專利名稱：：具有穩(wěn)健磁道跟蹤伺服控制器的磁盤驅(qū)動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明一般涉及磁盤驅(qū)動(dòng)器的伺服系統(tǒng)。尤其，本發(fā)明涉及一種具有基于模型的穩(wěn)健伺服控制系統(tǒng)的磁盤驅(qū)動(dòng)器。
背景技術(shù)：
：典型的磁盤驅(qū)動(dòng)器包括一個(gè)或多個(gè)固定在轂或軸上旋轉(zhuǎn)的磁盤。典型的磁盤驅(qū)動(dòng)器還包括一個(gè)或多個(gè)由流體動(dòng)力空氣軸承(hydrodynamicairbearing)支承的換能器，換能器在每個(gè)磁盤上方浮動(dòng)。換能器和流體動(dòng)力空氣軸承統(tǒng)稱為數(shù)據(jù)磁頭。按照慣例，驅(qū)動(dòng)器控制器用來根據(jù)從主機(jī)系統(tǒng)接收到的命令控制磁盤驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)器控制器控制磁盤驅(qū)動(dòng)器從磁盤取得信息，以及將信息存儲(chǔ)在磁盤上。機(jī)電致動(dòng)器在負(fù)反饋閉環(huán)伺服系統(tǒng)內(nèi)工作。致動(dòng)器一般包括用于支承撓性組件之撓性部分的致動(dòng)器臂，再由撓性部分支承數(shù)據(jù)磁頭。致動(dòng)器在盤面上沿徑向移動(dòng)數(shù)據(jù)磁頭，進(jìn)行尋道操作，并且使換能器正對(duì)盤面上的磁道，完成磁道跟蹤操作。一般通過以下方式將信息存儲(chǔ)在磁盤上，即向數(shù)據(jù)磁頭提供寫信號(hào)，以便將磁通反轉(zhuǎn)(fluxreversal)編碼到盤面上，表示欲存數(shù)據(jù)。當(dāng)從磁盤取回?cái)?shù)據(jù)時(shí)，驅(qū)動(dòng)器控制器控制機(jī)電致動(dòng)器，使數(shù)據(jù)磁頭在磁盤上浮動(dòng)，從而感測(cè)磁盤上的磁通反轉(zhuǎn)，并且根據(jù)這些磁通反轉(zhuǎn)產(chǎn)生讀信號(hào)。然后，驅(qū)動(dòng)器控制器對(duì)讀信號(hào)解碼，恢復(fù)由磁盤上所存磁通反轉(zhuǎn)表示的、隨后在數(shù)據(jù)磁頭提供的讀信號(hào)中體現(xiàn)的數(shù)據(jù)。在向磁盤寫入數(shù)據(jù)和從磁盤讀取數(shù)據(jù)時(shí)，把數(shù)據(jù)磁頭精確定位在磁盤磁道上是極為重要的。在現(xiàn)有系統(tǒng)中，伺服操作是根據(jù)專用伺服磁頭來完成的。在一種專用伺服類型的系統(tǒng)中，所有伺服信息都寫在磁盤驅(qū)動(dòng)器中磁盤的一個(gè)專用表面上。磁盤驅(qū)動(dòng)器中的所有磁頭都與用來訪問伺服信息的伺服磁頭機(jī)械上耦連。因此，專用伺服磁盤驅(qū)動(dòng)器中的所有磁頭都是根據(jù)從伺服表面讀取的伺服信息來定位的。這種類型的系統(tǒng)允許磁盤驅(qū)動(dòng)器很方便地進(jìn)行讀寫并行操作。換句話說，利用驅(qū)動(dòng)器控制器中的適當(dāng)電路，可以按并行方式用固定在致動(dòng)器上的多個(gè)數(shù)據(jù)磁頭進(jìn)行讀和寫，根據(jù)從專用伺服表面讀取的伺服信息對(duì)這些數(shù)據(jù)磁頭同時(shí)定位。但是，多年來磁盤的磁道密度持續(xù)增加。磁盤上磁道密度的增加要求定位更精確、分辨率更高。專用伺服系統(tǒng)中磁頭之間的機(jī)械偏離可以超過一個(gè)道寬。因此，在某些應(yīng)用方面，本行業(yè)已轉(zhuǎn)向嵌入伺服信息。在嵌入伺服系統(tǒng)中，伺服信息嵌在每個(gè)磁盤的每個(gè)表面的每個(gè)磁道上。因此，每個(gè)數(shù)據(jù)磁頭均可獨(dú)立于其它數(shù)據(jù)磁頭返回位置信號(hào)。所以，當(dāng)特定數(shù)據(jù)磁頭正在訪問盤面上的信息時(shí)，可以用伺服致動(dòng)器對(duì)該數(shù)據(jù)磁頭定位。用磁道的嵌入伺服數(shù)據(jù)進(jìn)行定位，然后數(shù)據(jù)磁頭浮動(dòng)至該磁道上方。盡管這在定位過程中可以提高定位精度和分辨率(因?yàn)樵摂?shù)據(jù)磁頭獨(dú)立于任何其它數(shù)據(jù)磁頭定位)，但是由于磁頭密度增大以及機(jī)械方面的原因，存在一些缺點(diǎn)。一個(gè)缺點(diǎn)是，在典型的嵌入伺服系統(tǒng)中，失去了用多個(gè)磁頭進(jìn)行讀寫并行操作的能力。這是因?yàn)樗欧到y(tǒng)是根據(jù)一個(gè)單獨(dú)的數(shù)據(jù)磁頭接收到的信息進(jìn)行定位的，并且機(jī)械容差不適合在高磁道密度的系統(tǒng)中對(duì)其余數(shù)據(jù)磁頭精確定位。另外，到目前的致動(dòng)器不能對(duì)數(shù)據(jù)磁頭獨(dú)立定位。因此，到目前為止，嵌入伺服系統(tǒng)還不能進(jìn)行讀寫并行操作，例如在磁盤驅(qū)動(dòng)器上同時(shí)讀或?qū)懻麄€(gè)磁道柱面。由于專用伺服系統(tǒng)與嵌入伺服系統(tǒng)之間的這些差別，所以需要在伺服采樣率和有效用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)之間進(jìn)行折衷。另外，兩種系統(tǒng)都存在許多影響伺服系統(tǒng)定位精度的問題。以下是一些最重要的問題1.伺服采樣率。在嵌入伺服系統(tǒng)中，采樣率受轉(zhuǎn)軸速度和每條磁道伺服扇區(qū)數(shù)的限制。2.臂和磁頭懸浮的結(jié)構(gòu)模式。3.外部沖擊和振動(dòng)。它們可以是直線的或旋轉(zhuǎn)的，或者兩者都有。4.寫入位置誤差。當(dāng)對(duì)伺服磁道寫操作時(shí)，因發(fā)生跟蹤誤差而引起寫入位置誤差。這會(huì)導(dǎo)致可重復(fù)振擺(repeatablerunout)。當(dāng)進(jìn)行磁道跟蹤操作時(shí)，振擺是指定位總誤差。當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間跟蹤時(shí)，一般把振擺稱為靜態(tài)偏移。由于寫入位置誤差與轉(zhuǎn)軸速度同步，所以將其稱為可重復(fù)振擺。5.軸承非線性。這種非線性會(huì)導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)阻尼和滯后，尤其當(dāng)致動(dòng)器低速移動(dòng)時(shí)。6.因作用在致動(dòng)器上的撓性電路偏置力(flexcircuitbiasforce)而產(chǎn)生的非線性。換句話說，致動(dòng)器通過一撓性電路與磁盤驅(qū)動(dòng)器控制器耦連。當(dāng)致動(dòng)器將換能器定位在磁盤的不同徑向位置上時(shí)，作用在致動(dòng)器上的撓性電路偏置力會(huì)改變。7.會(huì)導(dǎo)致不可重復(fù)振擺的磁盤抖動(dòng)。磁盤抖動(dòng)量依賴于轉(zhuǎn)軸速度和磁盤基片的剛度。8.因磁性換能器的非線性十字跟蹤(cross-track)產(chǎn)生增益變化。9.因媒體磁性改變和電子噪聲等產(chǎn)生的位置誤差采樣噪聲。現(xiàn)有技術(shù)中傳統(tǒng)的伺服控制器包括比例積分微分(PID)控制器，這種控制器由兩個(gè)部件組成觀測(cè)器和調(diào)節(jié)器。每次跨過伺服扇區(qū)時(shí)，觀測(cè)器接收輸入的位置信息，并且估計(jì)位置和速度。然后，調(diào)節(jié)器對(duì)觀測(cè)信號(hào)提供反饋。在尋道模式中，調(diào)節(jié)器一般將參考速度軌跡與觀測(cè)到的速度之間的誤差調(diào)節(jié)到零。在磁道跟蹤模式中，調(diào)節(jié)器將所需的磁道位置與觀測(cè)到的磁道位置之間的誤差調(diào)節(jié)到零。調(diào)節(jié)器根據(jù)PID控制技術(shù)進(jìn)行控制。但是，PID控制器不可能在所有磁盤驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用中都有利或者都合意。例如，可能希望在撓性組件和換能器或滑塊組件之間、或者在致動(dòng)器臂上、或者在懸掛或撓性組件上提供微致動(dòng)器。當(dāng)提供微致動(dòng)器時(shí)，伺服致動(dòng)系統(tǒng)從輸入是誤差信號(hào)而輸出是音圈電流信號(hào)的單輸入單輸出(SISO)系統(tǒng)變成一個(gè)多輸入多輸出(MIMO)系統(tǒng)，MIMO系統(tǒng)接收來自微致動(dòng)器的各種輸入，并把位置輸出信號(hào)提供給音圈電動(dòng)機(jī)和每個(gè)微致動(dòng)器。盡管僅通過分散PID控制器就可以控制這種系統(tǒng)，但仍存在問題。例如，如果要對(duì)多個(gè)磁頭同時(shí)定位，那么對(duì)某個(gè)數(shù)據(jù)磁頭的定位會(huì)受到同時(shí)對(duì)其它相鄰或鄰近的數(shù)據(jù)磁頭定位的影響。另外，帶寬較大的定位會(huì)激勵(lì)驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)模式和促發(fā)振動(dòng)、減幅振蕩(ringing)，或者其它會(huì)影響相鄰數(shù)據(jù)磁頭定位的干擾。另外，當(dāng)試圖對(duì)磁盤驅(qū)動(dòng)器中的定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器實(shí)行離散時(shí)間系統(tǒng)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)許多問題。例如，在磁盤驅(qū)動(dòng)器可以使用的數(shù)字信號(hào)處理器中提供的計(jì)算能力通常十分有限。這引起許多重大的問題。數(shù)字信號(hào)處理器中寄存器的大小的數(shù)目可能十分有限。當(dāng)進(jìn)行矩陣計(jì)算時(shí)，存儲(chǔ)中間計(jì)算結(jié)果所需的位數(shù)可能超過數(shù)據(jù)信號(hào)處理器中寄存器的容量。因此，溢出成為一大障礙。另外，僅僅因?yàn)楸仨殘?zhí)行的計(jì)算的數(shù)量，數(shù)字信號(hào)處理器的計(jì)算速度和結(jié)構(gòu)以及存儲(chǔ)量就會(huì)造成一些矩陣計(jì)算完全不能進(jìn)行。