CN102237101A - 滑模变结构伺服控制器及其伺服控制方法 - Google Patents

Abstract

一种用于NVD系统光盘机的滑模变结构伺服控制器及其伺服控制方法，该滑模变结构伺服控制器的特点是具有一个滑模变结构控制运算模块，该滑模变结构控制运算模块由状态空间方程模块、滑模切换面模块、滑模趋近律模块和滑模变结构控制律模块构成，其伺服控制方法是由所述的DSP模块输出光学读取头的下一时刻的位置指令R(s)和光电探测器探测并输出当前光学读取头的位置信号X(s)输入到所述的滑模变结构控制运算模块，经数据处理后输出电压控制信号u(s)，该电压控制信号u(s)经所述的电机驱动模块驱动所述的光学读取头的运动。本发明具有鲁棒性强，伺服精度高，速度快和控制稳定性高等优点。

Description

滑模变结构伺服控制器及其伺服控制方法

技术领域

本发明涉及光盘控制，尤其涉及一种用于NVD系统光盘机的滑模变结构伺服控制器及其伺服控制方法。

背景技术

NVD(Next-generation Versatile Disc)系统是由中国科学院上海光学精密机械研究所研发的具有自主知识产权的新一代光存储系统。在光存储系统的各部分组件中，伺服控制系统对整个光存储系统的性能具有举足轻重的作用。只有控制精度高、速度快和鲁棒性强的伺服控制系统，才能提高光存储系统的整体应用价值。开发专门应用于NVD系统的具有自主知识产权的伺服控制系统势在必行。

相较于传统的光存储系统而言，NVD系统具有更大的存储容量。同时也具备道间距更窄、信息坑长度更短和数据区更宽等物理格式上的特点。这些特点对光盘的伺服精度和控制系统的性能，如快速性和鲁棒性提出了更高的要求。

传统的光盘伺服控制往往采用经典线性控制，如PID控制或者相位超前滞后校正控制等方法。这些方法虽然在工业应用上具有结构简单和应用成熟等优点，但是对于NVD系统这样的高密度存储光盘的伺服精度要求，传统伺服控制方法仍具有一定的局限性。而且在车载光存储系统，运动环境中光存储系统条件下，不可避免的外界摄动干扰也会对伺服控制产生很大的影响。此外盘片缺陷以及光盘驱动器工作中会出现离焦轴向跳动等动作，传统的伺服控制方法显然不能满足这种快速性和高稳健性的要求。

光盘的伺服控制本质上就是通过控制算法来控制电机和执行机构准确地访问盘片信息记录坑点。如何快速地、准确地、不受干扰地搜索信息坑点和控制光学头则是提高伺服性能的关键问题。

以聚焦伺服为例，参考图8，图8为现有的传统的伺服控制器结构图。传统的伺服控制器由PID控制器模块1-a、电机驱动模块2、光学读取头3、盘片4、光电探测器5和DSP模块6组成。传统的PID控制器模块1-a的作用是通过调整三个伺服模块(P、I、D)的参数，设计合适的控制律，输出控制信号，完成伺服动作。

传统的聚集伺服控制是通过“S曲线”法来实现的。“S曲线”法即上下移动光学读取头的透镜3-b，探测从光盘表面反射产生的聚集误差信号(FES)，在光学头远离和靠近盘片的过程中，FES信号会呈现“S”型曲线。“S曲线”的中心则为焦点位置。由于NVD系统的数值孔径(NA)小于一般的DVD系统，若在盘片表面有污损或者有外部扰动时，会导致“S曲线”的搜寻时间加长，从而导致伺服性能下降。

此外在循迹伺服环节中，传统的跳轨动作完成之后需要检测焦点是否丢失，若光学头离焦，则还需重复上述聚焦过程，如此往复，伺服效率较低，不能满足NVD高密度光存储光盘系统的快速、高效性要求。

