CN1435819A - 用来控制驱动器的读写头定位系统的致动器的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用来控制驱动器中的读写头定位系统的致动器的方法和设备，其中所述盘驱动器包括：一个读写头(3)；一个致动器(4)，保持读写头(3)；及一个控制部分，用来驱动和控制致动器(4)。控制部分(8)包括一个控制系统和一个读写头定位系统。控制系统进行多速率控制，以在加载和卸载读写头(3)的同时调节致动器(4)的速度。控制系统也通过进行多速率控制抑制与致动器(4)的机械谐振的特定频率分量相对应的增益。

Description

用来控制驱动器的读写头 定位系统的致动器的方法和设备
技术领域
本发明一般涉及盘驱动器，更具体地说，涉及一种用来控制提供在驱动器中的读写头定位系统的致动器的方法和设备。
背景技术
一个代表性例子是硬盘驱动器的盘驱动器包括一个加载/卸载机构、一个致动器、一个支撑在致动器上的读写头、一个用来转动致动器的音圈电机、一个倾斜件、及一个读写头定位系统。加载/卸载机构(也称作“倾斜加载机构”)设计成把读写头运动到盘上方的一个位置和从该位置缩回读写头。
当没有必要把数据写在盘上或从其读数据时，加载/卸载机构把读写头缩回到提供在盘外的倾斜件(也称作“停放斜坡”)上。在盘驱动器的电源开关保持断开的同时或在盘保持停止的同时，读写头因此能停放在倾斜件处。
在盘正在转动的同时，加载/卸载机构响应来自提供在盘驱动器外部的主系统的命令，把读写头从倾斜件的停放区域运动到盘上方的一个位置。读写头的这种运动叫做“加载”。当完成加载时，定位读写头，并且读写头开始从盘读数据或把数据写在盘上。读写头定位系统控制致动器，致动器把读写头运动到一个希望位置(即要访问的轨道)。当读写头结束从盘读数据或在其上写数据时，加载/卸载机构进行卸载，把读写头缩回到倾斜件。
当切断电源开关时或当盘停止转动时，如此缩回的读写头不会与盘接触或碰撞。结果，保护读写头和盘免遭损害。
读写头定位系统带有一个微控制器(CPU)作为主要元件。CPU接收读写头从盘读出的伺服数据。按照伺服数据，CPU进行伺服控制以把读写头运动到盘上方的希望位置。
在加载或卸载读写头的同时，CPU不能得到伺服数据。为了在加载或卸载读写头的同时把读写头运动到希望位置，CPU需要控制读写头的运动。更准确地说，CPU必须控制在其下在盘上方运动保持读写头的致动器的速度。速度的这种控制称作“速度反馈控制”。
速度反馈控制公开在例如日本专利申请KOKAI出版物No.11-96708中。在这种控制中，探测驱动致动器的音圈电机(VCM)的反电动势(EMF)，确定在其下运动读写头(或致动器)的速度。如此确定的速度用来实现速度反馈控制。
总之，由反EMF或VCM确定读写头(或致动器)运动的速度，并且用来控制读写头(或致动器)的运动。
在盘驱动器中，控制读写头速度的读写头定位系统是所谓的“抽样数据控制系统”。这种系统包括一个间断控制长时间连续操作的装置的控制器(等效于CPU)。该装置可以是驱动致动器的VCM。
在抽样数据控制系统中使用的控制器以固定间隔(即抽样间隔)抽样装置的输出。每次控制器抽样装置的输出，它求出一个控制值(即用来驱动VCM的电流)。
在加载和卸载期间，以固定间隔(即抽样间隔)抽样VCM的反EMF。把是一个模拟值的每次抽样的反EMF转换成一个数字值。把数字值供给到CPU。由数字值CPU计算正在运动的读写头(或致动器)的速度。因而，CPU完成控制(速度控制)。CPU求出在读写头(或致动器)的计算速度与实际速度之间的差。CPU然后计算消除速度差的控制值。CPU把控制值供给到驱动VCM的驱动器。因而，在盘驱动器中使用的速度控制系统是一个每次抽样VCM的反EMF而求出一个控制值的离散时间控制系统。
