磁気記録のための磁気抵抗型読出しヘッドの滑動モード制御
【課題】ＭＲ読出しヘッドに関連する非線形のゲイン変動を補償し得る低コストでより効率的な磁気ディスクサーボ制御システムの提供。
【解決手段】位置誤差Ｘ１４９は、スイッチ４６の状態に依存して正のゲイン４７または負のゲイン４８によって乗算され、加速コマンドＵ５３が被制御システム４４への入力として生成される。積分器５４の出力は被制御システムの速度であり、これはまた位置誤差速度の負の値−Ｘ２５５でもある。スイッチ４６が正のゲイン４７を選択するときは、これは負のフィードバックシステムであり、スイッチ４６が負のゲイン４８を選択するときは、これは正のフィードバックシステムである。これらの構造のそれぞれではシステムは不安定である。しかし、２つの構造の間で繰り返し切り替えを行うことによってシステムは安定にされ得る。
【解決手段】位置誤差Ｘ１４９は、スイッチ４６の状態に依存して正のゲイン４７または負のゲイン４８によって乗算され、加速コマンドＵ５３が被制御システム４４への入力として生成される。積分器５４の出力は被制御システムの速度であり、これはまた位置誤差速度の負の値−Ｘ２５５でもある。スイッチ４６が正のゲイン４７を選択するときは、これは負のフィードバックシステムであり、スイッチ４６が負のゲイン４８を選択するときは、これは正のフィードバックシステムである。これらの構造のそれぞれではシステムは不安定である。しかし、２つの構造の間で繰り返し切り替えを行うことによってシステムは安定にされ得る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明はコンピュータ技術に関する。詳しくは、ディスクドライブの読出し／書込みヘッドアクチュエータの制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
磁気ディスク格納システムでは、変換ヘッドがデジタルデータを磁気格納媒体に書き込む。デジタルデータは、読出し／書込みヘッドのコイルの電流を変調する役目を果たし、これにより、対応する磁束変化シーケンスが磁気媒体上の一連の同心円状データトラックに書き込まれる。この記録されたデータを読み出すためには、読出し／書込みヘッドが磁気媒体の上を通り、磁気変化をアナログ信号のパルスに変換する。次にこれらのパルスは読出しチャネル回路によって復号されデジタルデータを再生する。
【０００３】
読出し／書込みヘッドは、通常は、音声コイルモータ（ＶＣＭ）によって位置決めされるアクチュエータアーム上に取り付けられる。サーボシステムがＶＣＭを制御し、そしてこれによりヘッド位置を制御する。これはディスクドライブと接続しているコンピュータからの要求に応答して情報の読み出しおよび書き込みを行うために必要とされる。サーボシステムは２つの機能を果たす。すなわち、（１）サーボシステムがヘッドを選択トラックに移動させる「シーク」または「アクセス」機能。（２）ヘッドが選択トラックに到着すると、サーボシステムは、トラックのセンターライン上にヘッドを正確に位置決めし、その位置をヘッドによるトラック通過の連続部分として維持する「トラック追従」または「トラッキング」機能を開始する。データ内に埋め込まれたサーボ制御情報はトラック間ヘッド位置情報を提供し、これにより、推定ヘッド位置と所望のヘッド位置との間の差を示すヘッド位置誤差が計算され得る。ヘッド位置誤差に応答して、サーボ制御システムは、ＶＣＭ制御信号を生成して、ヘッドを選択トラックのセンターライン上に位置合わせし、これにより、ヘッド位置誤差をゼロにする。
【０００４】
従来のサーボシステムは、典型的には、比例積分偏差（ＰＩＤ）フィードバックまたは状態推定器を用いる線形コントローラである。しかし、これらのタイプの線形コントローラは、ＶＣＭ制御システムのパラメータの変動および外部負荷妨害に感応するという問題を有する。従来の順応性線形コントローラは、パラメータの変動および負荷妨害を補償するためにコントローラを連続して再プログラミングすることによってこれらの感応性の問題を克服している。順応性制御システムは、適切ではあるが、具現化するには複雑過ぎまた費用が掛かり過ぎる。さらに、順応性線形コントローラはまた、機械的な共鳴を補償するためにノッチフィルタを必要とする。従って、ディスクドライブアクチュエータの制御に内因する感応性および共鳴の問題に対する低コストでより簡単な解決策が必要とされている。
【０００５】
ディスクドライブのアクチュエータ位置を制御するために、「バンバン（ｂａｎｇ−ｂａｎｇ）」制御法というさらに別の方法が従来より提案されている（例えば、非特許文献１参照）。このタイプの制御システムでは、モータコマンド信号は、速度誤差入力信号に応答して正の最大加速度と負の最大減速度との間で切り替わる。目標は、アクチュエータがターゲットトラックに向かって移動するときアクチュエータの速度を所定の軌道に従わせることである。しかし、「バンバン」制御システムは正の最大値と負の最大値との間の急速な切り替えによって生じる内因的な「チャタリング」の問題があるために、これまでのところ用いられていない。チャタリングは多量の望ましくないシステムノイズを引き起こす。さらに、ターゲット近くの制御が、正の最大値と負の最大値との間で交互に切り替わるため、トラッキング結果がよくない。従って、切り替えノイズを最小限にし得、そして十分なトラッキング性能を提供するディスクドライブアクチュエータ制御システムが必要である。
【０００６】
磁気抵抗型（ＭＲ）読出しヘッドを用いる磁気ディスクドライブ格納システムでは、サーボトラッキングにおいてさらに別の問題が生じる。ＭＲ読出しヘッドは、誘導型（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ）読出しヘッドとは異なり、磁束の変化を測定するのではなく、ディスク表面からの磁束を直接測定する。感度を最大にするためには、バイアス磁界がＭＲヘッドにわたって分配される。しかし、バイアス磁界はヘッドにわたって均等に分配されることはできず、感度の非線形変動、すなわちゲインが生じ得る。図９Ａに示すようなこの非線形特性により、制御システムが、選択トラックのセンターラインに従おうとするとき、図９Ｂに示すように振動することもあり得る。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｃ． Ｄｅｎｉｓ ＭｅｅおよびＥｒｉｃ Ｄ． Ｄａｎｉｅｌ著、Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ Ｖｏｌｕｍｅ ＩＩ： Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｄａｔａ Ｓｔｏｒａｇｅ、ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ， Ｉｎｃ．、１９８８年、６４−６５頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ＭＲ読出しヘッドに関連する非線形特性を補償するために、磁気ディスクサーボ制御システムには様々な方法が適用されている。ほとんどの場合、図９Ｂに示すように、ゲイン変動を補償してより線形の転移関数を実現するために、もっと複雑な線形制御アルゴリズムが用いられるが、これらのシステムはさらに多くの処理電力およびコストを要する。従って、ＭＲ読出しヘッドに関連する非線形のゲイン変動を補償し得る低コストでより効率的な磁気ディスクサーボ制御システムが必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
発明の要旨
本発明においては、スピンモータが読出し／書込みヘッドの下の磁気ディスクを回転させる。磁気ディスクには、サーボ情報を埋め込んだいくつかの同心円状のデータトラックが記録されている。読出し／書込みヘッドに接続される読出しチャネル回路は、デジタルで記録されたデータを復号しサーボデータを状態推定器に転送する。状態推定器はサーボデータを処理してアクチュエータ位置信号を生成し、これを参照アクチュエータ位置から減算してアクチュエータ位置誤差信号を生成する。滑動モードコントローラは、アクチュエータ位置誤差信号に応答して、正および負のフィードバックゲイン間（「バンバン」制御のように正および負の最大値間ではない）で切り替えを行い、これによりモータ制御信号を生成する。モータ制御信号は増幅され、アクチュエータの一方の端部に接続されるＶＣＭに印加される。アクチュエータの他方の端部には読出し／書込みヘッドが取り付けられている。ＶＣＭはアクチュエータの動きを制御し、これにより読出し／書込みヘッドを選択トラックの上に位置決めする。
【００１０】
滑動モードコントローラは２つの位相状態、すなわちアクチュエータ位置誤差位相状態およびアクチュエータ位置誤差速度位相状態によって定義される。アクチュエータ位置誤差位相状態は、推定アクチュエータ位置と所望のアクチュエータ位置との間の差（例えば、読出し／書込みヘッドが位置している現在のトラックと選択された新しいトラックとの間の差）である。アクチュエータ位置誤差速度位相状態は、アクチュエータ位置誤差の変化率であり、アクチュエータ位置誤差を微分することによって、または状態推定器によって生成され得る。位置誤差速度はアクチュエータの負の速度であってもよい。
【００１１】
正および負のフィードバックゲイン間で切り替えを行うことによって、滑動モードコントローラは位相状態が所定の位相面軌道に向かって進むように動作する。従って、滑動モードコントローラは、ディスクドライブの物理的な特徴ではなくむしろ位相状態の関数である。また、制御システムはパラメータの変動および外部負荷妨害に実質的に感応しない。さらに、本発明の滑動モードコントローラでは、機械的な共鳴を補償するために使用される従来の線形コントローラのノッチフィルタは必要ない。さらに、滑動モードコントローラはＭＲ読出しヘッドの非線形ゲイン変動に対して感応性がなく、従って、もっと複雑な制御アルゴリズムを必要とせずにトラッキング精度を向上させる。具現化は比較的簡単で低コストであり、また全体的な安定性を保証する明確な方法が存在する。
【００１２】
この好適な実施態様では、位相面軌道は４つのセグメントによって定義される。すなわち、アクチュエータの加速を選択トラックの方向に定める実質的に放物線状の加速セグメント、アクチュエータの等速を選択トラックの方向に定める線形等速セグメント、アクチュエータの減速を選択トラックの方向に定める実質的に放物線状の減速セグメント、およびアクチュエータのトラッキングモードを定める線形トラッキングセグメントである。
【００１３】
滑動モードコントローラは、位相状態に応答する、正および負のフィードバックモード間の切り替えを行うための切り替えロジックを備え、切り替えロジックは、位相状態が従っている現在の軌道セグメントに従って動作する。滑動モードコントローラはさらに、位相状態がどの軌道セグメントσに従うかを決定することによって、同様に位相状態に応答して切り替えロジックの動作モードを制御するσ処理ブロックを備えている。
【００１４】
負および正のフィードバックゲイン間で切り替えを行うことによって生じるノイズを減らすために、滑動モードコントローラは、シーク動作中はアクチュエータ位置誤差速度位相状態のみを用いてモータ制御信号を生成する。これにより、制御信号の大きさを低減し、そしてこれによりシステムの切り替え量は低減する。しかし、アクチュエータの正しい方向への移動を開始させる最初の誤差速度参照信号が必要となる。アクチュエータが選択トラックに実質的に到達すると、滑動モードコントローラはトラッキングモードに切り替わり、アクチュエータ位置誤差位相状態およびアクチュエータ位置誤差速度位相状態の両方を用いてモータ制御信号を生成する。アクチュエータ位置誤差はまた積分されてモータ制御信号に加算され、これにより定常状態の誤差をゼロにする。
【００１５】
別の実施態様では、滑動モードコントローラは、アクチュエータ位置誤差、速度誤差、および加速度の位相状態に応答する。速度誤差は、推定速度を参照速度から減算することによって生成される。参照速度はアクチュエータ位置誤差の関数として計算される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明のディスクドライブ制御システムのブロック図である。
【図２Ａ】図２Ａおよび図２Ｂは、サーボフィールドが埋め込まれた複数の同心円状のデータトラックを有する磁気ディスクのデータフォーマットの例を示す。
【図２Ｂ】図２Ａおよび図２Ｂは、サーボフィールドが埋め込まれた複数の同心円状のデータトラックを有する磁気ディスクのデータフォーマットの例を示す。