此外，基本上所有的數(shù)字信號(hào)處理器都是定點(diǎn)處理器。因此，在數(shù)字信號(hào)處理器中實(shí)行線性離散時(shí)間系統(tǒng)是完全不可行的。另外，傳統(tǒng)DSP中的量化誤差相當(dāng)大，致使磁盤驅(qū)動(dòng)器伺服系統(tǒng)中DSP的控制精度達(dá)不到。本發(fā)明至少解決了這些和其它問題中的一些，并且提供了與現(xiàn)有技術(shù)相比的其它的好處。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明旨在提供一種可以解決上述一個(gè)或多個(gè)問題的系統(tǒng)。磁盤驅(qū)動(dòng)器的伺服系統(tǒng)在磁頭跟蹤期間進(jìn)行穩(wěn)健的伺服控制。磁盤驅(qū)動(dòng)器包括可旋轉(zhuǎn)的具有盤面的磁盤，信息布置在盤面上的磁道內(nèi)。磁盤驅(qū)動(dòng)器還包括用于訪問盤面信息的換能器。致動(dòng)器臂可操作地與換能器耦連。致動(dòng)器可操作地與致動(dòng)器臂耦連，以便在磁道跟蹤期間，使換能器相對(duì)盤面移動(dòng)，跟蹤一條磁道?；谀Ｐ偷乃欧刂破骺刹僮鞯嘏c致動(dòng)器耦連，以便控制致動(dòng)器的移動(dòng)?；谀Ｐ偷乃欧刂破髟谛枰念l率范圍內(nèi)提供穩(wěn)健的磁道跟蹤控制。附圖概述圖1示出了依照本發(fā)明一實(shí)施例的磁盤驅(qū)動(dòng)器。圖2示出了依照本發(fā)明一實(shí)施例的致動(dòng)器組件。圖3示出了依照本發(fā)明一特征的磁頭萬向架組件(headgimbalassembly)。圖4是一方框圖，示出了依照本發(fā)明一實(shí)施例的一部分磁盤驅(qū)動(dòng)器。圖5是一方框圖，示出了依照本發(fā)明一實(shí)施例的一部分伺服控制電路。圖6是一流程圖，示出了依照本發(fā)明一個(gè)方面的伺服控制算法結(jié)構(gòu)。圖7是一方框圖，示出了依照本發(fā)明一個(gè)方面的致動(dòng)器模型。圖8是標(biāo)稱模型的曲線圖，示出了當(dāng)把位置干擾引入系統(tǒng)時(shí)獲得的測(cè)量數(shù)據(jù)和平均測(cè)量數(shù)據(jù)。圖9-1至圖9-4例示了依照本發(fā)明一個(gè)方面的可加性和可乘性不確定性以及加權(quán)函數(shù)。圖10-1至圖10-3是曲線圖，示出了對(duì)實(shí)際磁盤驅(qū)動(dòng)器估算得到的可加性和可乘性不確定性以及相位誤差。圖11是一方框圖，示出了依照本發(fā)明一個(gè)方面的磁道跟蹤控制綜合互連。圖12是一方框圖，示出了關(guān)于圖11所示磁道跟蹤控制綜合互連的線性分式變換(LFT)。圖13是一曲線圖，示出了依照本發(fā)明一個(gè)方面的模型驗(yàn)證。圖14是一流程圖，示出了依照本發(fā)明一個(gè)方面的模型驗(yàn)證技術(shù)。圖15是一流程圖，示出了依照本發(fā)明一個(gè)方面的伺服控制器和數(shù)字信號(hào)處理器的執(zhí)行過程。較佳實(shí)施例的詳細(xì)描述圖1是一平面圖，示出了典型的磁盤驅(qū)動(dòng)器110。磁盤驅(qū)動(dòng)器110包括磁盤組112，它通過磁盤夾114固定在轉(zhuǎn)軸電動(dòng)機(jī)(未圖示)上。在一較佳實(shí)施例中，磁盤組112包括多個(gè)磁盤，它們被安裝成繞中心軸115同軸旋轉(zhuǎn)。存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的每個(gè)盤面都有一個(gè)相關(guān)的磁頭萬向架組件(HGA)116，該組件固定在磁盤驅(qū)動(dòng)器110的致動(dòng)器組件118上。圖1所示的致動(dòng)器組件是一種稱為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)線圈致動(dòng)器的致動(dòng)器組件，它包括圖中概略地用標(biāo)號(hào)120表示的音圈電動(dòng)機(jī)(VCM)。在裝于磁盤驅(qū)動(dòng)器110內(nèi)的電子電路的控制下，音圈電動(dòng)機(jī)120使致動(dòng)器組件118以及固定其上的HGA116繞樞軸121旋轉(zhuǎn)，從而將HGA116定位在相關(guān)盤面中所需的數(shù)據(jù)磁道上。具體地說，致動(dòng)器組件118繞軸121作樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，以便大致沿弧線119旋轉(zhuǎn)磁頭萬向架組件116，從而將每個(gè)磁頭萬向架組件116定位于在磁盤組112之諸盤面中所需的一條磁道上。HGA116可以從磁盤最內(nèi)側(cè)半徑處的磁道移動(dòng)到磁盤最外側(cè)半徑處的磁道。每個(gè)磁頭萬向架組件116都有一個(gè)萬向架，它相對(duì)負(fù)荷梁(loadbeam)有彈性地支承一滑塊，以致于滑塊可以跟蹤磁盤的構(gòu)形(topography)。而滑塊包括一換能器，用于將磁通反轉(zhuǎn)編碼在其上方浮動(dòng)的盤面上，以及從盤面上讀取磁通反轉(zhuǎn)。圖2是致動(dòng)器組件118的透視圖。致動(dòng)器組件118包括底部122、多個(gè)致動(dòng)器臂126、多個(gè)負(fù)荷梁128，以及多個(gè)磁頭萬向架組件116。底部122有一個(gè)孔，在本較佳實(shí)施例中，該孔被耦連成可以繞軸121作樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)。致動(dòng)器臂126從底部122延伸，并且每個(gè)致動(dòng)器臂都與一個(gè)或兩個(gè)負(fù)荷梁128的第一端相連。每個(gè)負(fù)荷梁128的第二端都與一個(gè)磁頭萬向架組件116耦連。圖3是磁頭萬向架組件116的高倍放大的圖。磁頭萬向架組件116包括萬向架130，它有一對(duì)撐條132和134，以及萬向架結(jié)合舌片136。磁頭萬向架組件116還包括滑塊138，滑塊138有上表面140和下面的空氣軸承的表面142。另外，換能器144最好位于滑塊138的前緣?；瑝K128和萬向架130之間的特殊連接可以用任何希望的方式來實(shí)現(xiàn)。簡(jiǎn)要地說，在一較佳實(shí)施例中，最好用粘結(jié)劑將一柔性薄層耦合在滑塊138之上表面和萬向架結(jié)合舌片138之下表面之間。柔性薄層允許滑塊138和萬向架結(jié)合舌片136之間發(fā)生相對(duì)的橫向移動(dòng)。柔性薄層最好是厚度大約為150微米的聚酯薄膜。另外，萬向架結(jié)合舌片136最好用固定接片146在滑塊138的后緣終止，滑塊138在該接片提供的表面上與萬向架結(jié)合舌片136固定。圖4是一部分磁盤驅(qū)動(dòng)器110的方框圖，示出了依照本發(fā)明一個(gè)方面的伺服位置控制電路。圖4中示出的磁盤驅(qū)動(dòng)器部分包括致動(dòng)器組件118、磁盤組112、與每個(gè)磁頭萬向架組件相關(guān)的微致動(dòng)器(總稱微致動(dòng)器158)、前置放大器160、數(shù)據(jù)和時(shí)鐘恢復(fù)電路162、檢錯(cuò)電路164、驅(qū)動(dòng)器控制器166、數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)電路168，伺服控制處理器170、功率放大器172和可選的微致動(dòng)器控制器174。驅(qū)動(dòng)器控制器166最好是微處理器或數(shù)字計(jì)算機(jī)，或者其它合適的微控制器，它通過總線111與控制多個(gè)驅(qū)動(dòng)器的主機(jī)系統(tǒng)或另一個(gè)驅(qū)動(dòng)器控制器相連。磁盤組112包括轉(zhuǎn)軸176，轉(zhuǎn)軸支承著多個(gè)同軸放置的磁盤178。每個(gè)磁盤178被安裝成與轉(zhuǎn)軸176一起繞旋轉(zhuǎn)軸115旋轉(zhuǎn)。每個(gè)磁盤都有第一面180和第二面182。盤面180和182包括許多同心磁道，用于接收和存儲(chǔ)以磁通反轉(zhuǎn)形式在磁道上編碼的數(shù)據(jù)。如參照?qǐng)D2和圖3所述，致動(dòng)器組件118包括用于支承多個(gè)致動(dòng)器臂126的底部122。每個(gè)致動(dòng)器臂126至少與一個(gè)負(fù)荷梁128相耦連。而每個(gè)負(fù)荷梁128支承一個(gè)位于相應(yīng)盤面180或182上的磁頭萬向架組件116(圖3中有標(biāo)注)，以便訪問盤面上磁道內(nèi)的數(shù)據(jù)。每個(gè)萬向架組件還至少包括一個(gè)微致動(dòng)器158，用于將磁頭萬向架組件上的換能器定位在磁盤178的一條磁道內(nèi)，或者定位在多條不同磁道中的一條磁道上。如圖4所示，可以在致動(dòng)器臂126上、在負(fù)荷梁128上、在萬向架(或其它撓性部分)130上、在萬向架130與相關(guān)滑塊之間，或者在任何其它合適的位置處提供微致動(dòng)器158。微致動(dòng)器158可以由用來相應(yīng)致偏的PZT材料、靜電材料制成，這些材料受電容、流體、電磁、靜磁或者熱激勵(lì)。在工作時(shí)，驅(qū)動(dòng)器控制器166一般接收來自主機(jī)系統(tǒng)的命令信號(hào)，表示將訪問一個(gè)或多個(gè)磁盤178的某些部分。響應(yīng)于該命令信號(hào)，驅(qū)動(dòng)器控制器166向伺服控制處理器170提供位置信號(hào)(或參照信號(hào))165，該信號(hào)表示致動(dòng)器組件118將要把磁頭萬向架組件116定位在其上面的特定磁道柱面。伺服控制處理器170將位置信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，經(jīng)功率放大器172放大，提供給致動(dòng)器組件118中的音圈電動(dòng)機(jī)。響應(yīng)于模擬位置信號(hào)，致動(dòng)器組件118將負(fù)荷梁128及其相關(guān)的磁頭萬向架組件116定位在想要的磁道柱面上。磁頭萬向架組件116產(chǎn)生一讀信號(hào)，該信號(hào)包含存儲(chǔ)在待讀取磁盤每條磁道之選定部分中的、來自嵌入伺服位置數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，以及將從待讀取磁盤選定部分中取得的正常數(shù)據(jù)。將讀信號(hào)提供給前置放大器160，前置放大器160放大讀信號(hào)，并將其提供給數(shù)據(jù)和時(shí)鐘恢復(fù)電路162。