DE102005020491A1

DE102005020491A1 - Verfahren und Anordnung zum Kompensieren von Regelabweichungen in einem Regelkreis mit zyklischen Regelwertveränderungen

Info

Publication number: DE102005020491A1
Application number: DE200510020491
Authority: DE
Inventors: Manfred Fechner
Original assignee: Deutsche Thomson Brandt GmbH
Current assignee: Deutsche Thomson Brandt GmbH
Priority date: 2005-04-29
Filing date: 2005-04-29
Publication date: 2006-11-09
Also published as: WO2006117278A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Kompensieren von Regelabweichungen in einem Regelkreis mit zyklischen Regelwertveränderungen, wie er beispielsweise als Spur- oder Fokusregelkreis in Geräten zur Aufzeichnung oder Wiedergabe optischer Aufzeichnungsträger verwendet wird. Zyklische Regelwertveränderungen werden in derartigen Regelkreisen beispielsweise durch Exzentrizität der Aufzeichnungsspur oder Höhenschlag des Aufzeichnungsträgers verursacht, schränken den Regelbereich des Reglers ein und führen zu Regelabweichungen, welche die Genauigkeit der Regelung nachteilig beeinflussen. Das Verfahren und die Anordnung zum Kompensieren von Regelabweichung im Regelkreis sehen deshalb vor, dass ein zyklischen Regelwertveränderungen im Regelkreis entsprechendes Korrektursignal (CR) erzeugt wird, das dem Regelsignal des Regelkreises, das der Regler (CTRL) aus einem Fehlersignal (ERS) generiert, zum Kompensieren von Regelabweichungen hinzugefügt wird. Das Korrektursignal (CR) wird mit einem Störungsmodell (DM) erzeugt, das dem Regler (CTRL) des Regelkreises, der aus dem Fehlersignal (ERS) ein Regelsignal (ACT) generiert, parallelgeschaltet ist. Das Verfahren und die Anordnung sind für Regelkreise vorgesehen, in denen zyklisch wiederholt Regelwertänderungen auftreten.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Kompensieren von Regelabweichungen in einem Regelkreis mit zyklischen Regelwertveränderungen, wie er beispielsweise als Spur- oder Fokusregelkreis in Geräten zur Aufzeichnung oder Wiedergabe optischer Aufzeichnungsträger verwendet wird. Zyklische Regelwertveränderungen werden in derartigen Regelkreisen beispielsweise durch Exzentrizität der Aufzeichnungsspur oder Höhenschlag des Aufzeichnungsträgers verursacht.

Es ist allgemein bekannt, dass zum Lesen und zum Schreiben von Informationen auf optischen Aufzeichnungsträgern Servoregelkreise verwendet werden, mit denen der Abtaststrahl auf der Informationsspur des Aufzeichnungsträgers geführt wird. Diese Führung besteht darin, dass der Abtaststrahl sowohl Veränderungen der Lage der Spur in radialer Richtung als auch Veränderungen der Lage des Aufzeichnungsträgers im Abstand zur Strahlungsquelle folgt, um den Abtaststrahl auf der Informationsspur des Aufzeichnungsträgers zu fokussieren. In der Regel vorhandene Abweichungen des Aufzeichnungsträgers von einer Ebene bewirken einen sogenannten Höhenschlag und Abweichungen einer kreisförmigen oder spiralförmigen Informationsspur von einer Drehachse des Aufzeichnungsträgers werden als Exzentrizität bezeichnet. Auf einen Mittelwert bezogen sind derartige Abweichungen periodisch mit jeder Umdrehung des Aufzeichnungsträgers vorhanden. Darüber hinaus ist es auch bekannt die Richtung des Abtaststrahls zum Aufzeichnungsträger zu regeln, um trotz einer Wölbung des Aufzeichnungsträgers eine senkrechte Ausrichtung des Abtaststrahls auf den Aufzeichnungsträger zu gewährleisten. Grundsätzlich werden Abweichungen des Abtaststrahls von einer Sollposition mit einem Detektor erfasst und mit einem Regelkreis, der eine auch als Pickup bezeichnete Abtasteinrichtung steuert, ausgeregelt. Der Detektor stellt Fehlersignale bereit, die im Regelkreis zur Steuerung der Abtasteinrichtung verwendet werden, um sowohl zyklische als auch sporadische Abweichungen von einer Sollposition auszugleichen. Zyklische Abweichungen von einer Sollposition erfordern bereits einen Regelbereich, der zusätzlich zur Nachführung des Abtaststrahls auf einer spiralförmigen Informationsspur bereitzuhalten ist. Da Veränderungen der Drehzahl, mit welcher der Aufzeichnungsträger abgetastet wird, und das Abtasten des Aufzeichnungsträgers an unterschiedlichen Orten wechselnde Anforderungen an den Regelkreis stellen, wird der Aktuator mit unterschiedlicher Genauigkeit nachgeführt und wird der Regelbereich des Regelkreises bereits durch zyklische Regelwertveränderungen eingeschränkt.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, Regelabweichungen in einem Servoregelkreis für optische Aufzeichnungsträger zu kompensieren und den Abtaststrahl mit hoher Genauigkeit an Veränderungen der Lage des Abtastpunktes anzupassen.

Diese Aufgabe wird mit in unabhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in abhängigen Ansprüchen angegeben.

Es ist ein Aspekt der Erfindung, den Regler im Regelkreis von Regelaufgaben zu entlasten, die auf die Exzentrizität, den Höhenschlag oder gegebenenfalls auch auf Veränderungen des Winkels des Abtaststrahls zum Aufzeichnungsträger zurückzuführen sind und es ist ein weiterer Aspekt der Erfindung, den Abtaststrahl mit hoher Genauigkeit an Veränderungen der Lage des Abtastpunktes anzupassen.