【図３Ａ】図３Ａは、例示的滑動モードコントローラによって制御される２次システムの例を示す。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図３Ａに示す制御システムの正および負のフィードバックモードに対する位置誤差位相状態および誤差速度位相状態の位相面プロットである。
【図３Ｃ】図３Ｃは、新しいトラックへの前向きシーク中に位相状態を所定の線形位相軌道に向かって駆動する場合の滑動モードコントローラの動作を示す。
【図３Ｄ】図３Ｄは、滑動モードを延長するために図３Ｃの線形位相軌道の傾きを変更する場合の効果を示す。
【図３Ｅ】図３Ｅは、偏位領域全体をカバーし、これによりパラメータの変動に感応する線形の動作モードを除去する位相面軌道を示す。
【図４】図４は、本発明の好適な位相面軌道を示す。
【図５】図５は、位置誤差および位置誤差速度の位相状態を有する２次システムとしてのＶＣＭコントローラを示す。
【図６】図６は、滑動モードコントローラが位置誤差および位置誤差速度の位相状態に応答する、本発明のディスクドライブ制御システムの詳細な図である。
【図７Ａ】図７Ａ、７Ｂ、および７Ｃは、図６の滑動モードコントローラの動作を示すフローチャートである。
【図７Ｂ】図７Ａ、７Ｂ、および７Ｃは、図６の滑動モードコントローラの動作を示すフローチャートである。
【図７Ｃ】図７Ａ、７Ｂ、および７Ｃは、図６の滑動モードコントローラの動作を示すフローチャートである。
【図８】図８は、滑動モードコントローラがアクチュエータ位置誤差、速度誤差、および加速度の位相状態に応答する、本発明の別の実施態様の詳細なブロック図である。
【図９Ａ】図９Ａは、測定された位置誤差とＭＲ読出しヘッドに対する実際のトラックオフセットとの間の非線形ゲイン変動を示す。
【図９Ｂ】図９Ｂは、測定された位置誤差とＭＲ読出しヘッドに対する従来の補償方法によって生成された実際のトラックオフセットとの間のより線形である関係を示す。
【図９Ｃ】図９Ｃは、図９ＡのＭＲ読出しヘッドと共に使用されるときの、従来の線形状態推定器制御システムのトラッキング性能を示す。
【図９Ｄ】図９Ｄは、図９ＡのＭＲ読出しヘッドと共に使用されるときの、本発明の滑動モードコントローラのトラッキング性能を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図面の詳細な説明
システム概観
図１は、本発明のディスクドライブ制御システムの概観である。スピンモータ２は、読出し／書込みヘッド６の下のコンピュータデータが記録された磁気ディスク４を回転させる。アクチュエータ８は読出し／書込みヘッド６を選択トラックの上に位置決めし、音声コイルモータ（ＶＣＭ）１０はアクチュエータ８の動きを制御する。読出し／書込みヘッド６からアナログ信号を受け取るように接続された読出しチャネル回路１２は、磁気ディスクに記録されたデジタルデータを復号し、サーボ情報を状態推定器１４に転送する。状態推定器１４はＶＣＭ制御システムをモデル化して推定アクチュエータ位置１６を生成し、これが加算器２０で参照アクチュエータ位置１８から減算され、アクチュエータ位置誤差Ｘ１ ２２が生成される。参照アクチュエータ位置１８とは、データが書き込まれるかまたは読み出される予定の選択トラックの位置である。滑動モードコントローラ２６は、アクチュエータ位置誤差Ｘ１ ２２に応答して、加速モータ制御信号Ｕ ２８を計算し、この信号は増幅器３０によって増幅され、ＶＣＭ１０に印加され、これにより読出し／書込みヘッドが選択トラックの上に位置決めされる。状態推定器１４はまた、推定アクチュエータ位置１６を生成するためにモータ制御信号Ｕ ２８を処理する。
【００１８】
状態推定器１４は、記録チャネルのノイズによって生じるサーボ位置情報の誤差を除去する。図６に示す滑動モードコントローラの実施態様では、状態推定器１４はまた微分器１０２に置き換わって、アクチュエータ位置誤差速度位相状態Ｘ２を生成することができる。状態推定器は、米国特許第４，６７９，１０３号などに記載されているように周知である。この特許は本明細書において参考のため援用されている。また、本発明によって使用されるアクチュエータ位相状態を生成するためには、状態推定器以外にも周知の技術がある。
【００１９】
図２Ａおよび図２Ｂは、内側データトラック３２および外側データトラック３４を有する複数の同心円状データトラックを含む磁気ディスク４のデータフォーマットの例を示す。図２Ｂに示すように、各データトラックは、複数のセクタ３６および内部に埋め込まれた複数のサーボフィールド３８を備えている。サーボフィールド３８はトラック番号情報４０を含み、これは、選択トラックをシークしている間に推定アクチュエータ位置１６を生成するために状態推定器１４によって処理される。読出し／書込みヘッドが選択トラックに接近するに従って所定の速度範囲内に速度を緩めると、状態推定器１４は、サーボフィールドのトラック番号４０およびサーボバースト情報４２を処理し、これにより、データの書込みおよび読出しが行われている間にヘッドが選択トラックのセンターラインの上に位置合わせされる。サーボバーストは、トラックのセンターラインに隣接した正確な位置に記録された複数のパルスを含む。読出し／書込みヘッドによって感知されるこれらのサーボバーストパルスの大きさにより、ヘッドがオフトラック位置であることが示される。
【００２０】
動作の理論
図３Ａを参照して、滑動モードコントローラ２６の動作を示す。図示する例示的な２次システム４４は、大きさは必ずしも同じではない正のゲイン４７と負のゲイン４８との間で切り替えを行うスイッチ４６を有する例示的な滑動モードコントローラ４５によって制御される。位置誤差Ｘ１ ４９は、所望の位置参照コマンド５２から被制御システムの推定位置５１を減算することによって加算器５０から出力される。位置誤差Ｘ１ ４９は、スイッチ４６の状態に依存して正のゲイン４７または負のゲイン４８によって乗算され、加速コマンドＵ ５３が被制御システム４４への入力として生成される。積分器５４の出力は被制御システム４４の速度であり、これはまた位置誤差速度の負の値−Ｘ２ ５５でもある。スイッチ４６が正のゲイン４７を選択するときは、これは負のフィードバックシステムであり、スイッチ４６が負のゲイン４８を選択するときは、これは正のフィードバックシステムである。これらの構造のそれぞれではシステムは不安定である。しかし、２つの構造の間で繰り返し切り替えを行うことによってシステムは安定にされ得る。
【００２１】
負のフィードバックでの状態空間式は、
【００２２】
【数１】
式（１）の一般解は、
【００２３】
【数２】
【００２４】
【数３】
式（２）および（３）を組み合わせると、
【００２５】
【数４】
式（４）の位相面プロットは、図３Ｂに示すように離心率Ａおよび√ＫＡを有する１組の楕円形である。
【００２６】
正のフィードバックでの状態空間式は、
【００２７】
【数５】
式（５）の一般解は、
【００２８】
【数６】
式（５）および（６）を組み合わせると、
【００２９】
【数７】
式（７）の位相面プロットは、図３Ｂに示すように２つの漸近線を有する１組の双曲線である。
【００３０】
位相状態が原点に達することはないため、式（４）および（７）の２つの個々の位相面軌道の結果、不安定なシステムとなる。しかし、負および正のフィードバック軌道の交点で定義される第３の位相軌道に沿って位相状態を駆動させることによって原点に達することが可能となる。これは、現在の位相状態値に応答して正のゲインと負のゲインとの間を切り替え、これにより位相状態を所定の第３の位相軌道に従わせることによって実現される。
【００３１】
切り替え動作を図３Ｃを参照して述べる。ここでは、所定の第３の位相軌道は線形セグメント６０として示される。新しいトラックが選択されるとき、最初のアクチュエータ位置誤差は点Ａにあり、制御システムは最初は正のゲイン（すなわち、負のフィードバック）を選択するように切り替えられる。アクチュエータが選択トラックに向かって加速を始めると、位相状態は負のフィードバックモードのアーク形軌道６４に従う。位相状態が交点Ｂで第３の位相軌道６０の発端に達すると、滑動モードコントローラは負のゲインに切り替わり、位相状態は正のフィードバックモードの双曲線軌道６６に従う。位相状態が点Ｃで第３の位相軌道６０と交差すると、コントローラは再び正のゲインに切り替わり、位相状態をアーク６８に沿って第３の位相軌道６０の方向に戻して駆動する。この切り替え行為が繰り返され、これにより位相状態は線形セグメント６０に沿って位相面の原点に向かって滑動する。位相状態が位相面の原点から所定の最短距離範囲内にあるとき、システムはトラッキングモードに切り替わり、ここで、滑動モードコントローラ２６は、正のフィードバックと負のフィードバックとの間で繰り返し切り替えを行うことにより、位相状態を位相面の原点近くに保持し、これにより、読出し／書込みヘッド６を選択トラックのセンターライン上で位置合わせした状態に保つ。
【００３２】
位相状態が図３Ｃの滑動ラインに従うときの制御システムの時間ドメイン応答は以下の通りである。
【００３３】
【数８】
ここで、ｔ１は、位相状態が点Ｂで滑動ラインに達するときの時間である。式（８）は、滑動ラインに沿ったシステムの平均応答であり、パラメータＫの変動または外部負荷妨害によって実質的に影響を受けない。従って、Ｋの値を決定するためにシステムの正確なパラメータを知る必要はない。式（８）は、後述の存在式（１１）と共に、システムは滑動モード領域内では全体的に安定であるということを証明する。
【００３４】
滑動モードコントローラは、位相状態値を観察することによって正のゲインと負のゲインとの間の切り替えをいつ行うかを決定する。図３Ｃの線形位相軌道は次の式によって定義される。
【００３５】
【数９】
ここで、定数Ｃは線形セグメント６０の傾きである。位相状態を観察することによって、滑動モードコントローラは以下のようにゲインを切り替える。
【００３６】
【数１０】
滑動モードコントローラは、σ・Ｘ１＞０のときは正のゲインに、そしてσ・Ｘ１＜０のときは負のゲインに切り替わり、これにより位相状態を線形軌道の方向に駆動する。
【００３７】
システムの全体的な応答は、滑動ラインの傾きを大きくする（すなわちＣを大きくする）ことによって速くなる。しかし、滑動モード制御には重要な制約がある。すなわち、第３の位相軌道は、正および負のフィードバック位相軌道が反対方向で交差する位相面内の領域に制約される。図３Ｃから、これは滑動ラインの傾きは０＜Ｃ＜√Ｋに制約されることを意味する。この制約からさらに以下の関係が導き出される。
【００３８】
【数１１】
式（１１）は存在式として知られ、正および負のゲイン値を決定するために使用される。
【００３９】
図３Ｃの線形滑動モード軌道６０は、最初は線形フィードバックモードで動作し、最初のアーク軌道６４はパラメータの変動および外部負荷妨害によりずれることがあるという欠点を有する。この問題は、動作の滑動モード領域を延ばすことによって低減される。例えば、位相軌道調節器は、図３Ｄに示すように線形セグメントの傾きを連続して調節することができる。位相状態が第１滑動ライン６５に達し所定の期間これに従った後、位相軌道調節器は定数Ｃを大きくすることによって傾きを大きくして滑動ライン６７とする。システムはセグメント間転移中のみ線形モード（非滑動モード）で動作する。最終的には、傾きは滑動ライン６９で所定の最大値まで増大し、この時点で位相状態は位相面の原点に向かってライン６９に沿って滑動する。
【００４０】
より強い具現例としては、１つの位相軌道が偏位領域全体をカバーするように定義することである。これを図３Ｅに示す。ここでは、位相軌道は３つの線形セグメントσ１ ７２、σ２ ７４、およびσ３ ７６よりなる。
【００４１】
σ１ ＝ Ｘ２ − Ｃ１・（Ｘ１ − ＸＩ）
σ２ ＝ Ｘ２ − Ｘ２Ｉ、および （１２）
σ３ ＝ Ｘ２ ＋ Ｃ２・Ｘ１
ここで、
Ｘ１ ＝ アクチュエータ位置誤差位相状態、
Ｘ２ ＝ アクチュエータ位置誤差速度位相状態
Ｃ１ ＝ 第１セグメントの傾き
Ｃ２ ＝ 第３セグメントの傾き
ＸＩ ＝ 最初のアクチュエータ位置誤差、および
Ｘ２Ｉ ＝ 所定の一定位置誤差速度
第１線形セグメントσ１ ７２はアクチュエータ８の加速を表し、第２線形セグメントσ２ ７４はアクチュエータ８の等速度を表し、第３線形セグメントσ３ ７６は選択トラックの方向へのアクチュエータ８の減速を表す。
【００４２】
上述のように、Ｃ２は０＜Ｃ２＜√Ｋに制約される。しかし、これら３つのセグメントすべてもまたＶＣＭ １０の最大加速度、等速度、および減速度の限度によって制約される。位相軌道がＶＣＭの物理的な限度内で選択されると、コントローラはパラメータの変動および外部負荷妨害とは実質的に関係なく動作する。
