专利名称：光盘机的长程寻轨的控制系统及其方法
技术领域：
本发明涉及一种长程寻轨的控制系统及其方法，特别是涉及一种光盘机的长程寻轨的控制系统及其方法。
在传统的光盘机中，盘片(disc)放置在主轴马达(Spindle)之上，由主轴马达带动盘片旋转。盘片上具有多个轨道(Track)，用以存储数字数据，此各数字数据将通过光学读取头(opticai pickup head)读取之。而光学读取头配置于平台(sled)上，通过平台马达传动平台后，使光学读取头移动至适当位置，从而读取盘片的数据。
一般光盘机读取数据的动作程序主要包括有下列几个步骤首先，在开机之后，驱动主轴马达旋转盘片。然后，移动光学读取头至盘片内圈，此时盘片在光学读写头上旋转。接着，驱动微调光盘机的一聚焦伺服系统(FocusServo)，使光学读取头所发射的激光打在盘片上。之后，驱动微调光盘机的一循轨伺服系统(Tracking Servo)，以移动光学读取头中的一透镜，使激光点追循着单一数据轨，以完成循轨动作。接下来的是，读出此轨的轨道标号以得知目前所在的轨道位置。之后，进行长程寻轨动作(long seeking)，即是启动光盘机的一寻轨伺服系统(Seeking Servo)，以将光学读写头从目前所在的现在轨，移动到目标轨附近。然后，进行循轨动作，并读取光学读取头所在的现在轨的轨道编号，以得知与目标轨的轨数差。接着，以进行短程寻轨动作，即是移动透镜，微调透镜的位置，使激光点移到目标轨。然后，进行循轨动作并读取数据。
其中，长程寻轨动作在光盘机中为影响光盘机的平均数据搜寻时间的主要因素。另外，微调寻轨伺服系统往往也需花上相当多的时间。在进行长程寻轨动作的过程中，必须要能够达到快速地对光学读取头进行加速动作或减速动作以减少寻轨时间。且在移动的过程当中，必须要能够尽量避免光学读取头的晃动以减少聚焦漏失(focus loss)的问题。甚至，在长程寻轨的过程当中，还应尽量避免漏轨(track counts miss)的情形以减少寻轨结束时光学读取头的位置与目标轨的误差。这些都是设计长程寻轨的控制系统时所应考虑的。
请参照
图1，其所绘示的是进行长程寻轨时所使用的双致动器(DualActuator System)的示意图。进行长程寻轨时所使用到的双致动器是由一平台致动器(sled actuator)102与一微调致动器(fine actuator)104所组成。光学读取头(未标示于图中)的透镜106装载于微调致动器104之上。在寻轨的过程当中，平台致动器102带着微调致动器104在致动器轨道108上来回移动，以使透镜106能够维持在微调致动器104的运动范围的中央附近。适当地控制平台致动器102与微调致动器104才能使激光点准确地投射于固定于夹片机构110，由主轴马达112带动的光盘片114上。其中，平台致动器102一般是选用滑动马达(Sled Motor)，而微调致动器104则通常是选用音圈马达(Voice Coil Motor，VCM)。透镜106经由音圈马达中的弹簧线圈(coil)与平台相连接。
请参照图2，其所绘示的是长程寻轨的控制系统的方块图。将目标轨JT输入至系统之后，可得到将目标轨JT与目前光学读取头所在的现在轨(actualtrack)AT相减(即是将两者的编号相减)后的剩余轨数(residue trackcount)RTC。将剩余轨数RTC输入至参考速度对应单元202之后，可得到移动光学读取头时的参考速度Vref。参考速度Vref输入至平台致动器208。微调致动器210用以调整透镜(未标示于图2中)的位置，平台致动器208用以移动平台(未标示于图2中)的位置。轨道计数感测器212通过感测双致动器位移量y以得知现在轨AT，其中，轨道计数感测器212例如通过光学读取头所产生的射频零交越(Radio Frequency Zero Crossing，RFZC)或锁轨误差零交越(Tracking Error Zero Crossing，TEZC)信号来得到现在轨AT。