致动器在加载和卸载期间可能接触倾斜件，并且在其运动时可能在其上滑动。已经证实，当致动器接触倾斜件时，它经受机械谐振，形成噪声。归因于机械谐振的噪声能影响供给到VCM的驱动电流的波形。也已经发现，噪声由约几千赫兹的谐振频率分量生成。
在最近几年，盘驱动器不仅用作对于个人计算机的外部存储器件，而且也用作在诸如数字电视接收器之类的AV设备中的存储器件。鉴于这点，应该采取一些措施以抑制在盘驱动器中的噪声。
在盘驱动器中设计成在加载和卸载期间控制致动器速度的常规速度控制系统，以与抽样VCM的反EMF相同的间隔改变控制。(把改变的控制值供给到CPU。)致动器不可避免地以比奈奎斯特(Nyquist)频率(即控制系统能控制的最高频率)高的谐振频率形成噪声，除非上述抽样间隔是适当的。常规速度控制系统不能适当地抑制由致动器的机构谐振生成的噪声。
发明内容
本发明的一个目的在于，提供一种其中在加载或卸载读写头的同时控制致动器的机械谐振频率、由此抑制在驱动时致动器可能形成的噪声的盘驱动器。
根据本发明的一个方面，提供有一种包括一个通过在加载和卸载操作期间进行多速率控制方法来控制致动器的系统的盘驱动器。
盘驱动器包括：一个读写头，写和读在盘形记录介质上的数据；一个致动器，保持读写头和把读写头在盘形记录介质上方运动到在盘形记录介质外的一个位置和从其运动；一个停放倾斜件，提供在盘形记录介质外，并且靠近其圆周，及配置成停放读写头；及一个控制器，控制致动器，在卸载读写头的同时，从盘形记录介质上的一个位置运动到停放倾斜件，而在加载读写头的同时，从停放倾斜件运动到盘形记录介质上的一个位置。把控制器配置成以预定抽样间隔探测致动器的速度，以进行多速率控制，计算在每个抽样周期内的多个控制值，以由探测的速度得到一个控制值，由此把致动器的速度改变到一个目标速度。
附图说明
图1是表示是本发明一个实施例的盘驱动器的主要元件的方块图；
图2是包括在图1的盘驱动器中的停放倾斜件的立体图；
图3是用来解释在盘驱动器中如何加载和卸载读写头的平面图；
图4是提供在盘驱动器中的控制系统的方块图；
图5A和5B是用来解释在盘驱动器中采用的多速率控制方法的曲线图；
图6是解释包括在盘驱动器中的多速率控制器如何操作的曲线图；及
图7是解释如何在盘驱动器中控制致动器的流程图。
具体实施方式
参照附图，将描述本发明的一个实施例。
(盘驱动器)
本发明的实施例是一种盘驱动器。如图1所示，盘驱动器带有一个盘1、一个主轴电机(SPM)2、一个读写头单元3、一个致动器4、一个音圈电机(VCM)5、及一个停放倾斜件10。盘1是一种记录介质。读写头单元3设计成从盘读数据和把数据写在其上。
SPM2转动盘1。盘1在一个表面上带有多条同心轨道100。每条轨道100带有在盘1的圆周方向上以规定间隔隔开的伺服区域101。伺服数据记录在每个伺服区域101中。包括在盘驱动器中的伺服系统使用伺服数据以把读写头单元3运动到在盘1上的希望位置。在希望位置处，读写头单元3能从盘1读数据和把数据写在其上。
读写头单元3是普通类型的，包括一个滑块、一个读读写头、及一个写读写头。两个读写头都安装在滑块上，彼此隔开。致动器4保持读写头单元3。当由VCM5驱动时，致动器4在盘1的径向运动读写头单元3。
为了卸载读写头单元3，致动器4把读写头3从盘1上的一个位置缩回，并且把读写头3停放在盘1外部。更准确地说，悬架4的末端11接触停放倾斜件10，并且在停放倾斜件10上滑动，直到悬架4停止在盘1外部的一个规定位置处。
提供停放倾斜件10，使得把读写头3停放在盘1外部。件10位于盘1外部。它能保持致动器4的末端11，以如图2中表明的那样停放读写头3。