【００４３】
最適な位相面軌道および本発明の好適な実施態様を図４に示す。この軌道は、実質的に放物線の加速セグメントσ１ ８０、線形の等速セグメントσ２ ８２、第２の実質的に放物線の減速セグメントσ３ ８４、および線形の減速セグメントσ４ ８６を有する。
【００４４】
σ１ ＝ Ｃ１・Ｘ２２ ＋ Ｘ１ − Ｘ１Ｉ （１３）
σ２ ＝ Ｘ２ − Ｘ２Ｉ （１４）
σ３ ＝ −Ｃ２・Ｘ２２ ＋ Ｘ１ （１５）
σ４ ＝ Ｘ２ ＋ Ｃ３・Ｘ１ （１６）
ここで、
Ｘ１ ＝ アクチュエータ位置誤差位相状態、
Ｘ２ ＝ アクチュエータ位置誤差速度位相状態
Ｃ１ ＝ 所定の加速定数
Ｘ１Ｉ ＝ 最初のアクチュエータ位置誤差
Ｘ２Ｉ ＝ 所定の一定位置誤差速度
Ｃ２ ＝ 所定の減速定数、および
Ｃ３ ＝ 線形減速セグメントの所定の傾き
放物線減速セグメントσ３ ８４の傾きは原点付近で急激になりすぎて（すなわち、減速が大きくなりすぎて）滑動モードをサポートすることができないため、線形減速セグメントσ４ ８６が必要となる。トラック間シーク距離が十分に短い場合は線形等速セグメントσ２ ８２は必要ない（すなわち、最初の位置誤差が所定のしきい値より小さい場合は位相状態はσ１から直接σ３に転移する）。
【００４５】
図５は、２次プラントとしてモデル化されたディスクアクチュエータ制御システムを示す。滑動モードコントローラの出力Ｕ ２８は増幅３０されＶＣＭ１０に入力される。ＶＣＭ１０のパラメータは以下の通りである。
【００４６】
Ｋｔ ＝ トルク定数
Ｋｖ ＝ 粘性減衰係数、および
Ｊ ＝ 慣性
モータへの入力９０は加速コマンドであり、出力９２は速度である。従って、モータ自体が積分器９４としてモデル化される。サーボフィールド３８、読出しチャネル回路１２、および状態推定器１４もまた積分器９６としてモデル化される。何故なら、ＶＣＭ１０の出力速度９２を積分することによりアクチュエータ位置１６が生成されるからである。
【００４７】
位置誤差位相状態Ｘ１ ２２は加算器２０の出力で観察され、位置誤差速度位相状態Ｘ２はＶＣＭ １０の速度９２の負の値として観察される。もしくは、位置誤差速度位相状態Ｘ２は、位置誤差信号Ｘ１ ２２を微分することによって生成されるか、または状態推定器１４によって生成され得る。図５から、位相状態式は以下のように表記され得る。
【００４８】
【数１２】
Ｕ ＝ ±Ｋ・Ｘ１であるので、位相状態式は式（１）および（５）に類似し、位相プロットは図３Ｂに示すものと類似する。
【００４９】
滑動モードを具現化するには位置誤差Ｘ１のみで十分であるが、位置誤差速度Ｘ２をフィードバックループに加えるとさらなる制御が達成される。実際において、位置誤差Ｘ１は最初は位置誤差速度Ｘ２よりはるかに大きいため、本発明のディスクドライブアクチュエータ制御システムは、位置誤差速度Ｘ２をシーク中の唯一の制御信号として用いることにより最適な動作を行う。シーク中にフィードバックループから位置誤差Ｘ１を取り除くことにより、切り替えノイズ量が減少する。位相状態が位相軌道の所定の点に達すると、システムは位置誤差Ｘ１の位相状態を切り替えて制御ループに戻す。
【００５０】
ハードウェアの説明
図６は、本発明のディスクドライブアクチュエータ滑動モード制御システムの詳細図である。アクチュエータ位置誤差Ｘ１ ２２は滑動モードコントローラ２６に入力され、微分器１０２はアクチュエータ位置誤差Ｘ１ ２２を微分して、アクチュエータ位置誤差速度信号Ｘ２ １００を生成する。図示はしないが別の実施態様では、状態推定器１４が位置誤差速度Ｘ２を生成する。２つの切り替えゲイン回路１０４および１０６は、それぞれ位置誤差〜Ｘ１ ２２および誤差速度〜Ｘ２ １００制御信号を乗算する。乗算器１０８および１１０は、位相状態〜Ｘ１およびＸ２ならびに現在の軌道セグメントσｉに応答し、ゲイン回路の切り替え動作を制御する。得られる乗算値の符号によりスイッチの状態が決定され、これにより、位相状態Ｘ１およびＸ２を図４に示す所定の滑動ライン軌道の方向に駆動する。σ処理ブロック１１２は、位相状態Ｘ１およびＸ２に応答し、軌道セグメント切り替えロジックを具現化し、これにより位相状態が位相軌道のセグメントσｉのいずれに従うのかを決定する。σ処理ブロック１１２、積分器１１６、参照誤差速度発生器１１４、ならびにマルチプレクサ１１８、１２０、および１２２の動作について以下に詳述する。
【００５１】
切り替えゲインブロック１０４および１０６のゲイン値αｉ、βｉ、γｉ、およびζｉは、位相状態が従っている現在の軌道セグメントによる適切な値にプログラム可能に設定される。また、ゲイン値は、コントローラが前向きシークを行っているかまたは逆向きシークを行っているかに応じて所定の値にプログラム化される。そうすると存在式（１１）および位相軌道式（１３）、（１４）、（１５）、および（１６）を用いれば、図４に示す位相軌道の各セグメントのためのゲイン値を計算することができる。
【００５２】
σ ＝ σ１（シーク加速）では、式（１３）を時間に関して微分して式（１３）を掛けると以下の式が得られる。
【００５３】
【化１−１】
式（１７）からおよびσ１・Ｘ２を因数分解することにより、以下の式が得られる。
【００５４】
【数１３】
図５および図６から、およびΨ３項をシーク中には取るに足りないほどに小さい値であるとして無視することにより、
【００５５】
【数１４】
ここで、
【００５６】
【数１５】
式（１８）および（１９）から、および項１／２・Ｃ１を取るに足りないほどに小さい値であるとして無視することにより、
【００５７】
【数１６】
存在式（１１）を満足させる（すなわち、式（２２）が任意のＸ１およびＸ２に対して負である）ためには、ゲイン定数は以下の不等式を満足させなければならない。
【００５８】
逆向きシーク（Ｘ２ ＞ ０）の場合、
｛
式（２０）から（σ１・Ｘ１ ＞ ０）のときは、
【００５９】
【化１−２】
さもなくば、式（２０）から（σ１・Ｘ１ ＜ ０）のときは、
【００６０】
【化２】
式（２１）から（σ１・Ｘ２ ＞ ０）のときは、
【００６１】
【化３】
さもなくば、式（２１）から（σ１・Ｘ２ ＜ ０）のときは、
【００６２】
【化４】
｝
前向きシーク（Ｘ２ ＜ ０）の場合、
｛
式（２０）から（σ１・Ｘ１ ＞ ０）のときは、
【００６３】
【化５】
さもなくば、式（２０）から（σ１・Ｘ１ ＜ ０）のときは、
【００６４】
【化６】
式（２１）から（σ１・Ｘ２ ＞ ０）のときは、
【００６５】
【化７】
さもなくば、式（２１）から（σ１・Ｘ２ ＜ ０）のときは、
【００６６】
【化８】
｝
σ ＝ σ２（等速度でのシーク）では、式（１４）を時間に関して微分して式（１４）を掛けると以下の式が得られる。
【００６７】
【化９】
式（１７）から、
【００６８】
【化１０】
式（１９）から、
【００６９】
【数１７】
存在式（１１）を満足させる（すなわち、式（２３）が任意のＸ１およびＸ２に対して負である）ためには、ゲイン定数は以下の不等式を満足させなければならない。
【００７０】
式（２０）から（σ２・Ｘ１ ＞ ０）のときは、
【００７１】
【化１１】
さもなくば、式（２０）から（σ２・Ｘ１ ＜ ０）のときは、
【００７２】
【化１２】
式（２１）から（σ２・Ｘ２ ＞ ０）のときは、
【００７３】
【化１３】
さもなくば、式（２１）から（σ２・Ｘ２ ＜ ０）のときは、
【００７４】
【化１４】
σ ＝ σ３（シーク減速）では、式（１５）を時間に関して微分して式（１５）を掛けると以下の式が得られる。
【００７５】
【化１５】
式（１７）からおよびσ１・Ｘ２を因数分解することにより、以下の式が得られる。
【００７６】
【数１８】
式（１８）および（１９）から、ならびに項１／２・Ｃ２を取るに足りないほどに小さい値であるとして無視することにより、
【００７７】
【数１９】
存在式（１１）を満足させる（すなわち、式（２５）が任意のＸ１およびＸ２に対して負である）ためには、ゲイン定数は以下の不等式を満足させなければならない。
【００７８】
逆向きシーク（Ｘ２ ＞ ０）の場合、
｛
式（２０）から（σ３・Ｘ１ ＞ ０）のときは、
【００７９】
【化１６】
さもなくば、式（２０）から（σ３・Ｘ１ ＜ ０）のときは、
【００８０】
【化１７】
式（２１）から（σ３・Ｘ２ ＞ ０）のときは、
【００８１】
【化１８】
さもなくば、式（２１）から（σ３・Ｘ２ ＜ ０）のときは、
【００８２】
【化１９】
｝
前向きシーク（Ｘ２ ＜ ０）の場合、
｛
式（２０）から（σ３・Ｘ１ ＞ ０）のときは、
【００８３】
【化２０】
さもなくば、式（２０）から（σ３・Ｘ１ ＜ ０）のときは、
【００８４】
【化２１】
式（２１）から（σ３・Ｘ２ ＞ ０）のときは、
【００８５】
【化２２】
さもなくば、式（２１）から（σ３・Ｘ２ ＜ ０）のときは、
【００８６】
【化２３】
｝
σ ＝ σ４（トラッキング）では、式（１６）を時間に関して微分して式（１６）を掛けると以下の式が得られる。
【００８７】
【化２４】
式（１７）から、
【００８８】
【化２５】
式（１９）から、
【００８９】
【数２０】
存在式（１１）を満足させる（すなわち、式（２６）が任意のＸ１およびＸ２に対して負である）ためには、ゲイン定数は以下の不等式を満足させなければならない。
【００９０】
式（２０）から（σ４・Ｘ１ ＞ ０）のときは、
【００９１】
【化２６】
さもなくば、式（２０）から（σ４・Ｘ１ ＜ ０）のときは、
【００９２】
【化２７】
式（２１）から（σ４・Ｘ２ ＞ ０）のときは、
【００９３】
【化２８】
さもなくば、式（２１）から（σ４・Ｘ２ ＜ ０）のときは、
【００９４】
【化２９】
フローチャートの説明
図６に示す滑動モードコントローラの動作を、図７Ａ、図７Ｂ、および図７Ｃのフローチャートを参照してさらに説明する。サーボ制御システムは最初は図７Ａのトラッキングモード２００の状態にあり、アクチュエータ８は、シーク前向きまたはシーク逆向きコマンドを受け取るまで現在選択されているトラックをトラックする（２０４）ものと仮定する。前向きシークが開始されると、シーク？２０６はＹＥＳであり、アクチュエータ位置参照ＰＯＳ Ｒｅｆ １８が新しく選択されたトラックに更新される。加算器２０の出力での最初のアクチュエータ位置誤差Ｘ１ ２２は、状態推定器１４から出力された現在のトラック１６と新しく選択されたトラックとの間の差である。この最初の位置誤差はまた、図４ではＸ１Ｉにおける軌道セグメントσ＝σ１ ８０の発端として示される。セグメントσ＝σ１ ８０は、選択トラックに向かうアクチュエータの所望の加速を示す放物線の軌道である。
【００９５】
シーク加速（σ＝σ１）（２０８）の開始では、滑動モードコントローラは様々なパラメータ２１０を初期化する。図６のブロック１０４および１０６のゲイン定数は、加速軌道σ＝σ１ ８０に対応する様々な値に更新される。シーク動作中の切り替えノイズを低減させるためには、位置誤差位相状態Ｘ１ ２２は滑動モード制御では使用されない。σ処理ブロック１１２は、ライン１２６を介して、基底面をマルチプレクサ１２２の出力として選択する。この結果、〜Ｘ１ １３０がゼロに設定され、これにより乗算器１１０の切り替え行為を不能にし、加算器１０３の出力のＶＣＭコマンドＵ ２８の計算にΨ１が関与しないようにする。位置誤差位相状態〜Ｘ１ １３０が不能にされるため、速度位相状態〜Ｘ２ １３２は所定の値に初期化され、これにより、アクチュエータが所望の方向に移動を開始する（すなわち、選択トラックの方向に逆向きに移動する）ことが確実となる。これを実現するためには、σ処理ブロック１１２は、ライン１２４を介して、Ｘ２Ｒｅｆ １１４をマルチプレクサ１２０の出力として選択する。σ処理ブロック１１２はまた、ライン１２４を介して、所定の定数Ｃ １３４をマルチプレクサ１１８の出力（加算器１０３への第３の入力Ψ３ １０９）として選択する。所定の定数Ｃ １３４および積分器１１６の機能について以下にさらに詳述する。
制御パラメータが加速軌道σ＝σ１ ８０に対して初期化された後、滑動モードコントローラ２６は連続して計算を行い、加速器１０３の出力にＶＣＭコマンド信号Ｕ ２８を出力する。フローチャート２１２を参照して、σ１は式（１３）に従って更新され、σｉ １２８はσ１に指定される。乗算器１０８（オペランド符号ビットの簡単なＸＯＲとして具現化され得る）はσｉにＸ２を掛け、ゲインブロック１０４を、結果が正の場合はγｉに切り替え、結果が負の場合はζｉに切り替える。ゲインブロック１０４は〜Ｘ２ １３２（Ｘ２Ｒｅｆ １１４）に選択されたゲインを掛けてΨ２を生成する。加算器１０３はΨ１、Ψ２、およびΨ３を加算してＶＣＭコマンドＵ ２８を生成する。Ψ１は加速中はゼロであり、Ψ３は無視できるほどに小さいため、ＶＣＭコマンド信号Ｕ ２８はほとんどΨ２に等しい。
