專利名稱：具有非線性觀察器的盤驅動設備的制作方法
技術領域：
總體來講，本發(fā)明涉及控制處理器或設備的參數(shù)的領域。在特定應用中，本發(fā)明涉及控制對象的位置，具體涉及光盤驅動器的物鏡的徑向位置的領域，并且在以下說明中具體闡述了該應用。但是，注意，本發(fā)明不限于該應用。例如，本發(fā)明的要旨還應用到磁盤，甚至更廣泛地應用到非線性控制領域。

背景技術：
縱所周知，光學存儲盤包括至少一個軌道，或者以連續(xù)螺旋的形式或者以多個同心圓的形式，構成信息可以以數(shù)據(jù)圖案的形式進行存儲的存儲空間。光盤可以是信息在制造期間進行記錄且用戶只能進行讀取的只讀型。光學存儲盤還可以是可以由用戶存儲信息的可寫入型。為了在光學存儲盤的存儲空間中寫入信息，或者為了從盤讀取信息，光盤驅動器一方面包括用于接收和旋轉光盤的旋轉裝置，另一方面包括用于產(chǎn)生光束(一般是激光束)并用來采用所述激光束掃描存儲軌道的光學裝置。由于一般的光盤技術，信息存儲在光盤中的方式和從光盤讀取光學數(shù)據(jù)的方式是公知的，以下就不必更加詳細地描述該技術。
為了使光盤旋轉，典型的光盤驅動器包括驅動與光盤的中心部分嚙合的中心體的馬達。通常將馬達實施為主軸馬達，并將馬達驅動的中心體直接安裝在馬達的主軸上。
為了光學掃描旋轉的盤，光盤驅動器包括光束產(chǎn)生器件(典型的是激光二極管)、用來使光束聚焦在盤上的焦點的物鏡和用來接收從光盤反射的光并用來產(chǎn)生電檢測器輸出信號的光檢測器。光檢測器包括多個檢測器段，每個段提供單獨的段輸出信號。
在操作期間，光束應保持聚焦在盤上。為此，以軸向可移動的方式配置物鏡，并且光盤驅動器包括用來控制物鏡的軸向位置的聚焦致動器裝置。另外，保持焦點與軌道對準或者能相對新的軌道定位。為此，至少以徑向可移置的方式安裝物鏡，并且光盤驅動器包括用來控制物鏡的徑向位置的徑向致動器裝置。
在許多盤驅動器中，以可傾斜的方式配置物鏡，并且這種光盤驅動器包括用來控制物鏡的傾斜角度的傾斜致動器裝置。
為了控制這些致動器，光盤驅動器包括接收來自光檢測器的輸出信號的控制器。根據(jù)該信號(以下稱作讀取信號)，控制器導出諸如聚焦誤差信號、徑向誤差信號的一個或多個誤差信號，并在這些誤差信號的基礎上，控制器產(chǎn)生用來控制致動器以便減少或消除位置誤差的致動器控制信號。
在產(chǎn)生致動器控制信號的過程中，控制器具有某些控制特性。這種控制特性是控制器的特征，其可以描述為這樣的方式，其中控制器響應檢測位置誤差而工作。
實際上，不同類型的干擾導致位置誤差。干擾的兩個最重要的類別是 1)盤的缺陷 2)外部震動和(周期性的)振動 第一類包括諸如黑點、指紋等污染、劃痕等破損等等盤的內部缺陷。第二類包括由于物體碰撞盤驅動器而導致的震動，但是震動和振動主要是出現(xiàn)在便攜式盤驅動器和汽車應用中。
這方面的問題是第一類干擾的充分處理需要與第二類干擾的充分處理不同的控制特性。傳統(tǒng)情況下，盤驅動器的控制器具有固定的控制特性，其或者尤其適用于第一類干擾的充分處理(在這種情況下誤差控制對于第二類干擾不是最優(yōu)的)，或者特別適于第二類干擾的充分處理(在這種情況下誤差控制對于第一類干擾不是最優(yōu)的)，或者控制特性是折中的(在這種情況下誤差控制對于第一類干擾和第二類干擾都不是最優(yōu)選的)。只要控制器應用線性控制技術，在對噪聲的低頻抗擾性和高頻噪聲敏感性之間總是存在折中。
在現(xiàn)有技術的情況下，已經(jīng)提出了根據(jù)所經(jīng)歷的干擾類型來改變控制器的控制特性。例如，參考美國專利US4722079，其披露了調整控制器的增益的盤驅動裝置。
除了確定干擾的類型和對于干擾類型來調整控制特性之外，可以進行干擾的定量評估，并且使控制特性適合于干擾的嚴重程度。例如，在機械震動的情況下，可以不僅增大控制器增益而且增大的量取決于震動的強度。控制器增益越高，驅動器能更好地抵抗強烈的機械震動。這樣，在強烈的機械震動的情況下，驅動器的性能取決于最大增益的提高。
在這方面的常見問題是增益不能無限地增大；如果將增益設置得太高，控制器的控制環(huán)可能會變得不穩(wěn)定。
這樣，本發(fā)明的基本目的是提供一種能進一步增大控制器增益而不會提高控制器不穩(wěn)定性的風險的方法。
本發(fā)明的另一目的是提供一種動態(tài)修正控制器特性從而降低所控制的系統(tǒng)的不穩(wěn)定性的風險的方法。


發(fā)明內容
根據(jù)本發(fā)明的一個重要方面，在震動的情況下的增益增大不僅取決于震動的強度并且取決于震動的特征頻率。如果震動具有相對低的或相對高的相關頻率，則將增益增大到相對大的程度。如果震動具有在與不穩(wěn)定性風險相關的預定頻率范圍內的相關頻率，將增益增大到相對小的程度。事實上，在所述預定頻率范圍內，可以保持增益為常量或者甚至可以減小增益。
這樣，控制器示出了具有變化的增益的非線性行為。這已經(jīng)提供了一種改進在由大的低頻震動和振動所引起的大的誤差信號的情況下，增大控制器增益，而在沒有震動和振動但存在高頻噪聲或者盤表面缺陷的情況下，恢復初始的控制器增益。
