一种用于NVD系统光盘机的滑模变结构伺服控制器及其伺服控制方法，该滑模变结构伺服控制器的特点是具有一个滑模变结构控制运算模块，该滑模变结构控制运算模块由状态空间方程模块、滑模切换面模块、滑模趋近律模块和滑模变结构控制律模块构成，其伺服控制方法是由所述的DSP模块输出光学读取头的下一时刻的位置指令R(s)和光电探测器探测并输出当前光学读取头的位置信号X(s)输入到所述的滑模变结构控制运算模块，经数据处理后输出电压控制信号u(s)，该电压控制信号u(s)经所述的电机驱动模块驱动所述的光学读取头的运动。本发明专利技术具有鲁棒性强，伺服精度高，速度快和控制稳定性高等优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光盘控制，尤其涉及一种用于NVD系统光盘机的。
技术介绍
NVD(Next-generation Versatile Disc)系统是由中国科学院上海光学精密机械研究所研发的具有自主知识产权的新一代光存储系统。在光存储系统的各部分组件中，伺服控制系统对整个光存储系统的性能具有举足轻重的作用。只有控制精度高、速度快和鲁棒性强的伺服控制系统，才能提高光存储系统的整体应用价值。开发专门应用于NVD系统的具有自主知识产权的伺服控制系统势在必行。相较于传统的光存储系统而言，NVD系统具有更大的存储容量。同时也具备道间距更窄、信息坑长度更短和数据区更宽等物理格式上的特点。这些特点对光盘的伺服精度和控制系统的性能，如快速性和鲁棒性提出了更高的要求。传统的光盘伺服控制往往采用经典线性控制，如PID控制或者相位超前滞后校正控制等方法。这些方法虽然在工业应用上具有结构简单和应用成熟等优点，但是对于NVD 系统这样的高密度存储光盘的伺服精度要求，传统伺服控制方法仍具有一定的局限性。而且在车载光存储系统，运动环境中光存储系统条件下，不可避免的外界摄动干扰也会对伺服控制产生很大的影响。此外盘片缺陷以及光盘驱动器工作中会出现离焦轴向跳动等动作，传统的伺服控制方法显然不能满足这种快速性和高稳健性的要求。光盘的伺服控制本质上就是通过控制算法来控制电机和执行机构准确地访问盘片信息记录坑点。如何快速地、准确地、不受干扰地搜索信息坑点和控制光学头则是提高伺服性能的关键问题。以聚焦伺服为例，参考图8，图8为现有的传统的伺服控制器结构图。传统的伺服控制器由PID控制器模块Ι-a、电机驱动模块2、光学读取头3、盘片4、光电探测器5和DSP 模块6组成。传统的PID控制器模块Ι-a的作用是通过调整三个伺服模块(P、I、D)的参数，设计合适的控制律，输出控制信号，完成伺服动作。传统的聚集伺服控制是通过“S曲线”法来实现的。“S曲线”法即上下移动光学读取头的透镜3-b，探测从光盘表面反射产生的聚集误差信号(FEQ，在光学头远离和靠近盘片的过程中，FES信号会呈现“S”型曲线。“S曲线”的中心则为焦点位置。由于NVD系统的数值孔径(NA)小于一般的DVD系统，若在盘片表面有污损或者有外部扰动时，会导致“S 曲线”的搜寻时间加长，从而导致伺服性能下降。此外在循迹伺服环节中，传统的跳轨动作完成之后需要检测焦点是否丢失，若光学头离焦，则还需重复上述聚焦过程，如此往复，伺服效率较低，不能满足NVD高密度光存储光盘系统的快速、高效性要求。综上所述，传统的伺服控制方法在应用于NVD高密度存储光盘时，并不能完全满足伺服性能要求。需要设计出适用于NVD系统的具有高速度、高精度和强鲁棒性的伺服控制系统。
技术实现思路
针对上述现有的技术问题，本专利技术的目的在于提供一种用于NVD系统光盘机的，以满足NVD系统的高精度、高速度、鲁棒性强和对外界摄动具有完全自适应性的优点。本专利技术的技术解决方案如下一种用于NVD系统光盘机的滑模变结构伺服控制器，包括控制运算模块、电机驱动模块、光学读取头、光电探测器和DSP模块其特征在于所述的控制运算模块是滑模变结构控制运算模块，该滑模变结构控制运算模块由状态空间方程模块、滑模切换面模块、滑模趋近律模块和滑模变结构控制律模块构成，其连接关系是由所述的DSP模块输出光学读取头的下一时刻的位置指令R(S)输入到所述的滑模变结构控制运算模块，所述的光电探测器探测并输出当前光学读取头的位置信号X(S) 负反馈到所述的滑模变结构控制运算模块，经数据处理后输出电压控制信号U (S)，该电压控制信号U(S)经所述的电机驱动模块驱动所述的光学读取头的运动。