増幅器Ｋｐａ ３０はコマンド信号Ｕ ２８を増幅してこれをＶＣＭ１０に印加する。アクチュエータ８が選択トラックの方向に逆向きに加速を始めると、読出し／書込みヘッド６は次の隣接トラックのサーボデータの上を通過して、対応するトラックアドレスを読み出す。読出しチャネル１２がトラックアドレスを復号し、これを状態推定器１４に転送する。状態推定器は、トラックアドレスおよび現在のＶＣＭコマンド２８に応答して、アクチュエータ位置信号１６を更新する。加算器２０は新しい位置誤差Ｘ１ ２２を出力し、微分器１０２は新しい速度位相状態Ｘ２ １００をＸ１（Ｎ）−Ｘ１（Ｎ−１）として計算する。
σ処理ブロック１１２は連続チェックを行って、アクチュエータの速度がいつ所定の値に達するかを決定する。Ｘ２ ≦ Ｘ２Ｒｅｆ？ ２１４がＮＯの場合は、滑動モードコントローラはループしてフローチャート２１２に従って次のＶＣＭコマンドＵ ２８を計算する。 Ｘ２ ≦ Ｘ２Ｒｅｆ？ ２１４がＹＥＳの場合は、σ処理ブロック１１２は、ライン１２４を介して、Ｘ２ １００をマルチプレクサ１２０の出力として選択する（〜Ｘ２ ＝ Ｘ２を設定２１６）。つまり、アクチュエータ８の速度（Ｘ２ １００）が所定の速度（Ｘ２Ｒｅｆ １１４）に達すると、滑動モードコントローラ２６は、フローチャート２１８でＶＣＭコマンド信号Ｕ ２８を速度位相状態Ｘ２ １００の関数として生成する。
【００９６】
続いて図７Ｂに示すフローチャート２１８に移り、σ処理ブロック１１２はσ１、σ２、およびσ３をそれぞれ式（１３）、（１４）、および（１５）に従って更新する。σ処理ブロック１１２の出力σｉ １２８はσ１に指定される。σｉおよびＸ２に応答して、乗算器１０８は、Ｘ１およびＸ２がσ１ ８０位相軌道の方向に駆動されるように、切り替えゲインブロック１０４の状態を設定する。次のコマンドＵ ２８が生成されてＶＣＭ１０に印加され、これによりアクチュエータ８の選択トラックの方向への移動が続く。
【００９７】
σ処理ブロック１１２は、加速軌道σ１ ８０に対する位相状態の位置を連続してチェックして、次の軌道セグメントにいつ切り替えるかを決定する。次の軌道セグメントは等速セグメントσ２ ８２であるか、またはシーク距離が十分に短い場合は減速セグメントσ３ ８４である。σ値を比較することによって、σ処理ブロック１１２は次の軌道にいつ切り替えるかを決定する。σ１≦σ３？ ２２０がＹＥＳの場合は、σ処理ブロック１１２は減速軌道σ３ ８４に切り替わる。σ１≦σ２？ ２２２がＹＥＳの場合は、σ処理ブロック１１２は等速軌道σ２ ８２に切り替わる。さもなくば、滑動モードコントローラ２６はループして、フローチャート２１８に従って次のＶＣＭコマンドＵ ２８を計算する。
【００９８】
次に図７Ｃに示す等速度フローチャート２２６を参照して、先ず、切り替えゲインブロック１０４および１０６のためのゲイン定数が図４の等速軌道σ２ ８２に対応する値に更新される（２２８）。次に、フローチャート２３０で、σ処理ブロック１１２はそれぞれ式（１４）および（１５）に従ってσ２およびσ３を更新する。σ処理ブロック１１２の出力σｉ １２８はσ２に指定される。この場合も、σｉおよびＸ２に応答して、乗算器１０８は、Ｘ１およびＸ２がσ２ ８２位相軌道の方向に駆動されるように、切り替えゲインブロック１０４の状態を設定する。次のコマンドＵ ２８が生成されてＶＣＭ １０に印加され、これによりアクチュエータ８の選択トラックの方向への移動が続く。
【００９９】
σ処理ブロック１１２は、等速度軌道σ２ ８２に対する位相状態の位置を連続してチェックして、減速軌道セグメントσ３ ８４にいつ切り替えるかを決定する。σ２≦σ３？ ２３２がＹＥＳの場合は、σ処理ブロック１１２は減速軌道σ３ ８４に切り替わる。さもなくば、滑動モードコントローラ２６はループして、フローチャート２３０に従って次のＶＣＭコマンドＵ ２８を計算する。
【０１００】
次に減速フローチャート２３４に進み、先ず、切り替えゲインブロック１０４および１０６のためのゲイン定数を図４の減速軌道σ３ ８４に対応する値に更新する（２３６）。次に、フローチャート２３８で、σ処理ブロック１１２はそれぞれ式（１５）および（１６）に従ってσ３およびσ４を更新する。σ処理ブロック１１２の出力σｉ １２８はσ３に指定される。この場合も、σｉおよびＸ２に応答して、乗算器１０８は、Ｘ１およびＸ２がσ３ ８４位相軌道の方向に駆動されるように、切り替えゲインブロック１０４の状態を設定する。次のコマンドＵ ２８が生成されてＶＣＭ １０に印加され、これによりアクチュエータ８の選択トラックの方向への移動が続く。
【０１０１】
σ処理ブロック１１２は、減速軌道σ３ ８４に対する位相状態の位置を連続してチェックして、トラッキング軌道セグメントσ４ ８６にいつ切り替えるかを決定する。σ４≦σ３？ ２３２がＹＥＳの場合は、σ処理ブロック１１２はトラッキング軌道σ４ ８６に切り替わる。さもなくば、滑動モードコントローラ２６はループして、フローチャート２３８に従って次のＶＣＭコマンドＵ ２８を計算する。
【０１０２】
滑動モードコントローラ２６がトラッキングモードに切り替わると、読出しチャネルは選択トラックのセンターラインに隣接して記録されたサーボバースト情報４２を処理し、これによりアクチュエータ８のセンターラインに対するオフセット位置を生成する。オフセット位置およびコマンド信号Ｕ ２８に応答して、状態推定器１４は推定アクチュエータ位置１６を生成し、これを参照選択トラック位置１８から減算して、位置誤差Ｘ１ ２２を生成する。
【０１０３】
再び図７Ａのフローチャート２０８を参照して、切り替えゲインブロック１０４および１０６のためのゲイン定数が、図４のトラッキング軌道σ４ ８６に対応する値に更新される（２３６）。σ処理ブロック１１２は、積分器１１６の出力をマルチプレクサ１１８の出力（すなわちΨ３）としてライン１２６を介して選択する。σ処理ブロック１１２はまた、マルチプレクサ１２２の出力として、位置誤差位相状態Ｘ１ ２２を乗算器１１０への入力としてライン１２６を介して選択することにより、位置誤差位相状態Ｘ１ ２２を切り替えて滑動モード計算に戻す。この場合も、切り替えノイズを低減するために、位置誤差位相状態Ｘ１ ２２はシーク中は使用されない。
【０１０４】
次にフローチャート２０４を参照して、σ処理ブロック１１２は式（１６）に従ってσ４を更新する。σ処理ブロック１１２の出力σｉ １２８はσ４に指定される。σｉ、Ｘ１、およびＸ２に応答して、乗算器１０８および１１０はそれぞれ、Ｘ１およびＸ１がσ４ ８６位相軌道の方向に駆動するように切り替えゲインブロック１０４および１０８の状態を設定する。次のコマンドＵ ２８が生成されてＶＣＭ１０に印加され、これにより選択トラックのセンターラインのトラッキングが続く。
【０１０５】
選択トラックに達すると、いくつかのバイアス力によりアクチュエータ８はセンターラインからの定常状態のＤＣオフセットを有する。典型的なバイアス力としては、回転しているディスクによって生じる風損の動径方向成分、ディスクスタックの傾き、フレキシブルケーブルのバイアス、および電気オフセットがある。これらのバイアス力を補償して定常状態の位置誤差をゼロにするためには、積分器１１６が位置誤差位相状態Ｘ１ ２２を積分し、その出力１０９を合算１０３して滑動モードコントローラ２６の出力２８とする。
【０１０６】
しかし、バイアス力は時間によって変化するのではなく、アクチュエータ８の動径方向の位置により変化する。従って、各トラックに対するバイアス力に対応する定常状態の積分値１０９がメモリに格納される。選択された新しいトラックをシークするとき、積分器１１６は不能にされ、選択された新しいトラックに対応するメモリに格納された定常状態の積分値が１０３において定数１３４として制御信号２８に加えられる。アクチュエータ８が選択された新しいトラックに達しヘッドが十分に落ちつくと、積分器１１６は再びイネーブルとなり、その出力を再び制御信号２８に加える（１０３）。
【０１０７】
逆向きシークでは、滑動モードコントローラ２６は、不等式が逆であることを除いては、図７Ａ、７Ｂ、および７Ｃのフローチャートで述べられているように動作する。σ処理ブロック１１２はまた、図３Ｄに示すように線形位相軌道セグメントの傾きを調節し得る。σ処理ブロック１１２の別の実施態様では、位置誤差位相状態および速度位相状態は、図４に示す位相面軌道を表すルックアップテーブルに格納された値と比較される。
【０１０８】
加速の実施態様
本発明の滑動モードコントローラの別の実施態様を図８に示す。滑動モード動作は、等速シークモード（σ＝σ２）およびトラッキングモード（σ＝σ４）では図６の場合と同じである。しかし、シーク加速（σ＝σ１）およびシーク減速（σ＝σ３）では、Ｘｖがアクチュエータ速度誤差位相状態、Ｘαがアクチュエータ加速度位相状態であるとき、状態空間は面（Ｘｖ、Ｘα）内に定義される。
【０１０９】
シーク加速およびシーク減速中は、参照速度Ｖｒｅｆが、図４に示す速度プロフィールσ１ ８０およびσ３ ８４に対応する位置誤差Ｘ１の関数として生成される。参照速度生成器は、ルックアップテーブルによりまたは多項式により具現化され得る。参照速度Ｖｒｅｆから推定アクチュエータ速度−Ｘ２を減算することによって、アクチュエータ速度誤差位相状態Ｘｖが生成される。アクチュエータ加速度位相状態Ｘαは、位置誤差Ｘ１の第２次導関数を取ることによって生成される。位相状態ＸｖおよびＸαにそれぞれの切り替えゲインブロックを掛けることにより信号Ψ２およびΨ４が生成される。図６および図７を参照して上述したように、制御信号Ψ１はシーク中は不能にされ、Ψ３は取るに足りないほどに小さい。従って、モータ制御信号Ｕは、シーク加速およびシーク減速中はΨ２およびΨ４の関数である。等速（σ＝σ２）およびトラッキング（σ＝σ４）のシーク中は、ＶｒｅｆはＸｖ＝Ｘ２となるようにゼロにセットされ、Ψ４は、切り替えゲインブロックのゲインδおよびθをゼロに設定することによって不能にされる。このようにして、図８の滑動モードコントローラは、等速でのシークおよびトラッキング中は図６および図７で述べたように動作する。
【０１１０】
図８のσ処理ブロックによって使用される軌道セグメントσｉは以下のように定義される。
【０１１１】
σ１ ＝ ［Ｘｖ − Ｃｌ・α］
σ２ ＝ Ｘ２ − Ｘ２Ｉ
σ３ ＝ −［Ｘｖ − Ｃ２・α］
σ４ ＝ Ｘ２ ＋ Ｃ３・Ｘ１
ここで、
Ｃ１ ＝ 所定の加速定数
Ｘ１Ｉ ＝ 最初のアクチュエータ位置誤差
Ｘ２Ｉ ＝ 所定の一定位置誤差速度
Ｃ２ ＝ 所定の減速定数、および
Ｃ３ ＝ 線形減速セグメントの所定の傾き
σ処理ブロックは、以下の不等式に従って軌道セグメント間の切り替えを行う。
【０１１２】
｜Ｘ２｜ ＞ Ｘ２Ｉのとき、σ１からσ２へ
｜Ｖｒｅｆ（ｋ）｜ ＜ ｜Ｖｒｅｆ（ｋ−１）｜のとき、σ２からσ３へ
｜Ｘ１｜ ＜ 所定のトラック獲得しきい値のとき、σ３からσ４へ、そして
（Ｘ１ ＊ Ｘｖ ＜ ０）および（｜Ｘ２｜ ≦ ｜Ｖ２Ｉ｜）のとき、σ１からσ３へ
図１の読出しヘッド６が誘導型ではなく磁気抵抗型（ＭＲ）である場合は、本発明の滑動モードコントローラは十分なトラッキング性能を提供し、ＭＲ読み出しヘッドに関連する内因的な非線形ゲイン変動に実質的に感応しない。従来の線形状態の推定器制御システムでは、図９Ａに示す非線形特性を有するＭＲ読出しヘッドは、図９Ｃに示すように選択トラックのセンターラインのあたりで振動する。しかし、滑動モードコントローラでは、ＭＲ読出ヘッドは振動せず、図９Ｄに示すように実質的にトラック上に維持される。
【０１１３】
本発明の精神および範囲から外れることなく形態および詳細において多くの変更を行い得る。開示された特定の実施態様は限定することを意図してはいない。例えば、滑動モードコントローラはハードウェアまたはソフトウェアで具現化され得、もっと高次の位相状態が、開示された特定の位相状態に代わって、またはこれらに加えて使用され得る。さらに別の実施態様では、各ディスクのサーボデータを図２Ａに示すようなユーザデータのセクタ内に埋め込むのではなく、サーボデータはディスクアレイの専用サーボディスクに記録され得る。開示された実施態様から導き出されるこれらのおよび他の改変は、以下の請求の範囲から適切に解釈される本発明の意図された範囲に属する。
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明はコンピュータ技術に関する。詳しくは、ディスクドライブの読出し／書込みヘッドアクチュエータの制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