但是，低頻干擾和高頻缺陷可能會同時出現(xiàn)。在這種情況下，增大的增益會導致不希望的對高頻缺陷的敏感性提高。本發(fā)明的另一目的是克服該問題。
處理該問題的一個顯而易見的方法是增加濾除高頻干擾的低通濾波元件。但是，這不可避免地會影響非線性控制設計，從而影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，最終導致用來處理低頻干擾的最大增益的降低。
為了在避免上述問題的同時進一步改進控制器，根據(jù)本發(fā)明的第二重要方面，提出了非線性狀態(tài)評估器(也稱作觀察器)，用來在避免上述問題的同時進一步改進控制器。本發(fā)明提出的非線性狀態(tài)評估器具有抑制高頻分量而不會嚴重影響非線性控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性的重要特性。
注意，US-2004/0037193披露了在控制系統(tǒng)中使用線性卡爾曼濾波器，用來控制光學拾取器的位置。
注意，US-5982721披露了一種包括滑動模式控制器的光盤驅動系統(tǒng)。該滑動模式控制器需要由線性評估器提供的位置信號和速度信號。



以下將參考附圖進一步說明本發(fā)明的這些和其它方面、特征和優(yōu)點，其中，相同的附圖標記表示相同或相似的部件，其中 圖1A示意性說明了光盤驅動設備的有關部件； 圖1B示意性說明了更詳細的光檢測器的實施例； 圖2A是方框圖，示意性說明了跟蹤控制環(huán)； 圖2B是沒有應用本發(fā)明的閉環(huán)的總轉移函數(shù)的尼奎斯特圖的曲線圖； 圖2C是放大器的替換電路的方框圖； 圖2D是放大器的替換電路的方框圖； 圖2E說明了適于用于本發(fā)明的動態(tài)濾波器的可能的頻率特性。
圖2F是示意性說明可變增益特性的曲線圖； 圖2G是表示根據(jù)本發(fā)明實施的閉環(huán)的總轉移函數(shù)的尼奎斯特圖的曲線圖； 圖3是根據(jù)本發(fā)明實施的放大器的替換電路的方框圖。

具體實施例方式 圖1A示意性說明了適用于將信息存儲在光盤2上或者從光盤2讀取信息的光盤驅動設備1，光盤典型的是DVD或者CD。為了使盤2旋轉，盤驅動設備1包括固定到支架(為了簡明起見未示出)的馬達4，該馬達4限定了旋轉軸5。
盤驅動設備1還包括采用光束來掃描盤2的軌道(未示出)的光學系統(tǒng)30。具體來講，在圖1A所說明的配置中，光學系統(tǒng)30包括配置為產(chǎn)生光束32的光束產(chǎn)生裝置31，典型的是諸如激光二極管的激光器。以下將采用對附圖標記32添加字符a、b、c等來表示光束32沿著光路39的不同部分。
光束32經(jīng)過分束器33、準直透鏡37和物鏡34到達(光束32b)盤2。將物鏡34設計為將光束32b以焦點F聚焦到盤的記錄層(為了簡明起見未示出)。從盤2反射光束32b(反射光束32c)并經(jīng)過物鏡34、準直透鏡37和分束器33到達(光束32d)光檢測器35。在所示出的情況下，將光學元件38例如棱鏡置于分束器33和光檢測器35之間。
盤驅動設備1還包括致動器系統(tǒng)50，其包括用來相對盤2徑向移動物鏡34的徑向致動器1。由于徑向致動器本身是公知的，并且本發(fā)明不涉及其設計和功能，沒有必要詳細討論它們。
為了實現(xiàn)并保持準確地正好聚焦在盤2的理想位置，以軸向可移動的方式安裝所述物鏡34，同時致動器系統(tǒng)50還包括配置為相對盤2軸向移動物鏡34的聚焦致動器52。由于聚焦致動器本身是公知的，并且其設計和操作不是本發(fā)明的主題，沒有必要詳細討論它們。
為了實現(xiàn)并保持物鏡34準確的傾斜位置，樞軸安裝物鏡34，同時致動器系統(tǒng)50還包括配置為使物鏡相對盤2轉動的傾斜致動器53。由于傾斜致動器本身是公知的，并且其設計和操作不是本發(fā)明的主題，沒有必要詳細討論它們。
還應注意，相對設備支架支撐物鏡的裝置、軸向和徑向移動物鏡的裝置以及使物鏡旋轉的裝置本身是公知的。由于這種支撐和移動裝置的設計和操作不是本發(fā)明的主題，沒有必要詳細討論它們。
還應注意，可以將徑向致動器51、聚焦致動器52和傾斜致動器53實施為一個集成的致動器。
盤驅動設備1還包括具有與馬達4的控制輸入連接的第一輸出92、耦合到徑向致動器51的控制輸入的第二輸出93、耦合到聚焦致動器52的控制輸入的第三輸出94和耦合到傾斜致動器53的控制輸入的第四輸出95的控制電路90。設計控制電路90，在控制電路90的第一輸出92產(chǎn)生用來控制馬達4的控制信號SCM，在其第二控制輸出93產(chǎn)生用來控制徑向致動器51的控制信號SCR，在其第三輸出94產(chǎn)生用來控制聚焦致動器52的控制信號SCF，和在其第四輸出95產(chǎn)生用來控制傾斜致動器53的控制信號SCT。
控制電路90具有用來接收來自光檢測器35的讀取信號SR的讀取信號輸入91。
