專利名稱：具有擾動抑制功能的位置控制方法和裝置、介質(zhì)存儲裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過抑制擾動來控制對象的位置的位置控制方法、位置 控制裝置和介質(zhì)存儲裝置，更具體地涉及一種用于抑制由于擾動而導(dǎo)致 的對象位置偏離的位置控制方法、位置控制裝置和介質(zhì)存儲裝置。
背景技術(shù)：
位置控制裝置用于控制對象的位置使其到達(dá)特定位置并且在各種領(lǐng) 域中被廣泛使用。例如，在諸如磁盤裝置和光盤裝置的介質(zhì)存儲裝置中， 將頭精確定位到目標(biāo)軌道以提高記錄密度是極為關(guān)鍵的。在該位置控制中，已知擾動會影響定位精度。為了通過控制系統(tǒng)來 抑制這種擾動，已提出了以下方法安裝用于抑制特定頻率的濾波器的方法(例如參見美國專利6,487,028 Bl， R. J. Bickel和M. Tomizuka: "Disturbance observer based hybrid impedance control "，(美國矛空制會議的 會議記錄，1995， 729-733頁))；和通過觀測器控制來抑制這種諸如偏心 的擾動的方法(例如參見日本專利申請公報第H7-50075號和日本專利申 請公報第2000-21104號)。另一方面，為了使定位控制系統(tǒng)精確地工作，對開環(huán)特性的增益(開 環(huán)增益)進(jìn)行校準(zhǔn)是必不可少的。如果構(gòu)成反饋環(huán)路的元件的特性改變 了 (例如溫度、基于老化的劣化)，則開環(huán)增益改變。如將該開環(huán)增益一 直保持為最佳則對反饋環(huán)路的性能有幫助。例如，當(dāng)裝置的電源開啟時、 當(dāng)溫度改變時或者當(dāng)經(jīng)過了預(yù)定時間時進(jìn)行該校準(zhǔn)，以將開環(huán)增益校準(zhǔn) 為最佳。作為對增益進(jìn)行校準(zhǔn)的方法，己公知向一位置或電流施加正弦波 擾動，并且獲取并比較施加該正弦波擾動之前以及之后的波形，以測量 開環(huán)特性的增益(例如參見日本專利申請公報第Hll-328891號、日本專
利申請公報第H8-167160號和日本專利申請公報第H11-96704號)。在該傳統(tǒng)增益校準(zhǔn)方法的情況下，用于調(diào)節(jié)增益的環(huán)特性的目標(biāo)增 益以及用于調(diào)節(jié)增益的正弦波擾動頻率是固定值。換言之，在傳統(tǒng)增益 校準(zhǔn)方法的情況下，是在假定位置控制系統(tǒng)在增益調(diào)節(jié)期間僅有一種類 型的特性的情況下對增益進(jìn)行校準(zhǔn)的。然而，在具有擾動抑制功能的位置控制系統(tǒng)的情況下，位置控制系 統(tǒng)的特性隨著要抑制的擾動頻率而變化。例如，在使用自適應(yīng)控制的控 制系統(tǒng)中，當(dāng)位置控制系統(tǒng)在施加了擾動振動的狀態(tài)下基于自適應(yīng)控制 來跟隨擾動時，控制系統(tǒng)的環(huán)特性與施加擾動之前的環(huán)特性不同。為了在該自適應(yīng)控制跟隨擾動的同時執(zhí)行增益調(diào)節(jié)，必須停止自適 應(yīng)控制并切換到控制系統(tǒng)以進(jìn)行增益調(diào)節(jié)。在此情況下，因為停止了自 適應(yīng)控制，所以無法充分抑制外部振動，并且定位精度下降。結(jié)果，增 益調(diào)節(jié)的精度下降。換言之，在這種諸如自適應(yīng)控制系統(tǒng)的位置控制系統(tǒng)中，通過根據(jù) 擾動來改變環(huán)特性從而抑制擾動，因此難以使用現(xiàn)有技術(shù)來精確校準(zhǔn)控 制系統(tǒng)的開環(huán)增益。具體地說，如果將抑制寬度取得較寬或者如果抑制 高頻區(qū)域中的擾動以滿足對于適應(yīng)寬范圍的擾動頻率的近期需求，則會 影響控制器的原始特性，因此精確地校準(zhǔn)增益會更加困難。發(fā)明內(nèi)容考慮到以上描述，本發(fā)明的一個目的是提供一種位置控制方法、位 置控制裝置和介質(zhì)存儲裝置，用于使用擾動自適應(yīng)控制在位置控制系統(tǒng) 中對開環(huán)增益進(jìn)行精確校準(zhǔn)。本發(fā)明的另一目的是提供一種位置控制方法、位置控制裝置和介質(zhì) 存儲裝置，用于即使正在施加擾動時也可對開環(huán)增益進(jìn)行精確校準(zhǔn)。本發(fā)明的又一目的是提供一種位置控制方法、位置控制裝置和介質(zhì) 存儲裝置，用于即使從外部設(shè)置了擾動抑制頻率也可對幵環(huán)增益進(jìn)行精 確校準(zhǔn)。本發(fā)明的另一目的是提供一種位置控制方法、位置控制裝置和介質(zhì)
存儲裝置，用于即使位置控制系統(tǒng)適應(yīng)于寬范圍的擾動抑制頻率也可對 開環(huán)增益進(jìn)行精確校準(zhǔn)。根據(jù)本發(fā)明的位置控制方法是這樣一種位置控制方法，該方法用于 通過致動器來控制對象的位置使其到達(dá)預(yù)定位置，所述方法具有以下步 驟位置誤差計算步驟，基于所述對象的目標(biāo)位置和所述對象的當(dāng)前位 置來計算位置誤差；驅(qū)動值計算步驟，基于所述位置誤差使用預(yù)定反饋 環(huán)路來計算對擾動頻率分量進(jìn)行抑制的控制值，并且將該結(jié)果乘以環(huán)路 增益以計算所述致動器的驅(qū)動值；目標(biāo)環(huán)路增益獲取步驟，從表中獲取 根據(jù)所述擾動頻率的目標(biāo)環(huán)路增益；測量步驟，將測量頻率的擾動添加 到所述反饋環(huán)路，并測量所述反饋環(huán)路的環(huán)路增益；以及校準(zhǔn)步驟，基 于測得的環(huán)路增益和所述目標(biāo)環(huán)路增益，對所述驅(qū)動值計算步驟的環(huán)路 增益進(jìn)行校準(zhǔn)。提供了 一種根據(jù)本發(fā)明的位置控制裝置，用于通過致動器來控制對 象的位置使其到達(dá)預(yù)定位置，所述裝置具有控制部，基于所述對象的 目標(biāo)位置和所述對象的當(dāng)前位置來計算位置誤差，基于所述位置誤差使 用預(yù)定反饋環(huán)路來計算對擾動頻率分量進(jìn)行抑制的控制值，并將該結(jié)果 乘以環(huán)路增益以計算所述致動器的驅(qū)動值；和表，存儲與所述擾動頻率 對應(yīng)的目標(biāo)環(huán)路增益，其中，所述控制部從所述表中獲取與所述擾動頻 率對應(yīng)的目標(biāo)環(huán)路增益，將測量頻率的擾動添加到所述反饋環(huán)路，測量 所述反饋環(huán)路的環(huán)路增益，并基于測得的環(huán)路增益和所述目標(biāo)環(huán)路增益 對所述驅(qū)動值計算步驟中的環(huán)路增益進(jìn)行校準(zhǔn)。提供了一種根據(jù)本發(fā)明介質(zhì)存儲裝置，該介質(zhì)存儲裝置具有頭， 至少讀取存儲介質(zhì)上的數(shù)據(jù)；致動器，將所述頭定位到所述存儲介質(zhì)上 的預(yù)定位置處；控制部，基于所述頭的目標(biāo)位置和從所述頭獲取的當(dāng)前 位置來計算位置誤差，基于所述位置誤差使用預(yù)定反饋環(huán)路來計算對擾 動頻率分量進(jìn)行抑制的控制值，并將該結(jié)果乘以環(huán)路增益以計算所述致 動器的驅(qū)動值；和表，存儲與所述擾動頻率對應(yīng)的目標(biāo)環(huán)路增益，其中， 所述控制部從所述表中獲取與所述擾動頻率對應(yīng)的目標(biāo)環(huán)路增益，將測 量頻率的擾動添加到所述反饋環(huán)路，測量所述反饋環(huán)路的環(huán)路增益，并
