致动器、磁盘驱动系统和补偿盘颤动诱发的磁道对准不良的方法技术方案

本发明专利技术涉及控制一个用于定位存储设备（例如盘驱动器）中的读／写头的致动器。更具体地说，本发明专利技术涉及使用传感器来检测与盘表面垂直的盘振动幅度，并使用前馈控制来消除或抵消读／写头由于盘振动而造成的离道偏差倾向。提出了多种方法来检测盘的垂直振动。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及通过前馈控制来控制存储设备(例如盘驱动器)中的磁头定位致动器，以便减少或抵消由盘颤动诱发的读写头的离道偏差(off-trackdeviation)。更具体地说，本专利技术涉及采用传感器来检测与磁盘表面垂直的磁盘振动，并使用前馈控制来消除或抵消由盘振动造成的磁头离道偏差。提出了多种用于检测盘垂直振动的方法。还提出了一种控制系统结构。
技术介绍
典型的磁盘驱动器(HDD)包括一个或多个读/写(R/W)头，用于从或向一个或多个安装在主轴电机上的盘读取或写入数据。数据被存储在盘表面上的通常为同心的磁道中。在驱动器操作期间，在盘由主轴电机旋转的同时，读/写头被定位在所选择的径向位置。经常采用旋转致动器来把读/写头运送到希望的位置。致动器通常耦合到一个音圈电机，音圈电机提供使致动器围绕其枢轴旋转的转矩。在磁盘驱动器领域中，需要提供一种高性能、可靠的、快速伺服控制系统，其应该是经济的、紧凑的和强健的。此外，为了提高R/W元件的寻道精度并因此支持更高的表面密度数据存储，伺服控制器应该抑制诸如风阻、放大器噪声等所有扰动，而不会放大测量噪声。此外，需要精确地跟踪磁盘的移动以及R/W头从磁道中心的相对移动。为了抑制机械扰动和非机械噪声，通常需要一个高带宽伺服系统。典型地，在HDD伺服系统中有两种窄带宽机械扰动，这两种扰动都对R/W头的离道偏差有贡献。第一种是可重复的跳动(repeatable runout)(RRO)，其与盘的旋转同步。消除RRO影响的一种方法是对位置参考信号进行调制，使得致动器的输出跟随跳动信号的一个或多个分量。例如，Sacks等人1995年3月在IEEE的磁学报中发表的名称为“用于可重复跳动补偿的高级方法”的论文中描述了多个用于HDD的前馈跳动消除方案。Zhang等人2001年3月在IEEE的磁学报中发表的名称为“用于双级伺服系统的改进的自适应前馈跳动补偿”的论文中提出了自适应前馈跳动补偿(或AFC)方法的一个双级致动器型式。尽管这些自适应控制方法似乎非常复杂，在实施这些方法的过程中，可以仅通过记录(“标定”)对应于盘表面每个位置的必要控制动作并重放所记录的信号来校正由RRO造成的控制误差。对付RRO的另一种方法是把一个窄带滤波器插入伺服环路中以提高在所需频率的伺服环路增益。结果，可以更有效地抑制跳动信号。2000年8月1日授予Sri-Jayantha等人的美国专利No.6,097,565描述了一种窄带宽滤波器，其在所选择的频率(盘旋转速度的倍数)提高伺服环路增益以增大衰减。该专利进一步提出了一种初始化滤波器以使滤波器的瞬变最小的方法。因此可以减轻在具有窄带滤波器的伺服系统中存在的被延长的振荡。HDD伺服控制系统中存在的第二种窄带宽机械扰动是由盘振动引起的，因此与盘的旋转不同步。该窄带振动不与盘的旋转相位同步，因此它被称为不可重复的跳动或NRRO。对付NRRO的一种方式是消除或减轻盘振动。这可以通过以下措施来尝试提供一个平衡电机和盘组，改善盘的阻尼，优化盘的刚性或弹性，选择正确的旋转速度。机械系统的这种优化将减弱由盘颤动引起的盘振动。用于RRO补偿的窄带宽滤波器方法看起来对NRRO有用，因为它改善了在滤波器频率的扰动抑制。但是，大多数盘颤动频率在500Hz和以上的范围内，而大多数伺服系统的带宽是从几百赫兹到小于2kHz。因此，插入一个在几百赫兹的窄带宽滤波器的能力受到伺服系统的闭环的稳定性的限制。此外，当在环路中使用窄带滤波器时，稳定过程非常慢。实际上，减小被延长的稳定过程已经是Sri-Jayantha的论文中提出的关键问题之一。在IEEE的磁学报的2001年3月版中由R.Ehrlich发表的论文中也讨论了这个问题。通过使用双级伺服来扩大伺服环路增益和通过增加各种传感器来使用多重感测可以有助于改善在具有和没有窄带宽滤波器的两种情况下对NRRO的抑制。Huang Fu-Ying等人，IBM，在1998年3月提交，在2000年5月16日被授权的名称为“用于稳定伺服控制器致动器系统的主动控制”的美国专利No.6,064,540使用应变传感器来检测致动器横向振动，因此主动地控制致动器的面内振动(in-plane vibration)。该方法可以消除前两个致动器振动模式，并且非常有效地提供了一个强健的伺服环路，可以允许更高的伺服带宽。授予Quantum公司的M.Hatch的美国专利No.5,526,208提出了一种位于一个旋转致动器和一个盘驱动器的电子器件之间的、用于感测振动的挠性电路(flex circuit)。该装置包含一个附接到或嵌入于挠性电路中的应变仪。应变仪的电阻率响应于挠性电路的振动而变化，而挠性电路的振动对应于由旋转致动器支持的读/写头的离道振动。可以把该电阻变化变换为由伺服系统使用的电信号，以便以补偿方式移动致动器组件，从而消除由振动造成的读/写头的任何离道移动。1999年1月19日授予Evans等人的名称为“具有谐振反馈转换器的磁头悬架”的美国专利No.5,862,015公开了一种包括一个负载梁的磁头悬架组件，负载梁具有一个刚性区域、一个在负载梁的近端的安装区域、和一个在负载梁的远端的挠曲(flexure)。磁头悬架组件的变形使磁头附接区域移位。把一个用作应变仪的应变传感器电路安装在磁头悬架组件上。应变传感器电路的电阻随电路中的应变而变化，而电路中的应变随读/写头的移位而变化。应变传感器电路的电阻变化的幅度表示磁头离开中间位置的移动幅度。Huang Yuhong等人在1999年IEEE/ASME机电学报第2期第4卷中发表的名称为“使用测量悬架的高带宽盘驱动器伺服系统的设计和分析”的论文在悬架中使用应变传感器来抑制它的面内振动，因此扩大了闭环伺服的带宽。尽管这些传感器有助于扩大伺服带宽并改善稳定性能，带宽改善通常只达到几百赫兹。因此误差抑制的改善被限制到几dB。2001年1月30授予富士通的Fukuda的名称为“具有接触检测装置的磁头浮动块(slider)和盘单元”的美国专利No.6,181,520公开了一种悬架，其上安装有浮动块，并且在悬架上形成的电阻图形用于检测当浮动块体与盘记录介质接触时在电阻图形上产生的应变。但是，这种方法不能帮助改善寻道精度。随着近来磁数据存储介质上每英寸磁道数(TPI)的快速增长，需要一种简单但有效的机械电子控制方案以显著改善寻道精度，尤其是改善由盘颤动诱发的磁道对准不良(TMR)。本说明书中包含的文件、动作、材料、设备、物品等等的任何讨论仅是用于提供本专利技术的实现环境。而不应认为这是承认，这些内容的任何部分或全部因为在本申请所要求的优先权日期之前存在而构成了现有技术基础的部分或者是与本专利技术相关领域中的普通常识。
技术实现思路
根据第一方面，本专利技术提供一种用于支持读/写头和用于把读/写头靠近磁数据存储盘定位的致动器，磁数据存储盘可以围绕盘轴旋转并且包括围绕该轴的多个基本上同心的数据磁道，该致动器包括用于检测致动器相对于盘的轴向位移、并用于产生一个在一个盘颤动控制系统中使用的输出信号的装置。通过监测致动器相对于盘的轴向(即，垂直于盘表面的)移动，本专利技术提供一种监测盘颤动的方式。当盘颤动通过气垫表面(air bearing surface)(ABS)造成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于支持读／写头和用于把读／写头靠近磁数据存储盘定位的致动器，磁数据存储盘可以围绕盘轴旋转并且包括围绕该轴的多个基本上同心的数据磁道，该致动器包括：用于检测致动器相对于盘的轴向位移、并用于产生一个在一个盘颤动控制系统中使用的输出信号 的装置。