圖1B說明了光檢測器35包括多個檢測器段，在四個檢測器段35a、35b、35c、35d的情況下，能提供獨立的檢測信號A、B、C、D，分別表示入射到四個檢測器段的每一個上的光量。將稱作中央孔徑檢測器段的檢測器段35a、35b、35c、35d以四象限配置進行設置。將第一和第四段35a和35d與第二和第三段35b和35c分開的中心線36具有相應于軌道方向的方向。由于這種四段檢測器本身是已知的，因此，不必對其設計和功能給出更加詳細的描述。
圖1B還說明了控制電路90的讀取信號輸入91實際上包括多個用來接收所有單獨的檢測器信號的輸入。這樣，在所說明的四象限檢測器的情況下，控制電路90的讀取信號輸入91實際上包括分別用來接收所述單獨的檢測器信號A、B、C、D的四個輸入91a、91b、91c、91d。正如本領域技術人員所知，將控制電路90設計為處理所述單獨的檢測器信號A、B、C、D，以便從其獲得數(shù)據(jù)和控制信息。例如，可以根據(jù) 來定義歸一化徑向誤差信號REn。
另外，可以根據(jù) 來定義歸一化聚焦誤差信號FEn。
這些信號REn和Fen中的每一個是檢測器35上的某種不對稱中央光點的度量，從而它們對光掃描點相對于盤的移位敏感。
注意，根據(jù)光檢測器的設計，可以使用誤差信號的不同定義。
以下將針對控制徑向致動器51的情況來具體闡述本發(fā)明，但是，很明顯將相同的或者至少是相似的闡述應用于聚焦控制、傾斜控制等情況中。該闡述首先針對線性控制，然后針對非線性控制。
圖2A是示意性說明跟蹤控制環(huán)100的簡化方框圖?？刂齐娐?0產(chǎn)生用于使透鏡34移位的徑向致動器51的控制信號SCR。將代表控制信號SCR和得到的致動力之間關系的徑向致動器51的轉移函數(shù)表示為A(s)。
將代表致動力和得到的透鏡位移之間關系的透鏡34的轉移函數(shù)表示為H(s)；注意，在簡化模型中，可以將H寫為 其中，m表示透鏡34的質量。
透鏡34的位移導致了光束位置的變化，表示為信號″束″。同時，也可以改變所跟蹤的軌道的位置，表示為信號″軌道″，其表示光束的目標位置。在由減法器3表示的實際光束位置和目標光束位置之間的差值導致由檢測器35接收的反射光束中的特性改變，從而導致光學讀取信號SR中的特性改變，可以根據(jù)該光學讀取信號來計算徑向誤差信號?？刂齐娐?0的誤差信號計算器96從光學讀取信號SR計算徑向誤差信號REn。將檢測器35和誤差信號計算器96的結合的轉移函數(shù)表示為B(s)，該函數(shù)表示了光束相對軌道的光束位移和徑向誤差信號REn之間的關系。注意，將誤差信號計算器96的轉移(增益)定義為1，因為該電路只計算來自絕對光束和軌道位置的相對位置誤差。
例如PID控制器的控制電路90的控制信號發(fā)生器部分98在徑向誤差信號REn的基礎上產(chǎn)生控制信號SCR。將代表徑向誤差信號REn和控制信號SCR之間關系的控制信號發(fā)生器98的轉移函數(shù)表示為C(s)。
假設所有所述轉移函數(shù)是固定的。
圖2A還表示控制電路90可以包括具有增益γ的放大器99，在該示例中設置在誤差信號計算器96和控制信號發(fā)生器98之間。將由控制信號發(fā)生器98接收的來自放大器99的信號表示為放大的誤差信號γR。
實際上，控制系統(tǒng)受到在致動器51的輸入處添加到控制環(huán)的干擾，將其表示為圖2A的干擾信號D?？梢圆捎瞄]環(huán)轉移函數(shù)G(s)來描述干擾的影響，描述在伺服環(huán)正在工作的情況下，在致動器51的輸入處的小干擾D轉移到控制信號發(fā)生器98的輸出。正如本領域技術人員所熟知的，可以將閉環(huán)轉移函數(shù)G(s)寫為 其中，X(s)＝C(s)·A(s)·H(s)·B(s)。
圖2B是表示控制環(huán)100的閉環(huán)轉移函數(shù)G(s)的示例的頻率響應的尼奎斯特圖的曲線圖，由附圖標記101表示。水平軸表示實部Re(G(jω))，而垂直軸表示虛部Im(G(jω))。曲線101的上部右端對應于ω＝0，而曲線101的上部左端對應于ω＝∞。
在圖2B中，將以103表示的臨界點CP定義為閉環(huán)轉移函數(shù)G(s)的點，其中，實部Re(G(jω))具有最小值RMIN。將與該臨界點CP相應的頻率表示為臨界頻率ωCP。正如本領域技術人員所知，RMIN的值確定增益γ的最大值RMIN越小(即|RMIN|越大)，γ的最大值就越小。如果當具有在臨界頻率ωCP范圍內的頻率的震動出現(xiàn)時γ大于該最大值，則系統(tǒng)會變得不穩(wěn)定。
正如本領域技術人員所知，控制電路具有在圖2A的線性情況下系統(tǒng)是穩(wěn)定的設計。這意味著增益γ的限制。這在震動和振動的情況在是不令人滿意的。由于典型的震動和振動涉及在比臨界頻率ωCP低得多的范圍內的頻率，所以較高的增益是可能的，而不會帶來穩(wěn)定性降低的風險。為了同時適應對于具有臨界頻率ωCP范圍內的頻率的干擾有限增益的需求和在震動和振動情況下高增益的需求，控制電路90具有可變的控制特性。更具體來講，控制電路90包括具有可變增益γ的放大器99，其中，可以將增益γ寫為γ＝γC+γV，其中γC表示增益的常數(shù)部分而γV表示增益的可變部分。圖2C是放大器99的替換電路的方框圖，表示放大器99是具有常數(shù)增益γC的常數(shù)放大器99A和具有可變增益γV的可變放大器99B的并聯(lián)組合。應該清楚，如上所述，當γV＝0時，由常數(shù)增益γC完全確定放大器99的整個增益γ，對其進行設置目的在于穩(wěn)定性需求。換句話說，假設當γV＝0時，系統(tǒng)是穩(wěn)定的。
