CN1295682C - 数据存储设备的可重复偏离补偿方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于减小数据存储设备中的可重复偏离(RRO)误差的方法涉及：获得有限数目N个磁盘轨道的每个轨道的RRO测量；通过在每个RRO测量上执行DFT计算用实和虚值来表征每个轨道的RRO测量；在所有实值上执行最小二乘拟合来确定作为磁盘轨道r的函数并可表示为Ai(r)＝anrn+a(n-1)r(n-1)+...+a1r+a0形式的n阶多项式函数的第一组(n+1)个系数；以及在所有虚值上执行最小二乘拟合来确定作为磁盘轨道r的函数并可表示为Bi(r)＝bnrn+b(n-1)r(n-1)+...+b1r+b0形式的n阶多项式函数的第二组(n+1)个系数。RRO补偿基于关系式DRRO(r，s)＝∑i对于全部H{Ai(r)cos(i(s2π/total_sectors))+Bi(r)sin(i(s2π/total_sectors))}来执行，其中DRRO是估计的RRO误差；r是轨道号；s是在轨道号r处的扇区号；i是RRO谐波号；H是一组待补偿的谐波；并且total_sectors是沿着轨道号r的扇区总数。由此，可以使用少量的存储器准确补偿跨越磁盘的RRO变化。

Description

数据存储设备的可重复偏离补偿方法
技术领域
本发明一般地涉及数据存储设备的伺服控制，更特别地，涉及伺服控制数据存储设备的可重复偏离(RRO，repeatable runout)补偿方法和装置。
背景技术
直接存取存储设备(DASD)例如磁盘驱动器要求高精度设计。不限制运转振动特性，DASD的伺服体系结构应当能够提供其读/写磁头的低定位误差。在轨道跟踪模式中，在位置误差信号(PES)中有可重复偏离(RRO)和不可重复偏离(NRRO)分量两者的情况下，磁盘传动器伺服系统企图使磁头位置误差达到最小。RRO分量可以是由于例如机械公差或伺服笔迹而与理想圆形轨道的任何重复偏离，它可以使自身呈现为具有基本频率和几个谐波的重复性扰动。
有许多用于通过减小RRO分量来使磁头定位误差达到最小的常规方法。这些技术中有许多企图在制造级处通过强加非常严格的制造公差要求，或者通过在RRO光谱频率处实施增益增强算法例如前馈或窄带滤波器来减小RRO。但是，这些方法要求高成本制造方法或增加的轨道跟踪音圈马达(VCM)功率。
在图1中，代表性的DASD伺服系统具有包括PES发生器100、伺服计算块102，以及数字到模拟转换器(DAC)104的整体结构。该结构也包括前馈配置，前馈配置包括用于改进轨道跟踪能力的错误位置校正器106。如图1中所示，错误位置校正器106的输出在求和节点108处与伺服计算块102的输出求和。节点108处的求和输出然后提供给DAC 104。DAC 104的模拟输出然后提供给当前驱动器110，当前驱动器110提供电流给传动器112的VCM，传动器112代表控制着对DASD的数据存储媒介有影响的转换器位置的机械组件。
进入PES发生器100的控制信号最初基于从数据面得到的PES信号来计算。PES信号由伺服计算块102处理，并且由从错误位置校正器106输出的错误位置校正信号(也称作“前馈”信号)来修改。进入PES发生器100的信号是从传动器112接收的磁头位置信号和磁盘轨道的偏离分量114之间的相对差，其中偏离分量114总是包含RRO和NRRO分量两者。虽然减法节点116被显示，但这事实上是理论节点，因为它只是当记录磁头信号被处理以供伺服回路使用时可利用的由PES发生器100产生的差。错误位置校正器106被设计来产生错误位置校正信号，其抵消或减小偏离分量114的信号。
已经观察到RRO分量作为磁盘位置的函数而变化，不仅在径向上(即跨越轨道，例如从内到外轨道)而且在周向上(即跨越扇区，例如沿着相同轨道从扇区到扇区)。一些常规补偿方案基于磁盘位置来提供RRO补偿。但是，已知现有技术不集中在“全程”学习方案上来补偿RRO。现有技术中有一些使用平均函数将全部磁盘轨道看作整体，但是它们不考虑跨越磁盘的振幅和相位变化。其他技术集中在学习每个轨道的RRO特性，但是这需要大量存储器。计算、设计以及存储器使用的效率是RRO补偿方案中要具有的全部期望特性。