为了加载读写头3，致动器4向盘1上的最内轨道运动，使其末端11在停放倾斜件10上滑动。当致动器4如此运动时，读写头3如图3中表明的那样定位在盘1上方。
盘驱动器进一步包括一个控制系统。控制系统带有一个微控制器8(下文称作“CPU”)作为主要元件。控制系统控制致动器4，以加载和卸载读写头3并且把读写头3向盘1上的一个希望位置运动。因而，控制系统起一个读写头定位系统和一个加载/卸载机构的作用。
如图1所示，控制系统包括一个预放大器6、一个带有一个样本保持电路7的读/写通道(未表示)、一个CPU8、一个VCM驱动器9、及一个反EMF探测器20。
预放大器6接收一个读写头单元3的读写头已经从盘1读出的信号。该信号或者是伺服数据或者是用户数据。放大器6放大转换成读/写通道的信号。读/写通道是一个处理读信号和写信号的电路。在读/写通道中，样本保持电路7从伺服数据抽取一个伺服脉冲串信号。读/写通道包括一个从用户数据复制记录数据的电路。
CPU8起用来控制读写头单元3的加载/卸载和读写头单元3的定位的主控制器的作用，如能从图4看到的那样。CPU8包括一个A/D转换器12。A/D转换器12把伺服脉冲串信号和VCM5的反EMF转换成数字数据项。CPU8也带有一个D/A转换器13。D/A转换器13把控制读写头单元3的位置或控制致动器4的速度得到的控制值转动成一个模拟值(控制电压)。
VCM驱动器9产生一个与从CPU8供给的控制值相对应的驱动电流。把驱动电流供给到VCM5。为了在读写头单元3的加载或卸载期间控制致动器的速度，CPU8从反EMF探测器20经A/D转换器12接收VCM5的反EFM值。由该值，CPU8计算在其上应该运动致动器4(因而，读写头单元3)的目标速度。
(控制系统)
在盘驱动器中加载或卸载单元3期间，借助于图4中所示的这样一种控制系统，控制致动器4(读写头单元3)的速度。这种控制系统是一种进行多速率控制方法的抽样数据控制系统。
控制系统带有一个主控制器40、一个多速率控制器41、一个装置42、及一个观察器43。装置42等效于要控制的VCM5和VCM驱动器9。当控制装置42时，控制致动器4的速度以调节读写头单元30的位置(HP)。
主控制器40、多速率控制器41及观察器43是由CPU8(包括软件)实现的元件。
主控制器40接收代表在用于读写头单元3的目标速度TV与由观察器43推出的速度之间的差的数据。由速度差，主控制器40计算一个能消除速度差的控制值(用来驱动VCM5的电流)。
多速率控制器41连接到主控制器40的输出上，并且进行所谓的“多速率控制”。即，控制器41以比观察器43推导读写头单元3的速度短的间隔产生控制值。把如此产生的控制值供给到装置(plant)42。
更具体地说，在多速率控制器41中，把来自主控制器40的控制值分配给两个处理部分。一个加法器单元416相加处理部分的输出，产生一个控制值。第一处理部分包括一个增益单元410(增益系数K1)、一个延迟元件412(延迟时间DE1)、及一个保持器414(保持值HE1)。第二处理部分包括一个增益元件411(增益系数K2)、一个延迟元件413(延迟时间DE2)、及一个保持器415(保持值HE2)。增益单元410把控制值乘以一个预定系数，因而改变第一处理部分的增益特性。类似地，增益元件411把控制值乘以另一个预定系数，由此改变第二处理部分的增益特性。延迟元件412改变第一处理部分的相位特性，而延迟元件413(延迟时间DE2)改变第二处理部分的相位特性。保持器414和415分别保持两个控制值MC1和MC2。控制值MC1和MC2的每一个代表一个处理部分的增益和相位特性，这些特性已经由处理部分的增益元件和延迟元件改变。保持器414和415都以与观察器43的抽样间隔同步的间隔分别保持控制值MC1和MC2。保持器414开始保持值MC1的时间由延迟时间DE1确定。保持器415开始保持值MC2的时间由延迟时间DE2确定。
