光学头伺服控制光学头伺服控制LOOP特性的设计特性的设计
在光盘控制系统中,光学头是复杂而精密的光、机、电集成部件。实现对光学头的伺服控制,使之精确地追踪
碟片的记录层和轨道,并克服碟片缺陷带来扰动的影响,需要对伺服的LOOP特性进行合理的设计。所设计的
LOOP特性要满足一定的增益/相位裕度和带宽要求,同时还要考虑到各种环境温度对LOOP特性的影响。
引言
光学头的聚焦控制和循迹控制是光盘控制系统中最基本的两种伺服控制。现以聚焦伺服为例着重论述光存储系统的控制LOOP
特性的设计。
1 光学头力矩器的数学模型及幅频特性分析
以聚焦为例,力矩器在10kHz的频率范围内可简化为如下的数学模型如图1所示。
其动力学和电工学方程如下:
其中:μ是阻尼系数;k是弹簧刚度;k=Bl是比例系数,B是磁感应强度,l是线圈的等效长度。由于实际的控制系统是电压控制
的,其电压传递函数如下:
力矩器的低频段主要取决于弹簧刚度k(增益为1/ k),反映了聚焦线圈的直流感度[1]。
中频段存在一次共振点,它反映了力矩器系统的刚度和质量,也反映了系统的快速性和稳定性。1次共振频率影响到系统的伺
服控制系统的截止频率,1次共振的Q值过高将影响伺服控制系统的稳定性。一般而言, 1次共振Q值应设计为: <25dB 。力矩
器在高频段还存在着二次共振点,二次共振点的存在影响系统的稳定裕度。图2就是实际的DVD OPU的力矩器的聚焦幅频特
性。从中可以看出,一次共振频率为74Hz ,Q值为13.5dB ;二次共振频率在30kHz 。
2 光盘伺服控制性能
光盘伺服控制系统是一个随动系统,目标值分别是光盘的记录层和轨道的位置。从控制系统的稳态性能来看,允许聚焦误差约
为 :-0.5~0.5 um,允许循迹误差约为±0.15um[2]。市场碟盘大多数存在一定长度的划伤、污点、指纹、气孔等缺陷,为获得
良好的读/写性能,光盘的控制系统的动态性能应满足一定要求,在尽可能短暂的时间内完成调节过程进入稳态。
在光盘控制回路中引入PID校正是目前光盘伺服控制系统的通用方法。图3就是一个典型的光盘聚焦伺服控制数字PID校正网
络。图3的数字PID校正网络采用典型的一阶积分环节+二阶微分环节+比例环节。二阶微分环节的采用使高频段增益/相位的补
偿更加灵活方便,调整范围的选择性更大。