基于光盘驱动聚焦伺服系统所用的干扰观测器的强壮控制器技术方案

在盘驱动聚焦装置上使用的盘驱动聚焦伺服系统中所用的控制方法，首先通过把干扰观测器附着到该聚焦装置而建立一个正常设计装置，保证该正常设计装置与该聚焦装置以同样的方式而动作；其次，基于该正常装置建立考虑了自噪声的修改的设计装置；然后，参照该修改的装置设计满足给定性、稳定性和强壮性条件的目标滤波器环路；最后，从修改装置的环路传递函数矩阵恢复目标滤波器环路的传递函数矩阵，由此确定一个控制增益矩阵。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术是关于用在光盘驱动聚焦伺服系统中的控制器，更一步地说，是关于包括一个处于外环路中的光伺服控制器和能消除模型的不确定性、系统参数的变化及外部干扰的干扰观测器的控制器。目前一直强烈要求有一种高速、大容量和小尺寸的信息存储装置，其中一种这样的装置是DVD-ROM(数字通用盘随机存取存储器，在此称为‘DVD’)。DVD在个人计算机中尤其适用。现在市场上已经有了4.7GB的DVD，并且不久将要推出15GB的DVD，它可以存储两个小时的高分辨率的运动图像。同时，为了开发这种市场上可用的大容量的DVD，还要解决各种技术上的难题，其中之一是光盘的精确聚焦。目前大约有五种伺服系统用于光盘系统中，如聚焦伺服、跟踪伺服、滑撬伺服、倾斜伺服和主轴伺服。聚焦伺服系统控制一个聚焦驱动器处于与光盘的平面表面相垂直的方向，以便光斑精确地聚焦在光盘的记录区。跟踪伺服系统控制一个跟踪驱动器处于光盘的径向，以便使光斑能精确地处于每个光道的中心，滑撬伺服系统使光线快速地移到期望的光道；倾斜伺服系统用于补偿在光盘的记录表面和光透镜间的倾斜；主轴伺服系统控制光盘的线速度保持恒定，而不管记录/重现的位置如何。聚焦伺服系统的主要目标是把光斑聚焦在光盘的记录表面的期望位置上。如果该聚焦控制不能正确地聚焦，会发生难以预料的位置错误或偏心。这些错误一般地是由机械和/或电子干扰造成的。有两种类型的位置错误，即，可重复的错误和不可重复的错误。在符合光盘的旋转周期时会发生可重复的偏心错误，它主要是由于光盘的脱轨、拾取组件的振动造成的。另一方面，不可重复的偏心独立于光盘的动作。可重复的偏心主要是由于机械干扰，而不可重复的偏心是由于机械干扰和电子干扰组合造成的，这些干扰导致了大约300μm的可重复与不可重复的表面振动。目前正在尽力减轻或甚至是消除可重复的偏心；这已经在几个方面展开，但是，结果是，有恶化非周期性的偏心的倾向。目前正在尽力解决不可重复的偏心；但是感兴趣的带宽受到限制，并且在有控制输入时不能有效地工作。而且大多数的光盘驱动器是这样的一种类型即，其中的线速度保持恒定，也就是说，随着光头的位置不同，角速度会发生变化，因此，很难施加重复性控制。在这种环境下，4.7GB DVD RAM的聚焦控制器的最小要求是2kHz的带宽，40度的相位公差以及0.23μm的剩余允许位置差。最近，随着光盘驱动器正变得速度越来越快及容量越来越大，强烈要求在光盘驱动器中使用强壮控制器。在这些强壮控制器中，有性能稳定的线性二次(LQ)控制，在给定状态下强壮的滑动模式控制(SMC)，通过使用时间延迟来预料干扰函数而在消除干扰方面非常有效的时间延迟控制(TDC)。通过利用实际的系统与其模型间的差异的控制方法包括一个模型参考适应性控制(MRAC)和一个模型参考强壮控制(MRRC)。在强壮控制领域基于该模型的许多方法已经提出，有干扰观测器(DOB)、内部模型控制器(IMC)和一个适应性强壮控制(ARC)。基于干扰观测器的控制方法(最初是由Ohnishi提出的且在最近广泛地使用)在消除外部干扰方面是简单而又有效的，这一点众所周知。使用干扰观测器的常规的系统示出于附图说明图1中。基于正常模式的闭环系统示于图2中，该正常模型施加到图2中包括有干扰观测器的系统上。但是该方法却具有某些限制在整个系统不能满足一个给定的剩余允许误差时其带宽应加宽，克服这种限制就会导致费用的增长。总的来说，基于干扰观测器的控制系统已经知道是非常有效的，但有时仅使用干扰观测器并不足以消除剩余允许误差。为了解决这个问题，整个系统的带宽应当被加宽，但是这样会在实施中产生各种限制。本专利技术的目标就是提供一种新的控制系统，它通过把具有环路传递恢复控制器的线性二次高斯(LQG/LTR)控制施加到一个干扰观测器，就能以一种简单的结构满足一个剩余允许误差。按照本专利技术，提供了一种针对光盘驱动聚焦装置的光盘聚焦伺服系统中使用的控制方法，包括步骤(a)通过把一个干扰观测器附着到该盘驱动聚焦装置而建立一个正常的设计装置，其中附着该干扰观测器以便该正常的设计装置以与盘驱动聚焦装置同样的方式动作；(b)根据该正常的设计装置建立一个考虑了白噪声的修改的设计装置；(c)参照该修改的设计装置，设计一个满足给定性能、稳定性和强壮性条件的目标滤波器环路，以确定一个滤波器的增益矩阵；以及(d)从修改的设计装置的环路传递函数矩阵恢复该目标滤波器环路的传递函数矩阵，以便由此确定一个控制增益矩阵。