加法器单元416相加保持在保持器414和415中的值。加法器416输出诸值之和、或多速率控制值MC。多速率控制值MC包括两个部分，每个在观察器43的一个抽样周期期间已经输出。
(加载和卸载)
以下描述在根据本实施例的盘驱动器中如何加载和卸载读写头单元3和如何控制致动器4的速度。
当盘驱动器结束从盘1读数据或把数据写在其上时，或者当切断其电源开关时，卸载读写头单元3。更具体地说，驱动致动器4，在盘1上方运动读写头单元3，并且把读写头单元3停放在图3中所示的倾斜件10处。为了从盘1读数据或把数据写在其上，加载读写头单元3，或者从停放倾斜件10运动到盘1上方的一个位置。
在加载和卸载读写头单元2的同时，CPU8控制致动器4的速度，不使用读写头定位系统而是使用图4中所示的控制系统。
参照图7，将解释在读写头单元3的加载期间CPU8如何控制致动器4。当然，在单元3的卸载期间CPU8能以相同方式控制致动器4。
CPU8使VCM驱动器9把一个初始驱动电流供给到VCM5。借助于这个电流的驱动，VCM5转动致动器4，因而向盘1的圆周运动读写头单元3(步骤S1)。反EMF探测器20探测从VCM5发出的反EFM(步骤S2)。
如图4所示，反EMF观察器43(即CPU8)经A/D转换器12接收反EMF探测器20的输出值，并且以观察间隔抽样输出值。观察器43也以观察间隔计算致动器4的速度(步骤S3)。一般地，音圈电机的反EMF和致动器的速度彼此成正比。VCM5的反EMF和致动器4的速度也是这样。因此，由反EMF能推导致动器4的速度；它不需要测量。
主控制器40求出用来以目标速度TV运动致动器的一个控制值(步骤S4)。如指示的那样，多速率控制器41从主控制器40接收控制值。控制器41由控制值计算一个多速率控制值MC(步骤S5)。多速率控制值MC包括两个部分，这两部分都在观察器43的一个抽样周期期间输出。
因而，由在每次观察抽样时变化的多速率控制值MC驱动和控制VCM5。驱动和控制VCM5使其以目标速度TV向盘1的圆周运动致动器4，直到其末端11到达停放倾斜件10。当一个挡块(未表示)停止VCM5时，CPU8结束多速率控制。
当致动器4的末端11到达停放倾斜件10并且由件10保持以卸载读写头单元3时，读写头单元3从盘1上的任何位置缩回。在加载读写头单元3时，转动致动器4，从而其末端11向盘1的中心运动。
(本实施例的优点)
如指示的那样，在加载或卸载读写头单元3的同时，致动器4在其末端11接触倾斜件10时经受机械谐振。因此，致动器4产生噪声。已经证实，当谐振频率是约5KHz或6KHz时产生这样一种噪声。一般地，抽样频率必须是谐振频率的两倍或更多倍，以便是一种数字控制系统的速度控制系统抑制致动器的机械谐振。
在本发明中，使用一种控制系统，进行在观察器43的每个抽样周期期间输出两个控制值的多速率控制。更准确地说，这种控制系统是多速率控制器41。控制器41能抑制致动器4的谐振，特别是频率比奈奎斯特频率高的谐振。
下面将解释多速率控制如何抑制致动器4的谐振。
假定在图4中所示的多速率控制器41中，增益系数K1和K2是0.5，延迟元件412的延迟时间DE1是0μs，及延迟元件413的延迟时间DE2是90μs。
