基于PQ增强观测器的双重级伺服控制器制造技术

本发明专利技术包括用于控制磁盘驱动器（１１０）中的双重级传动装置（１５２）的一种伺服控制系统（１５０，２５０，４００，５００）。磁盘驱动器（１１０）包括用于存取一个磁盘表面（１１２）上的信息的数据磁头，双重级传动装置（１５２）包括粗略传动装置和至少一个精细传动装置。控制系统包括一个精细传动装置驱动器（１５４，１５４’）和一个粗略传动装置驱动器（１５６，１５６’），用于分别驱动精细传动装置和粗略传动装置。控制系统还包括观测器（４０２），该观测器接收粗略与精细传动装置输入信号并估计粗略与精细传动装置的响应。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及磁盘驱动器中的伺服系统。尤其是，本专利技术涉及具有增强的双重级(dual stage)伺服控制系统的磁盘驱动器。
技术介绍
典型的磁盘驱动器包括被安装用于在轴心或主轴上旋转的一个或多个磁盘。典型的磁盘驱动器还包括由在每个磁盘上飞行的空气轴承支撑的一个或多个转换器。这些转换器和空气轴承共同被称作“数据磁头”。驱动控制器传统上被用于根据从主机系统接收的命令来控制磁盘驱动器系统。驱动控制器对磁盘驱动器进行控制，以便从磁盘中检索信息并将信息存储在磁盘上。传动装置通常在闭环伺服系统内实行操作。传动装置通常包括传动臂，该传动臂支撑弯曲组件的弯曲部分，而该弯曲部分又支撑数据磁头。传动装置使数据磁头在磁盘表面上径向移动，用于磁道寻道操作；并且将转换器直接保持在磁盘表面上的一个磁道上，用于磁道跟踪操作。数据磁头接近目标磁道并很好地将其位置调整为正好在磁道跟踪开始之前的这段时间被称作“磁道设置”或“寻道设置”。通常通过将写信号提供给数据磁头，以便为表示将要被存储的数据的磁盘表面上的信息编码，并将信息存储在磁盘上。在从磁盘检索数据的过程中，驱动控制器控制伺服传动装置，以便数据磁头在磁盘上飞行，读出磁盘上的信息，并根据该信息生成一个读信号。然后，该读信号由驱动控制器解码，以恢复由存储在磁盘上的信息所代表的数据，接着表示在数据磁头提供的读信号中。数据磁头在磁盘的磁道上的精确定位，在将数据写到磁盘和从磁盘读取数据中是非常重要的。在以往的各个系统中，在专用伺服磁头的基础上实现伺服操作。在专用伺服类型的系统中，伺服信息都被写到磁盘驱动器中磁盘的一个专用表面。磁盘驱动器中的所有磁头都被机械地耦合到用于存取伺服信息的伺服磁头。这样，专用伺服磁盘驱动器中的所有磁头都根据从伺服表面读取的伺服信息被定位。这类系统使磁盘驱动器能够方便地执行平行的读、写操作。换言之，有了驱动控制器中合适的电路，可以使用安装在传动装置上的多个数据磁头并行地执行读、写操作，同时根据从专用伺服表面读取的伺服信息来定位数据磁头。但是，多年来，磁盘上的磁道密度已提高。磁盘上磁道密度的提高要求更加精确、更高分辨率的定位。一个专用伺服系统中的各个磁头之间的机械偏移量可以超过一个磁道宽度。因此，产业上已有在某些应用中向嵌入伺服信息转换的趋势。在嵌入伺服系统中，伺服信息被嵌入在每个磁盘的每个表面的每个磁道上。这样，每个数据磁头不依靠其它数据磁头而返回一个位置信号。所以，当每个单独的数据磁头正在存取磁盘表面上的信息时，伺服传动装置被用来为那个特殊的数据磁头定位。使用嵌入伺服数据对数据磁头正在其上移动的磁道实现定位。先前以往的伺服控制器包括比例-积分-微分(PID)控制器，它们包括两个部件观测器和调节器。每当越过一个伺服扇区时，观测器接收输入位置信息，并估计位置和速度。然后，调节器提供关于所观察到的信号的反馈。在寻道模式中，调节器通常把参考速度轨道与所观察的速度之间的误差减少到零。在磁道跟踪模式中，调节器把所需的磁道位置与所观察的磁道位置之间的误差减少到零。调节器根据PID控制技术进行控制。但是，PID控制器在所有的磁盘驱动器应用中执行起来可能会有困难。例如，可能需要在弯曲组件与转换器或滑动器组件之间，或者在传动臂或悬挂件或弯曲组件上提供微传动装置。