本专利技术的上述及其它的目标和特点将通过参照下面的附图所给出的优选实施例的描述中会变得更清晰，其中，图1是使用干扰观测器的常规系统；图2描述了基于正常模型的闭环系统；图3提供了表示一个目标滤波器环路的结构的方框图；图4描述了TFL的环路构形以及设计用于施加有该干扰观测器的正常装置的所恢复的环路TFM；图5提供了正常装置模型的频率响应；图6说明了一个输出响应的特征；图7示出了一个转矩干扰的特性；图8示出了符合表(2)中所示的设计条件的聚焦驱动器的波特图9描述了当把一个常规的线性控制器施加到表(2)所示的规范时的干扰抑制性能；图10示出当把表(2)的规范施加到按照本专利技术的控制器时其性能变化仅是±0.3μm；图11说明一个常规线性控制器的位置误差；图12示出了本专利技术的控制器的跟踪误差；图13描述了输出对输入的特性；图14和15给出了转矩干扰输入与输出的特性，以及本专利技术的控制器输出干扰非常优于常规控制器；以及图16描述当噪声作为输入而施加时的频率响应，通过仅使用LQG/LTR强壮控制器，本专利技术的控制器显示了在噪声带附近的优异响应。按照本专利技术、与用于控制光盘头驱动器的干扰观测器相关的LQG/LTR控制器将在下面参照附图进行详细的说明。为了应用LQR/LTR控制器，干扰观测器被增加在光盘驱动器聚焦装置模型上，并且所得到的光盘驱动器聚焦装置模型被选择用于按照本专利技术的正常的设计装置。包含干扰观测器的正常的设计装置可以用下面的状态空间方程来表述x(t)＝Anx(t)＋Bnu(t)(1)y(t)＝Cnx(t)(2)在方程(1)和(2)中，xn(t)∈Rn是正常装置的状态向量，u(t)∈Rn是正常装置的输入向量，y(t)∈Rm是正常装置的输出向量，y(t)是输出变量，并且也是光盘驱动器e(t)聚焦误差。LQG/LTR控制方法所具有的优点可以使得控制增益矩阵G和滤波器增益矩阵H分开设计，其中的两个是基于模型的补偿器参数。当LTR程序执行时确定控制增益矩阵，当设计TFL时确定滤波器增益矩阵H，而且，LQG/LTR控制方法具有的好处是使用MBC反馈控制系统的性能/强壮性可以在一旦设计了TFL后而得到恢复，以便满足所要求的规范。图3示出了表示TFL结构的方框图。如果图3中的环路是在装置输出处或在错误信号处切断，则环路TFM GF(s)可以用如下来表述GF(s)＝CnΦ(s)H(3)其中Φ(s)＝(sI－An)-1(4)并且H是滤波器增益矩阵。TFL SF(s)的灵敏度TFM和闭环路TFM CF(s)表述如下SF(s)＝[1＋GF(s)]-1(5)CF(s)＝[1＋GF(s)]-1GF(s) (6)TFL的设计目标是选择滤波器增益矩阵H以满足下列性能/强壮性。性能条件σMAX[SF本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在用于光盘驱动聚焦装置的光盘驱动聚焦伺服系统中所使用的控制方法，包括步骤：（ａ）通过把干扰观测器附着到盘驱动聚焦装置而建立一个正常设计装置，其中附着该干扰观测器以便该正常设计装置以与该光盘驱动聚焦装置同样的方式而动作；（ｂ）根据 该正常设计装置建立一个考虑了白噪声的修改的设计装置；（ｃ）参照该修改的设计装置，设计一个满足给定性能、稳定性和强壮性条件的目标滤波器环路，以便由此确定一个滤波器增益矩阵；以及（ｄ）由该修改的设计装置的环路传递函数矩阵恢复该目标滤波器 环路的传递函数矩阵，以便由此确定一个控制增益矩阵。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】KR 2000-7-31 0044217/20001.一种在用于光盘驱动聚焦装置的光盘驱动聚焦伺服系统中所使用的控制方法，包括步骤(a)通过把干扰观测器附着到盘驱动聚焦装置而建立一个正常设计装置，其中附着该干扰观测器以便该正常设计装置以与该光盘驱动聚焦装置同样的方式而动作；(b)根据该正常设计装置建立一个考虑了白噪声的修改的设计装置；(c)参照该修改的设计装置，设计一个满足给定性能、稳定性和强壮性条件的目标滤波器环路，以便由此确定一个滤波器增益矩阵；以及(d)由该修改的设计装置的环路传递函数矩阵恢复该目标滤波器环路的传递函数矩阵，以便由此确定一个控制增益矩阵。2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于该正常设计装置可表示为x.(t)=Anx(t)+Bnu(t),]]&...

【专利技术属性】
技术研发人员：裴洪文，
申请(专利权)人：大宇电子株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]