图2是三维曲线图200，其显示关于磁盘驱动器的柱面号(例如轨道号)和扇区号的RRO谐波振幅分量202。如所示，RRO特性曲线202被显示在磁盘上以正弦方式从扇区到扇区而变化。如所示，从磁盘的外径(OD)到内径(ID)RRO有一个跳动。该特殊跳动是由于来自磁盘驱动器的磁盘夹之上的螺丝的周期性分布夹紧力。有由于轴心和磁盘之间的热膨胀失配而产生的类似RRO变化。
图3是曲线图300，其显示关于柱面号的RRO特性曲线302以及企图用来减小RRO的现有技术补偿信号304。在该例子中，补偿信号304基于从轨道到轨道的RRO测量的平均值来产生。如从图3中显然看到，补偿信号304并不完全适合于准确地减小RRO特性曲线302。在图4中，曲线图400显示关于柱面号的RRO特性曲线302以及企图用来减小RRO的另一种现有技术补偿信号402。在该例子中，补偿信号402由从磁盘轨道到磁盘轨道的多个RRO测量来产生，其中每个测量都必须被存储。如从图4中显然看到，补偿信号402也不完全适合于准确地减小RRO特性曲线302，并且必须使用相对大量的存储器。
需要的是数据存储设备的RRO补偿的改进方法和装置。
发明内容
数据存储设备的可重复偏离(RRO)补偿方法和装置被公开。在一个说明性的例子中，用于减小数据存储设备中的RRO误差的方法包括获得磁盘有限数目N个磁盘轨道的每个轨道的RRO测量；通过在每个RRO测量上执行离散傅立叶变换(DFT)计算用实和虚值来表征每个轨道的RRO测量；在实值上执行最小二乘拟合来确定作为磁盘轨道r的函数并且可表示为Ai(r)＝anrn+a(n-1)r(n-1)+...+a1r+a0形式的n阶多项式函数的第一组(n+1)个系数；以及在虚值上执行最小二乘拟合来确定作为磁盘轨道r的函数并可表示为Bi(r)＝bnrn+b(n-1)r(n-1)+...+b1r+b0形式的n阶多项式函数的第二组(n+1)个系数。RRO补偿通过基于关系式DRRO(r，s)＝∑i对于全部 H{Ai(r)cos(i(s2π/total_sectors))+Bi(r)sin(i(s2π/total_sectors))}找到估计的RRO误差来执行，其中r是轨道号；s是轨道号r处的扇区号；i是RRO谐波号；H是待补偿的一组谐波；并且total_sectors是沿着轨道号r的扇区总数。有利地，跨越磁盘的RRO变化可以借助于少量的存储器来准确地补偿。
本发明提供了一种在数据存储设备中减小可重复偏离(可重复偏离)误差的方法，包括：接收多个磁盘轨道的多个可重复偏离测量值；对于待补偿的一个或多个可重复偏离谐波的每一个：对每个可重复偏离谐波的可重复偏离测量值执行离散傅立叶变换来确定与每个磁盘轨道相关的实值和虚值；从实值确定作为磁盘轨道的函数的第一n阶多项式函数的第一组(n+1)个多项式系数；从虚值确定作为磁盘轨道的函数的第二n阶多项式函数的第二组(n+1)个多项式系数；存储第一和第二组(n+1)个多项式系数以供可重复偏离补偿使用。
本发明提供了一种用于在数据存储设备中减小可重复偏离误差的方法，包括：基于预先确定的函数来估计可重复偏离误差；通过使用估计的可重复偏离误差来执行可重复偏离补偿；预先确定的函数可表示为：
D可重复偏离(r，s)＝∑i对于全部H{Ai(r)cos(i(s2π/total_sectors))+
                Bi(r)sin(i(s2π/total_sectors))}
其中r是轨道号；s是轨道号r处的扇区号；i是可重复偏离谐波号；H是待补偿的一组一个或多个谐波；total_sectors是沿着轨道号r的扇区总数；其中Ai(r)＝anrn+a(n-1)r(n-1)+...+a1r+a0是来自多个磁盘轨道的多个可重复偏离测量的离散傅立叶变换的实值的最佳拟合曲线；并且其中Bi(r)＝bnrn+b(n-1)r(n-1)+...+b1r+b0是来自多个磁盘轨道的可重复偏离测量的离散傅立叶变换的虚值的最佳拟合曲线。
附图说明
为了更完整地理解本发明的本质和优点，以及优选使用模式，应当参考下面同附图一起阅读的详细描述。
图1是数据存储设备的常规伺服方案，其使用前馈信号来减小可重复偏离(RRO)误差；
