[发明专利]二自由度位置控制方法和装置以及介质存储装置

说明书

技术领域

本发明涉及使用反馈和前馈两者的二自由度位置控制方法、二自由度位置控制装置及介质存储装置，更具体地说，涉及使用观测器控制进行二自由度控制的二自由度位置控制方法、二自由度位置控制装置及介质存储装置。

背景技术

用于将对象的位置控制到目标位置的装置已被广泛使用。例如，该装置用于将读写头移动到目标轨道的寻道控制，该寻道控制是诸如磁盘装置和光盘装置的盘装置的定位控制中的一种。

用于该寻道控制的方法使用二自由度控制(two degree of freedom)。在该二自由度控制中，在形成反馈回路的同时通过滤波器设置目标位置。换言之，将从目标位置到观测位置的传递函数设置成低通滤波器的形式。由此，可以有效地抑制过冲(超限)。

在通常还用于盘装置的观测器控制系统中，可以构建二自由度控制系统。在这种情况下，该控制系统为二阶低通滤波器(在下文中称为LPF)的形式，其具有与反馈极相同的极。图12是现有技术的二自由度控制的框图。

如图12所示，目标轨迹产生部100根据目标位置r产生目标轨迹r(n)。目标轨迹r(n)表示在为各个采样确定的在采样之间移动的目标位置。另一方面，位置误差计算部102计算目标位置“r”与从受控对象(plant)106观测的当前位置“y”之间的误差y[n]。控制器104接收目标轨迹r(n)和位置误差y[n]，进行二自由度观测器的计算，计算受控对象106的驱动命令值，并驱动受控对象106。

作为用于控制器104的观测器，已经提出了图13和图14所示的二自由度控制观测器(例如，“Digital Control of Dynamic Systems”，(由GeneF.Franklin及另两人所著，Addison-Wesley出版，1998))。如图13所示，观测器(估计器)104-1用于控制器104。该估计器104-1根据受控对象106的当前位置“y”以及对受控对象106的输出，来计算输出u[n]，并在增益乘法块104-2中将其输出乘以开环增益K，然后反馈该结果。

在乘法块104-4中，将目标轨迹r[n]乘以系数N，将结果输出到加法块104-3并与增益乘法块104-2的输出相加，从而计算对受控对象106的输出u[n]。

图14示出了由下面的式(1)、(2)和(3)所表示的该二自由度控制的简化观测器。

Xh(n)＝Xb(n)+L(y(n)-C·Xb(n))...(1)

u(n)＝-F·Xh(n)...(2)

Xb(n+1)＝A·Xh(n)+B·u(n)...(3)

换言之，在计算块202中计算当前采样“n”中的观测位置y(n)与根据前一采样估计的当前采样的估计位置C·Xb(n)之间的差，并且产生估计位置误差er[n]。在乘法块204中，将该估计位置误差er[n]乘以估计增益L，从而产生校正值。

在加法块206中，将该校正值与Xb[n](例如估计位置和估计速度)相加。由此，使用式(1)产生了Xh(n)(例如当前采样中的估计位置和估计速度)。在正常状态反馈的情况下，将估计状态的估计位置Xh(n)乘以一增益，并将估计速度乘以该增益，并且确定其总和以产生状态反馈电流。

在上述二自由度控制中，仍然使用在将估计速度乘以该增益时的值，但是在加法块210中计算估计位置Xh(n)与目标位置轨迹r(n)之间的差值，在乘法块212中将结果乘以反馈增益F，该结果用于状态反馈。换言之，计算了式(2)。

另一方面，在乘法块214和216以及加法块218中使用式(3)根据当前采样的估计状态Xh(n)和输出值u(n)来计算下一采样(n+1)的估计状态Xb(n+1)。

这里，A、B、C、C^T、L和F是位置x、速度v、偏置值b以及扰动值d1和d2的矩阵。A、B和L是状态估计增益，F是反馈增益，并且C和C^T(转置矩阵)由下面的式(4)和(5)给出。

C＝(10000)...(4)