數(shù)據(jù)和時(shí)鐘恢復(fù)電路162用一種已知方式從讀信號(hào)中恢復(fù)出數(shù)據(jù)寫至盤面時(shí)編碼在盤面上的數(shù)據(jù)。當(dāng)然，數(shù)據(jù)和時(shí)鐘恢復(fù)電路162可以是部分響應(yīng)最大似然(PRML)通路，或者是另一種合適類型的讀通道。一旦數(shù)據(jù)恢復(fù)，便將其提供給檢錯(cuò)電路164，檢測(cè)從磁盤讀回的數(shù)據(jù)是否有差錯(cuò)。檢錯(cuò)電路164提供輸出167。按已知的方式，用檢錯(cuò)電路164或驅(qū)動(dòng)器控制器166，或者兩者的組合進(jìn)行糾錯(cuò)。在磁頭定位期間，驅(qū)動(dòng)器控制器166向伺服控制處理器170提供位置信號(hào)，使致動(dòng)器組件118將磁頭萬向架組件116定位在選定的磁道柱面上。在扇區(qū)伺服定位驅(qū)動(dòng)器(或者嵌入伺服定位驅(qū)動(dòng)器)中，盤面上每個(gè)扇區(qū)的一部分包含位置信息，位置信息編碼在盤面上，由數(shù)據(jù)磁頭讀取，并且通過讀通道提供給伺服控制處理器170。定位信息不僅給出粗略的位置信息，表示數(shù)據(jù)磁頭正浮動(dòng)在其上方的特定磁道，而且還向伺服控制處理器提供調(diào)諧反饋，以便更好地定位。伺服控制處理器170對(duì)從磁盤讀取的位置信息起反應(yīng)，并相應(yīng)地對(duì)磁頭萬向架組件116進(jìn)行定位。在一較佳實(shí)施例中，伺服控制處理器170不僅用來控制粗致動(dòng)器(音圈電動(dòng)機(jī))，而且還用來控制微致動(dòng)器158。在另一較佳實(shí)施例中，提供單獨(dú)的微致動(dòng)器控制器(或者多個(gè)獨(dú)立的微致動(dòng)器控制器)174，用于響應(yīng)來自驅(qū)動(dòng)器控制器166的位置請(qǐng)求信號(hào)以及響應(yīng)從磁盤讀取的嵌入位置信息，控制微致動(dòng)器158。為了將信息寫入磁盤，驅(qū)動(dòng)器控制器166不僅接收欲寫在磁盤組112上的信息的位置，而且接收要寫入的實(shí)際數(shù)據(jù)。將位置信息作為參考信號(hào)提供給伺服控制處理器170(以及可選的微致動(dòng)器控制器174)，以便將數(shù)據(jù)磁頭相對(duì)于相應(yīng)的盤面粗定位。然后，驅(qū)動(dòng)器控制器166將要寫入的數(shù)據(jù)提供給數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)電路168，而數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)電路168在輸出端169將該信息提供給磁頭萬向架組件116上的特定換能器，以便用已知的方式將數(shù)據(jù)寫到盤面上。在較佳實(shí)施例中，微致動(dòng)器158有一移動(dòng)范圍，該范圍超過由致動(dòng)器組件118支承的任何兩個(gè)磁頭萬向架組件116之間最差情況下的機(jī)械安裝誤差。在一更佳的實(shí)施例中，每個(gè)微致動(dòng)器158的移動(dòng)范圍都超過一個(gè)磁道寬度，而更好的情況是，超過多個(gè)磁道寬度。另外，在本較佳實(shí)施例中，磁盤驅(qū)動(dòng)器110提供的讀通道(在圖4所示的實(shí)施例中，它包括前置放大器160、數(shù)據(jù)和時(shí)鐘恢復(fù)電路162和檢錯(cuò)電路164)能夠接收多個(gè)同時(shí)且并行的數(shù)據(jù)信號(hào)，并且能夠并行處理這些數(shù)據(jù)信號(hào)，然后將它們并行提供給主機(jī)系統(tǒng)和/或驅(qū)動(dòng)器控制器166。另外，在較佳實(shí)施例中，數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)電路168還最好適于向數(shù)據(jù)磁頭提供多個(gè)同時(shí)且并行的寫信號(hào)，以便執(zhí)行同時(shí)且并行的寫操作。另外，在較佳實(shí)施例中，伺服控制器處理器170和可選的微致動(dòng)器控制器174適于同時(shí)向微致動(dòng)器158提供定位信號(hào)，以便對(duì)所有或者至少多個(gè)微致動(dòng)器同時(shí)定位，從而能同時(shí)將多個(gè)磁頭與磁盤組112中多個(gè)盤面上的磁道對(duì)準(zhǔn)。利用這一結(jié)構(gòu)可以獲得許多優(yōu)點(diǎn)。例如，可以對(duì)多個(gè)數(shù)據(jù)磁頭的每一個(gè)進(jìn)行精確的位置控制。這允許對(duì)多個(gè)數(shù)據(jù)磁頭進(jìn)行精確且同時(shí)的磁道跟蹤，從而允許并行的讀寫操作。另外，由于微致動(dòng)器的工作帶寬比音圈電動(dòng)機(jī)的帶寬大得多，所以該結(jié)構(gòu)可以明顯提高任何所給盤面的磁道密度，因?yàn)樗赃h(yuǎn)比單單使用音圈電動(dòng)機(jī)進(jìn)行磁道跟蹤要好的方式，來適應(yīng)軸承非線性和當(dāng)前
技術(shù)領(lǐng)域：
中其它限制磁道密度的問題。另外，由于在較佳實(shí)施例中，每個(gè)微致動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)范圍都超過多條數(shù)據(jù)磁道，所以微致動(dòng)器本身可以用來執(zhí)行短尋道操作(在微致動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)尋磁道的尋道操作)。這使得磁盤驅(qū)動(dòng)器中對(duì)結(jié)構(gòu)模式的激勵(lì)減至最少，并且可以在短尋道期間進(jìn)行帶寬較大的伺服控制。依照本發(fā)明，可以用許多方式中的任何一種控制微致動(dòng)器158。例如，用作為單輸入/單輸出(SISO)系統(tǒng)的伺服控制器控制傳統(tǒng)磁盤驅(qū)動(dòng)器中的音圈電動(dòng)機(jī)。輸入是從嵌入伺服數(shù)據(jù)獲得的磁頭位置測(cè)量結(jié)果，而輸出一般通過功率放大器172驅(qū)動(dòng)音圈電動(dòng)機(jī)。但是，在控制微致動(dòng)器158時(shí)，本發(fā)明的伺服控制系統(tǒng)必須具有多個(gè)輸入和多個(gè)輸出。輸入包括從嵌入伺服信息讀取的磁頭位置、磁頭正在其上面浮動(dòng)，并且還可選地包括一個(gè)或多個(gè)微致動(dòng)器相對(duì)于音圈電動(dòng)機(jī)(或粗致動(dòng)器)的相對(duì)位置。多個(gè)輸出包括用于驅(qū)動(dòng)單個(gè)粗定位器(VCM)和N個(gè)微致動(dòng)器的輸出。在同時(shí)對(duì)多個(gè)數(shù)據(jù)磁頭定位的現(xiàn)有體系結(jié)構(gòu)中，存在一個(gè)潛在的問題，即對(duì)一個(gè)數(shù)據(jù)磁頭的定位會(huì)受到對(duì)相鄰或鄰近的其它數(shù)據(jù)磁頭同時(shí)定位的影響。帶寬較大的定位會(huì)激勵(lì)驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)模式和引起振動(dòng)，或者其它會(huì)影響相鄰數(shù)據(jù)磁頭定位的干擾。因此，在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，伺服控制處理器170或微致動(dòng)器控制器174考慮了致動(dòng)器組件118上其它數(shù)據(jù)磁頭的運(yùn)動(dòng)。一種較佳結(jié)構(gòu)包括單個(gè)伺服控制器，該伺服控制器包括用作數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)的MIMO伺服控制器。DSP的輸入表示每個(gè)磁頭的磁頭位置、每個(gè)微致動(dòng)器的相對(duì)位置，以及來自主控制器或磁盤驅(qū)動(dòng)器控制器166的參考信號(hào)。圖5示出一實(shí)施例，在該實(shí)施例中，伺服控制處理器170和微致動(dòng)器控制器174合并單個(gè)伺服控制器，用作DSP190。DSP190接收來自主機(jī)系統(tǒng)或磁盤驅(qū)動(dòng)器控制器166的參考信號(hào)，以及表示磁頭位置的每個(gè)磁頭180(磁頭0-磁頭N)的磁頭位置信號(hào)，作為其輸入。將DSP190的輸出提供給音圈電動(dòng)機(jī)(VCM)173，由音圈電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器組件(或E-塊)118。圖5還示出DSP190將輸出信號(hào)提供給與致動(dòng)器組件118耦連的所有微致動(dòng)器158(微致動(dòng)器0-微致動(dòng)器N，由標(biāo)號(hào)159-161表示)。因此，DSP190的輸入還包括來自相應(yīng)磁頭的磁頭位置信號(hào)171，以及每個(gè)磁頭相對(duì)VCM173的相對(duì)位置信號(hào)179。圖中，每個(gè)微致動(dòng)器與一個(gè)磁頭181耦連。另外，每個(gè)微致動(dòng)器都具有一個(gè)相關(guān)的位置傳感器183，用于檢測(cè)微致動(dòng)器相對(duì)音圈電動(dòng)機(jī)(或致動(dòng)器組件118)的相對(duì)位置。相對(duì)位置傳感器183可以包括任何合適的傳感器，諸如電容傳感器或者任何其它合適的位置傳感器。由此可見，DSP190將粗定位信號(hào)提供給音圈電動(dòng)機(jī)173，以便對(duì)整個(gè)致動(dòng)器組件118定位。DSP190還將細(xì)定位信號(hào)提供給微致動(dòng)器158。在較佳實(shí)施例中，當(dāng)為每個(gè)磁頭相關(guān)的微致動(dòng)器提供微致動(dòng)器輸出時(shí)，DSP190不僅考慮與每個(gè)磁頭相關(guān)的磁頭位置以及相對(duì)位置，而且考慮相鄰或鄰近磁頭的移動(dòng)(即，考慮磁頭的交叉耦合)。用這種方式，當(dāng)對(duì)每個(gè)磁頭定位時(shí)，DSP190計(jì)及結(jié)構(gòu)模式激勵(lì)。另外，在較佳實(shí)施例中，DSP190進(jìn)行控制，以便提供干擾抑制、計(jì)及振擺、防止致動(dòng)器過電流，并且提供抗噪聲度。圖5所示的DSP190較好地體現(xiàn)了基于模型的算法。