图2是三维曲线图，其说明关于柱面号和扇区号的RRO变化的例子；
图3是曲线图，其说明关于柱面号的RRO变化的例子和企图用来减小RRO的现有技术补偿信号的例子；
图4是曲线图，其说明关于柱面号的RRO变化和企图用来减小RRO的现有技术补偿信号的另一个例子；
图5是本申请的数据存储设备的伺服方案，其使用独特的RRO技术来减小RRO误差；
图6是执行本申请的RRO校准过程的方法的流程图；
图7是执行本申请的RRO补偿过程的方法的流程图；
图8是从图6校准过程获得的，跨越磁盘的RRO测量的离散傅立叶变换(DFT)的结果表格；
图9是从图6校准过程获得的，多项式函数的多项式系数的表格；以及
图10是曲线图，其显示在本申请的RRO补偿之前和之后的RRO的一个例子。
具体实施方式
下面的描述是目前考虑实施本发明的最佳实施方案。该描述为说明本发明的一般原理而进行，并不打算限制这里所要求的发明概念。
傅立叶变换。几个世纪以前，名叫傅立叶的法国数学家因他的理论即任何波形可以分解成一组每个具有唯一振幅和相位的频率而著名。特定频率的这些振幅和相位分量的每一个描述该频率的任何时点处的位移贡献。在任何时点处，全组频率的联合位移贡献将精确地描述在该时点处测量的原始波形位移。将“时域”波形改变成“频域”描述的过程称作“傅立叶变换”。将频域描述改变回时域波形的过程称作“逆傅立叶变换”。
如果考虑到正弦波50％的时间在x轴上方(正)而50％的时间在x轴下方(负)，傅立叶变化过程容易理解。对于整数个周期，在x轴上方的正面积等于在x轴下方的负面积。这两个面积的和将等于零(0)。累计在波形上方和下方的面积就是“积分”波形。任何纯正弦波的任何整数个周期的积分将总是为零(0)。类似地，如果正弦波形与随机“噪声”波形相乘然后积分，该积分应当最终接近于零。
如果“同相的”相同频率的两个正弦波乘在一起(即平方)，那么在每个点处相乘将导致正数，从而积分将是正的。如果一个正弦波(180度异相)倒置，那么在每个点处相乘将导致负数，从而积分将是负的。如果一个波形异相±90度，那么向前积分将有时是正的而有时是负的，但是总积分最终为零。将所关心的波形与特定频率的两(2)个波形相乘，其中一个同相(余弦)而另一个90度异相(正弦)，然后积分两者并且结果称作“x”和“y”，那么所关心频率的振幅和相位可以基于下面表达式来计算：
振幅＝(x2+y2)0.5
相位＝arctan(y/x)
数对(x，y)构成“复”数的基本部分。
复数。复数是描述波形的频率分量的振幅和相位的数学上方便的方法。(x，y)数对也称作复数的“实”和“虚”部。不讨论复数的性质，说对于包括一组频率分量(F[i]，i＝0，1，2，...，n)的任何波形，存在一组复数(C[i]，i＝0，1，2，....，n)伴随这组频率就足够了。与特定频率相关的每个复数描述该频率对波形贡献的振幅和相位。如果复数C分解成其实部(C.x)和虚部(C.y)，由特定频率F引起的位移可以基于下面表达式在任何时点t处计算：
F(t)的位移分量＝(C.x)cos(2πFt)+(C.y)sin(2πFt)
通过将全部频率分量求和，波形可以基于下面表达式在任何时点处计算：
位移(t)＝(C[i].x)cos(2πF[i]t)+(C[i].y)sin(2πF[i]t)，对于i＝0，1，2，...，n
离散傅立叶变换。因为傅立叶变换处理连续波形，给出的频率数目可以是无限的。但是，真实世界(例如“数字世界”)中的大多数波形通过有限数目的点来描述。有一个专用名字赋予由等时间距采样构成的周期波形：“离散化的周期波形”。这种波形的一个性质是可检测的最大频率由采样率或采样频率来确定。离散波形的最大频率称作“奈奎斯特频率”，它是离散波形的采样频率的一半。这种波形中可被检测的最低频率称作“基本频率”或第一谐波。基本频率由完成整个波形所花时间来确定。构成这种波形的全部谐波是整数个谐波。最高谐波，奈奎斯特谐波结果弄清楚是点的数目的一半。