控制電路90能檢測震動，并且當檢測到震動情況時，調整其控制特性。更具體來講，將控制電路90設計為在檢測到震動的情況下增大γV，其中增益增大的幅度取決于所經(jīng)受的震動的幅度。注意，采用震動檢測并相應地修正其增益的控制電路本身是公知的；因此，不必對這方面進行更詳細地描述。具體來講，盡管允許定量震動幅度檢測的方法是優(yōu)選的，但是因為本發(fā)明可以結合任何種類的震動檢測方法來實施，所以震動檢測的方法在這方面是不重要的。
將震動檢測能力描述甚至實施為具有對可變放大器99B的設置進行控制的輸出的單獨的震動檢測器(例如，機械震動檢測器)，在這種情況下，可變放大器99B是具有由輸入控制信號確定的增益的可控放大器。然而，在現(xiàn)有描述中，震動檢測能力被認為在連接到可變放大器99B的輸入數(shù)據(jù)路徑中的動態(tài)濾波器297中實現(xiàn)。這樣，震動檢測能力基于由可變放大器99B接收的輸入信號的頻率組成的分析(即在該示例中的徑向誤差信號的頻率組成)。在圖2D中對此進行了說明，圖2D是圖2A的放大器99的替換電路的方框圖。
動態(tài)濾波器297的濾波動作被認為是引入基于頻率的衰減F(s)；可以將新的閉環(huán)轉移函數(shù)寫成G′(s)＝G(s)·F(s)。將動態(tài)濾波器297設計為在臨界頻率ωCP范圍內選擇性地抑制頻率。適當?shù)?，將動態(tài)濾波器297設計為帶阻濾波器或者陷波濾波器，具有近似等于臨界頻率ωCP的中心頻率ω0，如圖2 E所示。注意，也可以將濾波器297設計為低通濾波器。
圖2F是示意性說明根據(jù)本發(fā)明的可變放大器299B的可變增益特性的曲線圖。水平軸表示在可變放大器部分299B的輸入所接收的信號SIN的幅度(任意單位)，垂直軸表示得到的增益γV(任意單位)。對于具有低于閾值RT的幅度的小信號，可變增益γV保持為零。只要如果信號幅度大于所述閾值RT，可變增益γV就大于零。原則上，可變增益γV在零和常數(shù)高值之間轉換是可能的，但是如上所述，可變增益γV最好與信號幅度成比例增大，盡管這不需要包括線性關系。
現(xiàn)在，具有根據(jù)圖2D實施的放大器99的控制電路90(圖2A)操作如下。監(jiān)控并處理光學讀取信號SR，用來檢測震動。只要沒有經(jīng)受震動，或者對于相對小的誤差，可變增益γV＝0，那么與這些誤差的頻率無關，增益γ＝γC。
對于具有大于閾值RT的信號幅度的較大誤差，如果誤差頻率是在濾波器297的拒絕范圍之外，那么可變增益增大。如果誤差頻率是在濾波器297的拒絕范圍之內，可變放大器部分299B的輸入信號SIN低于誤差信號幅度，那么增益的增大被降低?？拷鼮V波器297的中心頻率ω0，抑制將導致可變放大器部分299B的輸入信號SIN低于所述閾值RT，所以對于這些頻率可變增益γV仍等于零。如上所述，當γV＝0時，保證了穩(wěn)定性。
與圖2B相比，圖2G是控制環(huán)的新的閉環(huán)頻率響應G′(s)的尼奎斯特圖的曲線圖，以附圖標記201表示，其中例如濾波器297是陷波濾波器。為了方便參考，也示出了原始閉環(huán)轉移函數(shù)G(s)的原始曲線101?？梢詫⒃记€101認為是對于小的徑向誤差的情況本發(fā)明的控制環(huán)的響應，而曲線201說明了對于大的誤差幅度的情況本發(fā)明的控制環(huán)的響應?？梢匀菀椎乜闯鰹V波器297的效果。實際上，濾波器297以這樣的方式來成形閉環(huán)頻率響應在臨界頻率ωCP的響應低于在其它頻率的響應。
可以將原始曲線101認為是說明了對于大的誤差幅度的情況和對于常數(shù)增益γC的某一值，不具有濾波器297的控制環(huán)的響應(其等同于具有切斷的濾波器297的本發(fā)明的控制環(huán))，而曲線201說明了對于相同的誤差幅度和相同值的常數(shù)增益γC的情況，本發(fā)明的控制環(huán)的響應。在現(xiàn)有控制環(huán)的情況下(或者具有切斷的濾波器297的本發(fā)明的控制環(huán))，這些誤差幅度導致對所有頻率都相同的可變的增益γV設置，得到曲線101。在本發(fā)明的控制環(huán)的情況下(即，具有接通的濾波器297)，相同的誤差幅度導致在臨界頻率ωCP周圍相對低的可變增益γV設置。這樣，濾波器297的效果是降低了RMIN的絕對值。因此，增大了可變增益γV的可允許的最大值。
注意，限波濾波器297的中心頻率ω0的準確值取決于控制環(huán)的臨界頻率ωCP，即，在該頻率，轉移函數(shù)G′(s)具有濾波器297切斷的最小值RMIN(即，對于所有頻率具有等于1的濾波轉移函數(shù))。一般來講，該設計的控制環(huán)具有相對高的臨界頻率ωCP，即一般在2000Hz以上，其正好大于與機械震動相應的頻率范圍，從而與機械震動相應的頻率范圍內的全部頻率響應基本上沒受到干擾。
