
在表達式(5)中，根據估計的擾動增益L4和L5、估計的擾動值z1[k]和z2[k]、和估計的位置誤差e[k]來計算E[k]，根據E[k]和前一採樣的z3[k-1]來計算z3[k]，通過將E[k]和z3[k]加到前一採樣的ω1[k-1]來確定ω1[k]。換言之，這是一種對E[k]積分而對z3[k]重積分的自適應規則。Ka和Kb是預定的增益。通過加上該重積分去除了偏移。
圖11是描述在圖1和圖5的結構中使用表達式(5)的自適應表達式時的仿真結果的圖。在圖11中，橫坐標是時間，圖11中頂部的曲線圖示出了要施加的擾動電流，中間的曲線圖示出了擾動頻率和估計的擾動頻率，底部的曲線圖示出了與其相對應的頭位置。
如圖11中間的曲線圖所示，自適應控制的初始頻率為由實線指示的1000Hz，在0.01秒後開始自適應控制，擾動頻率從500Hz起與時間成正比地增加，如虛線所示。如實線所示，自適應控制在早期就跟上了擾動頻率的波動。換言之，在此示例中，自適應控制在0.04秒後與擾動頻率匹配。在底部的曲線圖所示的頭位置中，開始自適應控制之前的振幅同樣在開始自適應控制之後立即下降，並跟隨擾動頻率。
按此方式，可實現寬抑制寬度的特性，頻率與時間成正比地改變，換言之，可以跟隨啁啾(chirp)信號型擾動。即使在現有技術中也可跟隨，但是無法將自適應增益設置得高。這是因為在上述結構中，僅有控制系統的估計的擾動增益L4和L5改變，而諸如位置增益的估計的增益L1至L3沒有改變。
如果使用附加的擾動抑制用控制器同時保持該控制器的原始特性，則抑制範圍的寬度一定會變窄。因此，即使改變傳統的自適應控制，自適應增益也一定會變小，這使得對啁啾信號的跟隨性能劣化。
在本發明中，僅改變了觀測器的估計的增益L，而沒有改變狀態反饋增益F。如上所述，此結構優選地保持了控制器的極點配置。因此，即使設置了高的自適應增益，也可無擾動地跟隨。
擾動觀測器的第二實施例圖12是描述用於擾動抑制(由圖1中的MCU 14執行)的定位控制系統的第二實施例的框圖。該定位控制系統是觀測器控制系統，用於檢測擾動頻率並通過自適應控制來抑制周期性擾動。
圖12所示的電流觀測器是以下表達式(6)、(7)、(8)和(9)中示出的觀測器。
x(k)v(k)b(k)z1(k)z2(k)=x(k)v(k)b(k)z1(k)z2(k)+L1L2L3L4L5(y(k)-x(k))---(6)]]>u(k)=-F1F2x(k)v(k)---(7)]]>uout(k)=u(k)-F3F4F5b(k)z1(k)z2(k)---(8)]]>x(k+1)v(k+1)=1101x(k)v(k)+Blm1LpT21/21u(k)]]>b(k+1)＝b(k) …(9)z1(k+1)z2(k+1)=a11a12a21a22z1(k)z2(k)]]>該實施例是其中分離了圖5中的擾動模型的自適應控制系統的示例。通過在將模擬控制系統轉換為數字控制系統時對觀測器的模型進行校正，可以實現其中分離了擾動的結構，如表達式(7)、(8)和(9)所示。
在圖12中，以相同的標號指示與圖5相同的組成部件，就像圖5一樣，第一計算塊30從對由頭3所讀取的伺服信息進行解調而獲得的觀測位置y[k]中減去目標位置「r」，來計算實際位置誤差er[k]。第二計算塊32使用實際位置誤差er[k]，根據觀測器的估計的位置x[k]來計算估計的位置誤差e[k]。
將估計的位置誤差e[k]輸入到狀態估計塊34，使用估計的增益La(L1、L2、L3)來計算估計的校正值(表達式(6)的右手側)。在加法塊36中將該值與來自延遲塊46的狀態量(表達式(6)的左手側)相加，從而如表達式(6)所示，獲得了估計的位置x[k]和估計的速度v[k]。