圖6(例如，方框191-199)是一流程圖，示出了依照本發(fā)明設(shè)計(jì)伺服控制系統(tǒng)的方法，在所述伺服控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了DSP190。先簡(jiǎn)要概括地討論圖6中的每個(gè)方框作為概述，然后更詳細(xì)地每個(gè)方框。首先構(gòu)造一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模型，它主要是一組微分方程，表述了磁盤驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)。由圖6中的方框192表示。在構(gòu)造標(biāo)準(zhǔn)模型時(shí)，最好對(duì)驅(qū)動(dòng)器動(dòng)力學(xué)有準(zhǔn)確的了解。最好利用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)/測(cè)量數(shù)據(jù)獲得這方面的認(rèn)識(shí)。這類信息用來定義系統(tǒng)模型中的參數(shù)，并且根據(jù)首要的原理(或微分方程)用所有這些信息構(gòu)成模型。接下來，構(gòu)造磁盤驅(qū)動(dòng)器的不確定性描述(uncertaintydescription)。由圖6的方框194表示。最好將不確定性描述設(shè)計(jì)成能夠收集與大量驅(qū)動(dòng)器相關(guān)的驅(qū)動(dòng)特性和變化。用此數(shù)據(jù)修改方框192中構(gòu)造的模型。然后，規(guī)定系統(tǒng)的性能目標(biāo)。由圖6的方框196表示。提供這些目標(biāo)，以便確保模型與現(xiàn)有的和市場(chǎng)上可買到的工具相容，從而使能夠以各種方法直接在磁盤驅(qū)動(dòng)器上執(zhí)行的控制算法的設(shè)計(jì)達(dá)到最優(yōu)化和最終化。然后，驗(yàn)證模型。由圖6的方框197表示。簡(jiǎn)而言之，至此構(gòu)造的模型是一種穩(wěn)健的控制模型，它是一種系統(tǒng)模型，不僅包含系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的模型，而且包含不確定性描述和噪聲描述。一般而言，將模型驗(yàn)證問題明確表述成一種線性時(shí)不變系統(tǒng)，它具有用范數(shù)有界構(gòu)造的不確定性和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。通過在頻域中考慮模型驗(yàn)證問題，來進(jìn)行模型驗(yàn)證。使用稱為μ分析和μg分析的技術(shù)，確定模型是否與數(shù)據(jù)一致，以及控制器是否與模型一致。最后，用市場(chǎng)上可買到的優(yōu)化軟件對(duì)模型優(yōu)化。在商業(yè)名稱為MATLABμ-Analysis和SynthesisToolbox中，可以獲得用于計(jì)算μ并進(jìn)行優(yōu)化的算法。這由圖6中方框198表示。A.致動(dòng)器模型圖7示出了依照本發(fā)明一個(gè)方面的伺服致動(dòng)器模型201。圖7包括方框200、202和204。方框200表示伺服致動(dòng)器傳遞函數(shù)Gnom。方框204表示可加不確定性描述，而方框202表示可乘不確定性描述。1.標(biāo)準(zhǔn)模型Gnom是致動(dòng)器標(biāo)準(zhǔn)模型。標(biāo)準(zhǔn)模型的作用是準(zhǔn)確表征典型的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)。這意味著，標(biāo)準(zhǔn)模型必須是在所模擬的整類磁盤驅(qū)動(dòng)器上可觀察到的系統(tǒng)的平均期望特性。在一較佳實(shí)施例中，通過大量增加關(guān)于驅(qū)動(dòng)器的精確知識(shí)，來設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)模型。在一較佳實(shí)施例中，在頻域中構(gòu)造標(biāo)準(zhǔn)模型，因?yàn)橄到y(tǒng)動(dòng)力學(xué)中最差的極端情況可以包括許多頻率較高的結(jié)構(gòu)模式，它們將導(dǎo)致在時(shí)域內(nèi)出現(xiàn)高度可變的瞬態(tài)特性。由于磁盤驅(qū)動(dòng)器開環(huán)不穩(wěn)定，所以要閉環(huán)收集數(shù)據(jù)。通過對(duì)環(huán)路引入干擾并且測(cè)量驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器的輸入和輸出，來實(shí)現(xiàn)上述目的。例如，在一較佳實(shí)施例中，用經(jīng)驗(yàn)性的工作收集頻域輸入和輸出信息。另外，收集對(duì)不同類型的輸入(諸如，脈沖或階躍輸入)的時(shí)域響應(yīng)。這類信息用來定義系統(tǒng)模型中的參數(shù)。另外，在一較佳實(shí)施例中，進(jìn)行有限元分析，為系統(tǒng)中的各種物理元件獲得結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。最好根據(jù)首要的原理(或者微分方程)，用所有這些信息結(jié)構(gòu)模型。圖8是頻率203與對(duì)數(shù)幅值的曲線圖，示出了一般磁盤驅(qū)動(dòng)器的開環(huán)傳遞函數(shù)。當(dāng)進(jìn)行磁道跟蹤操作時(shí)，通過對(duì)測(cè)量到的磁頭位置引入正弦位置干擾，同時(shí)測(cè)量音圈電動(dòng)機(jī)電動(dòng)和磁頭位置，來收集數(shù)據(jù)。標(biāo)號(hào)206表示磁盤驅(qū)動(dòng)器的標(biāo)準(zhǔn)模型。標(biāo)號(hào)208表示當(dāng)跟蹤磁盤驅(qū)動(dòng)器中的PID控制器時(shí)測(cè)量得的數(shù)據(jù)，而標(biāo)號(hào)210是測(cè)得數(shù)據(jù)的平均值。對(duì)于磁頭0、1和3，在磁盤的內(nèi)半徑、中間半徑和外半徑處收集數(shù)據(jù)。位置干擾幅度是磁道寬度的2％-20％。選擇標(biāo)準(zhǔn)模型，使之成為二階系統(tǒng)的級(jí)聯(lián)，它可以用下式表示公式1y(s)=KDC1ωn2s2+2ξωns+1Πi-1n1ωnz,i2s+2ξz,iωnz,is+11ωnp,i2s2+2ξp,iωnp,is+1u(s)]]>其中KDC是致動(dòng)器直流(DC)增益；n是諧振模式的數(shù)目，對(duì)于第i個(gè)諧振模式(i＝1，…，n)；ζz，i和是零點(diǎn)的阻尼和固有頻率；而ζp，i和是極點(diǎn)的阻尼和固有頻率。同樣，ζ和ωn定義了驅(qū)動(dòng)器的低頻特性。另外，在方程1表述的標(biāo)準(zhǔn)模型中，能夠模擬延遲。磁盤驅(qū)動(dòng)器中存在各種延遲源。例如，脈寬調(diào)制(PWM)濾波器、功率放大器、音圈時(shí)間常數(shù)和其它源都會(huì)給系統(tǒng)帶來延遲。模擬連續(xù)時(shí)間的純延遲的標(biāo)準(zhǔn)過程是使用下述Padé近似公式2y{x(t-td)}≈2+Σi=0n(-tds)ii!2+Σi=0n(tds)ii!]]>其中td是以秒為單位的延遲；s是頻率參數(shù)；而口{.}表示宗量的拉普拉斯變換。為了模擬時(shí)間延遲，一般低階Padé近似較合適(例如，一階或二階)。其它的穩(wěn)健近似也可以使用。2.不確定性描述因?yàn)樵诖疟P驅(qū)動(dòng)器中致動(dòng)器系統(tǒng)的嚴(yán)格數(shù)學(xué)模型是不可能的，所以使用圖7中方框202和204表示的不確定性描述。嚴(yán)格模型是指，系統(tǒng)可以用一組微分方程表示，并且已知微分方程的所有參數(shù)。在正常情況下，不可能精確模擬一磁盤驅(qū)動(dòng)器。但是，可以確定一組模型，涵蓋磁盤驅(qū)動(dòng)器的特性。不確定性模擬就是確定這組模型的一種方法。在典型的磁盤驅(qū)動(dòng)器中，磁盤驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)本身具有高頻諧振模式。另外，低頻模式的固有頻率和阻尼有點(diǎn)依賴于振幅。換句話說，它由一些非線性動(dòng)力學(xué)(最可能由軸承滯后、撓性電路偏置力等造成)確定。在不確定性描述中，能最有效地收集這些變化。方框204示出對(duì)方框200表示的標(biāo)準(zhǔn)模型增加可加不確定性。可加不確定性描述了以下一組系統(tǒng)公式3gG(s)＝Gnom(s)+Wa(s)Δ(s)，‖Δ‖＜1其中Δ(s)是范數(shù)有界的不確定性微擾，而Wa(s)是頻域加權(quán)函數(shù)。不確定性微擾Δ(s)是范數(shù)有界的，所以一般使用加權(quán)函數(shù)來規(guī)定任何頻率對(duì)不確定性大小的依賴程度。一般用可加不確定性表征動(dòng)力學(xué)不確定性。因此，一般將不確定性微擾Δ(s)看作每個(gè)頻率上的復(fù)數(shù)全矩陣?？杉硬淮_定性一般最有效地用來模擬諸如磁盤驅(qū)動(dòng)器中諧振模式等高頻動(dòng)力學(xué)不確定性。例如，在大于約2kHz的頻率范圍內(nèi)，幾乎沒有或者沒有關(guān)于磁盤驅(qū)動(dòng)器動(dòng)力學(xué)的可靠信息。主要原因是，這些結(jié)構(gòu)模式的固有頻率和阻尼隨不同系統(tǒng)而變化?？杉硬淮_定性權(quán)重wa的任務(wù)是，在高頻，對(duì)系統(tǒng)增益引入最低值(floor)。圖9-1和9-2是頻率209與數(shù)值211的曲線圖，表示使用可加不確定性。在圖9-1中，標(biāo)準(zhǔn)模型用212表示，而實(shí)際測(cè)得值用214表示。用來計(jì)及非模型化動(dòng)力學(xué)的可加不確定性是一條包絡(luò)線，由216表示。圖9-2示出了可加不確定性加權(quán)函數(shù)218的一個(gè)實(shí)施例?？沙瞬淮_定性描述了以下一組系統(tǒng)公式4gG(s)-Gnom(I+Wm(s)Δ(s))，‖Δ‖＜1其中Δ(s)是范數(shù)有界的不確定性微擾，而Wm(s)是頻域加權(quán)函數(shù)。與可加不確定性一樣，一般將不確定性微擾Δ(s)看作每個(gè)頻率上的復(fù)數(shù)全矩陣?？沙瞬淮_定性對(duì)模擬低頻增益變化很有效。圖9-3表示用可乘不確定性來計(jì)及增益變化。