综上所述，传统的伺服控制方法在应用于NVD高密度存储光盘时，并不能完全满足伺服性能要求。需要设计出适用于NVD系统的具有高速度、高精度和强鲁棒性的伺服控制系统。

发明内容

针对上述现有的技术问题，本发明的目的在于提供一种用于NVD系统光盘机的滑模变结构伺服控制器及其伺服控制方法，以满足NVD系统的高精度、高速度、鲁棒性强和对外界摄动具有完全自适应性的优点。

本发明的技术解决方案如下：

一种用于NVD系统光盘机的滑模变结构伺服控制器，包括控制运算模块、电机驱动模块、光学读取头、光电探测器和DSP模块其特征在于所述的控制运算模块是滑模变结构控制运算模块，该滑模变结构控制运算模块由状态空间方程模块、滑模切换面模块、滑模趋近律模块和滑模变结构控制律模块构成，其连接关系是：

由所述的DSP模块输出光学读取头的下一时刻的位置指令R(s)输入到所述的滑模变结构控制运算模块，所述的光电探测器探测并输出当前光学读取头的位置信号X(s)负反馈到所述的滑模变结构控制运算模块，经数据处理后输出电压控制信号u(s)，该电压控制信号u(s)经所述的电机驱动模块驱动所述的光学读取头的运动。

所述的滑模变结构伺服控制器的伺服控制方法，包括下列步骤：

①所述的DSP模块输出光学读取头的下一时刻的位置指令R(s)，所述的光电探测器(5)探测并输出当前光学读取头的位置信号X(s)，并获得误差信号e(s)＝R(s)-X(s)；

②所述的滑模变结构控制运算模块进行数据处理：

所述的状态空间方程模块向所述的滑模变结构控制律模块输出光学读取头的状态空间方程：

${\stackrel{\·}{X}}_2=-a_2\·X_1-a_1\·X_2{+a}_3\·u,$

${\stackrel{\·}{X}}_1=X_2,$

其中：X₁和X₂分别为光学读取头的焦点的位置和和聚焦方向上焦点的速度，其中，

K_f为线圈(3-a)的弹性系数，B_f为线圈的阻尼系数，R为线圈的阻抗，K_v＝L_c·B_c，即线圈的磁场强度B_c与线圈长度L_c的乘积，M为光学读取头3的总质量；

所述的滑模切换面模块向所述的滑模变结构控制律模块输出滑模切换函数为H：

$H=c\·(R-X_1)+\stackrel{\·}{R}-X_2,$

其中c的取值范围为0.9～1.2；

所述的滑模趋近律模块向所述的滑模变结构控制律模块输出滑模趋近律：

$\stackrel{\·}{S}=-\mathrm{\ϵ}\·\mathrm{sgn}\left(S\right)-k\·S,$

其中：ε的取值范围为0.5～0.7，k的取值范围为1.0～1.2；

所述的滑模变结构控制律模块按下列公式运算后向所述的电机驱动模块输出电压控制信号u(s)：

$u\left(s\right)=\frac{1}{a_3}\·(c\·(\stackrel{\·}{R}-X_2)+a_2\·X_1+a_1\·X_2+\mathrm{\ϵ}\·\mathrm{sgn}(c\·(R-X_1)+\stackrel{\·}{R}-X_2)$

$+k\·(c\·(R-X_1)+\stackrel{\·}{R}-X_2))$

其中a₁、a₂和a₃由光学读取头的结构决定，k、c和ε在取值范围选定；

③该电压控制信号u(s)经所述的电机驱动模块放大处理后驱动所述的光学读取头完成e(s)＝R(s)-X(s)的运动。

本发明的技术效果如下：

本发明滑模变结构伺服控制器的核心部件为滑模变结构控制运算模块，该模块的作用为：所述的DSP模块输出光学读取头的下一时刻的位置指令R(s)光电探测器测得的当前位置信号X(s)，经过该模块的运算，在拉氏域得到该模块输出的控制电压信号u(s)。该电压信号u(s)输入光学读取头3的线圈，线圈产生驱动力带动透镜运动。透镜的运动会改变激光束焦点的位置。而光盘的伺服控制本质就是调节激光束焦点的位置，通过调节焦点的位置来读取盘片上的信息坑点的信息。所以通过控制透镜的位置就完成改变焦点位置，完成伺服动作的要求。