在一个其中每次抽样时输出一个控制值的控制系统中，从VCM驱动器9输出的驱动电流具有表示在图5A中的波形。如从图5A的波形看到的那样，驱动电流逐渐和平滑地增大，这是因为VCM驱动器9包括一个模拟低通滤波器。在多速率控制器41中，从VCM驱动器9输出的驱动电流具有表示在图5B中的波形。如图5B描绘的那样，这种电流波形具有用于一个抽样周期的两个前沿。
图5B中表示的电流波形表示，在每个抽样周期期间输出两个控制值。第一控制值的振幅由增益系数K1确定，而第二控制值的振幅由增益系数K2确定。按照上升时间，在第一与第二控制值之间的差，由在延迟时间DE1与延迟时间DE2之间的差确定。
多速率控制器41通过把增益系数K1和K2、延迟时间DE1和DE2设置在特定值处(分别为0.5、0μs和90μs)，能控制一个具体频率分量。换句话说，输出控制值的频率特性能提供图6的增益特性，由此减小例如5.5KHz分量的增益。这种增益特性消除致动器4的5.5KHz机械谐振的增益。因而，多速率控制器41执行抑制从致动器4的谐振产生的噪声的多速率控制。在制造盘驱动器的过程中能测量致动器4的谐振特性。
总之，根据本实施例的控制系统能有效地控制在读写头单元3的加载或卸载期间致动器4由于其机械谐振产生的噪声。这是因为控制系统进行多速率控制，以观察器43的抽样间隔重复地计算控制值。即使致动器具有比奈奎斯特频率(由观察器43的抽样间隔确定)高的谐振频率，多速率控制也能抑制致动器4产生的噪声。注意，奈奎斯特频率是控制系统能控制的最高频率。
因而，多速率控制能提供具有消除比奈奎斯特频率高的频率分量的增益特性的速率控制输出。控制系统因此能抑制在加载或卸载读写头单元3期间致动器4由于其机械谐振产生的噪声。
在盘驱动器的制造期间能确定致动器4的谐振特性。因此，通过调节在多速率控制器41中设置的操作值能控制与致动器4的机械谐振特性的特定频率分量相对应的增益。结果，控制系统能抑制由致动器4的机械谐振产生的噪声。

Claims (16)

1.一种盘驱动器，其特征在于包括：
一个读写头(3)，写和读在盘形记录介质(1)上的数据；
一个致动器(4)，保持读写头(3)和把读写头在盘形记录介质(1)上方运动到在盘形记录介质(1)外的一个位置和从其运动；
一个停放倾斜件(10)，提供在盘形记录介质(1)外，并且靠近其圆周，及配置成用于停放读写头(3)；及
一个控制器(8)，控制致动器(4)，在卸载读写头(3)的同时，从盘形记录介质(1)上的一个位置运动到停放倾斜件(10)，而在加载读写头(3)的同时，从停放倾斜件(10)运动到盘形记录介质(1)上的一个位置，
所述控制器(8)配置成以预定抽样间隔探测致动器(4)的速度，以进行多速率控制，并用于计算在每个抽样周期内的多个控制值，以由探测的速度得到一个控制值，由此把致动器(4)的速度改变到一个目标速度。
2.根据权利要求1所述的盘驱动器，其特征在于，致动器(4)包括一个音圈电机(5)，提供一个探测器(20)以探测音圈电机(5)的反电动势，并且控制器(8)由探测器(20)探测的反电动势计算致动器(4)的速率，并且进行多速率控制以控制音圈电机(5)的驱动电流。
3.根据权利要求1所述的盘驱动器，其特征在于，控制器带有一个接收由致动器(4)的探测速度计算的控制值作为一个输入的多速率控制器(8)，并且多速率控制器进行多速率控制以计算在每个抽样周期内的多个控制值。
4.根据权利要求3所述的盘驱动器，其特征在于，多速率控制器带有两个处理装置，每个配置成独立于另一个处理装置而调节输入的增益和相位。
5.根据权利要求1所述的盘驱动器，其特征在于，多速率控制器(8)进行多速率控制，以便抑制致动器(4)的机械谐振。
6.根据权利要求1所述的盘驱动器，其特征在于，控制器(8)进行多速率控制，以便抑制由于致动器(4)的机械谐振特性产生的噪声。