在图2的传统长程寻轨的控制系统中，参考速度对应单元202所使用的参考速度曲线如图3所示。在图3中，横轴为剩余轨数RTC，纵轴为双致动器的参考速度Vref。当剩余轨数RTC小于r0时，剩余轨数RTC与参考速度Vref的对应关系是线性关系；当剩余轨数RTC大于r0时，剩余轨数RTC与参考速度Vref的对应关系是某一个二次函数的曲线关系。
请参照图4，其绘示的是传统光盘机中使用图3的参考速度曲线时的双致动器移动时的时间与速度的关系图。其横轴代表时间，纵轴代表双致动器的速度。在时间点t0时，双致动器开始减速，而在时间点t1时，双致动器的速度下降至零而停止。因为双致动器的速度变化量很大的缘故，使得此时双致动器会有不稳定的情形产生。也就是说，当接近目标轨时，会有晃动的现象，而导致光学读取头从进行寻轨动作切换成进行循轨动作时，会有脱轨或聚焦不准(focus loss)的问题。如何减少晃动，以达到以减少聚焦漏失(focusloss)与漏轨(track counts miss)的情形是目前需要研究的课题。
本发明的目的在于提供一种光盘机的长程寻轨的控制系统及其方法，可以缩短长程寻轨所花的时间，并且避免光学读取头的晃动，以达到良好的稳定性。
本发明的目的是这样实现的，即提供一种光盘机的长程寻轨的控制系统，用以接收一目标轨，并用以控制该光盘机的一双致动器，该双致动器的位置对应至一双致动器位移量，该双致动器包括一平台致动器(sled actuator)与一微调致动器(fine actuator)该长程寻轨的控制系统包括一参考速度对应单元，用以接收该目标轨与一现在轨相减后的一剩余轨数(residue trackcount)，并得到移动该双致动器时的一参考速度；一速度估测器(velocityestimator)，用以接收该现在轨，并输出一速度估测值，其中，该参考速度减去该速度估测值的值对应至一平台控制量(sled control effort)；以及一电子式阻尼器，用以接收该平台控制量，并同时接收该双致动器位移量，以输出一阻尼控制量(damping control effort)至该微调致动器中，以抑制该微调致动器于长程寻轨过程中的晃动；其中，在该参考速度对应单元中，使用一参考速度曲线来代表该剩余轨数与该参考速度的对应关系，该参考速度曲线包括一线性区段，及对应至不同函数的多个二次函数曲线区段。
本发明还提供一种光盘机的长程寻轨的控制方法，使用于一控制系统中，该控制系统用以接收一目标轨，并用以控制该光盘机的一双致动器，该双致动器的位置对应至一双致动器位移量，该双致动器包括一平台致动器(sled actuator)与一微调致动器(fine actuator)，该长程寻轨的控制方法包括a.将该目标轨与一现在轨相减后得到一剩余轨数(residue track count)，并根据该剩余轨数产生移动该双致动器时的一参考速度；b.根据该现在轨产生一速度估测值，其中，该参考速度减去该速度估测值的值对应至一平台控制量(sledcontrol effort)；以及c.根据该平台控制量与该双致动器位移量，产生一阻尼控制量(damping control effort)，并将该阻尼控制量输出至该微调致动器中，以抑制该微调致动器于长程寻轨过程中的晃动；其中，在该步骤a中，使用一参考速度曲线来代表该剩余轨数与该参考速度的对应关系，该参考速度曲线包括一线性区段，及对应至不同函数的多个二次函数曲线区段。
下面结合附图，详细说明本发明的实施例，其中图1为现有进行长程寻轨时所使用的双致动器的示意图；图2为现有长程寻轨的控制系统的方块图；图3为在图2的现有长程寻轨的控制系统中，参考速度对应单元所使用的参考速度曲线关系图；图4为现有光盘机中使用图3的参考速度曲线时的双致动器移动时的时间与速度的关系图；图5为本发明较佳实施例的一种光盘机长程寻轨的控制系统方块图；图6为在图5的本发明长程寻轨的控制系统中，参考速度对应单元2所使用的参考速度曲线关系图；图7为本发明控制系统使用图6的参考速度曲线时的双致动器的时间与速度的关系图；图8为图5的本发明控制系统的电子式阻尼器的方块图；图9为电子式阻尼器的一例的详细方块图。