在第四計算塊38中將該估計值x[k]和v[k]乘以狀態反饋增益(-Fa＝F1，F2)，從而如表達式(7)所示，獲得了致動器1的第一驅動值u[k]。另一方面，在第五計算塊42中將來自加法塊36的表達式(6)中的估計值x[k]和v[k]乘以估計的增益Aa(表達式(9)中的2×2矩陣 )，並且在第六計算塊40中將第四計算塊38的驅動值u[k]乘以估計的增益Ba(在表達式(9)中與u[k]相乘的值)。在加法塊44中將這兩個乘法結果相加，從而獲得了表達式(9)中的下一採樣的估計的狀態量x[k+1]和v[k+1]。
如上所述，該下一採樣的估計的狀態量被輸入到延遲塊46，並且由狀態估計塊34中的估計的校正值進行校正。對於來自加法塊36的表達式(1)的估計值，在第七計算塊48中獲得估計的位置x[k]並將其輸入到上述第二計算塊32。
將估計的位置誤差e[k]輸入到擾動狀態估計塊51，並使用估計的增益Ld1(L3、L4、L5)來計算估計的校正值(表達式(6)的右手側)。在加法塊56中將該值與來自延遲塊52的狀態量(表達式(6)的左手側)相加，從而如表達式(6)所示，獲得了估計的擾動抑制值b[k]、z1[k]和z2[k]。
在第八計算塊58中將該估計值b[k]、z1[k]和z2[k]乘以狀態反饋增益(Fd1＝F3，F4，F5)，從而如表達式(8)所示，獲得了致動器1的擾動抑制驅動值。另一方面，在第九計算塊54中將來自加法塊56的表達式(6)的估計值b[k]、z1[k]和z2[k]乘以估計的增益Ad1(表達式(9)中的b[k]的增益和2×2矩陣A的增益)，並將其輸入到延遲塊52，從而獲得了下一採樣的估計值b[k+1]、z1[k+1]和z2[k+1]。
在加法塊60中，從驅動值u[k]中減去擾動抑制驅動值，從而獲得了表達式(8)的輸出驅動值uout[k]。
換言之，將表達式(1)、(2)和(3)與表達式(6)、(7)、(8)和(9)相比，由表達式(3)中的矩陣所指示的增益被分為控制器模型和擾動模型，並被展開為表達式(9)，表達式(2)的增益F被分為控制器模型和擾動模型，並被展開為表達式(7)和(8)。
表達式(1)和表達式(6)具有相同的形式，但是根據展開的表達式在不同的塊34和51中進行計算。
就像圖5一樣，該觀測器中整合了擾動自適應控制系統22和24。向自適應控制系統22和24輸入觀測器的估計的位置誤差e[k]。觀測器的估計的位置誤差e[k]指的是計算塊30的實際位置誤差(r-y[k])與觀測器的估計的位置x[k]的差。
如圖12所示，就像圖5一樣，擾動抑制自適應控制系統具有ω估計部24，用於根據自適應規則估計擾動頻率；和表22，用於根據估計的頻率(在此情況下為角頻率ω)來存儲估計的增益L和A。ω估計部24使用上述表達式(4)和(5)，根據估計的位置誤差e[k]來計算估計的角頻率ω1[k]。
另一方面，如圖6所示，表22存儲根據各建立的角頻率ω的值的值L1、L2、L3、L4和L5、以及a11、a12、a21和a22。根據估計的角頻率，狀態估計塊32的L1和L2根據該表22中的L1和L2而改變，狀態估計塊51的L3、L4和L5根據表22的L3、L4和L5而改變。此外，根據該表22的a11、a12、a21和a22，計算塊54的a11、a12、a21和a22(見表達式(9))根據估計的角頻率而改變。將表22的L4和L5輸出到ω估計部24。
換言之，在不改變狀態反饋增益F的情況下，擾動模型和估計的增益根據擾動(角)頻率ω而改變。這裡，在觀測器的估計的增益中，不僅用於陷波濾波器型成形的擾動模型受到影響，而且所有其他的估計的增益都受到影響。換言之，如果擾動頻率ω或擾動模型改變，則不僅表達式(6)的估計的擾動增益L4和L5受到影響，而且所有的位置、速度和偏離增益L1、L2和L3都受到影響。
擾動觀測器的第三實施例圖13是描述用於擾動抑制(由圖1中的MCU 14執行)的定位控制系統的第三實施例的框圖。圖14示出了圖13中的表22，圖15和圖16是描述表22中估計的增益L的圖。