经仿真计算表明：本发明突出的特点是快速性、高精度和强鲁棒性，可给存储容量高达12G，乃至15G的NVD系统提供更可靠的伺服性能。

附图说明

图1是本发明用于NVD系统的滑模变结构伺服控制器的结构框图

图2是滑模变结构控制运算模块组成图

图3是光学读取头物理模型示意图

图4是光学读取头的物理动态模型图

图5是光学读取头中线圈3-a等效电路图

图6是光学读取头物理模型结构图

图7是光学读取头物理模型最终结构图

图8是传统伺服控制器结构框图

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明做进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

请参照图1，图1是本发明用于NVD系统的滑模变结构伺服控制器的结构框图。由图1可见，本发明用于NVD系统光盘机的滑模变结构伺服控制器，包括控制运算模块、电机驱动模块2、光学读取头3、光电探测器5和DSP模块6，其特点在于所述的控制运算模块是滑模变结构控制运算模块1，该滑模变结构控制运算模块1由状态空间方程模块1-1、滑模切换面模块1-2、滑模趋近律模块1-3和滑模变结构控制律模块1-4构成，其连接关系是：

由所述的DSP模块6输出光学读取头3的下一时刻的位置指令R(s)输入到所述的滑模变结构控制运算模块1，所述的光电探测器5探测并输出当前光学读取头3的位置信号X(s)反馈入到所述的滑模变结构控制运算模块1，经滑模变结构控制运算模块1数据处理后输出电压控制信号u(s)，该电压控制信号u(s)经所述的电机驱动模块2驱动所述的光学读取头3的运动。

所述的滑模变结构伺服控制器的伺服控制方法，包括下列步骤：

①所述的DSP模块输出光学读取头的下一时刻的位置指令R(s)，所述的光电探测器5探测并输出当前光学读取头的位置信号X(s)，获得误差信号e(s)＝R(s)-X(s)；

②所述的滑模变结构控制运算模块进行数据处理：

所述的状态空间方程模块向所述的滑模变结构控制律模块输出光学读取头的状态空间方程：

${\stackrel{\·}{X}}_2=-a_2\·X_1-a_1\·X_2{+a}_3\·u,$

${\stackrel{\·}{X}}_1=X_2,$

其中：X₁和X₂分别为光学读取头的焦点的位置和和聚焦方向上焦点的速度，其中，

K_f为线圈3-a的弹性系数，B_f为线圈的阻尼系数，R为线圈的阻抗，K_v＝L_c·B_c，即线圈的磁场强度B_c与线圈长度L_c的乘积，M为光学读取头3的总质量；

所述的滑模切换面模块向所述的滑模变结构控制律模块输出滑模切换函数为H：

$H=C\·E=c\·(R-X_1)+\stackrel{\·}{R}-X_2,$

其中c的取值范围为0.9～1.2；

所述的滑模趋近律模块向所述的滑模变结构控制律模块输出滑模趋近律：

$\stackrel{\·}{S}=-\mathrm{\ϵ}\·\mathrm{sgn}\left(S\right)-k\·S,$

其中：ε的取值范围为0.5～0.7，k的取值范围为1.0～1.2；

所述的滑模变结构控制律模块按下列公式运算后向所述的电机驱动模块输出电压控制信号u(s)：

$u\left(s\right)=\frac{1}{a_3}\·(c\·(\stackrel{\·}{R}-X_2)+a_2\·X_1+a_1\·X_2+\mathrm{\ϵ}\·\mathrm{sgn}(c\·(R-X_1)+\stackrel{\·}{R}-X_2)$

$+k\·(c\·(R-X_1)+\stackrel{\·}{R}-X_2))$

其中a₁、a₂和a₃由光学读取头的结构决定，k、c和ε在取值范围选定；

③该电压控制信号u(s)经所述的电机驱动模块放大处理后驱动所述的光学读取头完成e(s)＝R(s)-X(s)的运动。

本发明的滑模变结构控制运算模块的设计如下：

一、先介绍光学读取头3的物理建模。

图3是光学读取头3物理模型示意图，光学读取头3主要由线圈3-a和透镜3-b构成，线圈3-a的作用为由输入电压控制信号u(s)产生驱动力，透镜3-b的作用为调节激光束的焦点。该模块建模的实质就是求取物镜3-b位移X_L与光学读取头3中线圈3-a的输入信号u(s)之间的关系。本发明的物理模型建立方法如下：