任何离散时间波形都可以分解为从零(0)到奈奎斯特频率的一组整数个谐波。该变换称作离散傅立叶变换(DFT)。如果波形以x轴为中心，例如磁盘驱动器的位置误差信号(PES)，那么可能谐波的范围仅从一(1)到奈奎斯特频率。对于任何离散波形，也存在一组复数伴随可以完全描述该波形的从零(0)到奈奎斯特频率的这组谐波。如果实和虚数的总数被计算，它将等于波形的点的数目加上二(2)。但是，额外两(2)点总是零(0)，其不具有任何信息。“DC”分量的虚部将总是零(0)并且奈奎斯特的虚部将总是零(0)。因此，不管考虑频域还是时域，实际上存在相同数目的点。假定离散波形波包含n个点，存在伴随从零(0)到n/2的谐波的相应一组复数。
硬盘驱动器和可重复偏离误差。称作“可重复偏离”或“RRO”的波形信号是本申请的方法和装置企图减小或消除的信号。硬盘驱动器(HDD)中的RRO波形一般地从相对于柱面“轨道”中心的称作位置误差信号(PES)的误差测量推导出。PES的测量沿着轨道以等距间隔执行。在磁盘的单旋转中，许多PES采样沿着轨道从许多“扇区”中收集。旋转中的每个扇区用称作扇区ID或SID的唯一标识(ID)来指明。SID号是从零(0)到扇区总数减去1的顺序。SID“0”有时称为“指数”。
沿着磁盘轨道每个SID的平均PES基于每个SID的重复PES测量来得到。沿着轨道全部SID的平均PES测量总起来称作该轨道的“RRO”。如果从汇总的PES中减去RRO，那么平均差对于每个SID将为零(0)。还有称作“NRRO”的随机PES噪声，但是在每个SID处的平均PES将仍然为零。
常规地，RRO数据跨越磁盘面(即在多个轨道处)收集，以获得磁盘的平均RRO。该平均RRO不是磁盘半径的函数，其用来产生应用于输入控制器音圈马达(VCM)的相消波形，相消波形有效地在扰动真实发生之前补偿扰动(参看背景章节的关于图3和4的结果)。一般地，这种类型的控制称作前馈(FF)控制。特别地应用于RRO，控制一般地称作RRO FF控制。
传递函数。FF控制的输入单元不一定是PES的相同单元。VCM的输入控制由到数字模拟转换器(DAC)的单元来驱动，而输出单元在PES中测量。可以说引起输出单元的输入单元比值是传递函数(TF)，但是那将太过分简单化。事实是从输入到输出涉及延迟，这必须考虑。也就是，从DAC输入通过VCM然后再次回到PES的延迟时间必须被核计。另外，VCM不能被期望在短的单步中具有相同位移，因为它是渐增步骤的渐变级数。振幅和延迟(相位)响应的该非线性由传递函数来表征，并且可以表示为作为频率的函数的复数。
是下面的换算因子允许PES单元转化成DAC单元来控制VCM：
DAC＝(TF)(PES)
其中TF单元为DAC/PES。TF的该形式典型地用来计算给定PES的DAC值。测量特定频率的TF的相当简单方法是用给定频率的纯正弦波来激励VCM并测量PES响应。已知频率f的纯正弦DAC输入，其振幅和相位表示为复数。通过在PES输出波形上执行DFT来测量响应，该频率的输出的相应复数被获得。对于复数使用除法，该频率的TF(f)获得为输入(f)/输出(f)。该激励对于全部谐波频率而执行，以获得完全的TF。但是，在包含大RRO内容的谐波处存在潜在问题，因为RRO独立于激励。该影响通过下面方法来达到最小：用足够量的振幅来激励输入，以使TF计算中RRO的影响达到最大。
多项式曲线的最小二乘拟合。任何曲线可以用下面形式的多项式方程来描述：
多项式(t)＝Adtd+A(d-1)t(d-1)+...+A2t2+A1t1+A0t0
其中d称为多项式的“次数”。平坦线是可以完全描述为零(0)次多项式的曲线。零(0)次曲线与任何变量无关而事实上是简单常数。具有斜率和截距的直线可以完全描述为一(1)次多项式。抛物线可以完全描述为二(2)次多项式。如果沿着x轴三(3)个不同点被考虑，那么那些点可以由二次多项式平滑地连接。如果四(4)个不同点被考虑，那么那些点可以用三次多项式来平滑地连接。五(5)个点可以用四次多项式来描述，诸如此类。
虽然精确地拟合n个点的n-1次多项式可以被创建，点的“趋势”经常用多项式的较少次数来选择。每个测量点与其多项式描述之间的距离称作该点处的“误差”。通过将来自每个测量点的误差的平方求和，多项式的“标准误差”可以被确定。“最佳拟合”曲线是本质上提供给定一组点的“标准误差”的最小化的数学函数。一般地，确定最佳拟合曲线的方法最小二乘拟合算法。
如果拟合扩展到包括复数，那么测量点的实和虚部用如下描述的连续线方程来独立地拟合：