定位控制系統是觀測器控制系統，其檢測擾動頻率並通過自適應控制來抑制周期性擾動，並且是自適應控制系統，其中分離並設定了圖12中的多個擾動模型。
在圖13中，以相同的標號指示與圖5和圖12相同的組成部件，各個擾動模型50-1、...、50-N包括圖12所示的擾動控制模型51、52、54、56和58。
為必須跟隨的各個擾動頻率提供各個擾動模型50-1、...、50-N。該模型的操作與圖12相同，因而省略其描述。
使用通過展開表達式(6)-(9)而得到的下面的表達式(10)-(13)，可獲得具有兩個擾動模型的觀測器。
x(k)v(k)b(k)z1(k)z2(k)z3(k)z4(k)=x(k)v(k)b(k)z1(k)z2(k)z3(k)z4(k)+L1L2L3L4L5L6L7(y(k)-x(k))---(10)]]>u(k)=-F1F2x(k)v(k)---(11)]]>uout(k)=u(k)-F3F4F5F6F7b(k)z1(k)z2(k)z3(k)z4(k)---(12)]]>x(k+1)v(k+1)=1101x(k)v(k)+Blm1LpT21/21u(k)]]>b(k+1)＝b(k)z1(k+1)z2(k+1)=a11a12a21a22z1(k)z2(k)---(13)]]>z3(k+1)z4(k+1)=a11a12a21a22z3(k)z4(k)]]>圖14示出了當在圖13的結構中創建了兩個擾動模型時與這兩個擾動頻率波動相對應的估計的增益表22。在圖14中，使用兩個擾動頻率Fd1＝500Hz和Fd2＝1500Hz的示例來描述擾動頻率。
這裡，L4和L5是Fd1的估計的擾動增益，L6和L7是Fd2的估計的擾動增益。圖15是描述當Fd2＝500Hz而使Fd1變化時通過極點配置方法計算的估計的擾動增益L1、L2、L3、L4、L5、L6和L7的曲線圖，圖16是描述當Fd2＝1500Hz而使Fd1變化時通過極點配置方法計算的估計的擾動增益L1至L7的曲線圖。
在圖15和圖16中，橫坐標是擾動Fd1，縱坐標是估計的增益L1、L2、L3、L4、L5、L6和L7的值。就像圖6一樣，將像這樣確定的估計的增益L1至L7存儲在圖14的表22中與Fd1＝500Hz和Fd2＝1500Hz相對應的各個頻率(角頻率)f中。
擾動觀測器的第四實施例圖17是描述根據本發明第四實施例的擾動觀測器的結構的圖。這裡，示出了圖6、圖12和圖1 3中的表22的變型。
換言之，該示例包括計算機22-1，用於通過與一個擾動頻率fd(ω)相對應的多項式及其係數表22-2而不是圖12中的表22來確定估計的增益。例如，圖18示出了使用二次近似表達式根據估計的擾動頻率來計算估計的增益L的示例。
例如，擾動模型的極點的頻率為「f」，使用具有係數a(0)至a(n)的多項式a(n)×f(n)+a(n-1)×f(n-1)+...+a(1)×f(1)+a(0)來近似觀測器的估計的增益的變化。
圖18是二次近似的情況，橫坐標指示頻率，縱坐標指示L1至L5的值。實線是二次近似的情況，而虛線是當使用上述極點配置方法進行計算時的情況。
圖19是三次近似的情況，橫坐標指示頻率，縱坐標指示L1至L5的值。實線是三次近似的情況，而虛線是當使用上述極點配置方法進行計算時的情況。隨著階次增加，偏差減少。
通過使用像這樣的近似表達式，可以輸出根據擾動頻率的估計的增益。
其他實施例在以上實施例中，使用將擾動觀測器控制應用於磁碟裝置的頭定位裝置的示例描述了擾動觀測器控制，但是本發明還可應用於其他盤裝置，諸如光碟裝置。可以根據必要性將任何值用於擾動頻率的數量。
用實施例描述了本發明，但是在本發明實質特徵的範圍內，可以按各種方式修改本發明，這些變型不應排除在本發明的範圍之外。