光学读取头3本质上是由线圈3-a和透镜3-b组成的机电系统。图4是光学读取头3的物理动态模型图。光学读取头3由线圈等效弹簧3-a-1、线圈等效阻尼3-a-2、线圈质量块3-a-3、线圈与透镜间等效弹簧3-b-1、线圈与透镜间等效阻尼3-b-2、透镜等效质量块3-b-3几个部件组成。说明下面推导中所用到的各物理量含义：M_c为线圈等效质量块3-a-3的质量，K_f为线圈等效弹簧3-a-1的弹性系数，B_f为线圈等效阻尼3-a-2的阻尼系数，M_L为物镜等效质量块3-b-3的质量，K_LC为线圈与透镜间等效弹簧3-b-1的弹性系数，B_LC为线圈和透镜间的等效阻尼3-b-2的阻尼系数，X_c为线圈3-a的位移，X_L为物镜3-b的位移，f(t)为线圈3-a产生的驱动力。

①由运动学定律得到线圈3-a的运动方程：

$M_c\·{\stackrel{\·\·}{X}}_c+B_f\·{\stackrel{\·}{X}}_c+K_f\·X_c+B_{\mathrm{LC}}\·({\stackrel{\·}{X}}_c-{\stackrel{\·}{X}}_L)+K_{\mathrm{LC}}\·(X_c-X_L)=f\left(t\right),$

②透镜3-b的运动方程：

$M_L\·{\stackrel{\·}{X}}_L+B_{\mathrm{LC}}\·({\stackrel{\·}{X}}_L-{\stackrel{\·}{X}}_c)+K_{\mathrm{LC}}\·(X_L-X_C)=0.$

参照图5，图5是光学读取头3中线圈3-a的等效电路图。

③根据电磁感应原理，得到伺光学读取头3中线圈3-a的电路方程：

$V=R\·i+L\·\frac{\mathrm{di}}{\mathrm{dt}}+V_m$

其中，v为线圈3-a的输入电压，i为线圈3-a通过的电流，R为线圈3-a的阻抗，V_m为线圈3-a产生的反电动势：

$V_m=L_c\·B_c\·V_c=K_v\·V_c=K_v\·{\stackrel{\·}{X}}_c,$

其中，V_c为线圈3-a的移动速度，

④将上述各式联立，作拉式变换后，可以初步化为图6所示的光学读取头3的物理模型结构图。图6中，u是控制电压信号，L为线圈3-a的电感，

其中：N为线圈3-a总圈数，A_c为线圈的面积，g为线圈之间的间距，μ₀为磁导系数。，K_v＝L_c·B_c，即磁场强度B_c与线圈长度L_c的乘积，X_c为线圈3-a的位移，X_L为物镜3-b的位移，f(t)为线圈3-a产生的驱动力。

⑤图6中所示各传递函数为：

$G_1\left(s\right)=\frac{1}{M_c\·s^2+(B_f+B_{\mathrm{LC}})\·s+(K_f+K_{\mathrm{LC}})},$

$G_2\left(s\right)=\frac{B_{\mathrm{LC}}\·s+K_{\mathrm{LC}}}{M_L\·s^2+B_{\mathrm{LC}}\·s+K_{\mathrm{LC}}},$

$G_3\left(s\right)=\frac{K_{\mathrm{LC}}+B_{\mathrm{LC}}\·s}{M_c\·s^2+(B_f+B_{\mathrm{LC}})\·s+(K_f+K_{\mathrm{LC}})},,$