圖9-3類似于圖9-1，并且相同的部分用相同標(biāo)號(hào)表示。但是，標(biāo)號(hào)216表示在低頻具有可乘不確定性的一組系統(tǒng)的包絡(luò)線。可乘不確定性權(quán)重Wm的任務(wù)是在標(biāo)準(zhǔn)傳遞函數(shù)周圍提供一包絡(luò)。在許多情況下，高至大約100Hz，包絡(luò)線將大約增減50％，然后逐漸減少到小于1％。圖9-4示出了關(guān)于圖9-3所示不確定性的可乘不確定性權(quán)重函數(shù)218。對(duì)于圖7所示的模型，設(shè)計(jì)者的任務(wù)是選擇不確定性權(quán)重Wm和Wa，它們能充分覆蓋從磁盤驅(qū)動(dòng)器收集到的數(shù)據(jù)，但又不過度保守。在圖10-1至10-3中給出了一些簡(jiǎn)單的估計(jì)，它描繪了頻率215與幅值217和相位誤差219的關(guān)系。圖10-1、10-2和10-3例示了典型磁盤驅(qū)動(dòng)器中的可加和可乘不確定性等級(jí)。圖10-1示出了估計(jì)得到的可乘不確定性220。圖10-2示出了估計(jì)得到的可加不確定性222，而圖10-3示出了作為頻率函數(shù)的相位誤差224(用于延遲估計(jì))。注意，可加和可乘不確定性都可用于低頻、中頻和高頻的不確定性模型。設(shè)計(jì)選擇不確定性模型來簡(jiǎn)單加權(quán)。另外，可以使用多個(gè)可加和可乘不確定性。B.H∞和μ綜合控制器設(shè)計(jì)一旦獲得圖7所示的致動(dòng)器模型201，下一步是規(guī)定性能目標(biāo)，并且設(shè)計(jì)用于控制模型化致動(dòng)器的優(yōu)化控制器。圖11是一方框圖，示出了說明磁盤驅(qū)動(dòng)器的磁道跟蹤控制綜合互連230。注意，系統(tǒng)230包括致動(dòng)器模型201。對(duì)控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)，以便優(yōu)化加權(quán)的互連230。在圖11中，系統(tǒng)塊最好包括控制器塊232；致動(dòng)器模型201；理想的致動(dòng)器模型234；綜合權(quán)重231(Wu)和233(Wp)，它們分別位于電流和跟蹤誤差信號(hào)235(u)和237(y)上；外界輸入，它們包括命令偏移位置239(r)、位置傳感器噪聲241(n)、信號(hào)269(ym)、權(quán)重267(wn)、電流干擾243(di)、輸入權(quán)重259(wdi)、輸出權(quán)重261(wdo)和位置干擾245(do)；以及受控輸出247(z1)和249(z2)，它們分別對(duì)應(yīng)于電流損失(penalty)和跟蹤誤差。在較佳實(shí)施例中，最好按兩自由度的控制結(jié)構(gòu)提供控制器塊232，控制結(jié)構(gòu)包括補(bǔ)償器K2和預(yù)補(bǔ)償器K1。包括預(yù)補(bǔ)償器K1來改善閉環(huán)系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)。最好將圖11所示的互連設(shè)計(jì)成能夠滿足以下方程，這些方程描述了致動(dòng)器的電流損失和跟蹤誤差。公式5z1=WuK11-PK2Wrr+WuGK21-GK2Wdidi]]>+WuK21-GK2Wdodo+WuK21-GK2Wnn]]>公式6z2=Wp(GK11-GK2-Gideal)Wrr+WPG1-GK2Wdidi]]>+WP11-GK2Wdodo+WPGK21-GK2Wnn]]>可以將圖11所示的互連簡(jiǎn)化成圖12所示的等效線性分式變換，該線性分式變換包括控制器261、致動(dòng)器263和不確定性265。在現(xiàn)代控制理論中，經(jīng)常使用線性分式變換(LFT)，用以簡(jiǎn)化對(duì)線性系統(tǒng)互連的表示法，并且可以將線性分式變換看作由帶反饋的線性方框組成的方框圖的數(shù)學(xué)表示。根據(jù)圖12的LFT，所得到的H∞優(yōu)化判據(jù)如下公式7K=argmin||FL(FU(Δ,G),K)||∞where,Δm,ΔeϵC||Δ||∞≤1Δ=ΔmOOΔa]]>其中，F(xiàn)1(Fu(Δ，G)，K)表示反饋互連w→z；‖.‖∞表示宗量的導(dǎo)出∞范數(shù)；以及C是一組復(fù)數(shù)。對(duì)于穩(wěn)健性能，閉環(huán)系統(tǒng)應(yīng)該有可以穩(wěn)定設(shè)備組的控制器K公式8{P∶P＝Fu(Δ，G)，ΔεβΔ}，其中βΔ1＝{ΔεΔ1∶‖Δ‖∞＝≤1}并且還滿足下述性能目標(biāo)公式9‖F(xiàn)1(Fu(Δ，G)，K)‖∞＜1ΔεβΔ，因此，根據(jù)方程5、6和7，可以導(dǎo)出以下范數(shù)不等式公式10‖ωj-zi‖∞≤‖ω-z‖∞，i，j其中‖w→z‖∞＝‖F(xiàn)1(Fu(Δ，G)，K)‖∞，并且wj→zi是從wj到zi的傳遞函數(shù)。因此，如果將控制器K設(shè)計(jì)成能夠滿足‖w→z‖∞＜γ，那么根據(jù)方程7給出的H∞優(yōu)化判據(jù)，以及方程10給出的范數(shù)不等式，在每個(gè)頻率ω成立以下性能不等式。公式11|GK11-GK2(jw)-Gideal(jw)|<(|WP(jw)||Wr(jw)|)-1γ]]>公式12|G1-GK2(jw)|<(|WP(jw)||Wdi(jw)|)-1γ]]>公式13|G1-GK2(jw)|<(|WP(jw)||Wdo(jw)|)-1γ]]>公式14|GK21-GK2(jw)|<(|WP(jw)||Wn(jw)|)-1γ]]>此外，下列致動(dòng)器罰不等式(致動(dòng)器不等式)也成立公式15|K11-GK2(jw)|<(|Wu(jw)||Wr(jw)|)-1γ]]>公式16|GK21-CK2(jw)|<(|Wu(jw)||Wdi(jw)|)-1γ]]>公式17|K21-GK2(jw)|<(|Wu(jw)||Wdo(jw)|)-1γ]]>公式18|K21-GK2(jw)|<(|Wu(jw)||Wn(jw)|)-1γ]]>可見，在公式11-14中所示的性能不等式作為加在系統(tǒng)上的一組性能約束。公式11定義跟蹤約束(trackingconstraint)，公式12定義輸入干擾抑制(旋轉(zhuǎn)振動(dòng))約束，公式13定義位置干擾抑制約束，它包括電流干擾抑制、寫入誤差抑制、可重復(fù)振擺抑制、不可重復(fù)振擺抑制和偏置電流誤差，以及公式14是噪聲抑制約束。把在公式11中提出的跟蹤約束加在系統(tǒng)上，從而通過選擇權(quán)重233(wp)和251(wr)，設(shè)計(jì)者可以迫使控制器滿足任何所需的響應(yīng)(如果有的話)。例如，設(shè)計(jì)者可以希望對(duì)致動(dòng)器具有階躍響應(yīng)，以在頻域中呈某種形態(tài)(appearance)(例如，當(dāng)移動(dòng)磁道或者執(zhí)行讀-寫偏移時(shí))。典型的是，如此選擇權(quán)重，從而使跟蹤約束受到很強(qiáng)抑制。減幅振蕩(ringing)可以在驅(qū)動(dòng)器中激勵(lì)結(jié)構(gòu)模式，而強(qiáng)阻尼趨于避免這個(gè)問題。應(yīng)注意，通過提供控制器K作為兩個(gè)自由度控制器，本發(fā)明提供一個(gè)額外的自由度來進(jìn)一步實(shí)行跟蹤約束。此外，最好將在公式11中的傳遞函數(shù)Gideal設(shè)計(jì)成能夠提供對(duì)命令偏置的理想響應(yīng)。于是，由公式11給出的性能目標(biāo)迫使磁盤驅(qū)動(dòng)器響應(yīng)與Gideal的響應(yīng)相匹配。下面將這種跟蹤目標(biāo)稱為顯式模型跟蹤(explicitmodelfollowing)。還存在隱式技術(shù)，它不要求將模型嵌入綜合互連中，這避免了附加狀態(tài)。然而，由于經(jīng)常它們對(duì)于設(shè)計(jì)而言較簡(jiǎn)單，所以顯式技術(shù)是較佳。在公式12和13中提出的輸入和輸出干擾抑制性能約束使得磁道跟蹤伺服系統(tǒng)能夠抑制來自外源(exogenoussource)的干擾，并因而保持在這些正常操作條件下的嚴(yán)密跟蹤(tighttracking)性能。例如，尋找到達(dá)(seekarrival)導(dǎo)致在接通跟蹤控制器時(shí)致動(dòng)器位置和速度誤差。此外，用戶結(jié)構(gòu)使得磁盤驅(qū)動(dòng)器平移和旋轉(zhuǎn)震動(dòng)和振動(dòng)。于是，良好的跟蹤性能要求伺服系統(tǒng)快速響應(yīng)和衰減持續(xù)的和階躍的或脈沖的偏置電流、扭矩、位置和速度干擾。此外，一般在這樣的系統(tǒng)中，過高幅度或過長(zhǎng)時(shí)間恒定減幅振蕩是很不希望的。通過對(duì)特定傳遞函數(shù)施加范數(shù)約束，可以很好地獲得這些要求。通過下面公式提出的范數(shù)約束的衰減，可以使偏置電流和扭矩干擾的效應(yīng)在一些規(guī)定的頻率范圍內(nèi)減至最小公式19|G1-GK2(jw)|≤||di-z2||∞]]>從直流到臨界頻率的更大的衰減導(dǎo)致快速響應(yīng)。在傳遞函數(shù)中達(dá)到峰值導(dǎo)致減幅振蕩。類似地，通過衰減，使位置干擾減至最小公式20|11-GK2(jw)|≤||do-z2||∞]]>通過設(shè)定在公式12和13中的性能權(quán)重，可以獲得衰減公式19和20。雖然該系統(tǒng)不能濾除或抑制傳感器噪聲，但是最好這樣設(shè)計(jì)它，從而不加劇噪聲。如果在公式14提出的傳遞函數(shù)中存在峰值，那么這有可能發(fā)生。項(xiàng)達(dá)到峰值(termpeaking)一般表示在一些頻域中的0dB或更高的增益。一般，將達(dá)到峰值用來表示閉環(huán)傳遞函數(shù)中不需要的放大。應(yīng)注意，在存在較大增益的情況下，這個(gè)傳遞函數(shù)近似1。于是，如果在預(yù)計(jì)控制器具有高性能的那些頻率中存在過度噪聲，那么一般希望加入運(yùn)用關(guān)于噪聲頻譜的先驗(yàn)信息的噪聲濾波器。在磁盤驅(qū)動(dòng)器中，通常通過利用可重復(fù)振擺補(bǔ)償器，可以完成這，該補(bǔ)償器鎖定來自伺服磁道寫入系統(tǒng)的寫入誤差導(dǎo)致的可重復(fù)噪聲。在公式15-18中提出的致動(dòng)器約束包括跟蹤約束(公式15)、輸入干擾約束(公式16)、輸出干擾約束(公式17)和噪聲約束(公式18)。設(shè)計(jì)者的任務(wù)是選擇頻率權(quán)重wp、wu、wr、wdi、wdo和wn，它們收集對(duì)于磁盤驅(qū)動(dòng)器的性能要求。如果在頻域中容易地表達(dá)性能要求，那么權(quán)重選擇是簡(jiǎn)單的。