本发明光盘机的长程寻轨的控制系统及其方法的主要精神在于，通过最佳控制理论(optimal control theory)中的最短时间控制(time optimal control)的控制方法，设计出可使用于参考速度单元中的参考速度的最短时间曲线(timeoptimal profile)，以缩短长程寻轨所需的时间，并且减缓双致动器到达目标轨时的不稳定现象。同时，还通过使用电子式阻尼器(electrical damper)来增加系统的阻尼效果，以抑制光学读取头在移动过程中的晃动情形。
利用最短时间控制的控制方法可以达到使双致动器快速到达目标轨的目的。当要将最短时间控制的控制方法应用在光盘机上时，最主要需要解决的是透镜晃动问题。只有妥善地降低透镜晃动的现象，才得以让最短时间控制的控制方法达到最好效果，以增进控制系统的功能。
请参照图5，其所绘示的是依照本发明的较佳实施例的一种光盘机的长程寻轨的控制系统的方块图。将目标轨JT输入至系统之后，可得到将目标轨JT与目前光学读取头所在的现在轨(actual track)AT相减(即是将再者的编号相减)后的剩余轨数(residue track count)RTC。将剩余轨数RTC输入至参考速度对应单元502之后，可得到移动光学读取头时的参考速度Vref。另外，将现在轨AT输入至速度估测器(velocity estimator)504之后，可以得到速度估测值Vest。将参考速度Vref与速度估测值Vest相减后，可得到平台控制量(sled control effort)u，并将之输出至平台致动器508中。其中，平台致动器508用以移动平台的位置。
此外，平台控制量u还输入至电子式阻尼器514，电子式阻尼器514也同时接收双致动器位移量y，并产生一阻尼控制量(damping controleffort)Fdamp输出至微调致动器510中。微调致动器510用以移动透镜(未标示于图5中)的位置。透镜相对于平台的透镜偏移量e与平台位移量ys的和即是双致动器位移量y。轨道计数感测器512可根据双致动器位移量y，感测出现在轨AT。其中，轨道计数感测器512例如是通过光学读取头所产生的射频零交越(Radio Frequency Zero Crossing，RFZC)或锁轨误差零交越(Tracking Error Zero Crossing，TEZC)信号来得到现在轨AT。
在图5的本发明的长程寻轨的控制系统中，参考速度对应单元502所使用的参考速度曲线如图6所示。在图6中，横轴为剩余轨数RTC，而纵轴则为参考速度Vref。本发明所使用的参考速度曲线的特性在于，将参考速度曲线分割成多个区段，这些区段中包括一个线性区段，及对应至不同函数的二次函数曲线区段。如图6所示，剩余轨数从0至r1为线性区段，剩余轨数从r1至r2为第一二次函数曲线区段，剩余轨数从r2至r3为第二二次函数曲线区段，而剩余轨数从r3以上则为第三二次函数曲线区段。
各区段的方程式如下Vref＝m*RTC 当0＜RTC＜r1(eq.1)Vref＝k*[(2*n*α1*RTC)1/2-d1]当r1＜RTC＜r2(eq.2)Vref＝k*[(2*n*α2*RTC)1/2-d2]当r1＜RTC＜r2(eq.3)Vref＝k*[2*n*α3*RTC)1/2-d3]当r1＜RTC＜r2(eq.4)其中，m为线性区段的线段斜率，k、d1、d2、及d3为一大于0的常数，n为平台致动器508的质量实际值，α1、α2及α3为加速减缓因子(acceleration discount factor)，且α1＜α2＜α3，0＜α1，α2，α3＜1。