在所描述的示例中，濾波器297是限波濾波器?？商娲兀梢圆捎镁哂姓么笥谡饎铀璧念l率范圍的截止頻率的低通濾波器。由于震動一般具有低于200Hz的頻率，對于該截止頻率的適當選擇是在大于2000Hz的范圍內。同時，對于該截止頻率的適當選擇是近似等于原始臨界頻率ωCP。但是，由于盡可能將臨界點CP向右移動，所以最好將截止頻率選擇為低于原始臨界頻率ωCP。
在濾波器297是限波濾波器的情況下，適當?shù)脑O計選擇是選擇限波濾波器的中心頻率ω0等于與原始臨界點CP相應的頻率。但是，在圖2G所示的理想情況下，選擇限波濾波器的中心頻率ω0以使得閉環(huán)轉移函數(shù)G′(s)具有兩個臨界點CP1和CP2，即對于兩個頻率ω1和ω2(一個小于ω0，一個大于ω0)得到Re(G′)的最低值RMIN。
直到現(xiàn)在，對于常數(shù)放大器部分299A和可變放大器部分299B都接收徑向誤差信號REn(雖然在可變放大器部分299B情況下是濾波后的信號γR)的情況，已經(jīng)描述了非線性控制器90的操作。這與線性控制器90(其相當于γV＝0)相比已經(jīng)構成了改進，事實上，該方法在只經(jīng)受震動或者振動的情況下或者在只經(jīng)受諸如測量噪聲或者盤缺陷的高頻干擾的情況下是令人滿意的。但是，實際上，會發(fā)生同時出現(xiàn)低頻干擾(例如，震動)和高頻干擾(例如，盤缺陷或者測量噪聲)。低頻干擾會引起要設置相對高的增益，以不期望的方式放大高頻干擾。
為了改進性能，本發(fā)明提出使用狀態(tài)觀察器或者評估器來評估徑向誤差信號REn。這正如圖3所示，圖3是用來替換圖2A的放大器99的放大器電路399的方框圖。
放大器399包括并聯(lián)排列的常數(shù)放大器399A和可變放大器399B，其分別與上述的放大器299A和299B相同，所以沒必要重復闡述這些放大器。將這些放大器399A和399B的輸出信號相加，以加法器301表示，并采用圖2A的控制信號發(fā)生器98來處理得到的輸出信號γR?？梢詫⒃摰玫降妮敵鲂盘枽肦寫為γR＝γVS+γCR，其中，γVS表示可變放大器399B的輸出信號，而γCR表示常數(shù)放大器399A的輸出信號。
另外，在可變放大器399B的信號輸入路徑中包括動態(tài)濾波器397，而動態(tài)濾波器397與上述動態(tài)濾波器297相同，因此，沒有必要重復該動態(tài)濾波器397的闡述。
放大器399還包括具有第一輸入351、第二輸入352和輸出353的狀態(tài)評估器350。在其第一輸入351，狀態(tài)評估器350接收可變放大器399B的輸出信號γVS。在其輸出353，狀態(tài)評估器350提供信號êR，其是徑向誤差信號REn的估計。在動態(tài)濾波器397的輸入端接收該估計的誤差信號。常數(shù)放大器399A接收徑向誤差信號REn，如以前一樣。
在其第二輸入端352，狀態(tài)評估器350接收徑向誤差信號REn和估計的誤差信號êR之間的差δR，以減法器340表示。
采用總體上描述控制環(huán)100的特性的模型并采用表示干擾的特性的模型，將狀態(tài)評估器350設計為根據(jù)兩個輸入信號γVS和δR來計算其輸出信號。
注意，狀態(tài)評估器本身是已知的；因此，這里將不給出狀態(tài)評估器350的設計和操作的更詳細的描述。但是，注意，一般將狀態(tài)評估器設計為″預言″或″評估″系統(tǒng)中某些不能或不容易測量的參數(shù)值。相反，在本發(fā)明中，采用狀態(tài)評估器350評估可得到的參數(shù)(即，徑向誤差信號)作為″測量的″信號。另外，為了改變增益，采用估計的參數(shù)êR代替實際″測量的″信號REn，因為發(fā)現(xiàn)這樣會得到改進的性能。
還應注意，一般在表示實施這種評估器的系統(tǒng)的特性的線性模型的基礎上，將狀態(tài)評估器設計為″預言″或″評估″參數(shù)的值。相反，在本發(fā)明中，狀態(tài)評估器350整體上考慮控制環(huán)100的非線性特性，其以狀態(tài)評估器350從可變放大器399B接收非線性輸出信號γVS的事實來表示。這使得狀態(tài)評估器350是非線性評估器。
還應注意，在本發(fā)明中，狀態(tài)評估器350考慮關于預期干擾的特性的預定義信息。例如，該預定義信息與頻譜有關。例如，可以假設測量噪聲或者盤缺陷具有相對高的頻率組成。
總之，狀態(tài)評估器350用作在徑向誤差信號REn上操作的復雜的低通濾波器，并提供具有濾波后的誤差信號êR的可變放大器399B的輸入，而不會影響控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