基于測得的環(huán)路增益和所述目標(biāo)環(huán)路增益對所述驅(qū)動值計算步驟中的環(huán) 路增益進(jìn)行校準(zhǔn)。在本發(fā)明中，優(yōu)選的是，所述目標(biāo)環(huán)路增益獲取步驟還具有如下步 驟根據(jù)所述擾動頻率獲取測量頻率，并且所述測量步驟還具有如下步 驟將所獲取的測量頻率的擾動添加到所述反饋環(huán)路，并測量所述反饋 環(huán)路的環(huán)路增益。此外，在本發(fā)明中，優(yōu)選的是，獲取測量頻率的步驟還具有如下步 驟獲取與所述擾動頻率不重疊的測量頻率。此外，在本發(fā)明中，優(yōu)選的是，所述驅(qū)動值計算步驟還具有以下步 驟基于自適應(yīng)控制根據(jù)所述位置誤差來估計所述擾動頻率；根據(jù)所估 計的擾動頻率來計算對擾動頻率分量進(jìn)行抑制的控制值；以及將該結(jié)果 乘以環(huán)路增益以計算所述致動器的驅(qū)動值。還優(yōu)選的是，本發(fā)明還具有如下步驟在校準(zhǔn)所述環(huán)路增益期間， 中斷根據(jù)所述位置誤差對所述擾動頻率的估計。此外，在本發(fā)明中，優(yōu)選的是，所述驅(qū)動值計算步驟還具有以下步 驟基于自適應(yīng)控制根據(jù)所述位置誤差來估計所述擾動頻率，并且根據(jù) 所估計的擾動頻率改變控制器的常數(shù)；以及根據(jù)所述位置誤差使用改變 的控制器來計算對擾動頻率分量進(jìn)行抑制的控制值，并將該結(jié)果乘以環(huán) 路增益以計算所述致動器的驅(qū)動值。此外，在本發(fā)明中，優(yōu)選的是，所述驅(qū)動值計算步驟還具有以下步 驟基于自適應(yīng)控制根據(jù)所述位置誤差來估計所述擾動頻率；根據(jù)所估 計的擾動頻率來改變用觀測器構(gòu)建的控制器的常數(shù)；以及使用改變的觀測器根據(jù)所述位置誤差來計算對擾動頻率分量進(jìn)行抑制的控制值，并將 該結(jié)果乘以環(huán)路增益以計算所述致動器的驅(qū)動值。由于擾動抑制控制，即使反饋控制器的環(huán)路特性改變，也可使用與 擾動頻率對應(yīng)的目標(biāo)增益來校準(zhǔn)開環(huán)增益，因此可以不中斷擾動抑制控 制地校準(zhǔn)開環(huán)增益。因此，可以不受擾動影響地對開環(huán)增益進(jìn)行精確校 準(zhǔn)，并且可以進(jìn)行精確的位置控制。


圖1是描繪了根據(jù)本發(fā)明實施例的介質(zhì)存儲裝置的框圖；圖2是描繪了圖1中的介質(zhì)存儲裝置的位置信號的圖；圖3是描繪了圖2中的位置信號的細(xì)節(jié)的圖；圖4是描繪了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的位置控制系統(tǒng)的框圖；圖5示出了圖4中的目標(biāo)增益表；圖6是圖4中的反饋環(huán)路的靈敏度函數(shù)的特性圖；圖7是圖4中的反饋環(huán)路的開環(huán)特性圖；圖8是描繪了圖4中的增益校準(zhǔn)塊的增益校準(zhǔn)處理的流程圖； 圖9是描繪了圖8中的增益校準(zhǔn)處理的正弦波擾動的圖； 圖10是描繪了本發(fā)明第二實施例的位置控制系統(tǒng)的框圖； 圖ll示出了圖IO中的實施例的目標(biāo)增益表； 圖12是描繪了本發(fā)明第三實施例的位置控制系統(tǒng)的框圖； 圖13是描繪了用電流觀測器構(gòu)建圖12中的控制器的情況下的實施 例的框圖；圖14示出了圖13中的實施例的參數(shù)表；圖15示出了圖13中的實施例的另一參數(shù)表；圖16是描繪了圖15中的參數(shù)表中的測量頻率的圖；圖17示出了圖13中的實施例的又一參數(shù)表；圖18是描繪了圖17中的參數(shù)表的測量頻率的圖；圖19是描繪了根據(jù)本發(fā)明第四實施例的位置控制系統(tǒng)的框圖；以及圖20是描繪了根據(jù)本發(fā)明第五實施例的位置控制系統(tǒng)的框圖。
具體實施方式
現(xiàn)在，將按照位置控制裝置、位置控制裝置的第一實施例、環(huán)路增 益校準(zhǔn)處理、第二實施例、第三實施例、擾動觀測器的設(shè)計、第四實施 例、第五實施例以及其他實施例的順序來描述本發(fā)明的實施例，但是本 發(fā)明不限于這些實施例。位置控制裝置
圖1是描繪了根據(jù)本發(fā)明實施例的位置控制裝置的框圖，圖2是描 繪了圖1中的磁盤的位置信號的布置的圖，圖3是描繪了圖1和圖2中 的磁盤的位置信號的圖。圖1示出了作為位置控制裝置的磁盤裝置，其為一種類型的盤裝置。 如圖1所示，在磁盤裝置中，作為磁存儲介質(zhì)的磁盤4被安裝在主軸電機(jī)5的旋轉(zhuǎn)軸2上。主軸電機(jī)5使磁盤4旋轉(zhuǎn)。致動器(VCM) 1在末 端具有磁頭3，并且磁頭3沿磁盤4的半徑方向移動。致動器1包括音圈電機(jī)(VCM)，該音圈電機(jī)以所述旋轉(zhuǎn)軸為中心 旋轉(zhuǎn)。在圖1中，兩個磁盤4安裝在磁盤裝置上，并且四個磁頭3由同 一致動器1同時驅(qū)動。磁頭3是具有讀取元件和寫入元件的分立型磁頭。磁頭3包括疊 放在滑塊(slider)上的包括磁電阻(MR)元件的讀取元件，；和包括寫 入線圈的寫入元件，其疊放在所述讀取元件上。位置檢測電路7將由磁頭3讀取的位置信號(模擬信號)轉(zhuǎn)換為數(shù) 字信號。讀/寫(R/W)電路10控制磁頭3的讀取和寫入。主軸電機(jī)(SPM) 驅(qū)動電路8驅(qū)動主軸電機(jī)5。音圈電機(jī)(VCM)驅(qū)動電路6向音圈電機(jī) (VCM) 1提供驅(qū)動電流，并驅(qū)動VCM 1。微控制器(MCU) 14從來自位置檢測電路7的數(shù)字位置信號中檢測 (解調(diào))當(dāng)前位置，并且根據(jù)檢測出的當(dāng)前位置和目標(biāo)位置之間的誤差 來計算VCM驅(qū)動命令值。換言之，微控制器14執(zhí)行位置解調(diào)和伺服控 制，所述伺服控制包括稍后要在圖4中描述的擾動抑制。只讀存儲器 (ROM) 13存儲MCU 14的控制程序。隨機(jī)存取存儲器(RAM) 12存 儲用于MCU 14的處理的數(shù)據(jù)。硬盤控制器(HDC) ll根據(jù)伺服信號的扇區(qū)號來判斷在一條軌道中 的位置，并且記錄/再現(xiàn)數(shù)據(jù)。緩沖用隨機(jī)存取存儲器(RAM) 15臨時存 儲讀取數(shù)據(jù)或?qū)懭霐?shù)據(jù)。HDC 11通過接口 IF (例如USB (通用串行總 線)、ATA (AT嵌入式接口)和SCSI (小型計算機(jī)系統(tǒng)接口))與主機(jī)進(jìn) 行通信?？偩€9將這些組成元件連接起來。如圖2所示，在磁盤4上，伺服信號(位置信號)16從外圓周向內(nèi)
圓周以相等的間隔沿圓周方向布置在各條軌道上。每條軌道具有多個扇 區(qū)，圖2中的實線指示記錄有伺服信號16的位置。如圖3所示，位置信號包括伺服標(biāo)記ServoMark、軌道號GrayCode、索引Index和偏移信息(伺 服脈沖串)PosA、 PosB、 PosC和PosD。圖3中的虛線表示軌道中心。由頭3讀取圖3中的位置信號，利用軌道號GrayCode和偏移信息 PosA、 PosB、 PosC和PosD來檢測磁頭在半徑方向上的位置。另外，根 據(jù)索引信號Index獲取磁頭在圓周方向上的位置。例如，將檢測到索引信號時的扇區(qū)號設(shè)置為第0號，每次當(dāng)檢測到 伺服信號時對該扇區(qū)號進(jìn)行累加，以獲取軌道的各扇區(qū)的扇區(qū)號。伺服 信號的扇區(qū)號被用作記錄/再現(xiàn)數(shù)據(jù)時的基準(zhǔn)。 一條軌道中有一個索引信 號?？梢栽O(shè)置扇區(qū)號，而不是索引信號。圖1中的MCU 14通過位置檢測電路7確認(rèn)致動器1的位置，執(zhí)行 伺服計算，并且向VCM1提供適當(dāng)?shù)碾娏鳌Q言之，在尋道控制中，通 過粗略控制、穩(wěn)定控制(settling control)和跟隨控制的轉(zhuǎn)換，將頭移動 到目標(biāo)位置。