以擾動估測器應用於光碟機尋軌控制器之研究

Abstract

本論文之重點在於研究光碟機之徑向伺服系統，選用市面上常見的雙致動器架構的光碟機，期望在不經過任何原始系統變更之下，利用光碟片上迴授的跨軌訊號，達成完整徑向粗調暨微調雙致動器之尋軌控制。首先針對徑向伺服系統的原理進行分析，推導出代表粗調與微調伺服系統模型，接著設計跨軌訊號量測電路，並利用此實驗架構取得實際系統輸入與輸出之資料，配合前述所推導出之數學模型，進行粗調與微調兩部份的系統判別。在取得粗調及微調系統的轉移函數後，接著設計尋軌控制器，將擾動估測器的理論應用在微調致動器，以抑制尋軌時光學讀取頭的晃動。對於粗調致動器則設計一速度曲線控制器，達成尋軌的目的。由實驗的結果發現我們所設計的尋軌控制器可順利達成雙致動器尋軌控制之目的，並有效的縮短尋軌時間。

The thesis described the study of the radial dual-actuator servo system of CD-ROM driver. The radial servo system of CD-ROM used in this thesis included DC motor, gears, lead screw, and voice coil motor. The purpose of using the track-crossing signal receiving form the photo-diode of CD-ROM is to achieve the goal of completely controllable of radial servo system, without change any mechanism of CD-ROM system. The present study is organized as follows : Firstly, studied and analyzed the radial servo system of CD-ROM driver to get the system model. By completing the measured circuit of servo and control system, we obtain the experimental I/O data so that the coarse and fine tuning model of the radial servo system can be identified. Secondly, we use the identified model to design the proposed seeking controller. In fine tuning process we adapt the so-called disturbance observer to prevent the vibration of pick-up head where as the coarse tuning process is completed by using given speed profile. Simulations and experiments indicated that the proposed seeking controller can drive the dual-actuators successfully in the seeking process and reduce the seeking time efficiently and effectively. Abstract ii 誌謝 iii 目 錄 iv 圖目錄 vi 表目錄 ix 第一章 緒論 1 1.1 研究背景 1 1.2 研究動機與目的 3 1.2.1 動機 3 1.2.2 目的 5 1.3 章節安排 5 第二章 光碟機系統介紹 7 2.1 光碟機之光學原理與系統架構 7 2.1.1 光學儲存原理簡介 7 2.1.2 光碟機系統架構簡介 8 2.2 光碟機伺服控制系統 9 2.3 徑向伺服系統 14 2.3.1 雙致動器架構 14 2.3.2 循軌伺服 14 2.3.3 尋軌伺服 14 第三章 徑向伺服系統模型推導與系統判別 19 3.1 徑向伺服系統動態模型推導 19 3.1.1 粗調致動器與其動態模型 19 3.1.2 微調致動器與其動態模型 25 3.2 系統判別 30 3.3 系統判別之實現與結果 31 3.3.1 量測電路架構 32 3.3.2 系統判別實驗與結果 38 第四章 尋軌伺服控制器設計 45 4.1 目前尋軌控制器缺點探討 46 4.2 擾動估測器 47 第五章 尋軌控制實驗架構與結果 57 5.1 實驗架構 57 5.2 尋軌控制目標 64 5.3 擾動估測器應用於尋軌控制器的設計與實驗結果 65 5.3.1 粗調致動器的速度曲線規劃 65 5.3.2 擾動估測器應用於微調致動器的晃動控制 67 5.3.3 實驗結果與討論 68 第六章 結論 72 參考文獻 74 附錄一 76 附錄二 79