实部(r)＝Adrd+A(d-1)r(d-1)+...+A2r2+A1r1+A0r0
虚部(r)＝Bdrd+B(d-1)r(d-1)+...+B2r2+B1r1+B0r0
在本申请中，实和虚部独立地拟合来定义复曲线。具有实部A和虚部B的复系数C基于下面表达式来得到：
复数(r)＝Cdrd+C(d-1)r(d-1)+...+C2r2+C1r1+C0r0
其最好地描述在任何r位置的振幅和相位。
特定频率的RRO数据在跨越磁盘的许多径向位置(即轨道)处获得。离散傅立叶变换(DFT)在每个轨道的每个RRO测量上执行，使得每个轨道的RRO数据被表征为复数(即具有实和虚值)。这优选地并只需要对磁盘上的少量有限数目的轨道而执行。这些测量与它们的相关径向位置一起进入最小二乘拟合算法，以得到特定频率的作为径向位置的函数的复曲线的多项式描述。这对待处理的许多RRO谐波的每一个而执行。
因为RRO PES波形的DFT在特定轨道位置处执行，与每个谐波相关的一组复数可以在该位置处确定。通过在许多径向位置处收集另外的复数组，一组复数多项式曲线可以被推导出，每个谐波一个，其描述给定多项式描述的有限次数的“最佳拟合”，并且描述在任何径向位置处与一组谐波相关的一组复数。通过对特定位置得到的这些复数，RRO时间波形可以对于该位置使用逆DFT来得到。
曲线拟合可以扩展到包括TF。因为TF在几个位置处测量，一组复数可以确定，对每个谐波对每个测量位置一个。同样地，RRO可以在任何径向位置处对每个谐波预测，TF也可以在任何径向位置处对每个谐波预测。通过将TF因子乘入到RRO方程中，DAC多项式方程组可以推导出，每个谐波一个，其描述任何径向位置处谐波的一组复数。
校准。“校准”是一般术语。在磁盘驱动器的制造中有几个校准过程，但是也有每次驱动器在工厂外加电时发生的校准。还有另一种形式的校准，可以当磁盘驱动器运作时发生，其称作“重新校准”(或简称recal)。根据本申请，在工厂中的校准用来确定传递函数。虽然可能用较高次数的多项式拟合来描述传递函数，在本实施方案中，传递函数被选为具有多项式次数零(0)——平均值。为全部谐波计算TF是相对耗时的任务，因此通常地委托给工厂校准。
另一方面，RRO计算当每次磁盘驱动器的马达“起转”或加电时执行。在少许径向位置处的RRO谐波的复数被收集并用来创建将描述在全部径向位置处的谐波的多项式方程。这是相当快的过程，因为在任何柱面处RRO数据的收集对每个出席的磁头典型地将用八(8)个主轴旋转(每旋转典型地六毫秒)。如果RRO数据典型地在十(10)个不同柱面处收集，数据的收集将总共80转乘以磁头的数目，其然后可以被拟合来预测在任何径向位置处的RRO。
因为驱动器改变温度，不同部件可能以不同比率膨胀或收缩，从而引起物理应力，其可能改变RRO使得与加电时测量的不同。当该情况发生时，驱动器的性能可能退化，使得发出重新校准的要求。重新校准过程将再次重新计算新运行条件的RRO，这将改进RRO FF能力。
现在将参考附图，以进一步说明本发明方法和装置。图5是本申请的伺服控制系统500的框图，其使用独特的RRO补偿技术来减小磁头位置误差。图5的伺服方案可以用直接存取存储设备(DASD)例如磁盘驱动器来实施。伺服控制系统500包括模拟到数字转换器(ADC)502、第一加法器506、表示为Gc的振动减小处理508、表示为Hp的尖峰滤波器510、RRO处理514、第二加法器512、表示为Hn的陷波滤波器516、数字到模拟转换器(DAC)518、表示为Gp的传动器520(设备或机械传动器动力)，以及输出522。Gc，Hp，Hn和Gp是相关分量的频域表示。尖峰滤波器510典型地用来减小RRO的低频的振动。虽然尖峰滤波器510显示为与振动减小处理508并联，它可以与之串联放置。陷波滤波器516典型地用来减小不可重复偏离(NRRO)误差的高频。振动减小处理508和RRO处理514可以在数字信号处理器(DSP)中作为软件代码来势实现。