對于所有這些控制來說，對頭的當(dāng)前位置進(jìn)行檢測都是必 須的。為了如此確認(rèn)位置，預(yù)先將伺服信號如圖2中所示地記錄在磁盤上。 換言之，如圖3所示，將指示伺服信號的起始位置的伺服標(biāo)記、指示軌 道號的格雷碼、索引信號、以及指示偏移的信號PosA至PosD預(yù)先記錄 在磁盤上。這些信號由磁頭讀取，并且這些伺服信號被位置檢測電路7 轉(zhuǎn)換為數(shù)字值。位置控制系統(tǒng)的第一實施例圖4是描繪了本發(fā)明的位置控制系統(tǒng)的第一實施例的框圖，并且是 圖1中的MCU 14所執(zhí)行的用于抑制擾動的位置控制系統(tǒng)的框圖。圖5 示出了圖4中的目標(biāo)增益表，并且圖6和圖7是圖4中的擾動自適應(yīng)控 制的特性圖。圖4中的位置控制系統(tǒng)4對從外部設(shè)置的控制器的擾動抑制補(bǔ)償功 能進(jìn)行控制，或者根據(jù)檢測出的擾動頻率Fdist進(jìn)行控制。對該位置控制 系統(tǒng)添加增益調(diào)節(jié)功能。誤差計算塊24從目標(biāo)位置"r"減去觀測位置(當(dāng) 前位置)"y"以計算位置誤差"e"。根據(jù)位置誤差"e"，控制器20計算插置設(shè)備(plant) 22(1， 3)的使位 置誤差"e"為零的驅(qū)動指令值"u"。控制器20例如通過公知的PID (比 例積分差動)控制、PI控制+LeadLag、以及觀測器控制，來計算驅(qū)動指 令值"u"。增益乘法塊26將來自控制器20的驅(qū)動指令值"u"乘以設(shè)置的增益 (開環(huán)增益)，并輸出結(jié)果。未示出的功率放大器將該輸出轉(zhuǎn)換為插置設(shè) 備22(1， 3)的驅(qū)動電流I，并驅(qū)動插置設(shè)備22(1， 3)。擾動抑制補(bǔ)償塊30根據(jù)從外部設(shè)置的擾動抑制頻率或者估計的擾 動頻率Fdist來改變控制器20的特性(例如常數(shù))，并通過控制器20添 加擾動頻率抑制特性。將利用靈敏度函數(shù)(1/(l+CP))和開環(huán)特性(CP) 來描述該抑制特性。C是控制器的特性，并且P是插置設(shè)備的特性。圖6示出了位置控制系統(tǒng)的靈敏度函數(shù)的頻率特性的示例，其中， 在圖6的上部示出了頻率(Hz)對增益特性(dB)，在圖6的下部示出了 頻率(Hz)對相位特性(deg)。如圖6所示，根據(jù)要抑制的頻率，靈敏 度函數(shù)從粗線所示的控制器的原始特性改變?yōu)槿缂?xì)線所示。這里，示出 了對500Hz的擾動頻率進(jìn)行抑制的情況下的靈敏度函數(shù)。圖7示出了與圖6相對應(yīng)的位置控制系統(tǒng)的開環(huán)特性的頻率特性的 示例，其中，在圖7的上部示出了頻率(Hz)對增益特性(dB)，在圖7 的下部示出頻率(Hz)對相位特性(deg)。如圖7所示，根據(jù)要抑制的 頻率，開環(huán)特性從粗線所示的控制器的原始特性改變?yōu)槿缂?xì)線所示。這 里，示出了對500Hz的擾動頻率進(jìn)行抑制的情況下的開環(huán)特性。將在圖12或之后具體描述實現(xiàn)用于抑制特定擾動頻率的該靈敏度 函數(shù)或開環(huán)特性的控制器20?；氐綀D4，增益校準(zhǔn)塊34根據(jù)增益校準(zhǔn)指令施加具有預(yù)定頻率的正 弦波擾動SD,檢測在施加該正弦波擾動之前以及之后環(huán)路中的信號，并 在增益乘法塊26中校準(zhǔn)增益。在圖4中，根據(jù)從控制器20輸入的位置 (位置誤差)從加法塊28將用于測量的正弦波擾動SD施加到反饋環(huán)路， 并觀測施加該正弦波擾動之前以及之后的位置誤差。目標(biāo)增益表32存儲
與擾動頻率Fdist相對應(yīng)的目標(biāo)增益G,將與擾動頻率Fdist相對應(yīng)的目 標(biāo)增益G提供給增益校準(zhǔn)塊34，并將其在增益校準(zhǔn)塊34中用作增益校 準(zhǔn)的基準(zhǔn)。如圖5所示，該目標(biāo)增益表32存儲各擾動頻率Fdist的目標(biāo)增益TG1 、TG2.....TGn。與環(huán)路特性相對應(yīng)地決定該目標(biāo)增益，'環(huán)路特性根據(jù)擾動抑制控制變化，如圖6和圖7所示。增益校準(zhǔn)處理現(xiàn)在將描述增益校準(zhǔn)塊34的校準(zhǔn)處理。圖8是描繪了增益校準(zhǔn)塊34 執(zhí)行的增益校準(zhǔn)處理的流程圖，而圖9是描繪了其正弦波擾動的圖。(S10)增益校準(zhǔn)塊34從目標(biāo)增益表32獲取與擾動頻率相對應(yīng)的目 標(biāo)增益TG。(S12)增益校準(zhǔn)塊34向加法塊28施加正弦波擾動SD。圖9示出 了要施加的正弦波擾動SD的波形的示例，并且例如使用800Hz的正弦 波。(S14)增益校準(zhǔn)塊34觀測施加擾動之前以及之后的信號Sl和S2。 在圖4中，觀測(獲取)加法塊28的輸入級作為施加擾動之前的信號(位 置誤差)Sl，并且觀測(獲取)加法塊28的輸出級作為施加擾動之后的 信號(位置誤差)S2。(S16)增益校準(zhǔn)塊34對各個觀測到的信號Sl和S2進(jìn)行DFT (數(shù) 字傅立葉變換)操作，以確定各信號Sl和S2的電平(振幅)。重復(fù)N次， 即重復(fù)盤的圈數(shù)(例如10圈)，并且計算其和^>1和2>2。(S18)增益校準(zhǔn)塊34將施加擾動之前的信號Sl的振幅之和(即 除以施加擾動之后的信號S2的振幅之和(即^>2)，以計算開環(huán)增益Tm。(S20)然后，增益校準(zhǔn)塊34通過將在步驟S10中獲取的與擾動頻 率相對應(yīng)的目標(biāo)增益TG除以測得的開環(huán)增益Tm，來計算校正增益Tc。(S22)增益校準(zhǔn)塊34將該校正增益Tc設(shè)置在增益乘法塊26中， 并且結(jié)束校準(zhǔn)。理想的是針對各擾動頻率設(shè)置該目標(biāo)增益TG，但是這增加了目標(biāo)增
益存儲器32的存儲容量。因此，如圖5所示，表32可存儲Fr (例如旋 轉(zhuǎn)頻率)的倍數(shù)處的目標(biāo)增益TG，從而對于這些倍數(shù)頻率之間的擾動頻 率，通過內(nèi)插來計算與擾動頻率Fr相對應(yīng)的目標(biāo)增益。通過像這樣抑制擾動，使用與擾動頻率對應(yīng)的目標(biāo)增益來校準(zhǔn)開環(huán) 增益，因而即使控制器20的環(huán)路特性改變，也可以不中斷擾動抑制控制 地對開環(huán)增益進(jìn)行校準(zhǔn)。因此，可以不受擾動影響地對開環(huán)增益進(jìn)行精 確校準(zhǔn)。位置控制系統(tǒng)的第二實施例圖10是描繪了本發(fā)明的位置控制系統(tǒng)的第二實施例的框圖。在圖10 中，用相同的附圖標(biāo)記來表示與圖4中相同的組成部件。就像圖4那樣，誤差計算塊24從目標(biāo)位置r減去觀測位置(當(dāng)前位 置)y以計算位置誤差e。控制器20根據(jù)位置誤差e計算插置設(shè)備22(1， 3) 的使位置誤差e為零的驅(qū)動指令值u?？刂破?0例如通過公知的PID控 制、PI控制+LeadLag、以及觀測器控制，來計算驅(qū)動指令值u。增益乘法塊26將來自控制器20的驅(qū)動指令值u乘以設(shè)置的增益(開 環(huán)增益)，并輸出結(jié)果。未示出的功率放大器將該輸出轉(zhuǎn)換為插置設(shè)備 22(1， 3)的驅(qū)動電流I，并驅(qū)動插置設(shè)備22(1, 3)。擾動抑制補(bǔ)償塊30根據(jù)從外部設(shè)置的擾動抑制頻率或者估計的擾 動頻率Fdist來改變控制器20的特性(例如常數(shù))，并通過控制器20添 加擾動頻率抑制特性。增益校準(zhǔn)塊34根據(jù)增益校準(zhǔn)指令施加具有預(yù)定頻率的正弦波擾動 SD，檢測在施加該正弦波擾動之前以及之后環(huán)路中的信號，并在增益乘 法塊26中校準(zhǔn)增益。在圖10中，根據(jù)從控制器輸出的電流電平(驅(qū)動 指令值)從加法塊28-1將用于測量的正弦波擾動SD施加到反饋環(huán)路， 并觀測施加該正弦波擾動之前以及之后的電流。目標(biāo)增益表32存儲與擾 動頻率Fdist相對應(yīng)的目標(biāo)增益G，將該與擾動頻率Fdist相對應(yīng)的目標(biāo) 增益G提供給增益校準(zhǔn)塊34，并將其在增益校準(zhǔn)塊34中用作增益校準(zhǔn) 的基準(zhǔn)。該目標(biāo)增益表32存儲各擾動頻率Fdist的目標(biāo)增益TGl、 TG2、...、