⑥参照图7，图7是光学读取头3的物理模型最终结构图。该图是由图6经进一步合并得到的。其中，各物理量与图6相同，只是将其中部分传递函数模块划归为：

$G_4\left(s\right)=\frac{G_1\left(s\right)\·G_2\left(s\right)}{1-G_2\left(s\right)\·G_3\left(s\right)},$

由上述各式联立，不难得出光学读取头3输出的位移信号X_L对于输入电压信号u(s)的关系。由于驱动电路的时间常数

一般都非常小，而且光学读取头3的线圈3-a和透镜3-b的连接部件刚性也较强，所以B_Lc可以忽略不计。

⑦由图7所示，经过简化后可以将光学读取头3表达为一个二阶系统，其传递函数为：

$\frac{X_L\left(s\right)}{u\left(s\right)}=\frac{K_v}{M\·s^2+(B_f+{K_v}^2/R)\·s+K_f},$

其中M＝M_L+M_c为光学读取头3中物镜3-b和线圈3-a的总质量。

至此，已建立光学读取头3的物理模型，为一个典型的二阶系统。该系统的各项系数可以通过系统鉴别法获得。系统鉴别法为获取控制系统参数的通用方法，其方法为：将该系统看作一个黑盒子，给定阶跃信号作为输入信号，测量其输出的阶跃响应。由所测量的阶跃响应的超调量、调节时间以及输入的阶跃信号，反推得到系统的各项系数。

该传递函数即光学读取头3中透镜3-b输出的位移信号X_L对于线圈3-a输入电压信号u(s)关系的拉氏域表达，该传递函数为状态空间方程提供依据。光学读取头3的物理模型的建立为滑模变结构控制运算模块1提供了理论来源。

参照图2，图2是滑模变结构控制运算模块1的组成图。滑模变结构控制运算模块1由状态空间方程模块1-1、滑模切换面模块1-2、滑模趋近律模块1-3以及最终滑模变结构控制律模块1-4组成。

二、根据图2所示，建立滑模变结构控制运算模块1的步骤如下：

①由于本发明中滑模变结构控制器实现位置指令跟踪功能，即控制光学读取头3的透镜3-b按照输入指令运动，所以选取两个与位置有关的状态变量，分别为光学读取头3的透镜3-b在聚焦方向的位置X1，聚焦方向的移动速度X2。其中显然有如下关系：

${\stackrel{\·}{X}}_1=X_2.$

②重新整理光学读取头3的物理模型如下：

$\frac{X_L\left(s\right)}{u\left(s\right)}=\frac{a_3}{s^2+a_1\·s+a_2},$

其中， $a_1=(B_f+{K_v}^2/R)/M,$ $a_2=K_f/M,a_3=\frac{K_v}{M},$

该系统的各项系数a₁，a₂，a₃可以通过系统鉴别法获得。系统鉴别法为获取控制系统参数的通用方法，其方法为：将该系统看作一个黑盒子，给定阶跃信号作为输入信号，测量其输出的阶跃响应。由所测量的阶跃响应的超调量、调节时间以及输入的阶跃信号，反推得到系统的各项系数。

由于传递函数是系统输入输出关系微分方程的拉氏变换，而状态空间方程是根据系统的微分方程得到的，所以在状态空间方程模块1-1中，完成由传递函数换算成状态空间方程的转换运算。根据现代控制理论的状态空间表示法，选取内部变量X1，X2作为状态变量，从而可以构建起系统的状态空间方程模块1-1。该模块输出系统的状态空间方程为：

$\stackrel{\·}{X}=A\·X+B\·u,$

其中，

$X=\left[\begin{array}{c}{X}_1\\ X_2\end{array}\right],A=\left[\begin{array}{cc}{A}_{11}& A_{12}\\ A_{21}& A_{22}\end{array}\right],B=\left[\begin{array}{c}{B}_1\\ B_2\end{array}\right],$ u为输入信号。