所述的滑模变结构伺服控制器的伺服控制方法，包括下列步骤①所述的DSP模块输出光学读取头的下一时刻的位置指令R(S)，所述的光电探测器(5)探测并输出当前光学读取头的位置信号X (s)，并获得误差信号e (s) =R(S)-X(S)；②所述的滑模变结构控制运算模块进行数据处理所述的状态空间方程模块向所述的滑模变结构控制律模块输出光学读取头的状态空间方程=—fl2 ^Ji1 — O1 鲁^T2+α3，X1 =X2 ,其中 * 分别为光学读取头的焦点的位置和和聚焦方向上焦点的速度，其中， α =Ψ 1^Μ 二1^a =^ Kf为线圈(3-a)的弹性系数，~为线圈的阻尼系数，R为1M ，2 M' 3 M ‘线圈的阻抗，Kv = L。· Bc,即线圈的磁场强度B。与线圈长度L。的乘积，M为光学读取头3的总质量；所述的滑模切换面模块向所述的滑模变结构控制律模块输出滑模切换函数为H H = C (R-Xl) + R-X2 ,其中c的取值范围为0. 9 1. 2 ；所述的滑模趋近律模块向所述的滑模变结构控制律模块输出滑模趋近律S = -s*sgn(S)-k S,其中ε的取值范围为0. 5 0. 7，k的取值范围为1. 0 1. 2 ；所述的滑模变结构控制律模块按下列公式运算后向所述的电机驱动模块输出电压控制信号U (S)w(s) =丄 (^ (为一^ + 巧··X2 + ε· ,%η{ε·{Κ-Xx) + R-X2)+k^ic^iR-X^ + R-X^)其中ai、 和 由光学读取头的结构决定，k、c和ε在取值范围选定；③该电压控制信号U(S)经所述的电机驱动模块放大处理后驱动所述的光学读取头完成e(s) =R(S)-X(S)的运动。本专利技术的技术效果如下本专利技术滑模变结构伺服控制器的核心部件为滑模变结构控制运算模块，该模块的作用为所述的DSP模块输出光学读取头的下一时刻的位置指令R(S)光电探测器测得的当前位置信号X(S)，经过该模块的运算，在拉氏域得到该模块输出的控制电压信号U(S)。该电压信号U(S)输入光学读取头3的线圈，线圈产生驱动力带动透镜运动。透镜的运动会改变激光束焦点的位置。而光盘的伺服控制本质就是调节激光束焦点的位置，通过调节焦点的位置来读取盘片上的信息坑点的信息。所以通过控制透镜的位置就完成改变焦点位置， 完成伺服动作的要求。经仿真计算表明本专利技术突出的特点是快速性、高精度和强鲁棒性，可给存储容量高达12G，乃至15G的NVD系统提供更可靠的伺服性能。附图说明图1是本专利技术用于NVD系统的滑模变结构伺服控制器的结构框2是滑模变结构控制运算模块组成3是光学读取头物理模型示意4是光学读取头的物理动态模型5是光学读取头中线圈3_a等效电路6是光学读取头物理模型结构图 图7是光学读取头物理模型最终结构8是传统伺服控制器结构框图具体实施例方式以下结合附图和实施例对本专利技术做进一步说明，但不应以此限制本专利技术的保护范围。请参照图1，图1是本专利技术用于NVD系统的滑模变结构伺服控制器的结构框图。由图1可见，本专利技术用于NVD系统光盘机的滑模变结构伺服控制器，包括控制运算模块、电机驱动模块2、光学读取头3、光电探测器5和DSP模块6，其特点在于所述的控制运算模块是滑模变结构控制运算模块1，该滑模变结构控制运算模块1由状态空间方程模块1-1、滑模切换面模块1-2、滑模趋近律模块1-3和滑模变结构控制律模块1-4构成，其连接关系是由所述的DSP模块6输出光学读取头3的下一时刻的位置指令R(S)输入到所述的滑模变结构控本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种用于ＮＶＤ系统光盘机的滑模变结构伺服控制器，包括控制运算模块、电机驱动模块（２）、光学读取头（３）、光电探测器（５）和ＤＳＰ模块（６）其特征在于所述的控制运算模块是滑模变结构控制运算模块（１），该滑模变结构控制运算模块（１）由状态空间方程模块（１－１）、滑模切换面模块（１－２）、滑模趋近律模块（１－３）和滑模变结构控制律模块（１－４）构成，其连接关系是：由所述的ＤＳＰ模块（６）输出光学读取头（３）的下一时刻的位置指令Ｒ（ｓ）输入到所述的滑模变结构控制运算模块（１），所述的光电探测器（５）探测并输出当前光学读取头（３）的位置信号Ｘ（ｓ）负反馈到所述的滑模变结构控制运算模块（１），经数据处理后输出电压控制信号ｕ（ｓ），该电压控制信号ｕ（ｓ）经所述的电机驱动模块（２）驱动所述的光学读取头（３）的运动。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：朱路，阮昊，李曹建，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：31
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。