7.根据权利要求1所述的盘驱动器，其特征在于，控制器(8)进行多速率控制，以便抑制超过致动器(4)的奈奎斯特频率的机械谐振频率分量。
8.一种盘驱动器，其特征在于包括：
一个读写头(3)，写和读在盘形记录介质(1)上的数据；
一个致动器(4)，保持读写头(3)和把读写头(3)在盘形记录介质(1)上方运动到在盘形记录介质(1)外的一个位置和从其运动；
一个停放倾斜件(10)，提供在盘形记录介质(1)外，并且靠近其圆周，及配置成用于停放读写头(3)；及
一个读写头定位系统(8)，控制致动器(4)，在读写头(3)正在读和写数据的同时，把读写头(3)运动到盘形记录介质(1)上的一个目标位置；及
一个控制系统(8)，对致动器(4)进行多速率控制，以通过把读写头(3)从盘形记录介质(1)上的一个位置运动到停放倾斜件(10)而卸载读写头(3)，以及通过把读写头(3)从停放倾斜件(10)运动到盘形记录介质(1)上的一个位置而加载读写头(3)。
9.一种在盘驱动器中驱动一个读写头(3)的方法，该盘驱动器带有一个写和读在盘形记录介质(1)上的数据的读写头(3)、一个保持和运动读写头(3)的致动器(4)、及一个提供在盘形记录介质(1)外、并且靠近其圆周、及配置成用于停放读写头(3)的停放倾斜件(10)，所述方法的特征在于：
在读写头(3)正在读和写数据的同时，控制致动器(4)把读写头(3)运动到盘形记录介质(1)上的一个目标位置；
进行对于致动器的多速率控制，以通过把读写头(3)从盘形记录介质(1)上的一个位置运动到停放倾斜件(10)而卸载读写头(3)；及
进行对于致动器的多速率控制，以通过把读写头(3)从停放倾斜件(10)运动到盘形记录介质(1)上的一个位置而加载读写头。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在加载和卸载读写头(3)的同时以预定抽样间隔探测读写头(3)的速度，进行多速率控制以在每个抽样周期内计算多个控制值，及按照如此计算的控制值把读写头(3)控制成以一个目标速度运动。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，把致动器(4)配置成通过使用一个音圈电机(5)的驱动力运动读写头(3)，并且在加载和卸载读写头(3)的同时，由音圈电机(5)的反电动势计算致动器(4)的速度。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，把致动器(4)配置成通过使用一个音圈电机(5)的驱动力运动读写头(3)，并且在加载和卸载读写头(3)的同时，按照控制值控制音圈电机(5)，以便以目标速度运动读写头(3)。
13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，由两个处理装置进行多速率控制，每个配置成调节由读写头(3)的探测速度计算的控制值的增益和相位，由此计算多个控制值。
14.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，进行多速率控制，以便抑制致动器(4)的机械谐振。
15.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，进行多速率控制，以便抑制由于致动器(4)的机械谐振特性产生的噪声。
16.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，进行多速率控制，以便抑制超过致动器(4)的奈奎斯特频率的机械谐振频率分量。
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