磁気ディスク格納システムでは、変換ヘッドがデジタルデータを磁気格納媒体に書き込む。デジタルデータは、読出し／書込みヘッドのコイルの電流を変調する役目を果たし、これにより、対応する磁束変化シーケンスが磁気媒体上の一連の同心円状データトラックに書き込まれる。この記録されたデータを読み出すためには、読出し／書込みヘッドが磁気媒体の上を通り、磁気変化をアナログ信号のパルスに変換する。次にこれらのパルスは読出しチャネル回路によって復号されデジタルデータを再生する。
【０００３】
読出し／書込みヘッドは、通常は、音声コイルモータ（ＶＣＭ）によって位置決めされるアクチュエータアーム上に取り付けられる。サーボシステムがＶＣＭを制御し、そしてこれによりヘッド位置を制御する。これはディスクドライブと接続しているコンピュータからの要求に応答して情報の読み出しおよび書き込みを行うために必要とされる。サーボシステムは２つの機能を果たす。すなわち、（１）サーボシステムがヘッドを選択トラックに移動させる「シーク」または「アクセス」機能。（２）ヘッドが選択トラックに到着すると、サーボシステムは、トラックのセンターライン上にヘッドを正確に位置決めし、その位置をヘッドによるトラック通過の連続部分として維持する「トラック追従」または「トラッキング」機能を開始する。データ内に埋め込まれたサーボ制御情報はトラック間ヘッド位置情報を提供し、これにより、推定ヘッド位置と所望のヘッド位置との間の差を示すヘッド位置誤差が計算され得る。ヘッド位置誤差に応答して、サーボ制御システムは、ＶＣＭ制御信号を生成して、ヘッドを選択トラックのセンターライン上に位置合わせし、これにより、ヘッド位置誤差をゼロにする。
【０００４】
従来のサーボシステムは、典型的には、比例積分偏差（ＰＩＤ）フィードバックまたは状態推定器を用いる線形コントローラである。しかし、これらのタイプの線形コントローラは、ＶＣＭ制御システムのパラメータの変動および外部負荷妨害に感応するという問題を有する。従来の順応性線形コントローラは、パラメータの変動および負荷妨害を補償するためにコントローラを連続して再プログラミングすることによってこれらの感応性の問題を克服している。順応性制御システムは、適切ではあるが、具現化するには複雑過ぎまた費用が掛かり過ぎる。さらに、順応性線形コントローラはまた、機械的な共鳴を補償するためにノッチフィルタを必要とする。従って、ディスクドライブアクチュエータの制御に内因する感応性および共鳴の問題に対する低コストでより簡単な解決策が必要とされている。
【０００５】
ディスクドライブのアクチュエータ位置を制御するために、「バンバン（ｂａｎｇ−ｂａｎｇ）」制御法というさらに別の方法が従来より提案されている（例えば、非特許文献１参照）。このタイプの制御システムでは、モータコマンド信号は、速度誤差入力信号に応答して正の最大加速度と負の最大減速度との間で切り替わる。目標は、アクチュエータがターゲットトラックに向かって移動するときアクチュエータの速度を所定の軌道に従わせることである。しかし、「バンバン」制御システムは正の最大値と負の最大値との間の急速な切り替えによって生じる内因的な「チャタリング」の問題があるために、これまでのところ用いられていない。チャタリングは多量の望ましくないシステムノイズを引き起こす。さらに、ターゲット近くの制御が、正の最大値と負の最大値との間で交互に切り替わるため、トラッキング結果がよくない。従って、切り替えノイズを最小限にし得、そして十分なトラッキング性能を提供するディスクドライブアクチュエータ制御システムが必要である。
【０００６】
磁気抵抗型（ＭＲ）読出しヘッドを用いる磁気ディスクドライブ格納システムでは、サーボトラッキングにおいてさらに別の問題が生じる。ＭＲ読出しヘッドは、誘導型（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ）読出しヘッドとは異なり、磁束の変化を測定するのではなく、ディスク表面からの磁束を直接測定する。感度を最大にするためには、バイアス磁界がＭＲヘッドにわたって分配される。しかし、バイアス磁界はヘッドにわたって均等に分配されることはできず、感度の非線形変動、すなわちゲインが生じ得る。図９Ａに示すようなこの非線形特性により、制御システムが、選択トラックのセンターラインに従おうとするとき、図９Ｂに示すように振動することもあり得る。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｃ． Ｄｅｎｉｓ ＭｅｅおよびＥｒｉｃ Ｄ． Ｄａｎｉｅｌ著、Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ Ｖｏｌｕｍｅ ＩＩ： Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｄａｔａ Ｓｔｏｒａｇｅ、ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ， Ｉｎｃ．、１９８８年、６４−６５頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ＭＲ読出しヘッドに関連する非線形特性を補償するために、磁気ディスクサーボ制御システムには様々な方法が適用されている。ほとんどの場合、図９Ｂに示すように、ゲイン変動を補償してより線形の転移関数を実現するために、もっと複雑な線形制御アルゴリズムが用いられるが、これらのシステムはさらに多くの処理電力およびコストを要する。従って、ＭＲ読出しヘッドに関連する非線形のゲイン変動を補償し得る低コストでより効率的な磁気ディスクサーボ制御システムが必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
発明の要旨
本発明においては、スピンモータが読出し／書込みヘッドの下の磁気ディスクを回転させる。磁気ディスクには、サーボ情報を埋め込んだいくつかの同心円状のデータトラックが記録されている。読出し／書込みヘッドに接続される読出しチャネル回路は、デジタルで記録されたデータを復号しサーボデータを状態推定器に転送する。状態推定器はサーボデータを処理してアクチュエータ位置信号を生成し、これを参照アクチュエータ位置から減算してアクチュエータ位置誤差信号を生成する。滑動モードコントローラは、アクチュエータ位置誤差信号に応答して、正および負のフィードバックゲイン間（「バンバン」制御のように正および負の最大値間ではない）で切り替えを行い、これによりモータ制御信号を生成する。モータ制御信号は増幅され、アクチュエータの一方の端部に接続されるＶＣＭに印加される。アクチュエータの他方の端部には読出し／書込みヘッドが取り付けられている。ＶＣＭはアクチュエータの動きを制御し、これにより読出し／書込みヘッドを選択トラックの上に位置決めする。
【００１０】
滑動モードコントローラは２つの位相状態、すなわちアクチュエータ位置誤差位相状態およびアクチュエータ位置誤差速度位相状態によって定義される。アクチュエータ位置誤差位相状態は、推定アクチュエータ位置と所望のアクチュエータ位置との間の差（例えば、読出し／書込みヘッドが位置している現在のトラックと選択された新しいトラックとの間の差）である。アクチュエータ位置誤差速度位相状態は、アクチュエータ位置誤差の変化率であり、アクチュエータ位置誤差を微分することによって、または状態推定器によって生成され得る。位置誤差速度はアクチュエータの負の速度であってもよい。
【００１１】
正および負のフィードバックゲイン間で切り替えを行うことによって、滑動モードコントローラは位相状態が所定の位相面軌道に向かって進むように動作する。従って、滑動モードコントローラは、ディスクドライブの物理的な特徴ではなくむしろ位相状態の関数である。また、制御システムはパラメータの変動および外部負荷妨害に実質的に感応しない。さらに、本発明の滑動モードコントローラでは、機械的な共鳴を補償するために使用される従来の線形コントローラのノッチフィルタは必要ない。さらに、滑動モードコントローラはＭＲ読出しヘッドの非線形ゲイン変動に対して感応性がなく、従って、もっと複雑な制御アルゴリズムを必要とせずにトラッキング精度を向上させる。具現化は比較的簡単で低コストであり、また全体的な安定性を保証する明確な方法が存在する。
【００１２】
この好適な実施態様では、位相面軌道は４つのセグメントによって定義される。すなわち、アクチュエータの加速を選択トラックの方向に定める実質的に放物線状の加速セグメント、アクチュエータの等速を選択トラックの方向に定める線形等速セグメント、アクチュエータの減速を選択トラックの方向に定める実質的に放物線状の減速セグメント、およびアクチュエータのトラッキングモードを定める線形トラッキングセグメントである。
【００１３】
滑動モードコントローラは、位相状態に応答する、正および負のフィードバックモード間の切り替えを行うための切り替えロジックを備え、切り替えロジックは、位相状態が従っている現在の軌道セグメントに従って動作する。滑動モードコントローラはさらに、位相状態がどの軌道セグメントσに従うかを決定することによって、同様に位相状態に応答して切り替えロジックの動作モードを制御するσ処理ブロックを備えている。
【００１４】
負および正のフィードバックゲイン間で切り替えを行うことによって生じるノイズを減らすために、滑動モードコントローラは、シーク動作中はアクチュエータ位置誤差速度位相状態のみを用いてモータ制御信号を生成する。これにより、制御信号の大きさを低減し、そしてこれによりシステムの切り替え量は低減する。しかし、アクチュエータの正しい方向への移動を開始させる最初の誤差速度参照信号が必要となる。アクチュエータが選択トラックに実質的に到達すると、滑動モードコントローラはトラッキングモードに切り替わり、アクチュエータ位置誤差位相状態およびアクチュエータ位置誤差速度位相状態の両方を用いてモータ制御信号を生成する。アクチュエータ位置誤差はまた積分されてモータ制御信号に加算され、これにより定常状態の誤差をゼロにする。
【００１５】
別の実施態様では、滑動モードコントローラは、アクチュエータ位置誤差、速度誤差、および加速度の位相状態に応答する。速度誤差は、推定速度を参照速度から減算することによって生成される。参照速度はアクチュエータ位置誤差の関数として計算される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明のディスクドライブ制御システムのブロック図である。
【図２Ａ】図２Ａおよび図２Ｂは、サーボフィールドが埋め込まれた複数の同心円状のデータトラックを有する磁気ディスクのデータフォーマットの例を示す。
【図２Ｂ】図２Ａおよび図２Ｂは、サーボフィールドが埋め込まれた複数の同心円状のデータトラックを有する磁気ディスクのデータフォーマットの例を示す。
【図３Ａ】図３Ａは、例示的滑動モードコントローラによって制御される２次システムの例を示す。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図３Ａに示す制御システムの正および負のフィードバックモードに対する位置誤差位相状態および誤差速度位相状態の位相面プロットである。
【図３Ｃ】図３Ｃは、新しいトラックへの前向きシーク中に位相状態を所定の線形位相軌道に向かって駆動する場合の滑動モードコントローラの動作を示す。
【図３Ｄ】図３Ｄは、滑動モードを延長するために図３Ｃの線形位相軌道の傾きを変更する場合の効果を示す。
【図３Ｅ】図３Ｅは、偏位領域全体をカバーし、これによりパラメータの変動に感応する線形の動作モードを除去する位相面軌道を示す。
【図４】図４は、本発明の好適な位相面軌道を示す。
【図５】図５は、位置誤差および位置誤差速度の位相状態を有する２次システムとしてのＶＣＭコントローラを示す。
【図６】図６は、滑動モードコントローラが位置誤差および位置誤差速度の位相状態に応答する、本発明のディスクドライブ制御システムの詳細な図である。
【図７Ａ】図７Ａ、７Ｂ、および７Ｃは、図６の滑動モードコントローラの動作を示すフローチャートである。
【図７Ｂ】図７Ａ、７Ｂ、および７Ｃは、図６の滑動モードコントローラの動作を示すフローチャートである。
【図７Ｃ】図７Ａ、７Ｂ、および７Ｃは、図６の滑動モードコントローラの動作を示すフローチャートである。
【図８】図８は、滑動モードコントローラがアクチュエータ位置誤差、速度誤差、および加速度の位相状態に応答する、本発明の別の実施態様の詳細なブロック図である。
【図９Ａ】図９Ａは、測定された位置誤差とＭＲ読出しヘッドに対する実際のトラックオフセットとの間の非線形ゲイン変動を示す。
【図９Ｂ】図９Ｂは、測定された位置誤差とＭＲ読出しヘッドに対する従来の補償方法によって生成された実際のトラックオフセットとの間のより線形である関係を示す。