然而，一般地，也可能會(huì)有時(shí)域要求。例如，這些要求可包括過沖、上升時(shí)間、穩(wěn)定時(shí)間和減幅振蕩，其中必須將它們轉(zhuǎn)換成頻域中的等價(jià)性質(zhì)(例如，帶寬、衰減、峰值，等等)。在公式15-18中提出的致動(dòng)器約束(或目的)使致動(dòng)器控制信號(hào)惡化。這最好起到幾個(gè)作用。對(duì)于很少或者沒有不確定性的系統(tǒng)，這些目標(biāo)可迫使控制器滾降(rolloff)，從而限定帶寬。然而，通常用這些目標(biāo)來限定控制信號(hào)的幅度，使在伺服致動(dòng)器中的控制信號(hào)飽和可能性最小。調(diào)整相關(guān)權(quán)重是迭代過程，運(yùn)用來自模擬和測(cè)試的數(shù)據(jù)來確定適當(dāng)?shù)臋?quán)重。C.穩(wěn)健性和模型證實(shí)及最優(yōu)化一旦建立了模型以及選擇了適當(dāng)?shù)臋?quán)重，就證實(shí)模型的穩(wěn)健性。在較佳實(shí)施例中，運(yùn)用H∞和μ綜合技術(shù)來完成它。可以計(jì)算矩陣函數(shù)μ，并用來分析在圖12中提出的互連結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和性能特征，上述互連結(jié)構(gòu)包括控制器261、致動(dòng)器263和不確定性265。用μ分析來分析經(jīng)受范數(shù)有界結(jié)構(gòu)不確定性的互連系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能特性。圖12給出帶有結(jié)構(gòu)不確定性的一般互連，它適于μ分析和μ綜合。在對(duì)該系統(tǒng)計(jì)算矩陣函數(shù)μ之后，計(jì)算函數(shù)μg。μg是μ構(gòu)架的擴(kuò)展，其中將干擾方框分層兩組，一個(gè)滿足最大范數(shù)約束(類似于μ)而另一個(gè)滿足最小范數(shù)約束。可見，這樣的公式解決了模型證實(shí)問題。一般已知μs的可計(jì)算上下界。實(shí)質(zhì)上，在綜合控制器之后，μ確定閉環(huán)系統(tǒng)保持穩(wěn)定性和性能的干擾、噪聲和模型不確定性的最大尺度。對(duì)于給定的數(shù)據(jù)組，模型證實(shí)μs-分析確定了模型擬合這些數(shù)據(jù)所需的最小尺度的干擾、噪聲和模型不穩(wěn)定性。如果控制器能夠保持對(duì)于實(shí)際系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能，那么該閉環(huán)系統(tǒng)是穩(wěn)健的。如果μ(ω)小于μg(ω)ωεΩ，就簡(jiǎn)單地提出(pωt)，于是，模型與數(shù)據(jù)相一致，而且控制器與模型相一致。因此，在頻率組Ω范圍內(nèi)，閉環(huán)系統(tǒng)是穩(wěn)健的。圖13是示出對(duì)于閉環(huán)跟蹤控制器的穩(wěn)定性和性能穩(wěn)健性的頻率271對(duì)幅值273的曲線圖。242指定μg函數(shù)。244指定對(duì)于性能目標(biāo)的μ(ω)，而且246指定對(duì)于穩(wěn)定性的μ(ω)。在每個(gè)頻率下，如果μ小于μg，則閉環(huán)系統(tǒng)是非常穩(wěn)定的。在結(jié)構(gòu)模式不確定(即，高于大約1-2KHz)的情況下，出現(xiàn)在磁盤驅(qū)動(dòng)器中的臨界頻率范圍。于是，從圖13中可見，在2kHz到4kHz的頻率范圍內(nèi)，閉環(huán)系統(tǒng)可能喪失穩(wěn)定性。在該范圍內(nèi)可能出現(xiàn)一些頻率，在這些頻率下對(duì)于穩(wěn)定性和性能分析，μg都跌至μ(ω)之下。通過對(duì)不確定性和性能權(quán)重進(jìn)行迭代，可以提高穩(wěn)定性的穩(wěn)健性。這要求提高不確定性水平或者降低所需性能水平(或者兩者兼而有之)。每次迭代都要求重新計(jì)算μ穩(wěn)健性分析，并適當(dāng)?shù)卣{(diào)整不確定性和性能權(quán)重。最好在兩個(gè)階段調(diào)整根據(jù)本發(fā)明的控制器。第一階段是模擬，而第二階段是實(shí)施。在兩個(gè)階段中，用開環(huán)和閉環(huán)數(shù)據(jù)來評(píng)定控制設(shè)計(jì)的有效性。根據(jù)該數(shù)據(jù)，調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)模型、不確定性權(quán)重或控制性能權(quán)重或這些量的全部。一種簡(jiǎn)單的調(diào)整技術(shù)是調(diào)節(jié)在公式11-14中提出的性能約束中的頻率權(quán)重wp。這直接影響所有的相關(guān)性能目標(biāo)。通過這種方法，可以通過將wp與標(biāo)量相乘，來容易地調(diào)節(jié)控制器的帶寬，而不借助于調(diào)節(jié)在公式11-14中提出的性能約束中的其它頻率權(quán)重中的每個(gè)頻率權(quán)重的更復(fù)雜的過程。當(dāng)對(duì)新磁盤驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品上的新伺服控制器初始化時(shí)，可以有利地采用這種調(diào)整?？梢赃\(yùn)用上一代設(shè)計(jì)的權(quán)重，同時(shí)定標(biāo)wp以減小新磁盤驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品上的帶寬直至完成設(shè)計(jì)規(guī)定的加權(quán)。這可能有助于更快地初始化新產(chǎn)品。此外，可以有利地在線調(diào)整一個(gè)參數(shù)，即，伺服控制器的環(huán)增益。實(shí)際上，甚至可以較佳地根據(jù)每個(gè)驅(qū)動(dòng)器調(diào)節(jié)環(huán)路增益。例如，通過定標(biāo)伺服控制器，可以增加或減小環(huán)路增益，導(dǎo)致閉環(huán)帶寬增加或減小。圖14是包括方框308-330的流程圖，并示出上述過程，通過它使磁盤驅(qū)動(dòng)器模型有效并且最優(yōu)化。首先，由設(shè)計(jì)者選擇對(duì)于不確定性描述和性能約束的所有權(quán)重，來設(shè)計(jì)模型。當(dāng)然，可以直覺地或者通過實(shí)驗(yàn)來選擇這些項(xiàng)。這由方框310和312表示。接著，計(jì)算矩陣函數(shù)μ(ω)，來對(duì)穩(wěn)定性和性能進(jìn)行μ分析。這由方框320表示?？梢赃\(yùn)用上述技術(shù)或者任何其它已知技術(shù)，計(jì)算函數(shù)μ(ω)(或者可以計(jì)算該函數(shù)的上下界)。于是，運(yùn)用在方框310中選擇的權(quán)重計(jì)算μg(ω)。這由方框322表示。如上所述，一旦計(jì)算μ(ω)和μg(ω)，就已知兩件事。首先，根據(jù)μg已知模型擬合數(shù)據(jù)(或與該數(shù)據(jù)相一致)所需的不確定性的最小值。此外，控制器可以容忍并仍然保持穩(wěn)定性和滿足性能約束的不確定性的最大值也是已知的(根據(jù)μ)。于是，下一步是將μ與μg相比較，來保證在所有所需頻率下μ小于μg。如果這不成立，那么在所討論的頻率范圍內(nèi)有一些頻率，在這些頻率下控制器不能獲得穩(wěn)健的性能。換句話說，存在破壞控制器的穩(wěn)定性的一些頻率，或者不能滿足性能約束，或者兩者兼而有之。在這種情況下，處理回復(fù)到方框310，在其中選擇新的加權(quán)函數(shù)。這用方框324表示，于是通過新的加權(quán)函數(shù)重新計(jì)算對(duì)于性能和穩(wěn)定性分析的μ(ω)，如μg那樣。這用方框310-322表示。然而，如果在方框324處，判定在所有所需頻率下μ小于μg，那么當(dāng)運(yùn)用在方框310處所選的加權(quán)函數(shù)時(shí)，將獲得由控制器獲得的穩(wěn)健性能。這用方框326表示。接著，確定是否希望進(jìn)一步優(yōu)化模型。如果希望做，那么處理回復(fù)到方框310，在那里再次選擇新的加權(quán)函數(shù)。為了優(yōu)化系統(tǒng)，可以調(diào)節(jié)加權(quán)函數(shù)以提供較佳性能或更小不確定性，或者兩者兼而有之。運(yùn)用那些新值，計(jì)算μ和μg來確定控制器是否仍然提供穩(wěn)健性能?？梢灾貜?fù)這一做法，直至優(yōu)化達(dá)到所需等級(jí)。換句話說，可以重復(fù)這一做法，直至減小模型中的保守量來獲得所需性能等級(jí)，同時(shí)仍然保持提供在所討論的頻率范圍內(nèi)的穩(wěn)健性能的控制器。一旦出現(xiàn)這種情形，并不再需要進(jìn)一步優(yōu)化，那么可以證實(shí)模型，而且優(yōu)化控制器到所需程度，而且基本上完成設(shè)計(jì)，從而可以實(shí)現(xiàn)控制器。這由方框328和330表示。D.實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)中的控制器在獲得如上所述的控制器的傳遞函數(shù)后，頻域傳遞函數(shù)具有如下的離散時(shí)間狀態(tài)-空間實(shí)現(xiàn)公式21x(k+1)＝Ax(k)+Bu(k)y(k)＝Cx(k)+Du(k)其中x∈Rn為控制器狀態(tài)；u∈Rm為控制器輸入(例如，從位置誤差信號(hào)(PES)得到)；y∈Rp為控制器輸出(例如，至音圈電動(dòng)機(jī)和/或微致動(dòng)器的輸出)；A、B、C、D為適當(dāng)大小的矩陣；以及Rn、Rm和Rp分別為n維、m維及p維實(shí)數(shù)矢量。然而，在數(shù)字信號(hào)處理器上實(shí)現(xiàn)此離散時(shí)間系統(tǒng)可能存在問題。如在本申請(qǐng)的背景部分中所述，那些問題一般涉及處理溢出寄存器的容量的中間計(jì)算、常規(guī)信號(hào)數(shù)字處理器的總計(jì)算能力和存儲(chǔ)容量、離散時(shí)間系統(tǒng)至定點(diǎn)處理器的變換以及減少和消除控制器中的量化誤差。圖15是包括方框339-349的流程圖，示出依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面在數(shù)字信號(hào)處理器上實(shí)現(xiàn)控制器的一個(gè)較佳技術(shù)。將簡(jiǎn)要地討論圖16中的每個(gè)方框，然后在本申請(qǐng)的后面更詳細(xì)地討論每個(gè)方框。