其中，m与k的值，可由控制系统的特性得到。而r1、r2、r3及r4与d1、d2及d3的值则可以由方程式eq.1、eq.2、eq.3与eq.4的连续性来得到。即是，可使方程式eq.1与eq.2连续，且方程式eq.1与eq.2一次微分后也连续的特性来求得r1与d1的值，可得到r1＝[(n*α1)/2](m*k)2，d1＝[(n*α1*r1)/2]1/2。r2、r3、r4、d2及d3的值的求法也同，在此不予赘述。
在图6中，加速减缓因子α1、α2、α3随着剩余轨数RTC的减少而减少。不同的加速减缓因子对应至不同的加速度值，加速减缓因子的值越大，则所对应的加速度的绝对值也越大。因此，在图6中，剩余轨数从r3以上的第三二次函数曲线区段所对应的α3为最大，且此区段中所对应的参考速度值也最大，所以，减速时的加速度大小最大。而剩余轨数从r1至r2之间的第一二次函数曲线区段所对应的α1为最小，且此区段中所对应的参考速度值也最小，所以，减速时的加速度大小最小。
举例来说，当双致动器从剩余轨数RTC等于r4(r4＞r3)开始进行减速时，将会依序进入第三二次函数区段、第二二次函数区段与第一二次函数区段，所对应的加速减缓因子分别为α3、α2与α1，使得双致动器的加速度也逐渐减少。请同时参照图7，其为本发明的控制系统使用图6的参考速度曲线时的双致动器的时间与速度的关系图。横轴代表时间，纵轴代表双致动器的速度。与图4的仅使用加速减缓因子为固定值(例如是α0)的传统作法相比较，随着剩余轨数RTC的递减，双致动器逐渐靠近目标轨时，图7所示的本发明双致动器的速度变化量的大小会比图4中的传统作法中的速度变化量的大小还小。如此，可以有效地避免传统作法中光学读取头晃动不稳定的情形。
详而言之，假设α0＝α3，在图4的传统作法中，当双致动器从速度Vo降至0时，所需的时间为t1-t0，在图7的本发明中，当双致动器从速度Vo降至0时，因为加速度的大小逐渐递减，故所需的时间较长，为t3-t2。虽然使用本发明减速的时间较长，但是所换得的双致动器稳定度的提高是相当显著的。
请参照图8，其所绘示的是图5的本发明控制系统的电子式阻尼器的方块图。电子式阻尼器514包括有一前馈控制单元802与一回授控制单元804。前馈控制单元802用以接收平台控制量u，并产生一前馈控制量Cfw，而一回授控制单元804用以接收双致动器位移量y，以产生回授控制量Cfb。前馈控制量Cfw与回授控制量Cfb相减后，则可得到阻尼控制量Fdamp。
其中，前馈控制量Cfw用以抵消平台致动器508对微调致动器510所产生的惯性力，回授控制量Cfb是用以使得微调控制器510的阻尼常数(dampingration)增高至接近于1。在惯性力未被抵销前，惯性力会使微调致动器510有晃动的情形。而当惯性力有效地被抵销之后，微调致动器510的晃动情形将可获得有效地改善。另外，在未使用本发明的电子式阻尼器514之前，由于微调控制器510是经由线圈(coil)与平台致动器508相连接，微调控制器510所对应的阻尼常数(damping ratio)ξ太小(小于0.5)，因此晃动的情形较为严重。而本发明的电子式阻尼器514中的回授控制单元804所产生的回授控制量，将有效地使微调控制器510的等效阻尼常数增高至接近于1，来减少微调致动器510的晃动情形。
具体而言，前馈控制量Cfw可以是对应至平台控制量u进行积分与低通滤波的处理之值，而回授控制量Cfb则可以是对应至双致动器位移量y进行微分处理之后的值。其设计时的参数则可以通过微调致动器510与平台致动器508的数学模型，推导计算出符合抵消惯性力与使微调致动器510的等效的阻尼常数等于1的电子式阻尼器514的参数即可。
为了更清楚说明起见，请参照图9，其所绘示的是电子式阻尼器的一例的详细方块图。电子式阻尼器514的前馈控制单元802是由次单元902与904所组成，而电子式阻尼器514的回授控制单元804则是由次单元906与908所组成，其转移函数(transfer function)如图9所示。微调致动器510与平台致动器508的数学模型也如图9所示。