當通過包括致動器模型和擾動模型的擾動觀測器控制，根據估計的位置誤差，使用致動器的估計的增益和擾動的估計的增益來計算致動器的控制值時，根據估計的位置誤差來估計擾動頻率，並且與所述擾動頻率相對應地改變致動器的估計的增益和擾動的估計的增益，因此可以實現根據擾動頻率的適當的觀測器控制。
權利要求
1.一種頭定位控制方法，用於控制致動器使其將頭定位在盤存儲介質的預定位置上，該方法包括以下步驟根據所述頭的目標位置和從所述頭獲取的當前位置，計算位置誤差；通過包括所述致動器模型和擾動模型的擾動觀測器控制，根據所述位置誤差和觀測器的估計的位置之間的估計的位置誤差，使用致動器的估計的增益和擾動的估計的增益，來產生狀態信息；根據所述狀態信息，計算所述致動器的控制值；以及根據所述估計的位置誤差來估計擾動頻率，並與所述擾動頻率相對應地改變所述致動器的估計的增益和所述擾動的估計的增益。
2.根據權利要求1所述的頭定位控制方法，其中所述估計步驟包括以下步驟根據所述估計的位置誤差，基於估計的擾動分量，通過自適應控制來估計所述擾動頻率；以及與所述估計的擾動頻率相對應地改變所述致動器的估計的增益和所述擾動的估計的增益。
3.根據權利要求2所述的頭定位控制方法，其中所述估計步驟包括這樣的步驟根據所述位置誤差，通過對所述估計的擾動分量進行積分，來估計所述擾動頻率。
4.根據權利要求1所述的頭定位控制方法，其中所述計算步驟包括以下步驟依據所述估計的位置誤差，根據位置的估計的增益和速度的估計的增益，來計算估計的位置和估計的速度；以及依據所述估計的位置誤差，根據所述擾動的估計的增益，來計算估計的擾動值。
5.根據權利要求1所述的頭定位控制方法，其中所述計算步驟包括這樣的步驟通過其中所述致動器模型和擾動模型相分離的擾動觀測器控制，根據所述位置誤差和所述觀測器的估計的位置之間的估計的位置誤差，使用所述致動器的估計的增益和所述擾動的估計的增益，來產生狀態信息，並根據所述狀態信息來計算所述致動器的控制值。
6.根據權利要求5所述的頭定位控制方法，其中所述計算步驟還包括以下步驟通過所述致動器模型的觀測器控制，根據所述位置誤差和所述觀測器的估計的位置之間的估計的位置誤差，使用致動器的估計的增益，來產生狀態信息，並根據所述狀態信息來計算所述致動器的控制值；通過與所述致動器模型相分離的所述擾動模型的觀測器控制，根據所述估計的位置誤差，使用所述擾動的估計的增益，來產生狀態信息，並根據所述狀態信息來計算擾動抑制值；以及根據所述控制值和所述擾動抑制值來計算所述致動器的控制值。
7.根據權利要求2所述的頭定位控制方法，其中所述估計步驟還包括這樣的步驟根據所述位置誤差，通過對所述估計的擾動分量進行積分和重積分，來估計所述擾動頻率。
8.根據權利要求6所述的頭定位控制方法，其中所述計算擾動抑制值的步驟還包括這樣的步驟通過所述擾動的自適應擾動頻率彼此不同的多個模型的觀測器控制，根據所述估計的位置誤差，使用所述擾動的估計的增益，來產生狀態信息，並根據所述狀態信息來計算所述擾動抑制值。
9.一種盤裝置，其包括頭，至少用於讀取盤存儲介質上的數據；致動器，用於將所述頭定位在所述盤存儲介質的預定位置上；和控制單元，用於根據所述頭的目標位置和從所述頭獲取的當前位置來計算位置誤差，通過包括所述致動器模型和擾動模型的擾動觀測器控制，根據所述位置誤差和觀測器的估計的位置之間的估計的位置誤差，使用致動器的估計的增益和擾動的估計的增益，來產生狀態信息，並根據所述狀態信息來計算所述致動器的控制值，其中所述控制單元根據所述估計的位置誤差來估計擾動頻率，並與所述擾動頻率相對應地改變所述致動器的估計的增益和所述擾動的估計的增益。
10.根據權利要求9所述的盤裝置，其中所述控制單元根據所述估計的位置誤差，基於估計的擾動分量，通過自適應控制來估計所述擾動頻率，並與所述估計的擾動頻率相對應地改變所述致動器的估計的增益和所述擾動的估計的增益。
11.根據權利要求10所述的盤裝置，其中所述控制單元根據所述位置誤差，通過對所述估計的擾動分量進行積分來估計所述擾動頻率。