首先，如上所述，獲得公式21所表示的用于離散時(shí)間狀態(tài)-空間實(shí)現(xiàn)的矩陣。這用340表示。然后對(duì)控制器的狀態(tài)進(jìn)行定標(biāo)。在一個(gè)較佳實(shí)施例中，在最壞情況的假設(shè)下確定控制器狀態(tài)的界限并進(jìn)行狀態(tài)變換，以把界限定標(biāo)到所需的水平。這樣明顯地減少了中間控制器計(jì)算期間的溢出的可能性。這由方框342所指出。然后，把控制器的狀態(tài)變換成更想要的結(jié)構(gòu)。在一個(gè)較佳實(shí)施例中，把控制器的狀態(tài)變換成雙對(duì)角線(bi-diagnol)結(jié)構(gòu)，這樣明顯地減少了數(shù)字信號(hào)處理器的計(jì)算時(shí)間和存儲(chǔ)要求。這由方框344所指出。最后，如此轉(zhuǎn)換這些矩陣，從而把控制器參數(shù)從浮點(diǎn)格式變?yōu)槎c(diǎn)格式。在這樣做時(shí)，注意把所引起的量化誤差明顯地減小到可接受的水平。在一個(gè)較佳實(shí)施例中，把這些矩陣變?yōu)樾?shù)二進(jìn)制數(shù)的格式，從而把小數(shù)二進(jìn)制數(shù)表示的點(diǎn)放在所需的位置。這由方框346所表示。1.定標(biāo)控制器的狀態(tài)來減少溢出以下給出公式21所指示的離散時(shí)間實(shí)現(xiàn)的狀態(tài)展開公式22x(k)=Akx(0)+Σv=0k-1Ak-1-vBu(v)]]>其中，x(0)為初始狀態(tài)。本發(fā)明把中間控制器計(jì)算中所碰到的溢出的幾率減到最小或至少減少該幾率。在較佳實(shí)施例中，這是通過對(duì)控制器的狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)定標(biāo)來進(jìn)行的。因而，在每個(gè)樣品k處，可假設(shè)(不失一般性)對(duì)于每個(gè)輸入ui公式23|ui(k)|≤MiMi＞0，i＝1...m，其中，m定義為至控制器的輸入的數(shù)目。然后，在最壞情況的假設(shè)下，控制器中該狀態(tài)的第k個(gè)樣品滿足以下界限公式24|x(k)|=|Akx(0)+Σv=0k-1Ak-1-vBu(v)|]]>≤|Akx(0)|+|Σv=0k-1Ak-1-vBu(v)|]]>≤|Ak||x(0)|+(Σv=0k-1|Ak-1-v|)|B|[M1M2…Mm]T]]>其中，把m和Mj定義為如公式23所示。對(duì)于穩(wěn)定的系統(tǒng)(即，ρ(A)＜1)，存在某一個(gè)整數(shù)N，從而AN逐漸變小。然后，從公式24，公式24所描述的狀態(tài)滿足以下界限公式25maxk→∞|x(k)|≤(Σv=0N-1|AN-1-v|)|B|[M1M2…Mm]T]]>可使用公式25(記住，這是對(duì)于最壞情況樣品的界限)中給出的控制器狀態(tài)上的界限來形成狀態(tài)變換。首先，如下定義T公式26T=diag≤(Σv=0N-1|AN-1-v|)|B|[M1M2…Mm]T]]>其中，把diag(.)定義為對(duì)角矩陣，其主對(duì)角線為由宗量(.)所標(biāo)記的矢量。然后，狀態(tài)變換z＝T(x)將滿足界限公式27maxk→∞|z(k)|≤1因而，新的控制器實(shí)現(xiàn)如下公式28z(k+1)＝TAT-1z(k)+TBu(k)y(k)＝CT-1z(k)+Du(k)應(yīng)注意，實(shí)現(xiàn)純積分器的控制器不可能穩(wěn)定，因?yàn)棣?A)＝1。在此情況下，沒有這樣的整數(shù)N，從而AN接近于0。然而，在許多情況下(尤其是在H∞和μ綜合的情況下)，控制器不會(huì)有純積分器，而可能具有近似為1的譜半徑。因而，將存在這樣的整數(shù)N，從而AN接近于0。但是，整數(shù)N可能非常大。這意味著公式26所表示的狀態(tài)變換將導(dǎo)致除積分狀態(tài)以外的所有狀態(tài)的極端保守的界限。因此，在控制器的譜半徑近似為1的情況下，還實(shí)行適當(dāng)?shù)姆捶e分器終結(jié)(windup)技術(shù)，以進(jìn)一步減小積分器溢出的可能性，如上所述給其余的控制器狀態(tài)定界限。2.變換定標(biāo)的狀態(tài)來降低對(duì)DSP的計(jì)算能力和存儲(chǔ)容量的要求公式21所示的離散時(shí)間系統(tǒng)在矩陣A、B、C和D中可具有任意元素。因而，在每個(gè)樣品處，可能需要高達(dá)(n+p)×(m+m)次乘法，以及(n+p)×(n+m-1)次加法。這是非常不方便的，因?yàn)檫@樣可能使控制器要執(zhí)行不切實(shí)際的大量的算術(shù)運(yùn)算(乘法和加法)。然而，使用狀態(tài)變換，可顯著減少乘法和加法的數(shù)目。在把控制器實(shí)現(xiàn)為單輸入/單輸出(SISO)控制器的實(shí)施例中，可利用正則形式來獲得計(jì)算的顯著簡(jiǎn)化。在此實(shí)施例中，公式21所表示的控制器實(shí)現(xiàn)的較佳控制器正則形式如下公式29z(k+1)＝Acz(k)+bcu(k)y(k)＝Ccz(k)+du(k)其中，Cc和d為任意矩陣；以及Ac和bc定義如下公式30Ac=-a1-a2-a3-a4-a5···········an10··············0010·············0·················0············01000·············010]]>公式31bc=100…00]]>其中，n為控制器中狀態(tài)的數(shù)目；以及ai為A的特征多項(xiàng)式中的sn-i項(xiàng)的系數(shù)。因而，從公式29-31中可看出，在每個(gè)樣品處，對(duì)于控制器的正則形式的實(shí)現(xiàn)，只有2n+1個(gè)乘法和2n個(gè)加法。這與公式21所示實(shí)現(xiàn)的(n+1)×(n+1)個(gè)乘法和n×(n+1)個(gè)加法相比是大大的減少了。雖然這種狀態(tài)變換可能是實(shí)行SISO非常想要的，但是該正則形式并不通用于多輸入多輸出(MIMO)系統(tǒng)。因而，在實(shí)行MIMO中，可利用雙對(duì)角線實(shí)現(xiàn)來明顯地簡(jiǎn)化計(jì)算。為了本發(fā)明的目的，雙對(duì)角線實(shí)現(xiàn)指把公式21中的矩陣分離為實(shí)數(shù)本征值和復(fù)共軛對(duì)的方框?qū)蔷仃嚒＿@導(dǎo)致公式21所表示的實(shí)現(xiàn)變換到如下的實(shí)現(xiàn)公式32z(k+1)＝Abdz(k)+Bbdu(k)y(k)＝Cbdz(k)+Du(k)其中，Bbd、Cbd和D是任意矩陣；以及公式33其中，r是控制器的實(shí)數(shù)本征值的數(shù)目；C為復(fù)共軛本征值對(duì)的數(shù)目(n＝r+2C)；每個(gè)λi相應(yīng)于公式21中A的第i個(gè)本征值；以及每個(gè)為相應(yīng)于A的第j個(gè)復(fù)共軛本征值對(duì)的2×2矩陣。因而，從公式32和33可看出，對(duì)于雙對(duì)角線實(shí)現(xiàn)，每個(gè)樣品將有n×(m+1)+p×(n+m)+2c個(gè)乘法和n×m+p×(n+m-1)+2c個(gè)加法。換句話說，對(duì)于每個(gè)樣品，公式32和33所表示的雙對(duì)角線實(shí)現(xiàn)少了n2-n-2c個(gè)乘法和n2-n-2c個(gè)加法。此外，隨著狀態(tài)數(shù)目的增加(相對(duì)應(yīng)于控制器輸入和輸出的數(shù)目)，雙對(duì)角線實(shí)現(xiàn)的計(jì)算與狀態(tài)數(shù)目成線性關(guān)系，而對(duì)于公式21所示的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)成二次關(guān)系。還應(yīng)注意，可在用來對(duì)控制器的狀態(tài)進(jìn)行定標(biāo)并給這些狀態(tài)定界限的變換前應(yīng)用雙對(duì)角線變換。這樣使得可在定標(biāo)前隔離積分狀態(tài)，以把中間計(jì)算中的溢出減到最小或防止該溢出。3.矩陣轉(zhuǎn)換成定點(diǎn)格式由于數(shù)字信號(hào)處理器為定點(diǎn)控制器，所以必須把定義離散時(shí)間控制器的矩陣轉(zhuǎn)換成定點(diǎn)格式，以允許在DSP上實(shí)現(xiàn)該控制器?？墒褂眯?shù)二進(jìn)制數(shù)，把浮點(diǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換成定點(diǎn)等效。小數(shù)二進(jìn)制數(shù)表示為二進(jìn)制數(shù)，后面跟二進(jìn)制小數(shù)點(diǎn)，后面再跟二進(jìn)制小數(shù)。例如，可如下表示小數(shù)二進(jìn)制數(shù)公式34(bN-1,bN-2,…,b1,b0)Q=Σi=0N-1bi2i-Q]]>其中，N是字長(zhǎng)(或二進(jìn)制字中的位數(shù))；Q為二進(jìn)制小數(shù)點(diǎn)的位置；以及(bN-1，bN-2，...b1，b0)為二進(jìn)制字中的位。為了本申請(qǐng)的目的，將以Qn來表示小數(shù)二進(jìn)制數(shù)，這里n是二進(jìn)制小數(shù)點(diǎn)的位置。例如，小數(shù)二進(jìn)制數(shù)Q15表示在二進(jìn)制小數(shù)點(diǎn)后有15位的二進(jìn)制數(shù)。最好把公式32中的雙對(duì)角線實(shí)現(xiàn)所表示的矩陣的元素轉(zhuǎn)換成小數(shù)二進(jìn)制數(shù)。在較佳實(shí)施例中，這是通過右移每個(gè)矩陣的元素，直到該矩陣可以所需的小數(shù)二進(jìn)制數(shù)的格式來表示為止。因而，將把公式32中所表示的定點(diǎn)雙對(duì)角線實(shí)現(xiàn)表示為公式352(k+1=2sAAbd2Az(k)+2sBBbdsBu(k)]]>y(k)=2sCCbdsCz(k)+2sDDsDu(k)]]>其中，sA、sB、sC和sD是等于以小數(shù)二進(jìn)制數(shù)(Qn)的格式來表示各個(gè)矩陣所需的右移數(shù)的正數(shù)；以及和分別相應(yīng)于和的Qn表示。在一個(gè)較佳實(shí)施例中，在16位的定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器上實(shí)現(xiàn)格式21所表示的離散時(shí)間控制器實(shí)現(xiàn)，以標(biāo)準(zhǔn)算術(shù)邏輯單元(ALU)為16位宗量提供有符號(hào)和無符號(hào)的乘法和加法指令。