在图9中，n_fine为微调致动器510的质量实际值，而n_finee则为微调致动器510的质量估测值；n值如上所述为平台致动器508的质量实际值，而ne则为平台致动器508的质量估测值；Kv为平台致动器508的马达反电动势的值；ωn为微调致动器510的角频率。Kvf与Kve为电子式阻尼器514的特性参数。其中，作用力af的值为af=ne×n_finen_finee×u+ns+Kve×Kvfn_finee×n_fine×u-(Kve+Kvf)×n_finen_finee×(e+ys)×s]]>令Δ=ne×n_finen_finee×u+×ns+Kve×Kvfn_finee×n_fine×u]]>
则af-as=Δ-(Kve+Kvf)×n_finen_finee×e×s]]>另外，透镜偏移量e的值则为e=Δs2+(2ζωn+(Kve+Kvf)n_finen_finee)s+ωn2=ΔS2+2ζωns+ωn2]]>可通过找出一适当的ne、Kve与Kvf，使得Δ值等于0，该值即为所求。ζ′的值可通过调整Kve与Kvf的大小来改变。只要将ζ′的值调整至等于1，则可达到有效地抑制微调致动器510于长程寻轨过程中的晃动。
以上虽以图5所示的长程寻轨的控制系统为例做说明，然而只要是使用到图5所示的控制系统的控制方法的精神者，皆在本发明的保护范围之内。兹将本发明的控制方法叙述于下。首先，将目标轨与一现在轨相减后得到一剩余轨数，并根据剩余轨数产生移动双致动器时的一参考速度。然后，根据现在轨产生一速度估测值。其中，参考速度减去速度估测值的值对应至一平台控制量。之后，根据平台控制量与双致动器位移量，产生一阻尼控制量，并将阻尼控制量输出至微调致动器中，以抑制微调致动器在长程寻轨过程中的晃动。其中，在最先的步骤中，使用一参考速度曲线来代表剩余轨数与参考速度的对应关系，参考速度曲线包括一线性区段，及对应至不同函数的多个二次函数曲线区段。
本发明的优点及效果是，上述实施例所揭露的一种光盘机的长程寻轨的控制系统，可以缩短长程寻轨所花的时间，并且避免光学读取头的晃动，以达到良好的稳定性。
综上所述，虽然结合一较佳实施例揭露了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围应以权利要求所界定的为准。
权利要求
1.一种光盘机的长程寻轨的控制系统，用以接收一目标轨，并用以控制该光盘机的一双致动器，该双致动器的位置对应至一双致动器位移量，该双致动器包括一平台致动器(sled actuator)与一微调致动器(fine actuator)该长程寻轨的控制系统包括一参考速度对应单元，用以接收该目标轨与一现在轨相减后的一剩余轨数(residue track count)，并得到移动该双致动器时的一参考速度；一速度估测器(velocity estimator)，用以接收该现在轨，并输出一速度估测值，其中，该参考速度减去该速度估测值的值对应至一平台控制量(sledcontrol effort)；以及一电子式阻尼器，用以接收该平台控制量，并同时接收该双致动器位移量，以输出一阻尼控制量(damping control effort)至该微调致动器中，以抑制该微调致动器于长程寻轨过程中的晃动；其中，在该参考速度对应单元中，使用一参考速度曲线来代表该剩余轨数与该参考速度的对应关系，该参考速度曲线包括一线性区段，及对应至不同函数的多个二次函数曲线区段。
2.如权利要求1所述的长程寻轨的控制系统，其中该各二次函数曲线区段各对应至不同的加速减缓因子(acceleration discount factor)，若一第一剩余轨数对应至该各二次函数曲线区段中的一第一二次函数曲线区段，而一第二剩余轨数对应至该各二次函数曲线区段中的一第二二次函数曲线区段，当第一剩余轨数小于该第二剩余轨数时，该第一二次函数曲线区段的加速减缓因子小于该第二二次函数曲线区段的加速减缓因子。