伺服控制系统500也被说明具有代表偏离分量(例如RRO)的块504，偏离分量显示为在第一加法器506中与初始PES求和。包括不受欢迎的RRO分量的模拟PES进入ADC 502并转换成数字数据。数字数据进入振动减小处理508和尖峰滤波器510，两者中的每个具有进入第二加法器512的输出。在本申请中用来提供RRO补偿的RRO处理514具有也进入第二加法器512的输出。第二加法器512的输出将来自振动减小处理508、尖峰滤波器510及RRO处理514的输出的和提供到陷波滤波器516中。陷波滤波器516的输出进入DAC 518以被转换成模拟信号。来自陷波滤波器516的输出的模拟信号进入传动器520，其具有提供修改PES的输出522。该PES也进入第一加法器506作为反馈。
已经观察到RRO作为磁盘位置的函数而变化，不仅在径向上(即跨越轨道，例如从ID到OD)而且在周向上(即跨越扇区，例如沿着相同轨道从扇区到扇区)。例如，参考上面关于图2而描述的讨论。有利地，在本申请中描述的伺服控制系统500基于该观察资料通过使用RRO处理514来帮助减小RRO。
一般地，本申请涉及确定作为轨道号(或柱面号)和扇区号的连续函数的RRO误差的关系式。当用于读出或写入数据的当前轨道号和扇区号据此被确定时，RRO误差的估计基于该关系式来计算，并且位置误差信号使用估计的RRO误差来减小。
如在图5的方程块524中所示，RRO处理514基于如下关系式来执行RRO补偿：
DRRO(r，s)＝∑i对于全部H{Ai(r)cos(i(s2π/total_sectors))+
             Bi(r)sin(i(s2π/total_sectors))}
其中H表示待补偿的一组谐波；i表示待补偿的某个RRO谐波号；Ai(r)表示Ai(r)＝anrn+a(n-1)r(n-1)+...+a1r+a0；Bi(r)表示Bi(r)＝bnrn+b(n-1)r(n-1)+...+b1r+b0；s表示沿着轨道r的扇区号；并且total_sectors表示沿着轨道r的扇区总数。
上面多项式方程Ai(r)表示从跨越磁盘的有限数目磁盘轨道的RRO测量的离散傅立叶变换计算的实值的最佳拟合曲线。类似地，上面多项式方程Bi(r)表示从RRO测量的相同离散傅立叶变换计算的虚值的最佳拟合曲线。多项式系数在校准过程中产生并存储到存储器中以供随后的RRO补偿使用，如下面将进一步描述的。
图6是执行本申请的RRO校准过程的方法的流程图。该校准过程可以对磁盘驱动器执行一次(例如在其制造之后或作为其制造的一部分)，或者在磁盘驱动器的运转期间执行多次(例如在每次起转或加电期间，或当处于空闲模式时周期性地)。跨越磁盘的有限数目N个磁盘轨道的每个轨道的可重复偏离(RRO)测量被获得(图6的步骤602)。与轨道相关的每个RRO测量包括沿着轨道的全部等距扇区的许多位置误差信号(PES)测量。优选地，与轨道相关的每个RRO测量基于轨道上每个扇区的平均PES。同样优选地，进行测量的N个磁盘轨道比磁盘上的轨道总数少得多。例如，对于具有60,000个轨道磁盘，数目N可能是5-10。
对于与轨道相关的每个RRO测量，离散傅立叶变换(DFT)在RRO上执行，来确定其实和虚值(图6的步骤604)。这可以对所考虑的每个RRO谐波来执行，优选地多于一个或两个谐波(例如3个RRO谐波，例如谐波1到3)。参考图8，表格800被显示，其说明来自跨越磁盘的RRO测量的傅立叶变换的一般结果的一个表单。表格800中的第一列提供所考虑的RRO谐波(i＝1X，2X，3X，...)，第二列提供所考虑的轨道号(1，2，...，N)，并且最后一列在两个子列中提供DFT结果，其包括DFT结果的实值分量和虚值分量(值“v”)。
接下来，最小二乘n阶多项式拟合计算在实值上执行，以确定第一n阶多项式函数的第一组(n+1)个多项式系数(图6的步骤606)。类似地，最小二乘n阶多项式拟合计算在虚值上执行，以确定第二n阶多项式函数的第二组(n+1)个多项式系数(图6的步骤608)。实和虚部的最小二乘拟合对所考虑的每个RRO谐波而执行。最小二乘拟合可以例如使用高斯佐登消去法来执行。但是，任何适合的技术可以用来确定适合的多项式系数和/或适合的多项式函数。