【図９Ｃ】図９Ｃは、図９ＡのＭＲ読出しヘッドと共に使用されるときの、従来の線形状態推定器制御システムのトラッキング性能を示す。
【図９Ｄ】図９Ｄは、図９ＡのＭＲ読出しヘッドと共に使用されるときの、本発明の滑動モードコントローラのトラッキング性能を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図面の詳細な説明
システム概観
図１は、本発明のディスクドライブ制御システムの概観である。スピンモータ２は、読出し／書込みヘッド６の下のコンピュータデータが記録された磁気ディスク４を回転させる。アクチュエータ８は読出し／書込みヘッド６を選択トラックの上に位置決めし、音声コイルモータ（ＶＣＭ）１０はアクチュエータ８の動きを制御する。読出し／書込みヘッド６からアナログ信号を受け取るように接続された読出しチャネル回路１２は、磁気ディスクに記録されたデジタルデータを復号し、サーボ情報を状態推定器１４に転送する。状態推定器１４はＶＣＭ制御システムをモデル化して推定アクチュエータ位置１６を生成し、これが加算器２０で参照アクチュエータ位置１８から減算され、アクチュエータ位置誤差Ｘ１ ２２が生成される。参照アクチュエータ位置１８とは、データが書き込まれるかまたは読み出される予定の選択トラックの位置である。滑動モードコントローラ２６は、アクチュエータ位置誤差Ｘ１ ２２に応答して、加速モータ制御信号Ｕ ２８を計算し、この信号は増幅器３０によって増幅され、ＶＣＭ１０に印加され、これにより読出し／書込みヘッドが選択トラックの上に位置決めされる。状態推定器１４はまた、推定アクチュエータ位置１６を生成するためにモータ制御信号Ｕ ２８を処理する。
【００１８】
状態推定器１４は、記録チャネルのノイズによって生じるサーボ位置情報の誤差を除去する。図６に示す滑動モードコントローラの実施態様では、状態推定器１４はまた微分器１０２に置き換わって、アクチュエータ位置誤差速度位相状態Ｘ２を生成することができる。状態推定器は、米国特許第４，６７９，１０３号などに記載されているように周知である。この特許は本明細書において参考のため援用されている。また、本発明によって使用されるアクチュエータ位相状態を生成するためには、状態推定器以外にも周知の技術がある。
【００１９】
図２Ａおよび図２Ｂは、内側データトラック３２および外側データトラック３４を有する複数の同心円状データトラックを含む磁気ディスク４のデータフォーマットの例を示す。図２Ｂに示すように、各データトラックは、複数のセクタ３６および内部に埋め込まれた複数のサーボフィールド３８を備えている。サーボフィールド３８はトラック番号情報４０を含み、これは、選択トラックをシークしている間に推定アクチュエータ位置１６を生成するために状態推定器１４によって処理される。読出し／書込みヘッドが選択トラックに接近するに従って所定の速度範囲内に速度を緩めると、状態推定器１４は、サーボフィールドのトラック番号４０およびサーボバースト情報４２を処理し、これにより、データの書込みおよび読出しが行われている間にヘッドが選択トラックのセンターラインの上に位置合わせされる。サーボバーストは、トラックのセンターラインに隣接した正確な位置に記録された複数のパルスを含む。読出し／書込みヘッドによって感知されるこれらのサーボバーストパルスの大きさにより、ヘッドがオフトラック位置であることが示される。
【００２０】
動作の理論
図３Ａを参照して、滑動モードコントローラ２６の動作を示す。図示する例示的な２次システム４４は、大きさは必ずしも同じではない正のゲイン４７と負のゲイン４８との間で切り替えを行うスイッチ４６を有する例示的な滑動モードコントローラ４５によって制御される。位置誤差Ｘ１ ４９は、所望の位置参照コマンド５２から被制御システムの推定位置５１を減算することによって加算器５０から出力される。位置誤差Ｘ１ ４９は、スイッチ４６の状態に依存して正のゲイン４７または負のゲイン４８によって乗算され、加速コマンドＵ ５３が被制御システム４４への入力として生成される。積分器５４の出力は被制御システム４４の速度であり、これはまた位置誤差速度の負の値−Ｘ２ ５５でもある。スイッチ４６が正のゲイン４７を選択するときは、これは負のフィードバックシステムであり、スイッチ４６が負のゲイン４８を選択するときは、これは正のフィードバックシステムである。これらの構造のそれぞれではシステムは不安定である。しかし、２つの構造の間で繰り返し切り替えを行うことによってシステムは安定にされ得る。
【００２１】
負のフィードバックでの状態空間式は、
【００２２】
【数１】
式（１）の一般解は、
【００２３】
【数２】
【００２４】
【数３】
式（２）および（３）を組み合わせると、
【００２５】
【数４】
式（４）の位相面プロットは、図３Ｂに示すように離心率Ａおよび√ＫＡを有する１組の楕円形である。
【００２６】
正のフィードバックでの状態空間式は、
【００２７】
【数５】
式（５）の一般解は、
【００２８】
【数６】
式（５）および（６）を組み合わせると、
【００２９】
【数７】
式（７）の位相面プロットは、図３Ｂに示すように２つの漸近線を有する１組の双曲線である。
【００３０】
位相状態が原点に達することはないため、式（４）および（７）の２つの個々の位相面軌道の結果、不安定なシステムとなる。しかし、負および正のフィードバック軌道の交点で定義される第３の位相軌道に沿って位相状態を駆動させることによって原点に達することが可能となる。これは、現在の位相状態値に応答して正のゲインと負のゲインとの間を切り替え、これにより位相状態を所定の第３の位相軌道に従わせることによって実現される。
【００３１】
切り替え動作を図３Ｃを参照して述べる。ここでは、所定の第３の位相軌道は線形セグメント６０として示される。新しいトラックが選択されるとき、最初のアクチュエータ位置誤差は点Ａにあり、制御システムは最初は正のゲイン（すなわち、負のフィードバック）を選択するように切り替えられる。アクチュエータが選択トラックに向かって加速を始めると、位相状態は負のフィードバックモードのアーク形軌道６４に従う。位相状態が交点Ｂで第３の位相軌道６０の発端に達すると、滑動モードコントローラは負のゲインに切り替わり、位相状態は正のフィードバックモードの双曲線軌道６６に従う。位相状態が点Ｃで第３の位相軌道６０と交差すると、コントローラは再び正のゲインに切り替わり、位相状態をアーク６８に沿って第３の位相軌道６０の方向に戻して駆動する。この切り替え行為が繰り返され、これにより位相状態は線形セグメント６０に沿って位相面の原点に向かって滑動する。位相状態が位相面の原点から所定の最短距離範囲内にあるとき、システムはトラッキングモードに切り替わり、ここで、滑動モードコントローラ２６は、正のフィードバックと負のフィードバックとの間で繰り返し切り替えを行うことにより、位相状態を位相面の原点近くに保持し、これにより、読出し／書込みヘッド６を選択トラックのセンターライン上で位置合わせした状態に保つ。
【００３２】
位相状態が図３Ｃの滑動ラインに従うときの制御システムの時間ドメイン応答は以下の通りである。
【００３３】
【数８】
ここで、ｔ１は、位相状態が点Ｂで滑動ラインに達するときの時間である。式（８）は、滑動ラインに沿ったシステムの平均応答であり、パラメータＫの変動または外部負荷妨害によって実質的に影響を受けない。従って、Ｋの値を決定するためにシステムの正確なパラメータを知る必要はない。式（８）は、後述の存在式（１１）と共に、システムは滑動モード領域内では全体的に安定であるということを証明する。
【００３４】
滑動モードコントローラは、位相状態値を観察することによって正のゲインと負のゲインとの間の切り替えをいつ行うかを決定する。図３Ｃの線形位相軌道は次の式によって定義される。
【００３５】
【数９】
ここで、定数Ｃは線形セグメント６０の傾きである。位相状態を観察することによって、滑動モードコントローラは以下のようにゲインを切り替える。
【００３６】
【数１０】
滑動モードコントローラは、σ・Ｘ１＞０のときは正のゲインに、そしてσ・Ｘ１＜０のときは負のゲインに切り替わり、これにより位相状態を線形軌道の方向に駆動する。
【００３７】
システムの全体的な応答は、滑動ラインの傾きを大きくする（すなわちＣを大きくする）ことによって速くなる。しかし、滑動モード制御には重要な制約がある。すなわち、第３の位相軌道は、正および負のフィードバック位相軌道が反対方向で交差する位相面内の領域に制約される。図３Ｃから、これは滑動ラインの傾きは０＜Ｃ＜√Ｋに制約されることを意味する。この制約からさらに以下の関係が導き出される。
【００３８】
【数１１】
式（１１）は存在式として知られ、正および負のゲイン値を決定するために使用される。
【００３９】
図３Ｃの線形滑動モード軌道６０は、最初は線形フィードバックモードで動作し、最初のアーク軌道６４はパラメータの変動および外部負荷妨害によりずれることがあるという欠点を有する。この問題は、動作の滑動モード領域を延ばすことによって低減される。例えば、位相軌道調節器は、図３Ｄに示すように線形セグメントの傾きを連続して調節することができる。位相状態が第１滑動ライン６５に達し所定の期間これに従った後、位相軌道調節器は定数Ｃを大きくすることによって傾きを大きくして滑動ライン６７とする。システムはセグメント間転移中のみ線形モード（非滑動モード）で動作する。最終的には、傾きは滑動ライン６９で所定の最大値まで増大し、この時点で位相状態は位相面の原点に向かってライン６９に沿って滑動する。
【００４０】
より強い具現例としては、１つの位相軌道が偏位領域全体をカバーするように定義することである。これを図３Ｅに示す。ここでは、位相軌道は３つの線形セグメントσ１ ７２、σ２ ７４、およびσ３ ７６よりなる。
【００４１】
σ１ ＝ Ｘ２ − Ｃ１・（Ｘ１ − ＸＩ）
σ２ ＝ Ｘ２ − Ｘ２Ｉ、および （１２）
σ３ ＝ Ｘ２ ＋ Ｃ２・Ｘ１
ここで、
Ｘ１ ＝ アクチュエータ位置誤差位相状態、
Ｘ２ ＝ アクチュエータ位置誤差速度位相状態
Ｃ１ ＝ 第１セグメントの傾き
Ｃ２ ＝ 第３セグメントの傾き
ＸＩ ＝ 最初のアクチュエータ位置誤差、および
Ｘ２Ｉ ＝ 所定の一定位置誤差速度
第１線形セグメントσ１ ７２はアクチュエータ８の加速を表し、第２線形セグメントσ２ ７４はアクチュエータ８の等速度を表し、第３線形セグメントσ３ ７６は選択トラックの方向へのアクチュエータ８の減速を表す。
【００４２】
上述のように、Ｃ２は０＜Ｃ２＜√Ｋに制約される。しかし、これら３つのセグメントすべてもまたＶＣＭ １０の最大加速度、等速度、および減速度の限度によって制約される。位相軌道がＶＣＭの物理的な限度内で選択されると、コントローラはパラメータの変動および外部負荷妨害とは実質的に関係なく動作する。
【００４３】
最適な位相面軌道および本発明の好適な実施態様を図４に示す。この軌道は、実質的に放物線の加速セグメントσ１ ８０、線形の等速セグメントσ２ ８２、第２の実質的に放物線の減速セグメントσ３ ８４、および線形の減速セグメントσ４ ８６を有する。
【００４４】
σ１ ＝ Ｃ１・Ｘ２２ ＋ Ｘ１ − Ｘ１Ｉ （１３）
σ２ ＝ Ｘ２ − Ｘ２Ｉ （１４）
σ３ ＝ −Ｃ２・Ｘ２２ ＋ Ｘ１ （１５）
σ４ ＝ Ｘ２ ＋ Ｃ３・Ｘ１ （１６）
ここで、
Ｘ１ ＝ アクチュエータ位置誤差位相状態、
Ｘ２ ＝ アクチュエータ位置誤差速度位相状態
Ｃ１ ＝ 所定の加速定数
Ｘ１Ｉ ＝ 最初のアクチュエータ位置誤差
Ｘ２Ｉ ＝ 所定の一定位置誤差速度
Ｃ２ ＝ 所定の減速定数、および
Ｃ３ ＝ 線形減速セグメントの所定の傾き
放物線減速セグメントσ３ ８４の傾きは原点付近で急激になりすぎて（すなわち、減速が大きくなりすぎて）滑動モードをサポートすることができないため、線形減速セグメントσ４ ８６が必要となる。トラック間シーク距離が十分に短い場合は線形等速セグメントσ２ ８２は必要ない（すなわち、最初の位置誤差が所定のしきい値より小さい場合は位相状態はσ１から直接σ３に転移する）。
【００４５】
図５は、２次プラントとしてモデル化されたディスクアクチュエータ制御システムを示す。滑動モードコントローラの出力Ｕ ２８は増幅３０されＶＣＭ１０に入力される。ＶＣＭ１０のパラメータは以下の通りである。
【００４６】
Ｋｔ ＝ トルク定数
Ｋｖ ＝ 粘性減衰係数、および
Ｊ ＝ 慣性
モータへの入力９０は加速コマンドであり、出力９２は速度である。従って、モータ自体が積分器９４としてモデル化される。サーボフィールド３８、読出しチャネル回路１２、および状態推定器１４もまた積分器９６としてモデル化される。何故なら、ＶＣＭ１０の出力速度９２を積分することによりアクチュエータ位置１６が生成されるからである。