TGn，如圖5或圖10所示。與環(huán)路特性相對應(yīng)地決定該目標(biāo)增益，環(huán)路 特性根據(jù)擾動抑制控制變化，如圖6和圖7所示。除了觀測目標(biāo)是輸出級的電流電平之外，該增益校準(zhǔn)處理與圖8的 相同。這樣，也可通過觀測電流電平來校準(zhǔn)增益。圖11示出了另一目標(biāo)增益表。與圖5中的表32相比，針對各個擾 動頻率Fdist，該表32-l除了目標(biāo)增益之外還具有測量頻率列。換言之， 還可以根據(jù)擾動頻率Fdist來改變測量頻率。這里，如果擾動頻率Fdist是一預(yù)定測量頻率fsd，則該測量頻率變 為fsd+"(a-0)。換言之，如果在位置控制系統(tǒng)對擾動抑制進(jìn)行控制的同 時對控制系統(tǒng)施加與擾動頻率相同的測量頻率作為擾動，則這將意味著 在抑制擾動頻率的同時又將相同的擾動頻率提供給了環(huán)路。因此，擾動抑制功能還抑制測量頻率的正弦波擾動，并且無法測量 精確的開環(huán)增益。因此將測量頻率移動為不與擾動頻率重疊，然后可以 精確測量開環(huán)增益。也可將圖11中的表32-1應(yīng)用于圖4中的第一實施例。第三實施例圖12是描繪了本發(fā)明的位置控制系統(tǒng)的第三實施例的框圖，圖13 是當(dāng)用電流觀測器構(gòu)建圖12中的控制系統(tǒng)時的框圖，而圖14是圖13中 的參數(shù)表。圖12示出了檢測擾動頻率并通過自適應(yīng)控制來抑制擾動的位置控 制系統(tǒng)，并且在圖12中，用相同的附圖標(biāo)記來表示與圖4中相同的組成 部件。換言之，誤差計算塊24從目標(biāo)位置"r"減去觀測位置(當(dāng)前位置) "y"以計算位置誤差"e"。根據(jù)位置誤差"e"，控制器20計算插置設(shè)備 22(1, 3)的使位置誤差"e"為零的驅(qū)動指令值"u"。控制器20例如通過 稍后在圖13中描述的觀測器控制來計算驅(qū)動指令值"u"。增益乘法塊26將來自控制器20的驅(qū)動指令值"u"乘以設(shè)置的增益 (開環(huán)增益)，并輸出結(jié)果。未示出的功率放大器將該輸出轉(zhuǎn)換為插置設(shè) 備22(1, 3)的驅(qū)動電流I，并驅(qū)動插置設(shè)備22(1, 3)。
擾動抑制補(bǔ)償塊30由外部抑制自適應(yīng)控制系統(tǒng)組成。該自適應(yīng)控制 系統(tǒng)具有C0估計部30-l，其基于控制器20的位置誤差，根據(jù)自適應(yīng)規(guī)則來估計擾動頻率Fdist (①)；和表30-2，其存儲與估計的頻率(在此情 況下為角頻率fi))對應(yīng)的控制器20的估計增益L和A。增益校準(zhǔn)塊34根據(jù)增益校準(zhǔn)指令施加具有預(yù)定頻率的正弦波擾動 SD，檢測在施加該正弦波擾動之前以及之后環(huán)路中的信號，并在增益乘 法塊26中校準(zhǔn)增益。在圖12中，根據(jù)從控制器輸入的位置從加法塊28 將用于測量的正弦波擾動SD施加到反饋環(huán)路，并觀測施加該正弦波擾動 之前以及之后的位置。目標(biāo)增益表32存儲與擾動頻率Fdist相對應(yīng)的目標(biāo)增益G，從co估 計部30-1將該與擾動頻率Fdist相對應(yīng)的目標(biāo)增益G提供給增益校準(zhǔn)塊 34，并將其在增益校準(zhǔn)塊34中用作增益校準(zhǔn)的基準(zhǔn)。本實施例還具有開關(guān)SW，該開關(guān)SW用于在增益校準(zhǔn)期間使控制 器20停止將位置誤差輸入到o)估計部30-l。由此，co估計部30-l在增益 校準(zhǔn)期間保持的是開始增益校準(zhǔn)之前的估計擾動頻率。因此，在增益校 準(zhǔn)期間，執(zhí)行擾動抑制控制，但是自適應(yīng)控制被中斷，從而不會因用于 測量增益的正弦波擾動而進(jìn)行多余的自適應(yīng)控制。在本實施例中，控制器20的特性(例如常數(shù))隨著估計的擾動頻率 Fdist而變化，并且由控制器20添加擾動頻率抑制特性?，F(xiàn)在將使用圖13中基于電流觀測器的控制器20更詳細(xì)地描述本實 施例。在圖13中，用相同的附圖標(biāo)記來表示與圖12中相同的組成部件。 圖13所示的電流觀測器是包括在下面的式(1)、 (2)、 (3)、 (4)和(5) 中顯示的偏置補(bǔ)償?shù)碾娏饔^測器。<formula>formula see original document page 17</formula>
<formula>formula see original document page 18</formula>換言之，本實施例是其中將控制器20分離成控制器模型和擾動模型 的自適應(yīng)控制系統(tǒng)的示例。在圖13中，第一計算塊24通過從觀測位置y[k](其是通過對由頭3 讀取的伺服信息進(jìn)行解調(diào)而獲取的)中減去目標(biāo)位置"r"，來計算實際位 置誤差er[k]。第二計算塊40通過從實際位置誤差er[k]中減去觀測器的估 計位置x[k]來計算估計位置誤差e[k]。在控制器模型中，將該估計的位置誤差e[k]輸入到狀態(tài)估計塊42， 并利用控制器的估計增益La (Ll， L2)計算估計校正值(式(1)的右 側(cè))。在加法塊44中，將該結(jié)果與來自延遲塊46的狀態(tài)量(式(1)的 左側(cè))X[k]和v[k]相力B，從而獲得估計位置x[k]和估計速度v[k]，如式(l) 中所示。在式(1)中，由(y[k]-x[k])表示估計位置誤差e[k〗。在第四計算塊48中，用狀態(tài)反饋增益(-Fa-Fl， F2)乘以估計值 x[k]和v[k]，從而獲得致動器1的第一驅(qū)動值u[k]，如式(2)中所示。 另一方面，在第五計算塊52中，用估計增益Aa (式(4)中的2X2矩 陣(1， O))乘以來自加法塊44的式(1)中的估計值x[k]和v[k]。在第六計算塊50中，用估計增益Ba(在式(4)中與u[k]相乘的值) 乘以第四計算塊48中的驅(qū)動值u[k]。在加法塊54中，將這兩個相乘的 結(jié)果相加，從而獲得式(4)中的下一樣本的估計狀態(tài)量x[k+l]和v[k+l]。