从步骤606，从“实”值得到的n阶多项式函数可以表示为Ai(r)＝anrn+a(n-1)r(n-1)+...+a1r+a0形式，其中an，a(n-1)，...，a1，a0是实多项式系数。从步骤608，从“虚”值得到的n阶多项式函数可以表示为：Bi(r)＝bnrn+b(n-1)r(n-1)+...+b1r+b0形式，其中bn，b(n-1)，...，b1，b0是虚多项式系数。在图9中，从图6的校准过程中获得的多项式函数的一般多项式系数的表格900被显示。表格900的第一列提供所考虑谐波(i＝1X，2X，3X，...)，第二列提供所考虑分量(实或虚)，并且最后一列在(n+1)个子列中提供多项式系数(第n阶，第(n-1)阶，...，第0阶)。在校准过程中确定的全部多项式系数存储在数据存储设备的存储器中。例如，多项式系数可以存储在电可擦除/可编程只读存储器(EEPROM)、闪速存储器等中。
参看回到图7，执行RRO补偿过程的方法的流程图现在将描述；该过程使用来自图6方法的已存储的校准结果来补偿RRO。回想到从关于图6而描述的校准过程，可表示为Ai(r)＝anrn+a(n-1)r(n-1)+...+a1r+a0形式的第一n阶多项式函数的第一组(n+1)个系数被计算并存储到存储器中(即从步骤604)。另外，可表示为Bi(r)＝bnrn+b(n-1)r(n-1)+...+b1r+b0形式的第二n阶多项式函数的第二组(n+1)个系数也被计算并存储到存储器中(即从步骤606)。
典型地，当在从磁盘读出或写入磁盘之前将磁盘驱动器读/写磁头定位到特定磁盘位置时，磁盘驱动器执行“寻道”操作。当前轨道号和扇区号被确定来定位读/写磁头。使用这些值，RRO补偿基于下面关系式来计算(图7的步骤702)。
DRRO(r，s)＝∑i对于全部H{Ai(r)cos(i(s2π/total_sectors))+
               Bi(r)sin(i(s2π/total_sectors))}
其中H表示待补偿的一组谐波；i表示待补偿的某个谐波号；Ai(r)表示Ai(r)＝anrn+a(n-1)r(n-1)+...+a1r+a0；Bi(r)表示Bi(r)＝bnrn+b(n-1)r(n-1)+...+b1r+b0；s表示沿着轨道r的扇区号；并且total_sectors表示沿着轨道r的扇区总数。计算的RRO补偿应用到伺服控制回路来减小或消除RRO(图7的步骤704)(例如，参看图5)。在补偿之前，从计算值和DAC单元的变换也被执行(例如，参看图5)。
图10是曲线图1000，其显示在本申请的RRO补偿之前和之后的RRO的例子。RRO误差信号1002，在该例子中是RRO的第四谐波，被显示从OD“跳动”到ID。显然地，本申请的已补偿RRO误差信号1004被显示减小该“跳动”。在该例子中，已补偿RRO误差信号1004基于第三阶实多项式函数(即n＝3)来产生。
除了已经描述的方法之外，用于减小数据存储设备的伺服信号中的RRO误差的装置包括存储器和存储在存储器中的处理器指令，这些指令是可执行的，以实施方法。并且，数据存储设备包括至少一个可旋转磁盘；用于旋转该至少一个可旋转磁盘的磁盘驱动器马达；用于从该至少一个可旋转磁盘读出数据和将数据写入到其中的磁头；用于定位磁头的传动器；以及用于执行这里所描述方法的数据存储设备的一个或多个处理器。
显然地，本技术基于允许RRO的振幅和/或相位的径向变化的起转和/或空闲扫描重新校准过程期间收集的有限的RRO测量，来将RRO特征表示为一组复系数。使用“有限的”文件级，伺服轨道测量来产生基于第n阶最小二乘多项式拟合函数的“连续”描述，因此具体的振幅和相位可以在伺服控制中在前馈补偿期间从最外(OD)到最里(ID)轨道来估计。这提供有效方法来解决由轴心和磁盘之间的热膨胀失配、垫片的不均匀表面平整度以及由于用在磁盘夹上的螺丝的扭转力而引起不均匀或周期性分布的应力而导致的ID处的RRO的“径向”跳动。
本技术并不局限于“相位相干”RRO(即跨越整个磁盘面都相同的相位)，而是提供某些程度来补偿跨越磁盘而学习的“非相干”相位。这种非相干相位RRO的一个来源是由于伺服写入期间的俯仰模式相互作用而引起的“写入”RRO。该技术可以应用于通过用最佳估计的振幅和相位进行补偿来在误差校正期间减小RRO。该方案也可适用于不同轨道格式，其中伺服扇区号(或楔形)可以从OD到ID而不同。因为适用于不同的轨道格式，磁盘的线密度(bpi)可以通过增加OD处的伺服扇区的数目来增加，从而增加磁盘存储设备的整体性能。
