Self Servo Writing을 위한 상태 공간 외란 관측기 기반의 제어기 설계

Abstract

기존의 STW(Servo Track Writing) 방식은 외부 Push-Pin을 이용하여 한 Track씩 위치 정보를 기록하는 방식이다. 하지만 이러한 방식은 TPI(Track Per Inch)가 증가할수록 위치 정보를 기록하는데 오랜 시간이 소요된다. 이러한 문제점을 보완 하기 위하여 SSTW(Self Servo Track Writing) 방식이 제안되었다. SSTW 방식은 HDD 내부의 VCM(Voice Coil Motor) Actuator와 Head를 이용하여 Servo 정보를 기록하는 방법이다. SSTW 방식은 이전 Servo Track을 Reference로 하여 기록하게 되므로 초기에 발생된 에러와 Servo Writing 과정중에 발생하는 외란의 영향으로 에러는 급속하게 증가된다. 이것을 Radial Error Propagation 이라 한다. 기존에 Radial Error Propagation을 억제하기 위한 Repetitive Process Approach를 통한 CS(Correction Signal)를 설계하고 그것을 적용하는 방법은 이미 제안되었다[6]. 하지만 Servo Writing 과정에서 발생하는 외란의 영향을 고려하지 않아 외란이 발생하면 성능이 크게 떨어지게 된다. 이러한 이유에서 Radial Error Propagation을 억제하기 위한 CS(Correction Signal)와 함께 외란의 영향을 최소화하기 위하여 DOB(Disturbance Observer)를 Add-on type으로 구성하여 Tracking 제어기를 설계하였다. 또한 DOB를 적용한 경우와 유사한 GM(Gain Margin), PM(Phase Margin)과 Sensitivity Function을 갖는 제어기를 설계하여 DOB의 성능을 검증하였다. 제안된 방식은 Radial Error Propagation을 억제 하였을 뿐만 아니라 외란의 영향을 최소화하여 기존의 CS(Correction Signal)만 적용한 경우보다 쓰여진 Track의 표준편차 및 DC Track Spacing과 AC Track Squeeze가 개선된 것을 모의실험을 통하여 검증하였다.; Multi-media application has required a large capacity of hard disk drive recently, track density increases. In conventional servowriting, this process is not also time consuming but also needs clean room and servo track writer (STW) equipment, so we should consider the cost and environment. In order to improve this problem, self servo track writing (SSTW) is proposed. SSTW is to write servo track using internal VCM actuator and head in HDD, so the read head track-follows on the previous track. In this process, due to initial vibration and disturbance in servo writing, errors rapidly build up within a few iterations. This is called radial error propagation. In this paper, a reference correction signal is designed which when added to the position error signal prevents the radial error propagation and to prevent disturbance, an add-on disturbance observer is introduced to a tracking controller. In addition, we compared a controller with DOB to a controller without DOB in similar conditions for gain margin, phase margin, and sensitivity function. This new introduced way is not only to prevent radial error propagation but also minimize disturbance, so the improvement of DC track spacing of written track and AC track squeeze is verified through a simulation.