將該下一樣本的估計狀態(tài)量輸入到延遲塊46，并且在狀態(tài)估計塊42 中用估計校正值對其進(jìn)行校正。對于來自加法塊44的式(1)的估計值， 在第七計算塊56中獲得估計位置x[k]，然后將該估計位置x[k]輸入到第 二計算塊40。另一方面，在擾動模型中，將估計位置誤差e[k]輸入到擾動的狀態(tài) 估計塊60，并利用估計增益Ldl (L3， L4， L5)計算估計校正值(式(1) 的右側(cè))。在加法塊66中，將該結(jié)果與來自延遲塊62的狀態(tài)量(式(1) 的左側(cè))相加，從而獲得估計的偏置值b[k]以及估計的擾動抑制值zl[k] 和z2[k]，如式(1)中所示。在第八計算塊68中，用狀態(tài)反饋增益(Fdl=F3， F4， F5)乘以估 計值b[k]、 zl[k]和z2[k]，從而獲得致動器1的擾動抑制驅(qū)動值，如式(3) 中所示。另一方面，在第九計算塊64中，用估計增益Adl (式(5)中的b[k] 的增益和2X2矩陣A的增益)乘以來自加法塊66的式(1)的估計值 b[k]、 zl[k]和z2[k]，將結(jié)果輸入到延遲塊62，從而獲得下一樣本的估計 值b[k+l]、 zl[k+l]和z2[k+l]。在加法塊70中，從驅(qū)動值u[k]中減去擾動抑制驅(qū)動值，從而獲得式 (3)的輸出驅(qū)動值uout[k]。換言之，為了分立地設(shè)計控制器模型和擾動模型，在控制器模型和 擾動模型之間分離估計的增益L，并且在控制器模型和擾動模型之間分離 反饋增益F。稍后將詳細(xì)描述擾動觀測器的設(shè)計?，F(xiàn)在，提供觀測器的估計位置誤差e[k]作為對自適應(yīng)控制系統(tǒng)30-1 的輸入。觀測器的估計位置誤差e[k]是計算塊40的實際位置誤差(r-y[k]) 與觀測器的估計位置x[k]之間的差值。擾動抑制自適應(yīng)控制系統(tǒng)具有"估計部30-l，其根據(jù)自適應(yīng)規(guī)則 估計擾動頻率；和表30-2 (32)，其存儲根據(jù)估計的頻率(在此情況下為 角頻率")的估計增益L和A以及目標(biāo)增益。co估計部30-l利用下面的 自適應(yīng)公式(6)基于估計的誤差e[k]計算估計角頻率"l[k]。哮]=wp-1] + & .Z5'，—Z4:，gW. ... (6)
該自適應(yīng)表達(dá)具有利用估計的擾動增益L4和L5、估計的擾動值Zl [k]和z2[k]、以及估計的位置誤差e[k]自適應(yīng)地校正前一樣本的估計角頻率 "l[k-l]的積分形式。Ka是預(yù)定增益。基于加法塊66的估計值，獲得估計的擾動值zl[k]和z2[k]，并將其 輸出到co估計部30-1。 co估計部30-l具有計算部，用于計算式(6) 中的"自適應(yīng)公式的第二項(Ka---e[k]);延遲部，用于將估計的"[k]延 遲一個樣本；和加法部，用于將延遲的co("[k-l])與在計算部中的第二項 的計算結(jié)果相加。換言之，計算出式(6)的自適應(yīng)公式。另一方面，表30-2存儲根據(jù)估計的擾動頻率Fdist(估計的角頻率w ) 的值L1、 L2、 L3、 L4禾卩L5、 all、 a12、 a21和a22、以及目標(biāo)增益的值， 如圖14中所示?；谠摫?0-2的Ll、 L2、 L3、 L4禾Q L5，狀態(tài)估計塊 42和60的L1、 L2、 L3、 L4和L5隨著估計的角頻率而改變。另外，基 于該表30-2的all、 a12、 a21和a22，第九計算塊64的all、 a12、 a21 和a22 (見式(5))隨著估計的角頻率而改變。換言之，根據(jù)擾動(角)頻率"，在沒有改變狀態(tài)反饋增益F的情 況下改變了擾動模型和估計增益。這里，不僅陷波濾波器形式的用于對 頻率特性整形的擾動模型受到影響，而且觀測器的所有估計增益都受到 影響。換言之，如果擾動頻率"或者擾動模型改變，則不僅式(1)的擾 動估計增益L4和L5受到影響，而且位置、速度和偏置的所有增益L1、 L2和L3都受到影響。具體地說，如果在擾動模型被設(shè)計成整形濾波器 的形式時在極點配置中值^2大，即，如果在頻率特性中陷波濾波器形式 的抑制區(qū)域的寬度寬，則這種影響是主要的。因此，必須根據(jù)擾動頻率 來改變從L1到L5的所有估計增益。估計增益的值通過極點配置方法進(jìn) 行計算，并且預(yù)先存儲在表30-2中。另一方面，就像圖12那樣，增益校準(zhǔn)塊34根據(jù)增益校準(zhǔn)指令施加 具有預(yù)定頻率的正弦波擾動SD，檢測在施加該正弦波擾動之前以及之后 環(huán)路中的信號，并計算增益乘法塊26的增益。針對從用擾動觀測器構(gòu)建 的控制器20輸入的位置，從加法塊28將用于測量的正弦波擾動SD施加 到反饋環(huán)路，并觀測施加該正弦波擾動之前以及之后的位置。 這里，如圖14所示，將目標(biāo)增益表與參數(shù)表30-2整合。換言之，參數(shù)表30-2存儲與擾動頻率Fdist相對應(yīng)的目標(biāo)增益G，從"估計部30-1 將該與擾動頻率Fdist相對應(yīng)的目標(biāo)增益G提供給增益校準(zhǔn)塊34，并將 其在增益校準(zhǔn)塊34中用作增益校準(zhǔn)的基準(zhǔn)。本實施例還具有開關(guān)SW，該開關(guān)SW用于在增益校準(zhǔn)期間使控制 器20停止將位置誤差輸入到co估計部30-l。由此，co估計部30-l在增益 校準(zhǔn)期間保持的是開始增益校準(zhǔn)之前的估計擾動頻率。因此，在增益校 準(zhǔn)期間，執(zhí)行擾動抑制控制，但是自適應(yīng)控制被中斷，從而不會因用于 測量增益的正弦波擾動而進(jìn)行多余的自適應(yīng)控制。這樣，通過構(gòu)建具有擾動觀測器的控制器，可以容易地將期望的擾 動抑制功能添加至該控制器。此外，可以通過改變估計增益而容易地實 現(xiàn)擾動抑制自適應(yīng)控制。圖15示出了另一參數(shù)表，而圖16是描述其操作的圖。與圖14中的 表30-2相比，在該表30-2中，除了估計增益和目標(biāo)增益之外，還為各擾 動頻率Fdist創(chuàng)建了測量頻率的列FcaI。換言之，還可根據(jù)擾動頻率Fdist 來改變測量頻率。這里，如圖16所示，將從擾動頻率Fdist偏離了oc的頻率設(shè)置為測 量頻率。因此，將測量頻率從擾動頻率移開而沒有重疊，并且可精確測 量開環(huán)增益。'圖17示出了另一參數(shù)表，而圖18是描述其操作的圖。與圖14中的 表30-2相比，在該表30-2中，除了估計增益和目標(biāo)增益之外，還為各擾 動頻率Fdist創(chuàng)建了測量頻率的列Fcal。在圖17中，就像在圖11中那樣，如果擾動頻率Fdist是測量頻率fsd， 則該測量頻率被變?yōu)閒sd+a(c^O)或fsd-a。此外，如圖18所示，如果擾 動頻率低于該測量頻率fsd，則將該測量頻率設(shè)置為高于擾動頻率Fdist (例如fsd+")，而如果擾動頻率高于該測量頻率fsd，則將該測量頻率設(shè) 置為低于擾動頻率Fdist (例如fsd-")。換言之，將測量頻率從擾動頻率移開，但是如果移動范圍不當(dāng)，則 增益校準(zhǔn)變難。例如，如果將測量頻率設(shè)置得低，則測量頻率會超過伺
服頻帶的下限，而如果將測量頻率設(shè)置得高，則測量頻率會超過伺服頻 帶的上限，因此測量自身變得困難。因此，在擾動頻率低的區(qū)域中，將測量頻率設(shè)置為高于擾動頻率Fdist (例如fsd+")，而在擾動頻率高的區(qū)域中，將測量頻率設(shè)置為低于擾動 頻率Fdist (例如fsd-a )。在擾動頻率的列FrXK(-fsd)中，設(shè)置了兩個測量頻率(fsd+a)和 (fsd-a)，并且設(shè)置了對應(yīng)的目標(biāo)增益GK1和GK2。由此，可在邊界處 切換增益的內(nèi)插。設(shè)計擾動觀測器現(xiàn)在將描述擾動觀測器的設(shè)計過程。下面的模擬式(式(7))給出 了當(dāng)致動器1為二重積分模型時的觀測器控制系統(tǒng)。<formula>formula see original document page 22</formula>(7)在式(7)中， "v"是估計速度，s"是拉普拉斯(Laplace)運算符，"x"是估計位置， fy"是當(dāng)前位置，是目標(biāo)位置，Ll和L2分別是 位置和速度的估計增益，"u"是驅(qū)動電流，Bl/m是致動器l的力常數(shù)。該控制系統(tǒng)具有靈敏度函數(shù)1/(l+CP)，并且由下式(8)中的二次濾 波器來定義對該靈敏度函數(shù)的擾動抑制。<formula>formula see original document page 22</formula>由下式(9)給出其分母為整形濾波器的分子的擾動模型。 <formula>formula see original document page 22</formula>