12.根據權利要求9所述的盤裝置，其中所述控制單元根據所述估計的位置誤差，依據位置的估計的增益和速度的估計的增益來計算估計的位置和估計的速度，並且根據所述估計的位置誤差，依據所述擾動的估計的增益來計算估計的擾動值。
13.根據權利要求9所述的盤裝置，其中所述控制單元通過其中所述致動器模型和擾動模型相分離的擾動觀測器控制，根據所述位置誤差和所述觀測器的估計的位置之間的估計的位置誤差，使用所述致動器的估計的增益和所述擾動的估計的增益，來產生狀態信息，並且根據所述狀態信息來計算所述致動器的控制值。
14.根據權利要求13所述的盤裝置，其中所述控制單元通過所述致動器模型的觀測器控制，根據所述位置誤差和所述觀測器的估計的位置之間的估計的位置誤差，使用致動器的估計的增益，來產生狀態信息，並根據所述狀態信息來計算所述致動器的控制值，通過與所述致動器模型相分離的所述擾動模型的觀測器控制，根據所述估計的位置誤差，使用所述擾動的估計的增益，來產生狀態信息，並根據所述狀態信息來計算擾動抑制值，以及根據所述控制值和所述擾動抑制值來計算所述致動器的控制值。
15.根據權利要求10所述的盤裝置，其中所述控制單元根據所述位置誤差通過對所述估計的擾動分量進行積分和重積分，來估計所述擾動頻率。
16.根據權利要求14所述的盤裝置，其中所述控制單元通過所述擾動的自適應擾動頻率彼此不同的多個模型的觀測器控制，根據所述估計的位置誤差，使用所述擾動的估計的增益，來產生狀態信息，並根據所述狀態信息來計算所述擾動抑制值。
17.一種頭定位控制裝置，用於控制致動器使其將頭定位在盤存儲介質的預定位置上，所述頭至少用於讀取所述盤存儲介質的數據，所述頭定位控制裝置包括處理單元，用於根據所述頭的目標位置和從所述頭獲取的當前位置來計算位置誤差，通過包括所述致動器模型和擾動模型的擾動觀測器控制，根據所述位置誤差和觀測器的估計的位置之間的估計的位置誤差，使用致動器的估計的增益和擾動的估計的增益，來產生狀態信息，並根據所述狀態信息來計算所述致動器的控制值；和擾動估計單元，用於根據所述估計的位置誤差來估計擾動頻率，並與所述擾動頻率相對應地改變所述致動器的估計的增益和所述擾動的估計的增益。
18.根據權利要求17所述的頭定位控制裝置，其中所述擾動估計單元根據所述估計的位置誤差，基於估計的擾動分量，通過自適應控制來估計所述擾動頻率，並與所述估計的擾動頻率相對應地改變所述致動器的估計的增益和所述擾動的估計的增益。
19.根據權利要求17所述的頭定位控制裝置，其中所述處理單元根據所述估計的位置誤差，依據位置的估計的增益和速度的估計的增益來計算估計的位置和估計的速度，並且根據所述估計的位置誤差，依據所述擾動的估計的增益來計算估計的擾動值。
20.根據權利要求17所述的頭定位控制裝置，其中所述處理單元通過其中所述致動器模型和擾動模型相分離的擾動觀測器控制，根據所述位置誤差和所述觀測器的估計的位置之間的估計的位置誤差，使用所述致動器的估計的增益和所述擾動的估計的增益，來產生狀態信息，並且根據所述狀態信息來計算所述致動器的控制值。
全文摘要
本發明公開了頭定位控制方法、頭定位控制裝置和盤裝置。定位控制裝置執行具有擾動抑制功能的擾動觀測器控制，其中即使擾動頻率被抑制也可防止控制特性的改變。當通過包括致動器模型和擾動模型的擾動觀測器控制，根據估計的位置誤差，使用致動器的估計的增益和擾動的估計的增益來計算致動器的控制值時，根據估計的位置誤差來估計擾動頻率，並且與所述擾動頻率相對應地改變致動器的估計的增益和擾動的估計的增益。因此可以實現根據擾動頻率的適當的觀測器控制。
文檔編號G11B7/09GK101047013SQ20061011546
公開日2007年10月3日 申請日期2006年8月10日 優先權日2006年3月31日
發明者高石和彥 申請人:富士通株式會社