【技术特征摘要】
SG 2002-1-15 200200276-41.一种用于支持读/写头和用于把读/写头靠近磁数据存储盘定位的致动器，磁数据存储盘可以围绕盘轴旋转并且包括围绕该轴的多个基本上同心的数据磁道，该致动器包括用于检测致动器相对于盘的轴向位移、并用于产生一个在一个盘颤动控制系统中使用的输出信号的装置。2.根据权利要求1所述的致动器，其中致动器包括一个用于固定读/写头的头部，该头部由一个臂部通过一个悬架支持，并且其中用于检测的装置邻近悬架定位并检测悬架的轴向移动。3.根据权利要求2所述的致动器，其中致动器与悬架形成为一体。4.根据权利要求2所述的致动器，其中致动器被安装在悬架上。5.根据权利要求2所述的致动器，其中用于检测的装置是应变传感器。6.一种磁盘驱动系统，包括磁数据存储盘，可以围绕盘轴旋转，并且包括围绕该轴的多个基本上同心的数据磁道；支持一读/写头的致动器，用于把读/写头靠近磁数据存储盘的数据磁道定位；用于检测致动器相对于盘的轴向位移、并用于产生对应于所述位移的输出信号的装置；和控制系统，用于从用于检测的装置的输出信号产生一个补偿控制信号以用于抵消盘颤动的影响。7.根据权利要求6所述的磁盘驱动系统，其中补偿控制信号与用于检测的装置的输出信号在幅度上成比例，并且其相位相对于用于检测的装置的输出信号被校正。8.根据权利要求6所述的磁盘驱动系统，其中补偿控制信号被传送到一个致动器驱动装置以便抵消由盘颤动造成的读/写头的移动。9.根据权利要求6所述的磁盘驱动系统，其中用于检测的装置被定位在致动器上。10....

【专利技术属性】
技术研发人员：郭国晓，张敬良，何志敏，王英弘，
申请(专利权)人：数据存储研究院，
类型：发明
国别省市：SG[新加坡]