一些常规RRO补偿方案以受限制的方法基于磁盘位置来提供补偿。但是，本申请的RRO补偿方案完全地以准确且有效的方法来表征和补偿RRO。使用本RRO补偿方案，计算、设计以及存储器使用的效率可以获得。
应当理解，上面只是本发明有限实施方案的描述，因此各种改变、变更以及变化可以不背离在附加权利要求书中陈述的本发明的真正本质和范围而执行。即使说明书和权利要求书中的术语和词组已被给出与其明语意义不同的任何专用具体意义，但这种情况是极少数，因此说明书不是用来以不适当的狭义来定义术语。

Claims (10)

1.一种在数据存储设备中减小可重复偏离误差的方法，包括：
接收多个磁盘轨道的多个可重复偏离测量值；
对于待补偿的一个或多个可重复偏离谐波的每一个：
对每个可重复偏离谐波的可重复偏离测量值执行离散傅立叶变换来确定与每个磁盘轨道相关的实值和虚值；
从实值确定作为磁盘轨道的函数的第一n阶多项式函数的第一组(n+1)个多项式系数；
从虚值确定作为磁盘轨道的函数的第二n阶多项式函数的第二组(n+1)个多项式系数；
存储第一和第二组(n+1)个多项式系数以供可重复偏离补偿使用。
2.根据权利要求1的方法，其中第一组多项式系数通过对实值执行最小二乘拟合来确定，而第二组多项式系数通过对虚值执行最小二乘拟合来确定。
3.根据权利要求1的方法，其中多个磁盘轨道包括磁盘上的有限数目的磁盘轨道。
4.根据权利要求1的方法，其中第一n阶多项式函数包括实值的最佳拟合曲线并且其中第二n阶多项式函数包括虚值的最佳拟合曲线。
5.根据权利要求1的方法，其中执行可重复偏离补偿包括：
提供作为当前磁盘轨道和当前扇区号的函数的可重复偏离函数；
确定当前磁盘轨道和当前扇区号；
从对应于当前磁盘轨道的第一和第二组中选择多项式系数；
基于当前磁盘轨道、当前扇区号以及所选的多项式系数来执行可重复偏离函数，从而估计当前可重复偏离误差；以及
基于当前可重复偏离误差来执行可重复偏离补偿。
6.根据权利要求1的方法，其中可重复偏离补偿基于预先确定的函数，该函数可表示为：
D可重复偏离(r，s)＝∑i对于全部H{Ai(r)cos(i(s2π/total_sectors))+
                            Bi(r)sin(i(s2π/total_sectors))}
其中r是轨道号；s是轨道号r处的扇区号；i是可重复偏离谐波号；H是待补偿的一组谐波；total_sectors是沿着轨道号r的扇区总数；
其中Ai(r)＝anrn+a(n-1)r(n-1)+…+a1r+a0是第一n阶多项式函数，它是从离散傅立叶变换确定的实值的最佳拟合曲线；并且
其中Bi(r)＝bnrn+b(n-1)r(n-1)+…+b1r+b0是第二n阶多项式函数，它是从离散傅立叶变换确定的虚值的最佳拟合曲线。
7.一种用于在数据存储设备中减小可重复偏离误差的方法，包括：
基于预先确定的函数来估计可重复偏离误差；
通过使用估计的可重复偏离误差来执行可重复偏离补偿；
预先确定的函数可表示为：
D可重复偏离(r，s)＝∑i对于全部H{Ai(r)cos(i(s2π/total_sectors))+
                            Bi(r)sin(i(s2π/total_sectors))}
其中r是轨道号；s是轨道号r处的扇区号；i是可重复偏离谐波号；H是待补偿的一组一个或多个谐波；total_sectors是沿着轨道号r的扇区总数；
其中Ai(r)＝anrn+a(n-1)r(n-1)+…+a1r+a0是来自多个磁盘轨道的多个可重复偏离测量的离散傅立叶变换的实值的最佳拟合曲线；并且
其中Bi(r)＝bnrn+b(n-1)r(n-1)+…+b1r+b0是来自多个磁盘轨道的可重复偏离测量的离散傅立叶变换的虚值的最佳拟合曲线。
8.根据权利要求7的方法，其中Ai(r)的多项式系数通过实值的最小二乘拟合来确定并且Bi(r)的多项式系数通过虚值的最小二乘拟合来确定。
9.根据权利要求7的方法，其中i≥2。
10.根据权利要求7的方法，其中多项式系数a0-an和b0-bn在校准期间确定。
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