存在三種在原始控制器的觀測器(式(7))中設(shè)置該擾動模型的可能方法。
第一種方法是將擾動模型原樣地設(shè)置在式(9)中。換言之，這是二次濾波器，所以如果擾動的估計狀態(tài)量為zl和z2，并且擾動的估計增益 為L3和L4，則該觀測器控制系統(tǒng)由式(10)表示。<formula>formula see original document page 23</formula>
10)乂第二種方法是展開"l的平方項，通過變換式(10)獲得式(11X<formula>formula see original document page 23</formula>
11)所 乂第三種方法是反轉(zhuǎn)式(11)中col的符號，并且由式(12)給出
<formula>formula see original document page 24</formula>所可以根據(jù)這些方法中的任一種進(jìn)行設(shè)計。第二種和第三種方法在將 模型變換到數(shù)字控制系統(tǒng)中時尤其有效。換言之，兩個狀態(tài)變量zl和z2 是均衡的，并且針對這兩個狀態(tài)變量，觀測器的估計增益L3和L4的值 相距不是非常遠(yuǎn)。此時，通過指定極點(結(jié)合了式(8)的整形濾波器的(在式(8) 的分母為0時得出的)極點以及用于設(shè)計原始觀測器控制系統(tǒng)的極點)， 來設(shè)計估計增益L1、 L2、 L3禾BL4的值。下式(13)給出了結(jié)合了二次濾波整形與傳統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)偏置估計 '測器控制系統(tǒng)。<formula>formula see original document page 24</formula>這樣，首先考慮用于整形的濾波器形式，然后將擾動模型添加到設(shè) 計中的觀測器。因此，可以自由地成形，而不受原始擾動模型的物理響 應(yīng)特性的限制。迄今為止的描述都是針對模擬設(shè)計的。但是另一方面，為了設(shè)計數(shù) 字控制系統(tǒng)，在模擬空間創(chuàng)建擾動模型，并且構(gòu)建放大模型，然后將該 放大模型變換(數(shù)字化)到數(shù)字空間之后，在數(shù)字空間中指定極點配置。當(dāng)擾動模型具有二次濾波器的特性時，如果將所述放大模型變換到 離散系統(tǒng)，則用于設(shè)計觀測器的估計增益的矩陣A中的擾動模型的兩個 變量zl和Z2都影響致動器1。因此，進(jìn)行校正以使得擾動模型的變量中僅有一個影響致動器1， 更具體地說，以使得僅有與模擬設(shè)計中的變量相同的一個變量影響致動 器l。換言之，在數(shù)字化之后，對所述放大模型進(jìn)行校正。具體地說，當(dāng)使用二次濾波器的式(11)的形式的模擬模型被數(shù)字 化(即，進(jìn)行Z變換并將結(jié)果轉(zhuǎn)換成SI單位)時，得到了下式(14)。<formula>formula see original document page 25</formula>在式(14)中，z是Z變換符號，并且T是采樣周期。這里，關(guān)注 矩陣A，即A13、 A14、 A23和A24。僅僅通過數(shù)字化，A14和A24都不 會變?yōu)?0"。換言之，用于設(shè)計觀測器的估計增益的矩陣A中的擾動模 型的兩個變量zl和z2都影響致動器1 。因此，在將模擬模型數(shù)字化之后，將矩陣A中的擾動模型的狀態(tài)變 量zl和z2用以影響致動器1的系數(shù)替換。在式(14)的示例的情況下，按照下式(15)對矩陣A進(jìn)行校正。
廁<formula>formula see original document page 26</formula>...(15)'IL在數(shù)字控制系統(tǒng)中，距離單位是軌道，用最大電流作為"r對電舒 值進(jìn)行歸一化，速度和加速度的單位不是秒，但是必須根據(jù)采樣頻率進(jìn) 行歸一化。同樣地，如果將式(13)中模擬格式的觀測器變換成電流觀測器格式，則得到式(16)<formula>formula see original document page 26</formula>附丄尸0、0 >這樣，如果將擾動模型設(shè)計為分立結(jié)構(gòu)，則可以用擾動模型分立地建立式(16),如圖12所示。換言之，在式(16)與式(1)至式(5)的比較中，式(2)和(4) 是控制器的模型獨立的情況下的式(16)，其中，并且式(3)和(5)是 擾動模型50分立時的式(16)。第四實施例圖19是描繪了圖1中的MCU14執(zhí)行的用于抑制擾動的位置控制系 統(tǒng)的第四實施例的框圖。該位置控制系統(tǒng)是用于檢測擾動頻率并抑制具 有預(yù)定頻率的正弦波擾動的控制系統(tǒng)。在圖19中，用相同的附圖標(biāo)記來
表示與圖4中相同的組成部件。在計算單元24中計算從(HDC11中的)接口電路ll-l提供的目標(biāo) 位置r與觀測位置y之間的位置誤差e。將該位置誤差e輸入到進(jìn)行反饋 控制的控制器20(Cn)?？刂破?0通過公知的PID控制、PI控制+LeadLag、 以及觀測器控制，輸出控制電流值Un。向該控制器20添加用于估計擾動頻率的頻率估計單元(w估計)30、 以及用于通過自適應(yīng)控制來抑制具有特定頻率的擾動的補(bǔ)償器(Cd) 20-1。在加法塊20-2中確定控制器20 (Cn)的輸出Un與補(bǔ)償器20-1 (Cd) 的輸出Ud之和U,并將其經(jīng)由增益乘法塊26提供給插置設(shè)備22 (1 ， 3)。 由此，將由致動器1驅(qū)動的頭3的位置(其為控制目標(biāo)22)控制為跟隨 擾動。換言之，裝置因擾動振動，所以頭3相對于磁盤4的位置也被控 制為跟隨該擾動，因而頭3與磁盤4的位置關(guān)系不變。如圖12所示，該頻率估計單元30基于位置誤差e來估計擾動的角 頻率co (=27tf)，并將其提供給補(bǔ)償器20-l的擾動頻率抑制的轉(zhuǎn)換函數(shù)。 補(bǔ)償器20-1基于位置誤差e和該估計的角頻率co ，計算正弦波的遞推公 式(自適應(yīng)控制公式)，并且計算補(bǔ)償電流輸出Ud。這樣，為了處理具有特定范圍內(nèi)的未知頻率的擾動，檢測擾動頻率， 并抑制該未知頻率。作為估計未知頻率并抑制該未知頻率的擾動的方法， 假定可以使用采用正弦波遞推公式或者基于誤差信號e提供自適應(yīng)規(guī)則 并且對控制目標(biāo)的驅(qū)動量進(jìn)行校正的上述方法。此外，還可使用如下方 法基于誤差信號e估計耒知頻率，產(chǎn)生對位置電平的擾動抑制信號， 校正該誤差信號，并將其輸入到控制器中。這里，接口電路ll-l從外部接收擾動抑制頻率，并將其設(shè)置在頻率 估計單元30中作為頻率估計單元30的初始值(擾動的角頻率的初始值)。 因此，補(bǔ)償器20-l從該初始值開始執(zhí)行自適應(yīng)控制。換言之，將頻率估計單元30的初始值(其通?；跀_動頻率未知這 一假設(shè))設(shè)置在跟隨范圍的中央并具有位置誤差e，并且逐漸到達(dá)擾動頻 率，但是在本實施例中，將已知擾動頻率設(shè)置為初始值，因此位置控制