【００４７】
位置誤差位相状態Ｘ１ ２２は加算器２０の出力で観察され、位置誤差速度位相状態Ｘ２はＶＣＭ １０の速度９２の負の値として観察される。もしくは、位置誤差速度位相状態Ｘ２は、位置誤差信号Ｘ１ ２２を微分することによって生成されるか、または状態推定器１４によって生成され得る。図５から、位相状態式は以下のように表記され得る。
【００４８】
【数１２】
Ｕ ＝ ±Ｋ・Ｘ１であるので、位相状態式は式（１）および（５）に類似し、位相プロットは図３Ｂに示すものと類似する。
【００４９】
滑動モードを具現化するには位置誤差Ｘ１のみで十分であるが、位置誤差速度Ｘ２をフィードバックループに加えるとさらなる制御が達成される。実際において、位置誤差Ｘ１は最初は位置誤差速度Ｘ２よりはるかに大きいため、本発明のディスクドライブアクチュエータ制御システムは、位置誤差速度Ｘ２をシーク中の唯一の制御信号として用いることにより最適な動作を行う。シーク中にフィードバックループから位置誤差Ｘ１を取り除くことにより、切り替えノイズ量が減少する。位相状態が位相軌道の所定の点に達すると、システムは位置誤差Ｘ１の位相状態を切り替えて制御ループに戻す。
【００５０】
ハードウェアの説明
図６は、本発明のディスクドライブアクチュエータ滑動モード制御システムの詳細図である。アクチュエータ位置誤差Ｘ１ ２２は滑動モードコントローラ２６に入力され、微分器１０２はアクチュエータ位置誤差Ｘ１ ２２を微分して、アクチュエータ位置誤差速度信号Ｘ２ １００を生成する。図示はしないが別の実施態様では、状態推定器１４が位置誤差速度Ｘ２を生成する。２つの切り替えゲイン回路１０４および１０６は、それぞれ位置誤差〜Ｘ１ ２２および誤差速度〜Ｘ２ １００制御信号を乗算する。乗算器１０８および１１０は、位相状態〜Ｘ１およびＸ２ならびに現在の軌道セグメントσｉに応答し、ゲイン回路の切り替え動作を制御する。得られる乗算値の符号によりスイッチの状態が決定され、これにより、位相状態Ｘ１およびＸ２を図４に示す所定の滑動ライン軌道の方向に駆動する。σ処理ブロック１１２は、位相状態Ｘ１およびＸ２に応答し、軌道セグメント切り替えロジックを具現化し、これにより位相状態が位相軌道のセグメントσｉのいずれに従うのかを決定する。σ処理ブロック１１２、積分器１１６、参照誤差速度発生器１１４、ならびにマルチプレクサ１１８、１２０、および１２２の動作について以下に詳述する。
【００５１】
切り替えゲインブロック１０４および１０６のゲイン値αｉ、βｉ、γｉ、およびζｉは、位相状態が従っている現在の軌道セグメントによる適切な値にプログラム可能に設定される。また、ゲイン値は、コントローラが前向きシークを行っているかまたは逆向きシークを行っているかに応じて所定の値にプログラム化される。そうすると存在式（１１）および位相軌道式（１３）、（１４）、（１５）、および（１６）を用いれば、図４に示す位相軌道の各セグメントのためのゲイン値を計算することができる。
【００５２】
σ ＝ σ１（シーク加速）では、式（１３）を時間に関して微分して式（１３）を掛けると以下の式が得られる。
【００５３】
【化１−１】
式（１７）からおよびσ１・Ｘ２を因数分解することにより、以下の式が得られる。
【００５４】
【数１３】
図５および図６から、およびΨ３項をシーク中には取るに足りないほどに小さい値であるとして無視することにより、
【００５５】
【数１４】
ここで、
【００５６】
【数１５】
式（１８）および（１９）から、および項１／２・Ｃ１を取るに足りないほどに小さい値であるとして無視することにより、
【００５７】
【数１６】
存在式（１１）を満足させる（すなわち、式（２２）が任意のＸ１およびＸ２に対して負である）ためには、ゲイン定数は以下の不等式を満足させなければならない。
【００５８】
逆向きシーク（Ｘ２ ＞ ０）の場合、
｛
式（２０）から（σ１・Ｘ１ ＞ ０）のときは、
【００５９】
【化１−２】
さもなくば、式（２０）から（σ１・Ｘ１ ＜ ０）のときは、
【００６０】
【化２】
式（２１）から（σ１・Ｘ２ ＞ ０）のときは、
【００６１】
【化３】
さもなくば、式（２１）から（σ１・Ｘ２ ＜ ０）のときは、
【００６２】
【化４】
｝
前向きシーク（Ｘ２ ＜ ０）の場合、
｛
式（２０）から（σ１・Ｘ１ ＞ ０）のときは、
【００６３】
【化５】
さもなくば、式（２０）から（σ１・Ｘ１ ＜ ０）のときは、
【００６４】
【化６】
式（２１）から（σ１・Ｘ２ ＞ ０）のときは、
【００６５】
【化７】
さもなくば、式（２１）から（σ１・Ｘ２ ＜ ０）のときは、
【００６６】
【化８】
｝
σ ＝ σ２（等速度でのシーク）では、式（１４）を時間に関して微分して式（１４）を掛けると以下の式が得られる。
【００６７】
【化９】
式（１７）から、
【００６８】
【化１０】
式（１９）から、
【００６９】
【数１７】
存在式（１１）を満足させる（すなわち、式（２３）が任意のＸ１およびＸ２に対して負である）ためには、ゲイン定数は以下の不等式を満足させなければならない。
【００７０】
式（２０）から（σ２・Ｘ１ ＞ ０）のときは、
【００７１】
【化１１】
さもなくば、式（２０）から（σ２・Ｘ１ ＜ ０）のときは、
【００７２】
【化１２】
式（２１）から（σ２・Ｘ２ ＞ ０）のときは、
【００７３】
【化１３】
さもなくば、式（２１）から（σ２・Ｘ２ ＜ ０）のときは、
【００７４】
【化１４】
σ ＝ σ３（シーク減速）では、式（１５）を時間に関して微分して式（１５）を掛けると以下の式が得られる。
【００７５】
【化１５】
式（１７）からおよびσ１・Ｘ２を因数分解することにより、以下の式が得られる。
【００７６】
【数１８】
式（１８）および（１９）から、ならびに項１／２・Ｃ２を取るに足りないほどに小さい値であるとして無視することにより、
【００７７】
【数１９】
存在式（１１）を満足させる（すなわち、式（２５）が任意のＸ１およびＸ２に対して負である）ためには、ゲイン定数は以下の不等式を満足させなければならない。
【００７８】
逆向きシーク（Ｘ２ ＞ ０）の場合、
｛
式（２０）から（σ３・Ｘ１ ＞ ０）のときは、
【００７９】
【化１６】
さもなくば、式（２０）から（σ３・Ｘ１ ＜ ０）のときは、
【００８０】
【化１７】
式（２１）から（σ３・Ｘ２ ＞ ０）のときは、
【００８１】
【化１８】
さもなくば、式（２１）から（σ３・Ｘ２ ＜ ０）のときは、
【００８２】
【化１９】
｝
前向きシーク（Ｘ２ ＜ ０）の場合、
｛
式（２０）から（σ３・Ｘ１ ＞ ０）のときは、
【００８３】
【化２０】
さもなくば、式（２０）から（σ３・Ｘ１ ＜ ０）のときは、
【００８４】
【化２１】
式（２１）から（σ３・Ｘ２ ＞ ０）のときは、
【００８５】
【化２２】
さもなくば、式（２１）から（σ３・Ｘ２ ＜ ０）のときは、
【００８６】
【化２３】
｝
σ ＝ σ４（トラッキング）では、式（１６）を時間に関して微分して式（１６）を掛けると以下の式が得られる。
【００８７】
【化２４】
式（１７）から、
【００８８】
【化２５】
式（１９）から、
【００８９】
【数２０】
存在式（１１）を満足させる（すなわち、式（２６）が任意のＸ１およびＸ２に対して負である）ためには、ゲイン定数は以下の不等式を満足させなければならない。
【００９０】
式（２０）から（σ４・Ｘ１ ＞ ０）のときは、
【００９１】
【化２６】
さもなくば、式（２０）から（σ４・Ｘ１ ＜ ０）のときは、
【００９２】
【化２７】
式（２１）から（σ４・Ｘ２ ＞ ０）のときは、
【００９３】
【化２８】
さもなくば、式（２１）から（σ４・Ｘ２ ＜ ０）のときは、
【００９４】
【化２９】
フローチャートの説明
図６に示す滑動モードコントローラの動作を、図７Ａ、図７Ｂ、および図７Ｃのフローチャートを参照してさらに説明する。サーボ制御システムは最初は図７Ａのトラッキングモード２００の状態にあり、アクチュエータ８は、シーク前向きまたはシーク逆向きコマンドを受け取るまで現在選択されているトラックをトラックする（２０４）ものと仮定する。前向きシークが開始されると、シーク？２０６はＹＥＳであり、アクチュエータ位置参照ＰＯＳ Ｒｅｆ １８が新しく選択されたトラックに更新される。加算器２０の出力での最初のアクチュエータ位置誤差Ｘ１ ２２は、状態推定器１４から出力された現在のトラック１６と新しく選択されたトラックとの間の差である。この最初の位置誤差はまた、図４ではＸ１Ｉにおける軌道セグメントσ＝σ１ ８０の発端として示される。セグメントσ＝σ１ ８０は、選択トラックに向かうアクチュエータの所望の加速を示す放物線の軌道である。
【００９５】
シーク加速（σ＝σ１）（２０８）の開始では、滑動モードコントローラは様々なパラメータ２１０を初期化する。図６のブロック１０４および１０６のゲイン定数は、加速軌道σ＝σ１ ８０に対応する様々な値に更新される。シーク動作中の切り替えノイズを低減させるためには、位置誤差位相状態Ｘ１ ２２は滑動モード制御では使用されない。σ処理ブロック１１２は、ライン１２６を介して、基底面をマルチプレクサ１２２の出力として選択する。この結果、〜Ｘ１ １３０がゼロに設定され、これにより乗算器１１０の切り替え行為を不能にし、加算器１０３の出力のＶＣＭコマンドＵ ２８の計算にΨ１が関与しないようにする。位置誤差位相状態〜Ｘ１ １３０が不能にされるため、速度位相状態〜Ｘ２ １３２は所定の値に初期化され、これにより、アクチュエータが所望の方向に移動を開始する（すなわち、選択トラックの方向に逆向きに移動する）ことが確実となる。これを実現するためには、σ処理ブロック１１２は、ライン１２４を介して、Ｘ２Ｒｅｆ １１４をマルチプレクサ１２０の出力として選択する。σ処理ブロック１１２はまた、ライン１２４を介して、所定の定数Ｃ １３４をマルチプレクサ１１８の出力（加算器１０３への第３の入力Ψ３ １０９）として選択する。所定の定数Ｃ １３４および積分器１１６の機能について以下にさらに詳述する。
制御パラメータが加速軌道σ＝σ１ ８０に対して初期化された後、滑動モードコントローラ２６は連続して計算を行い、加速器１０３の出力にＶＣＭコマンド信号Ｕ ２８を出力する。フローチャート２１２を参照して、σ１は式（１３）に従って更新され、σｉ １２８はσ１に指定される。乗算器１０８（オペランド符号ビットの簡単なＸＯＲとして具現化され得る）はσｉにＸ２を掛け、ゲインブロック１０４を、結果が正の場合はγｉに切り替え、結果が負の場合はζｉに切り替える。ゲインブロック１０４は〜Ｘ２ １３２（Ｘ２Ｒｅｆ １１４）に選択されたゲインを掛けてΨ２を生成する。加算器１０３はΨ１、Ψ２、およびΨ３を加算してＶＣＭコマンドＵ ２８を生成する。Ψ１は加速中はゼロであり、Ψ３は無視できるほどに小さいため、ＶＣＭコマンド信号Ｕ ２８はほとんどΨ２に等しい。
増幅器Ｋｐａ ３０はコマンド信号Ｕ ２８を増幅してこれをＶＣＭ１０に印加する。アクチュエータ８が選択トラックの方向に逆向きに加速を始めると、読出し／書込みヘッド６は次の隣接トラックのサーボデータの上を通過して、対応するトラックアドレスを読み出す。読出しチャネル１２がトラックアドレスを復号し、これを状態推定器１４に転送する。状態推定器は、トラックアドレスおよび現在のＶＣＭコマンド２８に応答して、アクチュエータ位置信号１６を更新する。加算器２０は新しい位置誤差Ｘ１ ２２を出力し、微分器１０２は新しい速度位相状態Ｘ２ １００をＸ１（Ｎ）−Ｘ１（Ｎ−１）として計算する。
σ処理ブロック１１２は連続チェックを行って、アクチュエータの速度がいつ所定の値に達するかを決定する。Ｘ２ ≦ Ｘ２Ｒｅｆ？ ２１４がＮＯの場合は、滑動モードコントローラはループしてフローチャート２１２に従って次のＶＣＭコマンドＵ ２８を計算する。 Ｘ２ ≦ Ｘ２Ｒｅｆ？ ２１４がＹＥＳの場合は、σ処理ブロック１１２は、ライン１２４を介して、Ｘ２ １００をマルチプレクサ１２０の出力として選択する（〜Ｘ２ ＝ Ｘ２を設定２１６）。つまり、アクチュエータ８の速度（Ｘ２ １００）が所定の速度（Ｘ２Ｒｅｆ １１４）に達すると、滑動モードコントローラ２６は、フローチャート２１８でＶＣＭコマンド信号Ｕ ２８を速度位相状態Ｘ２ １００の関数として生成する。
【００９６】
続いて図７Ｂに示すフローチャート２１８に移り、σ処理ブロック１１２はσ１、σ２、およびσ３をそれぞれ式（１３）、（１４）、および（１５）に従って更新する。σ処理ブロック１１２の出力σｉ １２８はσ１に指定される。σｉおよびＸ２に応答して、乗算器１０８は、Ｘ１およびＸ２がσ１ ８０位相軌道の方向に駆動されるように、切り替えゲインブロック１０４の状態を設定する。次のコマンドＵ ２８が生成されてＶＣＭ１０に印加され、これによりアクチュエータ８の選択トラックの方向への移動が続く。