在提供微传动装置的情况下，伺服传动装置系统可能从输入是误差信号，输出是音圈电流信号的单个输入单个输出(SISO)系统演变成多重输入多重输出(MIMO)系统，该系统从微传动装置接收各个输入并将一个位置输出信号提供给音圈马达和每个微传动装置。还可以通过只分散一个PID控制器来控制这种系统，因此，虽然只接收到一个目标磁道，但提供了两个输出一个输出给音圈马达，一个输出给微传动装置。这会出现问题。例如，很难用单个控制器来控制两个传动装置，而同时又在磁道跟踪和磁道寻道及设置期间维持两个控制环的所需增益和稳定性。Messner已在Schroeck和Messner中讨论了一种系统——论关于线性时间不变量双重输入单个输出系统的控制器设计(on Controller Design for Linear Time-Invariant Dual-Iuput Single-Output System)，这只是针对提供磁道跟踪PQ控制器。专利技术概要本专利技术包括用于控制磁盘驱动器中的双重级传动装置的伺服控制系统。磁盘驱动器包括用于存取磁盘表面上的信息的数据磁头，双重级传动装置包括粗略传动装置和至少一个精细传动装置。控制系统包括用于分别驱动精细传动装置和粗略传动装置的精细传动装置驱动器和粗略传动装置驱动器。控制系统还包括观测器，该观测器接收粗略与精细传动装置输入信号并估计粗略与精细传动装置的响应。并将这种估计的响应用于驱动粗略与精细传动装置中。附图简述附图说明图1表示根据本专利技术的一个实施例的磁盘驱动器。图2表示根据本专利技术的一个实施例的传动装置组件。图3表示根据本专利技术的一个实施例的磁头万向接头组件。图4表示一个伺服控制系统。图5和图6表示对应于图4所示的控制系统的部分示意图。图7-1至图7-6是对应于图4-6所示的控制系统的Bode曲线图与相位图。图8是根据本专利技术一个实施例的控制系统的方框图。图9、9A和9B是图8所示的控制系统的更加详细的方框图。图10-1至图10-10是对应于图9所示的控制系统的元件的Bode曲线图与相位图。图11-1至图11-4表示分布图发生器的输出和音圈传动装置的速度与电流相对于到目标磁道的磁道数目的图。图12-1和12-2分别是根据本专利技术一个实施例的滞后网络的Bode曲线图与相位图。图13-1和13-2是根据本专利技术一个实施例的槽口部件的Bode曲线图与相位图。图14-1和14-2是一个误差函数的Bode曲线图与相位图。图15-20分别表示一个位置误差样品、磁道误差、速度分布图、速度转速计输出、音圈马达电流和微传动装置电压的示图。图21是根据本专利技术另一个实施例的控制系统方框图。图22、22-1和22-2表示图21所示的控制系统的更加详细的方框图。图23-1至图25-2是图22至图22-2所示的部件的Bode曲线图与相位图。图26-1和26-2表示图22所示的非线性增益级的输出响应。图27-1和27-2表示速度与电流相对于到要去的目标磁道的磁道的曲线图。图28-1至图30-2是图22中所示的不同元件的Bode曲线图与相位图。图31-1至图31-2是一个误差函数的Bode曲线图与相位图。图32表示一个位置误差信号。图33表示磁道中的磁道误差相对于时间的图。图34表示相对于时间的磁道中的速度分布图。图35表示速度转速计的输出图。图36表示以毫安表示的音圈马达电流相对于时间的图。图37表示以电压表示的微传动装置电压相对于时间的图。图38表示根据本专利技术另一个实施例的控制系统的方框图。图39至图39-4是图38所示的控制系统的更加详细的方框图。图40-1至图42-2是图39所示的控制系统的各种部件的Bode曲线图与相位图。图43-1和43-2表示以每个/磁道计数表示的非线性增益级响应。图44-1和44-2表示速度(以英寸/秒表示)和音圈马达电流(以毫安表示)相对于到要去的目标磁道的磁道。