狀態(tài)觀察器350被認為是基于其兩個輸入信號并基于描述所觀察的系統(tǒng)(伺服環(huán))的(假設)特性來計算輸出信號的系統(tǒng)。這些輸入信號是在所觀察的系統(tǒng)中發(fā)生的信號，所觀察的系統(tǒng)是動態(tài)系統(tǒng)，所以所述信號改變作為時間的函數(shù)。所述信號改變的方式取決于觀察器的輸出信號，而觀察器的輸出信號取決于其輸入信號。這樣，在觀察器系統(tǒng)和所觀察的系統(tǒng)之間具有交互作用。狀態(tài)觀察器是穩(wěn)定的設備是重要的。這意味著如果對觀察器的輸入信號被限制，則限制了觀察器的輸出信號，并且其差δR集中為零，與所觀察的系統(tǒng)的特性無關。然后，狀態(tài)觀察器不再影響所觀察的系統(tǒng)的動態(tài)特性。并且，將狀態(tài)觀察器的特性和所觀察的系統(tǒng)的特性設計為分立的。
在本發(fā)明提出的優(yōu)選實施例中，狀態(tài)觀察器根據(jù)下式計算其輸出信號 êR＝cT·x；^(1a) 其中x；^表示觀察器狀態(tài)向量，êR表示估計的誤差信號，即狀態(tài)觀察器的輸出信號。
在第一輸入端351的輸入信號γVS被認為符合下式 γVS＝(êR)(1b) 其中是描述濾波器397和可控放大器399B的操作的函數(shù)。
在下式的基礎上，狀態(tài)觀察器計算其觀察器狀態(tài)向量x；^；* x；^；*＝(A+b1·cT)·x；^+b2·γVS+K·δR(1c) 其中(A+b1·cT)是描述所控制系統(tǒng)的線性動態(tài)特性的矩陣，即表示包括透鏡的伺服系統(tǒng)的特性的模型； 其中b2是輸入向量，K是卡爾曼增益矩陣。
盡管有幾種定義合適的卡爾曼增益矩陣的可能方式，在改進的線性模型結構的基礎上定義合適的卡爾曼增益矩陣的優(yōu)選方法如下 e；~R＝cT·x；~+v (2a) x；~；*＝(A+b1·cT)·x；~+b1·w(2b) 其中，v表示高頻干擾，即盤誤差，w表示低頻干擾，即震動或振動。公式(2b)是系統(tǒng)方程，而公式(2a)是測量方程。上述線性模型方程反映了震動和盤誤差與分立的特性頻率范圍有關的假設。
采用方程2a和2b，由下式給出常數(shù)卡爾曼增益矩陣K K＝P·c(3) 其中，P＝PT＞0表示通過解代數(shù)Riccati方程而得到的誤差協(xié)方差矩陣。由于w和v是標量值，該Riccati方程由下式給出 A·P+P·AT+τb1·b1T-P·c·cT·PT＝0(4) 其中，除了能被自由選擇的τ外，通過所控制的系統(tǒng)的模型確定所有項。τ確定對于高頻和低頻的濾波性能如果τ相對低，則主要根據(jù)盤誤差確定濾波性能，而在τ相對高的情況下，則主要根據(jù)震動和振動確定濾波性能。
為了分析穩(wěn)定性的目的，以下式給出有關的系統(tǒng)的動態(tài)特性 x；*＝(A+b1·cT)·x+b2·γVS+b1·(v+w)(5a) x；^；*＝(A+b1·cT)·x；^+b2·γVS+K·δR(5b) 其中 γVS＝(êR)(1b) δR＝REn-êR (5c) REn＝cT·x+v+w (5d) êR＝cT·x；^(5e) 其中，公式5a描述了所控制的系統(tǒng)的模型，并且公式5b描述了觀察器。項b2·γVS引入了在卡爾曼濾波和可變增益的所控制的系統(tǒng)的動態(tài)特性之間的非線性耦合，但是達到了具有線性觀察器誤差動態(tài)特性的效果，即 x；^；*-x；*＝(A+b1·cT)·(x；^-x)+K·δR-b1·(v+w)(6a) 通過將公式5a和5b彼此相減得到該公式。
采用公式5c、5d、5eδR＝cT·x+v+w-cT·x；^ 可以將公式6a寫為 x；^；*-x；*＝(A+(b1-K)·cT)·(x；^-x)+(K-b1)·(v+w)(6b) 根據(jù)公式6b得出，如果矩陣(A+(b1-K)·cT)是穩(wěn)定的，則誤差δR＝REn-êR集中為零。注意，根據(jù)卡爾曼增益矩陣的選擇，矩陣(A+(b1-K)·cT)是穩(wěn)定的，采用具有集中為零的誤差δR＝REn-êR，可以通過將γVS＝(êR)＝(REn)＝(cT·x+v+w)帶入公式5a和將γVS＝(êR)＝(cT·x；^)帶入公式5b，將公式5a和5b重寫為 x；*＝(A+b1·cT)·x+b2·(cT·x+v+w)+b1·(v+w)(5a′) x；^；*＝(A+b1·cT)·x；^+b2·(cT·x；^)+K·δR (5b′) 這兩個重寫的公式反映了線性分立假設，即公式5a′和5b′是相互獨立的，即觀察器誤差動態(tài)特性與系統(tǒng)動態(tài)特性無關。
上述步驟得到了合適的卡爾曼增益矩陣，但是，如上所述，有幾種定義該矩陣的可能方式。在任何情況下，合適的卡爾曼增益矩陣應是穩(wěn)定的(受限的)?？梢钥闯?，對于要穩(wěn)定的卡爾曼增益矩陣，所有其特征值的實部應該是非正數(shù)，優(yōu)選為負數(shù)。換句話說，只要矩陣的復數(shù)特征值沒有一個具有正的實部，就可以采用該矩陣，正如本領域技術人員所熟知的。
如果采用上述公式3和4計算卡爾曼增益矩陣，則可以表明穩(wěn)定的卡爾曼增益矩陣總是得到穩(wěn)定的矩陣(A+(b1-K)·cT)，從而誤差δR＝REn-êR集中為零。