【００９７】
σ処理ブロック１１２は、加速軌道σ１ ８０に対する位相状態の位置を連続してチェックして、次の軌道セグメントにいつ切り替えるかを決定する。次の軌道セグメントは等速セグメントσ２ ８２であるか、またはシーク距離が十分に短い場合は減速セグメントσ３ ８４である。σ値を比較することによって、σ処理ブロック１１２は次の軌道にいつ切り替えるかを決定する。σ１≦σ３？ ２２０がＹＥＳの場合は、σ処理ブロック１１２は減速軌道σ３ ８４に切り替わる。σ１≦σ２？ ２２２がＹＥＳの場合は、σ処理ブロック１１２は等速軌道σ２ ８２に切り替わる。さもなくば、滑動モードコントローラ２６はループして、フローチャート２１８に従って次のＶＣＭコマンドＵ ２８を計算する。
【００９８】
次に図７Ｃに示す等速度フローチャート２２６を参照して、先ず、切り替えゲインブロック１０４および１０６のためのゲイン定数が図４の等速軌道σ２ ８２に対応する値に更新される（２２８）。次に、フローチャート２３０で、σ処理ブロック１１２はそれぞれ式（１４）および（１５）に従ってσ２およびσ３を更新する。σ処理ブロック１１２の出力σｉ １２８はσ２に指定される。この場合も、σｉおよびＸ２に応答して、乗算器１０８は、Ｘ１およびＸ２がσ２ ８２位相軌道の方向に駆動されるように、切り替えゲインブロック１０４の状態を設定する。次のコマンドＵ ２８が生成されてＶＣＭ １０に印加され、これによりアクチュエータ８の選択トラックの方向への移動が続く。
【００９９】
σ処理ブロック１１２は、等速度軌道σ２ ８２に対する位相状態の位置を連続してチェックして、減速軌道セグメントσ３ ８４にいつ切り替えるかを決定する。σ２≦σ３？ ２３２がＹＥＳの場合は、σ処理ブロック１１２は減速軌道σ３ ８４に切り替わる。さもなくば、滑動モードコントローラ２６はループして、フローチャート２３０に従って次のＶＣＭコマンドＵ ２８を計算する。
【０１００】
次に減速フローチャート２３４に進み、先ず、切り替えゲインブロック１０４および１０６のためのゲイン定数を図４の減速軌道σ３ ８４に対応する値に更新する（２３６）。次に、フローチャート２３８で、σ処理ブロック１１２はそれぞれ式（１５）および（１６）に従ってσ３およびσ４を更新する。σ処理ブロック１１２の出力σｉ １２８はσ３に指定される。この場合も、σｉおよびＸ２に応答して、乗算器１０８は、Ｘ１およびＸ２がσ３ ８４位相軌道の方向に駆動されるように、切り替えゲインブロック１０４の状態を設定する。次のコマンドＵ ２８が生成されてＶＣＭ １０に印加され、これによりアクチュエータ８の選択トラックの方向への移動が続く。
【０１０１】
σ処理ブロック１１２は、減速軌道σ３ ８４に対する位相状態の位置を連続してチェックして、トラッキング軌道セグメントσ４ ８６にいつ切り替えるかを決定する。σ４≦σ３？ ２３２がＹＥＳの場合は、σ処理ブロック１１２はトラッキング軌道σ４ ８６に切り替わる。さもなくば、滑動モードコントローラ２６はループして、フローチャート２３８に従って次のＶＣＭコマンドＵ ２８を計算する。
【０１０２】
滑動モードコントローラ２６がトラッキングモードに切り替わると、読出しチャネルは選択トラックのセンターラインに隣接して記録されたサーボバースト情報４２を処理し、これによりアクチュエータ８のセンターラインに対するオフセット位置を生成する。オフセット位置およびコマンド信号Ｕ ２８に応答して、状態推定器１４は推定アクチュエータ位置１６を生成し、これを参照選択トラック位置１８から減算して、位置誤差Ｘ１ ２２を生成する。
【０１０３】
再び図７Ａのフローチャート２０８を参照して、切り替えゲインブロック１０４および１０６のためのゲイン定数が、図４のトラッキング軌道σ４ ８６に対応する値に更新される（２３６）。σ処理ブロック１１２は、積分器１１６の出力をマルチプレクサ１１８の出力（すなわちΨ３）としてライン１２６を介して選択する。σ処理ブロック１１２はまた、マルチプレクサ１２２の出力として、位置誤差位相状態Ｘ１ ２２を乗算器１１０への入力としてライン１２６を介して選択することにより、位置誤差位相状態Ｘ１ ２２を切り替えて滑動モード計算に戻す。この場合も、切り替えノイズを低減するために、位置誤差位相状態Ｘ１ ２２はシーク中は使用されない。
【０１０４】
次にフローチャート２０４を参照して、σ処理ブロック１１２は式（１６）に従ってσ４を更新する。σ処理ブロック１１２の出力σｉ １２８はσ４に指定される。σｉ、Ｘ１、およびＸ２に応答して、乗算器１０８および１１０はそれぞれ、Ｘ１およびＸ１がσ４ ８６位相軌道の方向に駆動するように切り替えゲインブロック１０４および１０８の状態を設定する。次のコマンドＵ ２８が生成されてＶＣＭ１０に印加され、これにより選択トラックのセンターラインのトラッキングが続く。
【０１０５】
選択トラックに達すると、いくつかのバイアス力によりアクチュエータ８はセンターラインからの定常状態のＤＣオフセットを有する。典型的なバイアス力としては、回転しているディスクによって生じる風損の動径方向成分、ディスクスタックの傾き、フレキシブルケーブルのバイアス、および電気オフセットがある。これらのバイアス力を補償して定常状態の位置誤差をゼロにするためには、積分器１１６が位置誤差位相状態Ｘ１ ２２を積分し、その出力１０９を合算１０３して滑動モードコントローラ２６の出力２８とする。
【０１０６】
しかし、バイアス力は時間によって変化するのではなく、アクチュエータ８の動径方向の位置により変化する。従って、各トラックに対するバイアス力に対応する定常状態の積分値１０９がメモリに格納される。選択された新しいトラックをシークするとき、積分器１１６は不能にされ、選択された新しいトラックに対応するメモリに格納された定常状態の積分値が１０３において定数１３４として制御信号２８に加えられる。アクチュエータ８が選択された新しいトラックに達しヘッドが十分に落ちつくと、積分器１１６は再びイネーブルとなり、その出力を再び制御信号２８に加える（１０３）。
【０１０７】
逆向きシークでは、滑動モードコントローラ２６は、不等式が逆であることを除いては、図７Ａ、７Ｂ、および７Ｃのフローチャートで述べられているように動作する。σ処理ブロック１１２はまた、図３Ｄに示すように線形位相軌道セグメントの傾きを調節し得る。σ処理ブロック１１２の別の実施態様では、位置誤差位相状態および速度位相状態は、図４に示す位相面軌道を表すルックアップテーブルに格納された値と比較される。
【０１０８】
加速の実施態様
本発明の滑動モードコントローラの別の実施態様を図８に示す。滑動モード動作は、等速シークモード（σ＝σ２）およびトラッキングモード（σ＝σ４）では図６の場合と同じである。しかし、シーク加速（σ＝σ１）およびシーク減速（σ＝σ３）では、Ｘｖがアクチュエータ速度誤差位相状態、Ｘαがアクチュエータ加速度位相状態であるとき、状態空間は面（Ｘｖ、Ｘα）内に定義される。
【０１０９】
シーク加速およびシーク減速中は、参照速度Ｖｒｅｆが、図４に示す速度プロフィールσ１ ８０およびσ３ ８４に対応する位置誤差Ｘ１の関数として生成される。参照速度生成器は、ルックアップテーブルによりまたは多項式により具現化され得る。参照速度Ｖｒｅｆから推定アクチュエータ速度−Ｘ２を減算することによって、アクチュエータ速度誤差位相状態Ｘｖが生成される。アクチュエータ加速度位相状態Ｘαは、位置誤差Ｘ１の第２次導関数を取ることによって生成される。位相状態ＸｖおよびＸαにそれぞれの切り替えゲインブロックを掛けることにより信号Ψ２およびΨ４が生成される。図６および図７を参照して上述したように、制御信号Ψ１はシーク中は不能にされ、Ψ３は取るに足りないほどに小さい。従って、モータ制御信号Ｕは、シーク加速およびシーク減速中はΨ２およびΨ４の関数である。等速（σ＝σ２）およびトラッキング（σ＝σ４）のシーク中は、ＶｒｅｆはＸｖ＝Ｘ２となるようにゼロにセットされ、Ψ４は、切り替えゲインブロックのゲインδおよびθをゼロに設定することによって不能にされる。このようにして、図８の滑動モードコントローラは、等速でのシークおよびトラッキング中は図６および図７で述べたように動作する。
【０１１０】
図８のσ処理ブロックによって使用される軌道セグメントσｉは以下のように定義される。
【０１１１】
σ１ ＝ ［Ｘｖ − Ｃｌ・α］
σ２ ＝ Ｘ２ − Ｘ２Ｉ
σ３ ＝ −［Ｘｖ − Ｃ２・α］
σ４ ＝ Ｘ２ ＋ Ｃ３・Ｘ１
ここで、
Ｃ１ ＝ 所定の加速定数
Ｘ１Ｉ ＝ 最初のアクチュエータ位置誤差
Ｘ２Ｉ ＝ 所定の一定位置誤差速度
Ｃ２ ＝ 所定の減速定数、および
Ｃ３ ＝ 線形減速セグメントの所定の傾き
σ処理ブロックは、以下の不等式に従って軌道セグメント間の切り替えを行う。
【０１１２】
｜Ｘ２｜ ＞ Ｘ２Ｉのとき、σ１からσ２へ
｜Ｖｒｅｆ（ｋ）｜ ＜ ｜Ｖｒｅｆ（ｋ−１）｜のとき、σ２からσ３へ
｜Ｘ１｜ ＜ 所定のトラック獲得しきい値のとき、σ３からσ４へ、そして
（Ｘ１ ＊ Ｘｖ ＜ ０）および（｜Ｘ２｜ ≦ ｜Ｖ２Ｉ｜）のとき、σ１からσ３へ
図１の読出しヘッド６が誘導型ではなく磁気抵抗型（ＭＲ）である場合は、本発明の滑動モードコントローラは十分なトラッキング性能を提供し、ＭＲ読み出しヘッドに関連する内因的な非線形ゲイン変動に実質的に感応しない。従来の線形状態の推定器制御システムでは、図９Ａに示す非線形特性を有するＭＲ読出しヘッドは、図９Ｃに示すように選択トラックのセンターラインのあたりで振動する。しかし、滑動モードコントローラでは、ＭＲ読出ヘッドは振動せず、図９Ｄに示すように実質的にトラック上に維持される。
【０１１３】
本発明の精神および範囲から外れることなく形態および詳細において多くの変更を行い得る。開示された特定の実施態様は限定することを意図してはいない。例えば、滑動モードコントローラはハードウェアまたはソフトウェアで具現化され得、もっと高次の位相状態が、開示された特定の位相状態に代わって、またはこれらに加えて使用され得る。さらに別の実施態様では、各ディスクのサーボデータを図２Ａに示すようなユーザデータのセクタ内に埋め込むのではなく、サーボデータはディスクアレイの専用サーボディスクに記録され得る。開示された実施態様から導き出されるこれらのおよび他の改変は、以下の請求の範囲から適切に解釈される本発明の意図された範囲に属する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
デジタルデータを記録する磁気ディスクドライブシステムであって、本願明細書に記載のシステム。
【請求項１】
デジタルデータを記録する磁気ディスクドライブシステムであって、本願明細書に記載のシステム。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図３Ｅ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図９Ｄ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図３Ｅ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図９Ｄ】
【公開番号】特開２００９−２１７９２７（Ｐ２００９−２１７９２７Ａ）
【公開日】平成２１年９月２４日（２００９．９．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１１５０６３（Ｐ２００９−１１５０６３）
【出願日】平成２１年５月１１日（２００９．５．１１）
【分割の表示】特願平９−５０６５０６の分割
【原出願日】平成８年７月１２日（１９９６．７．１２）
【出願人】（５９５１５８３３７）シーラス ロジック，インコーポレイテッド (44)
【氏名又は名称原語表記】Ｃｉｒｒｕｓ Ｌｏｇｉｃ，Ｉｎｃ．
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年９月２４日（２００９．９．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月１１日（２００９．５．１１）
【分割の表示】特願平９−５０６５０６の分割
【原出願日】平成８年７月１２日（１９９６．７．１２）
【出願人】（５９５１５８３３７）シーラス ロジック，インコーポレイテッド (44)
【氏名又は名称原語表記】Ｃｉｒｒｕｓ Ｌｏｇｉｃ，Ｉｎｃ．
【Ｆターム（参考）】
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