图45-1和45-2分别是在图39所示的磁道跟踪本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种伺服控制系统，用于控制磁盘驱动器中的双重级传动装置，所述磁盘驱动器具有存取磁盘表面上的信息的数据磁头，所述双重级传动装置包括一个粗略传动装置和至少一个精细传动装置，其特征在于，包括精细传动装置驱动器，它被耦合到精细传动装置，用于驱动 精细传动装置，粗略传动装置驱动器，它被耦合到粗略传动装置，用于驱动粗略传动装置，反馈电路，它根据由数据磁头读取的位置信息来接收指出所测量的磁头位置的位置信号，并比较所需的磁头位置和所测量的磁头位置，以及观测器，它被耦合到反馈电路 ，用于接收提供给精细传动装置和粗略传动装置的信号，并将被估计的信号提供给精细传动装置驱动器和粗略传动装置驱动器中的至少一个，用于估计精细传动装置或粗略传动装置的响应。

【技术特征摘要】
US 2000-4-20 09/553,365;US 1999-7-23 60/145,5071.一种伺服控制系统，用于控制磁盘驱动器中的双重级传动装置，所述磁盘驱动器具有存取磁盘表面上的信息的数据磁头，所述双重级传动装置包括一个粗略传动装置和至少一个精细传动装置，其特征在于，包括精细传动装置驱动器，它被耦合到精细传动装置，用于驱动精细传动装置，粗略传动装置驱动器，它被耦合到粗略传动装置，用于驱动粗略传动装置，反馈电路，它根据由数据磁头读取的位置信息来接收指出所测量的磁头位置的位置信号，并比较所需的磁头位置和所测量的磁头位置，以及观测器，它被耦合到反馈电路，用于接收提供给精细传动装置和粗略传动装置的信号，并将被估计的信号提供给精细传动装置驱动器和粗略传动装置驱动器中的至少一个，用于估计精细传动装置或粗略传动装置的响应。2.如权利要求1所述的伺服控制系统，其特征在于，所述观测器包括模拟粗略传动装置的响应的粗略传动装置观测器部分，以及，模拟精细传动装置的响应的精细传动装置部分。3.如权利要求2所述的伺服控制系统，其特征在于，所述观测器将被估计的信号提供给粗略传动装置，并在将所估计的信号提供给粗略传动装置中计算精细传动装置的被估计的响应。4.如权利要求所述2的伺服控制系统，其特征在于，所述精细传动装置在增加的频率处响应于传动信号而提供较少的运动，其中观测器的精细传动装置部分包括低通滤波器。5.如权利要求1所述的伺服控制系统，其特征在于，所述观测器包括反馈电路，它反馈指出被估计的信号与被测量的磁头位置之间的差的误差值。6.如权利要求1所述的伺服控制系统，其特征在于，所述反馈电路被选择地耦合到粗略传动装置驱动器和精细传动装置驱动器，并且还包括参考模型，它有选择地将精细传动装置输出提供给精细传动装置驱动器，将粗略传动装置输出提供给粗略传动装置驱动器。7.如权利要求6所述的伺服控制系统，其特征在于，所述参考模型被选择地耦合到粗略传动装置驱动器和精细传动装置驱动器，以便为在给定的磁道范围内的磁道寻道，将粗略传动装置输出和精细传动装置输出提供给粗略传动装置驱动器和精细传动装置驱动器。8.如权利要求7所述的伺服控制系统，其特征在于，所述粗略传动装置输出和所述精细传动装置输出是预定的信号，以便根据磁道寻道中的磁道数目，调节根据所需精细传动装置分布图和所需粗略传动装置分布图的磁道寻道。9.一种伺服控制系统，用于控制磁盘驱动器中的双重级传动装置，所述磁盘驱动器具有存取磁盘表面上的信息的数据磁头，所述双重级传动装置包括一个粗略传动装置和至少一个精细传动装置，其特征在于，包括精细传动装置驱动器，被耦合到精细传动装置，用于根据精细传动装置输入信号来驱动精细传动装置，粗略传动装置驱动器，被耦合到粗略传动装置，用于根据粗略传动装置输入信号来驱动粗略传动装置，观测器，它接收粗略传动装置输...

【专利技术属性】
技术研发人员：TE埃尔，
申请(专利权)人：西加特技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]