[发明专利]基于PQ增强观测器的双重级伺服控制器

说明书

发明领域

本发明一般涉及磁盘驱动器中的伺服系统。尤其是，本发明涉及具有增强的双重级(dual stage)伺服控制系统的磁盘驱动器。

发明背景

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。

发明概要