所以有，

${\stackrel{\·}{X}}_2=A_{21}\·X_1+A_{21}\·X_2+B_2\·u$

③根据上面所得二阶物理模型，结合物理模型与状态空间方程模块1-1，可以得到如下关系：

A₁₁＝0，A₁₂＝1，A₂₁＝-a₂，A₂₂＝-a₁，B₁＝0，B₂＝a₃，

至此建立滑模变结构控制器的系统状态空间方程：

${\stackrel{\·}{X}}_2=-a_2\·X_1-a_1\·X_2{+a}_3\·u,$

${\stackrel{\·}{X}}_1=X_2,$

参考图1中信号流图，设指令位置信号为R(s)(即下一时刻的位置指令)，则误差信号为

e＝R-X₁，

误差变化率为：

$\stackrel{\·}{e}=\stackrel{\·}{R}-X_2,$

④滑模切换面模块1-2。该模块输出滑模切换函数H。由于本发明为位置随动系统，故滑模切换函数H可以设为与光学读取头3中透镜3-b在聚焦伺服方向上的位置误差成比例的关系：

H＝C·E，

其中，设C＝[c 1]，c的可用范围为大于0.9且小于1.2，误差向量为则切换面模块1-2的输出切换

函数为：

$H=C\·E=c(R-X_1)+\stackrel{\·}{R}-X_2,$

⑤滑模趋近律模块1-3。滑模运动包括滑模面之外的趋近运动和在滑模面上的滑模运动两个过程。系统从任意初始状态趋向切换面，直到到达切换面的运动称为趋近运动。根据滑模变结构原理，滑模可达性条件仅保证由状态空间任意位置运动点在有限时间内达到切换面的要求，所以本模块1-3采用指数趋近律：

⑥ $\stackrel{\·}{H}=-\mathrm{\ϵ}\·\mathrm{sgn}\left(H\right)-k\·H,$ 其中ε＞0，k＞0。

趋近律的质量与ε和k的选取有直接关系。在等速趋近项

中，sgn函数的系数ε对趋近速度有直接作用，当ε过大的时候，其优点是缩短了趋近时间，保证了趋近速度，但是ε过大时会导致系统到达切换面的速度将很大，容易引起系统产生较大的幅度抖动。相应的ε过小也会有对应的缺点。在本发明中，ε可用的范围在大于0.5且小于0.7之间，在此范围内，可以既保证趋近速度在大范围内快速地收敛到切换函数H上，且使运动点到达切换函数H时的速度很小，这样既能提高系统的控制速度，而且不至于带来过大的抖动，产生不必要的系统误差；而由于指数趋近项

的存在，保证系统逼近切换面是一个指数渐近的过程，本发明中，k可用的范围在大于1.0且小于1.2之间，在此范围内，可以保证系统的趋近律质量。

选取好合适的控制律参数后(本发明中，ε可用的范围在大于0.5且小于0.7之间，k可用的范围在大于1.0且小于1.2之间，在此范围内可保证趋近律质量)，滑模变结构控制运算模块1输出电压控制信号u(s)。

⑦滑模变结构控制律模块1-4，其作用是输出控制电压信号u(s)。本环节内将状态空间方程模块1-1的输出、滑模切换面模块1-2的输出、滑模趋近律模块1-3的输出联立，经过化简，得到本模块1-4的输出控制电压信号u(s)：

$u\left(s\right)=\frac{1}{a_3}\·(c\·(\stackrel{\·}{R}-{\stackrel{\·}{X}}_1)+a_2\·X_1+a_1\·{\stackrel{\·}{X}}_1+\mathrm{\ϵ}\·\mathrm{sgn}(c\·(R-X_1)+\stackrel{\·}{R}-{\stackrel{\·}{X}}_1).$

$+k\·(c\·(R-X_1)+\stackrel{\·}{R}-{\stackrel{\·}{X}}_1))$

由此，滑模变结构控制运算模块1的作用为：给指令信号R(s)和测得的X(s)，可以得到输出的电压控制信号u(s)。

本发明的技术效果是由滑模变结构控制本身结构所决定的。在本发明的实验仿真中，ε可用的范围在大于0.5且小于0.7之间，k可用的范围在大于1.0且小于1.2之间，在此范围内可保证趋近律质量，可以看出在同样的外部摄动噪声影响下，采用了本发明的滑模变结构控制器阶跃响应的超调量为2.3％，小于传统的PID控制器1-a的阶跃响应超调量4％，系统的响应时间也小于传统控制器的响应时间。