直接從該已知擾動頻率開始，并且即使該頻率隨后改變，估計的頻率也 會從該頻率跟隨。在從外部設(shè)置擾動頻率的該位置控制系統(tǒng)中，安裝有增益校準(zhǔn)塊34和目標(biāo)增益表32。增益校準(zhǔn)塊34根據(jù)增益校準(zhǔn)指令施加具有預(yù)定頻率的 正弦波擾動SD，檢測在施加該正弦波擾動之前以及之后環(huán)路中的信號， 并校準(zhǔn)增益乘法塊26的增益。在圖19中，根據(jù)從控制器輸入的位置， 從加法塊28將用于測量的正弦波擾動SD施加到反饋環(huán)路，并觀測施加 該正弦波擾動之前以及之后的位置。目標(biāo)增益表32存儲與擾動頻率Fdist相對應(yīng)的目標(biāo)增益G，從"估 計部30將該與擾動頻率Fdist相對應(yīng)的目標(biāo)增益G提供給增益校準(zhǔn)塊34， 并將其在增益校準(zhǔn)塊34中用作增益校準(zhǔn)的基準(zhǔn)。本實施例還具有開關(guān)SW，該開關(guān)SW用于在增益校準(zhǔn)期間停止將 位置誤差輸入到co估計部30。由此，o估計部30在增益校準(zhǔn)期間保持的 是開始增益校準(zhǔn)之前的估計擾動頻率。因此，在增益校準(zhǔn)期間，執(zhí)行擾 動抑制控制，但是自適應(yīng)控制被中斷，從而不會因用于測量增益的正弦 波擾動進(jìn)行多余的自適應(yīng)控制。這樣，還可將本發(fā)明應(yīng)用于從外部設(shè)置擾動頻率的位置控制系統(tǒng)。第五實施例圖20是描繪了圖1中的MCU14執(zhí)行的用于抑制擾動的位置控制系 統(tǒng)的第五實施例的框圖。該位置控制系統(tǒng)是用于檢測擾動頻率并抑制具 有預(yù)定頻率的正弦波擾動的控制系統(tǒng)。在圖20中，用相同的附圖標(biāo)記來 表示與圖4、圖12和圖19中相同的組成部件。在圖20中，在計算單元24中計算從(HDC 11中的)接口電路11-1 提供的目標(biāo)位置r與觀測位置y之間的位置誤差e。將該位置誤差e輸入 到進(jìn)行反饋控制的控制器20 (Cn)。控制器20通過公知的PID控希ij、 PI 控制+LeadLag、以及觀測器控制，輸出控制電流值Un。向該控制器20添加用于將擾動頻率轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的角頻率的頻率轉(zhuǎn) 換器30、以及用于通過自適應(yīng)控制來抑制具有特定頻率的擾動的補(bǔ)償器 (Cd) 20-1。
通過加法塊20-2和增益乘法塊26將控制器20 (Cn)的輸出Un與 補(bǔ)償器20-l (Cd)的輸出Ud之和U提供給插置設(shè)備22 (1， 3)。由此， 將由致動器1驅(qū)動的頭3的位置(其為控制目標(biāo)22)控制為跟隨擾動。 換言之，裝置因擾動而振動，所以頭3相對于磁盤4的位置也被控制為 跟隨該擾動，并且頭3與磁盤4的位置關(guān)系不變。
該頻率轉(zhuǎn)換器30將角頻率"(-2;rf)提供給補(bǔ)償器20-1的擾動頻 率抑制的轉(zhuǎn)換函數(shù)。補(bǔ)償器20-1基于位置誤差e和該估計的角頻率"， 計算正弦波的遞推公式(自適應(yīng)控制公式)，并且計算補(bǔ)償電流輸出Ud。
這樣，為了處理具有特定范圍內(nèi)的頻率的擾動，根據(jù)擾動頻率來抑 制變化的擾動頻率。作為該方法，假定可以使用正弦波遞推公式或者基 于誤差信號e引入自適應(yīng)規(guī)則并且對控制目標(biāo)的驅(qū)動量進(jìn)行校正的上述 方法。此外，還可使用如下方法基于誤差信號"e"估計未知頻率，產(chǎn) 生對位置電平的擾動抑制信號，校正該誤差信號，并將其輸入到控制器 中。
在本實施例中，接口電路ll-l從外部接收擾動抑制頻率，并將其設(shè) 置在頻率轉(zhuǎn)換器30中。因此，補(bǔ)償器20-l從該初始值(角頻率)開始執(zhí) 行自適應(yīng)控制。
因為將已知擾動頻率設(shè)置為初始值，因此位置控制直接從該已知擾 動頻率開始，并且即使該頻率隨后改變，補(bǔ)償器20-l的補(bǔ)償電流Ud也 會從該頻率跟隨。
這樣，該位置控制系統(tǒng)具有改變內(nèi)部常數(shù)(在圖5和圖6的情況下 為角頻率)的裝置或者根據(jù)要選擇性地抑制的擾動頻率的設(shè)置值的結(jié)構(gòu)， 并且可以經(jīng)由接口 H-l從外部參考或設(shè)置該擾動頻率。
其他實施例
在以上實施例中，使用磁盤裝置的頭定位裝置的示例描述了位置控 制裝置，但是本發(fā)明還可應(yīng)用于其他介質(zhì)存儲裝置，諸如光盤裝置或用 于控制對象的位置的其他裝置。根據(jù)需要，擾動頻率的數(shù)量可以是任意 的，因此要使用的擾動模型的數(shù)量也可以是任意的。使用二次濾波器描 述了這些實施例，但是根據(jù)需要抑制的頻率，可以使用一次濾波器或者
一次濾波器和二次濾波器的組合。
使用這些實施例描述了本發(fā)明，但是在本發(fā)明的實質(zhì)性特征的范圍 內(nèi)，可以以各種方式修改本發(fā)明，不應(yīng)將這些變型排除在本發(fā)明的范圍 之外。
由于擾動抑制控制，即使反饋控制器的環(huán)路特性改變，也可使用根 據(jù)擾動頻率的目標(biāo)增益來校準(zhǔn)開環(huán)增益，因此可以不中斷擾動抑制控制 地校準(zhǔn)開環(huán)增益。因此，可以不受擾動影響地對開環(huán)增益進(jìn)行精確校準(zhǔn)， 并且可以進(jìn)行精確的位置控制。
本申請基于并要求在2006年9月12日提交的第2006-246451號在 先曰本專利申請的優(yōu)先權(quán)，通過引用將其全部內(nèi)容合并于此。
權(quán)利要求
1、 一種位置控制方法，用于通過致動器來控制對象的位置使其到達(dá) 預(yù)定位置，所述方法包括以下步驟位置誤差計算步驟，基于所述對象的目標(biāo)位置和所述對象的當(dāng)前位 置來計算位置誤差；驅(qū)動值計算步驟，基于所述位置誤差使用預(yù)定反饋環(huán)路來計算對擾 動頻率分量進(jìn)行抑制的控制值，并且通過將所述控制值乘以環(huán)路增益來 計算所述致動器的驅(qū)動值；目標(biāo)環(huán)路增益獲取步驟，從表中獲取與所述擾動頻率對應(yīng)的目標(biāo)環(huán) 路增益；測量步驟，將測量頻率的擾動添加到所述反饋環(huán)路，并測量所述反 饋環(huán)路的環(huán)路增益；以及校準(zhǔn)步驟，基于測得的環(huán)路增益和所述目標(biāo)環(huán)路增益，對所述驅(qū)動 值計算步驟的環(huán)路增益進(jìn)行校準(zhǔn)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的位置控制方法，其中，所述目標(biāo)環(huán)路增益 獲取步驟包括如下步驟根據(jù)所述擾動頻率獲取測量頻率，以及其中，所述測量步驟包括如下步驟將所獲取的測量頻率的擾動添加到所述反饋環(huán)路，并測量所述反饋環(huán)路的環(huán)路增益。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的位置控制方法，其中，所述獲取測量頻率 的步驟包括如下步驟獲取與所述擾動頻率不重疊的測量頻率。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的位置控制方法，其中，所述驅(qū)動值計算步驟包括以下步驟基于自適應(yīng)控制根據(jù)所述位置誤差來估計所述擾動頻率； 根據(jù)所估計的擾動頻率來計算對擾動頻率分量進(jìn)行抑制的控制值；以及通過將所述控制值乘以環(huán)路增益來計算所述致動器的驅(qū)動值。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的位置控制方法，該方法還包括如下步驟在校準(zhǔn)所述環(huán)路增益期間，中斷根據(jù)所述位置誤差對所述擾動頻率的估 計。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的位置控制方法，其中，所述驅(qū)動值計算步 驟包括以下步驟基于自適應(yīng)控制根據(jù)所述位置誤差來估計所述擾動頻率，并且根據(jù) 所估計的擾動頻率改變控制器的常數(shù)；以及根據(jù)所述位置誤差使用改變的控制器來計算對擾動頻率分量進(jìn)行抑 制的控制值，并將該結(jié)果乘以環(huán)路增益以計算所述致動器的驅(qū)動值。