在內(nèi)部，以32位的形式存儲(chǔ)積和和。在一個(gè)較佳實(shí)施例中，處理器為可從TexasInstruments購得的商業(yè)上稱為TMS320C2xLP的DSP核心。實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)控制器矩陣、測(cè)量和輸出使用16位(即，Q15格式)提供了可接受的操作。然而，對(duì)于狀態(tài)運(yùn)算來說，32位(Q31格式)是較佳的。因此，本發(fā)明提供了一種極為有利的磁盤驅(qū)動(dòng)器，在該磁盤驅(qū)動(dòng)器中，可以執(zhí)行基于模型的伺服控制器。伺服控制器控制致動(dòng)器的移動(dòng)，致使換能器相對(duì)磁盤驅(qū)動(dòng)器中的旋轉(zhuǎn)盤面移動(dòng)?；谀Ｐ偷乃欧刂破髟谒璧念l率范圍內(nèi)對(duì)伺服系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)健的磁道跟蹤控制。在一較佳實(shí)施例中，根據(jù)伺服控制器模型201綜合伺服控制器190，其中伺服控制器模型201計(jì)及磁盤驅(qū)動(dòng)器110的標(biāo)準(zhǔn)性能200、表征磁盤驅(qū)動(dòng)器110的不確定性描述202、204，以及對(duì)伺服控制器模型201的磁道跟蹤性能約束。在另一較佳實(shí)施例中，在多個(gè)盤面180、182上提供多個(gè)換能器181。致動(dòng)器臂118包括臂部分126和多個(gè)懸掛組件128和116，其中每個(gè)懸掛組件128和116都相對(duì)相應(yīng)的盤面180和182支承一個(gè)換能器144。在該實(shí)施例中，致動(dòng)器173包括一個(gè)與臂部分耦連的粗致動(dòng)器和多個(gè)微致動(dòng)器158，多個(gè)微致動(dòng)器158中至少有一個(gè)與臂部分126和相應(yīng)的換能器144可操作地連接，以便可控制地使相應(yīng)的換能器144相對(duì)臂部分126移動(dòng)。在另一較佳實(shí)施例中，伺服控制器190包括多個(gè)誤差輸入端和多個(gè)控制輸出端，其中誤差輸入端用于接收來自換能器144的誤差信號(hào)171，而控制輸出端用于根據(jù)命令信號(hào)165和誤差信號(hào)171向多個(gè)微致動(dòng)器158和粗致動(dòng)器173提供控制信號(hào)。另外，在另一較佳實(shí)施例中，伺服控制器190包括多個(gè)相對(duì)位置輸入端，它們用于接收表示多個(gè)微致動(dòng)器158相對(duì)粗致動(dòng)器173之相對(duì)位置的多個(gè)相對(duì)位置信號(hào)179。在該較佳實(shí)施例中，多個(gè)相對(duì)位置傳感器183可操作地與多個(gè)微致動(dòng)器158耦連，并且提供多個(gè)相對(duì)位置信號(hào)179。在另一較佳實(shí)施例中，伺服控制器190被構(gòu)造成可以調(diào)節(jié)伺服控制信號(hào)，以便補(bǔ)償磁盤驅(qū)動(dòng)器110中的結(jié)構(gòu)諧振、位置輸入干擾，和/或多個(gè)致動(dòng)器118和158基本上同時(shí)的移動(dòng)。應(yīng)該理解，即使以上的描述以及本發(fā)明各實(shí)施例的結(jié)構(gòu)和功能的細(xì)節(jié)給出了本發(fā)明各實(shí)施例的許多特性和優(yōu)點(diǎn)，此描述也只是說明性的，并且細(xì)節(jié)上可以變化，尤其在本發(fā)明的原理下，對(duì)各部件的結(jié)構(gòu)和布置作變化在最大限度的范圍內(nèi)由用于表達(dá)所附權(quán)利要求的諸術(shù)語的一般上位概念給出。例如，不脫離本發(fā)明的范圍和精神，特定部件可以根據(jù)特定驅(qū)動(dòng)器或驅(qū)動(dòng)器類型進(jìn)行變化，同時(shí)基本上保持相同的功能。權(quán)利要求1.一種用于控制換能器相對(duì)磁盤驅(qū)動(dòng)器中可旋轉(zhuǎn)磁盤盤面之定位的伺服系統(tǒng)，所述盤面具有包含信息的磁道，其特征在于，所述伺服系統(tǒng)包括致動(dòng)器臂，它可操作地與所述換能器耦連；致動(dòng)器，它可操作地與所述致動(dòng)器臂耦連，以便使換能器相對(duì)所述盤面移動(dòng)，從而在磁道跟蹤期間跟蹤一條磁道；和基于模型的伺服控制器，它可操作地與所述致動(dòng)器耦連，以便提供伺服控制信號(hào)，控制所述致動(dòng)器的移動(dòng)，所述基于模型的伺服控制器被構(gòu)造成提供所述伺服控制信號(hào)，以便計(jì)及伺服系統(tǒng)工作參數(shù)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)工作參數(shù)的變化，從而在所需頻率范圍內(nèi)，以所需的性能等級(jí)對(duì)伺服致動(dòng)器進(jìn)行穩(wěn)定的磁道跟蹤控制。2.如權(quán)利要求1所述的伺服系統(tǒng)，其特征在于，所述基于模型的伺服控制器包括根據(jù)伺服控制器模型綜合的伺服控制器，所述伺服控制器模型計(jì)及磁盤驅(qū)動(dòng)器的標(biāo)準(zhǔn)性能、表征磁盤驅(qū)動(dòng)器的不確定性描述，以及置于伺服控制器模型上的磁道跟蹤性能約束。3.如權(quán)利要求2所述的伺服系統(tǒng)，其特征在于，所述換能器提供表示跟蹤位置誤差的誤差信號(hào)，并且所述伺服控制器包括；誤差輸入端，它被構(gòu)造成接收誤差信號(hào)；命令輸入端，它被構(gòu)造成接收用于表示待跟蹤磁道的命令信號(hào)；和控制輸出端，它與所述致動(dòng)器耦連，所述伺服控制器被構(gòu)造成根據(jù)所述誤差信號(hào)和所述命令信號(hào)向所述致動(dòng)器提供伺服控制信號(hào)。4.如權(quán)利要求3所述的伺服系統(tǒng)，其特征在于，所述磁盤驅(qū)動(dòng)器還包括多個(gè)盤面和多個(gè)換能器，并且所述致動(dòng)器臂包括；臂部分；和多個(gè)懸掛組件，每個(gè)懸掛組件相對(duì)相應(yīng)的盤面支承一換能器；其中，所述致動(dòng)器包括一個(gè)與所述臂部分耦連的粗致動(dòng)器和多個(gè)微致動(dòng)器，所述多個(gè)微致動(dòng)器中的至少一個(gè)可操作地與所述臂部分和相應(yīng)的換能器耦連，以便可控制地相對(duì)所述臂部分移動(dòng)相應(yīng)的換能器；并且所述伺服控制器包括多個(gè)誤差輸入端，它們被構(gòu)造成接收來自所述換能器的誤差信號(hào)；和多個(gè)控制輸出端，它們被構(gòu)造成根據(jù)所述命令信號(hào)和所述誤差信號(hào)，向所述多個(gè)微致動(dòng)器和所述粗致動(dòng)器提供控制信號(hào)。5.如權(quán)利要求4所述的伺服系統(tǒng)，其特征在于，所述伺服控制器包括多個(gè)相對(duì)位置輸入端，它們被構(gòu)造成接收用于表示多個(gè)微致動(dòng)器相對(duì)粗致動(dòng)器之相對(duì)位置的多個(gè)相對(duì)位置信號(hào)。6.如權(quán)利要求5所述的伺服系統(tǒng)，其特征在于，還包括多個(gè)相對(duì)位置傳感器，它們可操作地與所述多個(gè)微致動(dòng)器耦連，并且提供所述多個(gè)相對(duì)位置信號(hào)。7.如權(quán)利要求1所述的伺服系統(tǒng)，其特征在于，所述基于模型的伺服控制器包括控制器，它是用H∞和μ控制器綜合由一模型綜合而成。8.如權(quán)利要求4所述的伺服系統(tǒng)，其特征在于，所述工作參數(shù)根據(jù)磁盤驅(qū)動(dòng)器中結(jié)構(gòu)諧振引起的振動(dòng)發(fā)生變化，并且所述伺服控制器被構(gòu)造成調(diào)節(jié)所述伺服控制信號(hào)，以便補(bǔ)償磁盤驅(qū)動(dòng)器中的結(jié)構(gòu)諧振，以及磁盤驅(qū)動(dòng)器工作參數(shù)的變化，所述工作參數(shù)選自以下的組對(duì)伺服控制器的位置輸入干擾對(duì)所述多個(gè)微致動(dòng)器基本上同時(shí)移動(dòng)。9.一種磁盤驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，包括可旋轉(zhuǎn)磁盤，其盤面具有布置在盤面磁道中的信號(hào)；換能器；致動(dòng)器臂，它可操作地與所述換能器耦合；致動(dòng)器，它可操作地與所述致動(dòng)器臂耦合，以便使所述換能器相對(duì)所述盤面移動(dòng)，從而在磁道跟蹤期間跟蹤一條磁道；和基于模型的伺服控制器，它可操作地與所述致動(dòng)器耦連，以便控制所述致動(dòng)器的移動(dòng)，所述基于模型的伺服控制器在所需的頻率范圍內(nèi)提供穩(wěn)健的磁道跟蹤控制。10.如權(quán)利要求9所述的伺磁盤驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述基于模型的伺服控制器包括控制器，它是利用H∞和μ控制器的綜合由一模型綜合而成。全文摘要磁盤驅(qū)動(dòng)器(110)中的伺服系統(tǒng)在磁道跟蹤操作期間提供穩(wěn)健的伺服控制。磁盤驅(qū)動(dòng)器(110)包括可旋轉(zhuǎn)的磁盤(112),其盤面(180,182)具有布置在磁道中的信息。磁盤驅(qū)動(dòng)器(110)還包括換能器(144),用于訪問盤面(180,182)上的信號(hào)。致動(dòng)器臂(126)可操作地與換能器(144)耦連。致動(dòng)器(173)可操作地與致動(dòng)器臂(126)耦連,以便使換能器(144)相對(duì)磁盤驅(qū)動(dòng)器(180,182)移動(dòng),從而在磁道跟蹤期間對(duì)一條磁道進(jìn)行跟蹤?；谀Ｐ偷乃欧刂破?190)可操作地與致動(dòng)器(173)耦連,以便控制致動(dòng)器(173)的移動(dòng)?；谀Ｐ偷乃欧刂破?190)在所需頻率范圍內(nèi)提供穩(wěn)健的磁道跟蹤控制。文檔編號(hào)G05B5/01GK1266525SQ98808113公開日2000年9月13日申請(qǐng)日期1998年5月15日優(yōu)先權(quán)日1997年8月7日發(fā)明者J·C·莫里斯申請(qǐng)人:西加特技術(shù)有限公司