采用本发明基于滑模变结构控制器，选取了具有大范围调节速度快，精度高等优点的趋近律，所以本发明可以很好的满足NVD高密度高存储系统的性能要求。另外由于滑模变结构控制器自身具有的结构特点，使得应用本发明的NVD伺服控制系统，对于不管是来自盘片污损，或是外部摄动等因素影响都具有极强的鲁棒性和足够稳定的控制性能。

Claims (2)

1.一种用于NVD系统光盘机的滑模变结构伺服控制器，包括控制运算模块、电机驱动模块(2)、光学读取头(3)、光电探测器(5)和DSP模块(6)其特征在于所述的控制运算模块是滑模变结构控制运算模块(1)，该滑模变结构控制运算模块(1)由状态空间方程模块(1-1)、滑模切换面模块(1-2)、滑模趋近律模块(1-3)和滑模变结构控制律模块(1-4)构成，其连接关系是：

由所述的DSP模块(6)输出光学读取头(3)的下一时刻的位置指令R(s)输入到所述的滑模变结构控制运算模块(1)，所述的光电探测器(5)探测并输出当前光学读取头(3)的位置信号X(s)负反馈到所述的滑模变结构控制运算模块(1)，经数据处理后输出电压控制信号u(s)，该电压控制信号u(s)经所述的电机驱动模块(2)驱动所述的光学读取头(3)的运动。

2.权利要求1所述的滑模变结构伺服控制器的伺服控制方法，其特征在于包括下列步骤：

①所述的DSP模块(6)输出光学读取头(3)的下一时刻的位置指令R(s)，所述的光电探测器(5)探测并输出当前光学读取头(3)的位置信号X(s)，经减法器(7)获得误差信号e(s)＝R(s)-X(s)；

②所述的滑模变结构控制运算模块(1)进行数据处理：

所述的状态空间方程模块(1-1)向所述的滑模变结构控制律模块(1-4)输出下列光学读取头(3)的状态空间方程：

${\stackrel{\·}{X}}_2={-a}_2\·X_1-a_1\·X_2+a_3\·u,$

${\stackrel{\·}{X}}_1=X_2,$

其中：X₁和X₂分别为光学读取头(3)的焦点的位置和和聚焦方向上焦点的速度，其中，

K_f为线圈(3-a)的弹性系数，B_f为线圈(3-a)的阻尼系数，R为线圈(3-a)的阻抗，K_v＝L_c·B_c，即线圈(3-a)的磁场强度B_c与线圈长度L_c的乘积，M为光学读取头3的总质量；

所述的滑模切换面模块(1-2)向所述的滑模变结构控制律模块(1-4)输出滑模切换函数为H：

$H=C\·E=c\·(R-X_1)+\stackrel{\·}{R}-X_2,$

其中c的取值范围为0.9～1.2；

所述的滑模趋近律模块(1-3)向所述的滑模变结构控制律模块(1-4)输出滑模趋近律：

$\stackrel{\·}{S}=-\mathrm{\ϵ}\·\mathrm{sng}\left(S\right)-k\·S,$

其中：ε的取值范围为0.5～0.7，k的取值范围为1.0～1.2；

所述的滑模变结构控制律模块(1-4)按下列公式运算后向所述的电机驱动模块(2)输出电压控制信号u(s)：

$u\left(s\right)=\frac{1}{a_3}\·(c\·(\stackrel{\·}{R}-X_2)+a_2\·X_1+a_1\·X_2+\mathrm{\ϵ}\·\mathrm{sng}(c\·(R-X_1)+\stackrel{\·}{R}-X_2)$

$+k\·(c\·(R-X_1)+\stackrel{\·}{R}-X_2))$

其中a₁、a₂和a₃由光学读取头(3)的结构决定，k、c和ε在取值范围选定；

③该电压控制信号u(s)经所述的电机驱动模块(2)放大处理后驱动所述的光学读取头(3)完成e(s)＝R(s)-X(s)的运动。

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