本領域技術人員應該清楚，本發(fā)明不限于上述實施例，可以在所附權利要求定義的本發(fā)明的保護范圍內進行各種修改和改進。
例如，可以將濾波器397和可變放大器399B，甚至常數(shù)放大器399A集成為一個信號處理部件。
也可以在可變放大器399B的輸出端配置濾波器397，在這種情況下，可變放大器399B可以從狀態(tài)評估器350直接接收估計的誤差信號êR。
另外，可以將加法器340和狀態(tài)評估器350實施為接收γVS和REn的單個器件，這種情況下，該單個器件具有用來計算δR＝REn-êR的內部減法器。還可以將濾波器397集成在狀態(tài)評估器350中，在這種情況下，狀態(tài)評估器350對估計的誤差信號êR進行內部濾波，并為可變放大器399B提供輸入信號SIN。
已經(jīng)參考用來說明根據(jù)本發(fā)明的裝置的功能塊的方框圖描述了本發(fā)明?？梢岳斫?，可以在硬件中實施一個或多個這些功能塊，其中，通過單獨的硬件部件實現(xiàn)其功能，但是也可以采用軟件來實施一個或多個這些功能塊，以便通過計算機程序的一個或多個程序行或者諸如微處理器、微控制器等可編程器件來實現(xiàn)其功能。
權利要求
1.一種控制盤驅動設備(1)的方法，所述盤驅動設備(1)包括
掃描裝置(30)，用來掃描盤(2)的記錄軌道，所述掃描裝置(30)包括至少一個相對盤(2)定位的讀/寫元件(34)，和至少一個用來產(chǎn)生讀取信號(SR)的檢測器(35)；
致動器裝置(50)，用來控制所述至少一個讀/寫元件(34)的位置；
控制電路(90)，用來接收所述讀取信號(SR)并基于所述讀取信號(SR)的至少一個信號成分產(chǎn)生至少一個致動器控制信號(SCR)，控制電路(90)具有至少一個可變增益(γ)；
所述控制電路(90)、所述致動器裝置(50)、所述讀/寫元件(34)和所述檢測器(35)定義具有臨界頻率(ωCP)的控制環(huán)(100)；
該方法包括以下步驟
采用非線性狀態(tài)評估器(350)來將所述增益(γ)選擇性地設置為對于具有在與所述臨界頻率(ωCP)相應的預定義范圍內的頻率的信號成分的第一值，和對于具有在所述范圍外的頻率的信號成分的第二值，所述第一值低于所述第二值。
2.根據(jù)權利要求1的方法，其中，對于所有信號成分，所述增益(γ)具有與該信號成分的頻率或幅度無關的常數(shù)部分(γC)和取決于該信號成分的頻率或幅度的可變部分(γV)，其中，所述常數(shù)值(γC)對應于線性且穩(wěn)定的控制設計。
3.根據(jù)權利要求2的方法，包括以下步驟
在所述讀取信號(SR)的基礎上計算誤差信號(REn)；
采用所述常數(shù)增益值(γC)來處理所述誤差信號(REn)，從而得到第一處理后的信號成分(γCR)；
基于所述誤差信號(REn)，采用所述非線性狀態(tài)評估器(350)來計算估計的誤差信號
采用所述可變增益(γV)來處理所述估計的誤差信號
，從而得到第二處理后的信號成分(γVS)；
組合所述第一和第二處理后的信號成分(γCR，γVS)。
4.根據(jù)權利要求3的方法，包括以下步驟
接收所述估計的誤差信號
動態(tài)濾波所述估計的誤差信號
將可變增益(γV)應用到具有大于預定震動閾值(RT)的幅度的濾波后的信號成分。
5.根據(jù)權利要求3的方法，其中，所述非線性狀態(tài)評估器(350)一方面基于所述誤差信號(REn)和所述估計的誤差信號
之間的差(δR)，另一方面基于所述第二處理后的信號成分(γVS)，計算所述估計的誤差信號
6.根據(jù)權利要求5的方法，其中，所述非線性狀態(tài)評估器(350)根據(jù)以下公式計算所述估計的誤差信號
其中，x；^表示根據(jù)下式計算的觀察器狀態(tài)向量
x；^；＝(A+b1·cT)·x；^+b2·γVS+K·δR
其中(A+b1·cT)是描述所控制的系統(tǒng)的線性動態(tài)特性的矩陣，
其中b2是輸入向量，K是穩(wěn)定的卡爾曼增益矩陣。
7.根據(jù)權利要求4的方法，其中，動態(tài)濾波的步驟包括選擇性地抑制具有接近所述臨界頻率(ωCP)的頻率的信號成分的步驟。
8.根據(jù)權利要求4的方法，其中，所述可變增益(γV)與相應的濾波后的估計的誤差信號
成分的幅度成比例。
9.根據(jù)權利要求1的方法，其中，所述致動器裝置(50)包括徑向致動器(51)，所述可變增益(γ)是用于控制所述徑向致動器(51)的徑向控制環(huán)中的增益。
10.根據(jù)權利要求1的方法，其中，所述致動器裝置(50)包括聚焦致動器(52)，且所述可變增益(γ)是用于控制所述聚焦致動器(52)的聚焦控制環(huán)中的增益。
11.根據(jù)權利要求1的方法，其中所述致動器(50)包括傾斜致動器(53)，且所述可變增益(γ)是用于控制所述傾斜致動器(53)的傾斜控制環(huán)中的增益。
12.一種用于盤驅動設備(1)中的控制電路(90)，該控制電路包括
輸入(91)，用于接收來自檢測器(35)的讀取信號(SR)；