7、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的位置控制方法，其中，所述驅(qū)動值計算步驟包括以下步驟基于自適應(yīng)控制根據(jù)所述位置誤差來估計所述擾動頻率； 根據(jù)所估計的擾動頻率來改變用觀測器構(gòu)建的控制器的常數(shù)；以及 使用改變的觀測器根據(jù)所述位置誤差來計算對擾動頻率分量進(jìn)行抑 制的控制值，并將該結(jié)果乘以環(huán)路增益以計算所述致動器的驅(qū)動值。
8、 一種位置控制裝置，用于通過致動器來控制對象的位置使其到達(dá) 預(yù)定位置，所述位置控制裝置包括控制單元，基于所述對象的目標(biāo)位置和所述對象的當(dāng)前位置來計算 位置誤差，基于所述位置誤差使用預(yù)定反饋環(huán)路來計算對擾動頻率分量 進(jìn)行抑制的控制值，并將該控制值乘以環(huán)路增益以計算所述致動器的驅(qū)動值；和表，存儲與所述擾動頻率對應(yīng)的目標(biāo)環(huán)路增益，其中，所述控制單元從所述表中獲取與所述擾動頻率對應(yīng)的目標(biāo)環(huán) 路增益，將測量頻率的擾動添加到所述反饋環(huán)路，測量所述反饋環(huán)路的 環(huán)路增益，并基于測得的環(huán)路增益和所述目標(biāo)環(huán)路增益對所述控制值計 算中的環(huán)路增益進(jìn)行校準(zhǔn)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的位置控制裝置，其中，所述控制單元根據(jù) 所述擾動頻率從所述表中獲取測量頻率，將所獲取的測量頻率的擾動添 加到所述反饋環(huán)路，并測量所述反饋環(huán)路的環(huán)路增益。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的位置控制裝置，其中，所述控制單元從 所述表中獲取與所述擾動頻率不重疊的測量頻率。
11、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的位置控制裝置，其中，所述控制單元基 于自適應(yīng)控制根據(jù)所述位置誤差來估計所述擾動頻率，根據(jù)所估計的擾 動頻率來計算對擾動頻率分量進(jìn)行抑制的控制值，并將該控制值乘以環(huán) 路增益以計算所述致動器的驅(qū)動值。
12、 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的位置控制裝置，其中，所述控制單元在 校準(zhǔn)所述環(huán)路增益期間中斷根據(jù)所述位置誤差對所述擾動頻率的估計。
13、 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的位置控制裝置，其中，所述控制單元基 于自適應(yīng)控制根據(jù)所述位置誤差來估計所述擾動頻率，根據(jù)所估計的擾 動頻率改變控制器的常數(shù)，根據(jù)所述位置誤差使用改變的控制器來計算 對擾動頻率分量進(jìn)行抑制的控制值，并將該控制值乘以環(huán)路增益以計算 所述致動器的驅(qū)動值。
14、 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的位置控制裝置，其中，所述控制單元基于自適應(yīng)控制根據(jù)所述位置誤差來估計所述擾動頻率，根據(jù)所估計的擾 動頻率來改變用觀測器構(gòu)建的控制器的常數(shù)，使用改變的觀測器根據(jù)所 述位置誤差來計算對擾動頻率分量進(jìn)行抑制的控制值，并將該控制值乘 以環(huán)路增益以計算所述致動器的驅(qū)動值。
15、 一種介質(zhì)存儲裝置，該介質(zhì)存儲裝置包括-頭，至少讀取存儲介質(zhì)上的數(shù)據(jù)；致動器，將所述頭定位到所述存儲介質(zhì)上的預(yù)定位置處； 控制部，基于所述頭的目標(biāo)位置和從所述頭獲取的當(dāng)前位置來計算 位置誤差，基于所述位置誤差使用預(yù)定反饋環(huán)路來計算對擾動頻率分量 進(jìn)行抑制的控制值，并將該控制值乘以環(huán)路增益以計算所述致動器的驅(qū) 動值；和表，存儲根據(jù)所述擾動頻率的目標(biāo)環(huán)路增益，其中，所述控制部從所述表中獲取與所述擾動頻率對應(yīng)的目標(biāo)環(huán)路 增益，將測量頻率的擾動添加到所述反饋環(huán)路，測量所述反饋環(huán)路的環(huán) 路增益，并基于測得的環(huán)路增益和所述目標(biāo)環(huán)路增益對所述控制值計算 中的環(huán)路增益進(jìn)行校準(zhǔn)。
16、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的介質(zhì)存儲裝置，其中，所述控制部根據(jù)所述擾動頻率從所述表中獲取測量頻率，將所獲取的測量頻率的擾動添 加到所述反饋環(huán)路，并測量所述反饋環(huán)路的環(huán)路增益。
17、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的介質(zhì)存儲裝置，其中，所述控制部從所 述表中獲取與所述擾動頻率不重疊的測量頻率。
18、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的介質(zhì)存儲裝置，其中，所述控制部基于自適應(yīng)控制根據(jù)所述位置誤差來估計所述擾動頻率，根據(jù)所估計的擾動 頻率來計算對擾動頻率分量進(jìn)行抑制的控制值，并將該控制值乘以環(huán)路 增益以計算所述致動器的驅(qū)動值。
19、 根據(jù)權(quán)利要求18所述的介質(zhì)存儲裝置，其中，所述控制部在校 準(zhǔn)所述環(huán)路增益期間中斷根據(jù)所述位置誤差對所述擾動頻率的估計。
20、 根據(jù)權(quán)利要求18所述的介質(zhì)存儲裝置，其中，所述控制部基于 自適應(yīng)控制根據(jù)所述位置誤差來估計所述擾動頻率，根據(jù)所估計的擾動 頻率改變控制器的常數(shù)，根據(jù)所述位置誤差使用改變的控制器來計算對 擾動頻率分量進(jìn)行抑制的控制值，并將該控制值乘以環(huán)路增益以計算所 述致動器的驅(qū)動值。
21、 根據(jù)權(quán)利要求18所述的介質(zhì)存儲裝置，其中，所述控制部基于 自適應(yīng)控制根據(jù)所述位置誤差來估計所述擾動頻率，根據(jù)所估計的擾動 頻率來改變用觀測器構(gòu)建的控制器的常數(shù)，使用改變的觀測器根據(jù)所述 位置誤差來計算對擾動頻率分量進(jìn)行抑制的控制值，并將該控制值乘以 環(huán)路增益以計算所述致動器的驅(qū)動值。
全文摘要
本發(fā)明提供了具有擾動抑制功能的位置控制方法和裝置、介質(zhì)存儲裝置。在該具有擾動抑制功能的位置控制裝置中，在不停止擾動抑制控制的情況下校準(zhǔn)環(huán)路增益。為了進(jìn)行擾動抑制控制，該位置控制裝置具有反饋控制器，用于改變環(huán)路特性；表，用于存儲與擾動頻率對應(yīng)的目標(biāo)增益；和增益校準(zhǔn)部，用于校準(zhǔn)開環(huán)增益。根據(jù)反饋控制器的環(huán)路特性的變化，使用所述表中的目標(biāo)增益來校準(zhǔn)所述增益。可以不中斷擾動抑制控制地對開環(huán)增益進(jìn)行校準(zhǔn)，因此可以不受擾動影響地對開環(huán)增益進(jìn)行精確校準(zhǔn)，并且可進(jìn)行精確的位置控制。
文檔編號G11B21/08GK101145376SQ20071010382
公開日2008年3月19日 申請日期2007年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月12日
發(fā)明者高石和彥 申請人:富士通株式會社