3.如权利要求1所述的长程寻轨的控制系统，其中该电子式阻尼器包括一前馈控制单元，用以接收平台控制量，并产生一前馈控制量；以及一回授控制单元，用以接收该双致动器位移量，以产生回授控制量。其中，该阻尼控制量等于将该前馈控制量与该回授控制量相减后的值。
4.如权利要求3所述的长程寻轨的控制系统，其中该前馈控制量对应至将该平台控制量进行积分与低通滤波的处理之值。
5.如权利要求3所述的长程寻轨的控制系统，其中该回授控制量对应至该双致动器位移量进行微分处理之后的值。
6.如权利要求1所述的长程寻轨的控制系统，还包括一轨道计数感测器，用以根据该双致动器位移量，感测出该现在轨。
7.一种光盘机的长程寻轨的控制方法，使用于一控制系统中，该控制系统用以接收一目标轨，并用以控制该光盘机的一双致动器，该双致动器的位置对应至一双致动器位移量，该双致动器包括一平台致动器(sled actuator)与一微调致动器(fine actuator)，该长程寻轨的控制方法包括a.将该目标轨与一现在轨相减后得到一剩余轨数(residue track count)，并根据该剩余轨数产生移动该双致动器时的一参考速度；b.根据该现在轨产生一速度估测值，其中，该参考速度减去该速度估测值的值对应至一平台控制量(sled control effort)；以及c.根据该平台控制量与该双致动器位移量，产生一阻尼控制量(dampingcontrol effort)，并将该阻尼控制量输出至该微调致动器中，以抑制该微调致动器于长程寻轨过程中的晃动；其中，在该步骤a中，使用一参考速度曲线来代表该剩余轨数与该参考速度的对应关系，该参考速度曲线包括一线性区段，及对应至不同函数的多个二次函数曲线区段。
8.如权利要求7所述的长程寻轨的控制方法，其中该各二次函数曲线区段各对应至不同的加速减缓因子(acceleration discount factor)，若一第一剩余轨数对应至该各二次函数曲线区段中的一第一二次函数曲线区段，而一第二剩余轨数对应至该各二次函数曲线区段中的一第二二次函数曲线区段，当第一剩余轨数小于该第二剩余轨数时，该第一二次函数曲线区段的加速减缓因子小于该第二二次函数曲线区段的加速减缓因子。
9.如权利要求7所述的长程寻轨的控制方法，其中该控制系统包括一参考速度对应单元、一速度估测器与一电子式阻尼器，该参考速度对应单元用以执行步骤a，该速度估测器用以执行步骤b，该电子式阻尼器用以执行步骤c。
10.如权利要求9所述的长程寻轨的控制方法，其中该电子式阻尼器包括一前馈控制单元，用以接收平台控制量，并产生一前馈控制量；以及一回授控制单元，用以接收该双致动器位移量，以产生回授控制量。其中，该阻尼控制量等于将该前馈控制量与该回授控制量相减后的值。
11.如权利要求10所述的长程寻轨的控制系统，其中该前馈控制量对应至将该平台控制量进行积分与低通滤波的处理之值。
12.如权利要求10所述的长程寻轨的控制系统，其中该回授控制量对应至该双致动器位移量进行微分处理之后的值。
13.如权利要求9所述的长程寻轨的控制系统，该控制系统还包括一轨道计数感测器，用以根据该双致动器位移量，感测出该现在轨。
全文摘要
一种光盘机的长程寻轨的控制系统及其方法，包括参考速度对应单元，通过剩余轨数得到移动双致动器时的参考速度；速度估测器，用以输出速度估测值，参考速度减去速度估测值的值对应至平台控制量；电子式阻尼器，用以接收平台控制量，并同时接收双致动器位移量，以输出阻尼控制量至微调致动器中，以抑制微调致动器于长程寻轨过程中的晃动。其中，在参考速度对应单元中，使用参考速度曲线来代表剩余轨数与参考速度的对应关系。
文档编号G11B7/085GK1392544SQ0112163
公开日2003年1月22日 申请日期2001年6月19日 优先权日2001年6月19日
发明者洪卫周, 戴志龙 申请人:扬智科技股份有限公司