至少一個輸出(93)，用來在從所述讀取信號(SR)得到的至少一個誤差信號成分(REn)的基礎上提供至少一個致動器控制信號(SCR)；
控制電路(90)具有可變增益(γ)；
控制電路(90)適于根據(jù)是否經(jīng)受震動和/或根據(jù)震動的幅度來設置其增益(γ)；
控制電路(90)包括
非線性狀態(tài)評估器(350)，被設計為計算估計的誤差信號
動態(tài)濾波器(397)和可變放大器(399B)的串聯(lián)連接，將所述動態(tài)濾波器(397)設計為使具有在預定義頻率范圍內的頻率的信號成分衰減；
其中，所述串聯(lián)連接被耦合來接收所述估計的誤差信號
13.根據(jù)權利要求12的控制電路，其中，所述非線性狀態(tài)評估器(350)具有被耦合來接收所述串聯(lián)連接的輸出信號(γVS)的第一輸入(351)。
14.根據(jù)權利要求12的控制電路，包括減法器(340)，用來計算所述誤差信號成分(REn)和所述估計的誤差信號
之間的差信號(δR)，其中，所述非線性狀態(tài)評估器(350)具有被耦合來接收所述差信號(δR)的第二輸入(352)。
15.根據(jù)權利要求12的控制電路，其中，所述動態(tài)濾波器(397)包括陷波濾波器。
16.根據(jù)權利要求12的控制電路，其中，所述動態(tài)濾波器(397)包括低通濾波器。
17.根據(jù)權利要求12的控制電路，還包括
提供常數(shù)增益(γC)的常數(shù)放大器(399A)；和將所述常數(shù)放大器(399A)和所述串聯(lián)連接(397；399B)的輸出信號進行組合的加法器(301)；
其中，所述常數(shù)放大器(399A)被耦合來接收所述誤差信號成分(REn)。
18.一種盤驅動設備(1)，包括
掃描裝置(30)，用來掃描盤(2)的記錄軌道，所述掃描裝置(30)包括至少一個相對盤(2)定位的讀/寫元件(34)，和至少一個用來產(chǎn)生讀取信號(SR)的檢測器(35)；
致動器裝置(50)，用來控制所述至少一個讀/寫元件(34)的定位；
控制電路(90)，用來接收所述讀取信號(SR)并基于所述讀取信號(SR)的至少一個信號成分產(chǎn)生至少一個致動器控制信號(SCR)，控制電路(90)具有至少一個可變增益(γ)；
所述控制電路(90)、所述致動器裝置(50)、所述讀/寫元件(34)和所述檢測器(35)定義具有臨界頻率(ωCP)的控制環(huán)(100)；
控制電路(90)適于執(zhí)行權利要求1的方法。
19.一種盤驅動設備(1)，包括
掃描裝置(30)，用來掃描盤(2)的記錄軌道，所述掃描裝置(30)包括至少一個相對盤(2)定位的讀/寫元件(34)，和至少一個用來產(chǎn)生讀取信號(SR)的檢測器(35)；
致動器裝置(50)，用來控制所述至少一個讀/寫元件(34)的定位；
根據(jù)權利要求12的控制電路(90)，用來接收所述讀取信號(SR)并基于所述讀取信號(SR)的至少一個信號成分產(chǎn)生至少一個致動器控制信號(SCR)；
所述控制電路(90)、所述致動器裝置(50)、所述讀/寫元件(34)和所述檢測器(35)定義具有臨界頻率(ωCP)的控制環(huán)(100)。
20.根據(jù)權利要求18的盤驅動設備，其中，所述動態(tài)濾波器(397)的預定義的頻率范圍對應于所述控制環(huán)(100)的所述臨界頻率(ωCP)。
21.根據(jù)權利要求18的盤驅動設備，其中，將所述致動器裝置(50)設計為控制所述至少一個讀/寫元件(34)的徑向位置、和/或控制所述至少一個讀/寫元件(34)的軸向位置、和/或控制所述至少一個讀/寫元件(34)的傾斜位置。
22.根據(jù)權利要求19的盤驅動設備，其中，將所述致動器裝置(50)設計為控制所述至少一個讀/寫元件(34)的徑向位置、和/或控制所述至少一個讀/寫元件(34)的軸向位置、和/或控制所述至少一個讀/寫元件(34)的傾斜位置。
全文摘要
一種光盤驅動設備(1)，包括相對盤(2)定位的讀/寫元件(34)，和用來產(chǎn)生讀取信號(SR)的檢測器(35)；用來控制所述至少一個讀/寫元件(34)的定位的致動器裝置(50)?？刂齐娐?90)接收所述讀取信號并產(chǎn)生致動器控制信號(SCR)，控制電路(90)具有至少一個可變增益(γ)。所述控制電路、致動器裝置、讀/寫元件和檢測器定義具有臨界頻率(ωCP)的控制環(huán)(100)；采用非線性狀態(tài)評估器(350)來將所述增益(γ)選擇性地設置為對于具有在與所述臨界頻率(ωCP)相應的預定義范圍的頻率的信號成分的第一值，和對于具有在所述范圍外的頻率的信號成分的第二值，所述第一值低于所述第二值。
文檔編號G05B13/02GK101107652SQ200680002906
公開日2008年1月16日 申請日期2006年1月19日 優(yōu)先權日2005年1月21日
發(fā)明者M·F·希爾特杰斯, C·帕茨 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司