[发明专利]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

说明书

本发明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。

本发明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。