Um sowohl den Regler von Regelaufgaben zu entlasten, die auf Ungenauigkeiten des Aufzeichnungsträgers zurückzuführen sind als auch die Genauigkeit zu erhöhen, mit der die Abtastung des Aufzeichnungsträgers Veränderungen der Lage des Abtastpunktes im gesamten Bereich des Aufzeichnungsträgers bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten der Abtastung folgt, ist eine Modellierung im Regelkreis auftretender Regelwertveränderungen vorgesehen, die zur Steuerung der Abtasteinrichtung verwendet wird.

Regelwertveränderungen treten in Abtastregelkreisen für rotierende Aufzeichnungsträger periodisch auf, sind von der Drehzahl und vom Radius der Abtastung des Aufzeichnungsträgers abhängig und werden sowohl von den Eigenschaften des Aufzeichnungsträgers als auch von der Fähigkeit der Abtasteinrichtung bestimmt, den Veränderungen folgen zu können. So ist beispielweise die Wiederholfrequenz, mit der eine Spurlageveränderung bei konstanter Drehzahl im inneren Bereich des Aufzeichnungsträgers mit einer exzentrischen Informationsspur auftritt, höher als im äußeren Bereich. Die Abtasteinrichtung muss folglich mit unterschiedlicher Geschwindigkeit gestellt werden, um Veränderungen der Lage der Informationsspur folgen zu können. Eine von der Masse und Dämpfung der Abtasteinrichtung bestimmte Trägheit führt dann zu Regelabweichungen, welche die Genauigkeit der Nachführung der Abtasteinrichtung beeinflussen. Trotz dynamischer Regelwertveränderungen ist ein Modell bzw. ein Emulator zum Kompensieren von Regelabweichungen im Regelkreis vorgesehen. Im Regelkreis auftretende Regelwertveränderungen werden mit dem Modell emuliert. Da eine Abweichung im Regelkreis im Allgemeinen eine Störung ist, wird nachfolgend der Begriff Störungsmodell verwendet. Das Störungsmodell ist parallel zum Regler des Regelkreises angeordnet und steuert die Abtasteinrichtung entsprechend zu erwartender Regelwertveränderungen. Das Störungsmodell generiert ein Korrektursignal, das der zu erwartenden Regelwertveränderung entspricht. Die Phasenlage und Amplitude des Korrektursignals werden mit einem Referenzsignal, das phasenstarr mit dem rotierenden Aufzeichnungsträger gekoppelt ist, und dem Fehlersignal bestimmt, das der Detektor im Regelkreis bereitstellt. Das Referenzsignal ist ein Triggersignal bzw. ein Index mit phasenstarrer Lage zum Aufzeichnungsträger, das heißt, dass es eine Signalflanke ist, die im Zusammenhang mit einer vom Mittelpunkt des Aufzeichnungsträgers zum Umfang radial verlaufenden Linie erzeugt wird. Hierzu kann ein vom Plattenteller des Aufzeichnungsträgers oder auch ein vom Aufzeichnungsträger detektiertes Signal verwendet werden, das nach jeweils einer Umdrehung des Aufzeichnungsträgers wiederholt auftritt. Mit dem Referenzsignal wird eine auch als PLL bezeichnete digitale Phasenregelkreisschleife mit sägezahnförmigen Ausgangssignal angesteuert. Die PLL stellt dabei ein Modell des rotierenden Aufzeichnungsträgers dar, das die Drehzahl und Phasenlage des rotierenden Aufzeichnungsträgers angibt. Die Amplitude Korrektursignals wird einem Ausführungsbeispiel entsprechend mit einer Fouriertransformation der Grundwelle des Fehlehrsignals bestimmt. Hierzu werden aus dem sägezahnförmigen Ausgangssignal der PLL ein Sinussignal und eine Kosinussignal gebildet, die jeweils mit dem Fehlersignal multipliziert und jeweils über einen triggerbaren Integrator, einem Quadrierer und ein Tiefpassfilter einem Addierer zugeführt werden, an dem ein Mikroprozessor angeschlossen ist. Der Mikroprozessor wird sowohl zum Steuern der Phasenlage als zum steuern der Amplitude des Korrektursignals verwendet, indem ein Phasenoffsetsignal und ein Amplitudensignal bereitgestellt werden, mit denen das Ausgangssignal des Addierers minimiert wird. Das Korrektursignal wird dann durch Multiplikation des Amplitudensignals mit dem Sinussignal, das mit dem sägezahnförmigen Ausgangssignal der PLL erzeugt wurde, bereitgestellt.

Dadurch, dass der Abtasteinrichtung bereits mit der zu erwartenden Regelwertveränderung angesteuert wird, sind vom Regler des Regelkreises nur noch Unterschiede zwischen dem mit dem Störungsmodell erzeugten Korrektursignal und einem aktuell erforderlichen Regelwert auszugleichen. Eine ohne Korrektursignal vorhandene Regelabweichung wird dadurch nahezu vollständig kompensiert und der Regelbereich des Reglers nicht bereits durch periodisch wiederkehrende Regelaufgaben eingeschränkt. Das Korrektursignal kann der Abtasteinrichtung bereits zeitlich vor dem zu erwartenden Fehlersignal zugeführt werden, so dass durch eine zeitliche Verzögerung im Regelkreis bedingte Nachteile, die zu Regelabweichungen führen, beseitigt werden.

Das Verfahren und die Anordnung sind für Regelreise geeignet, in denen zyklisch wiederholt Regelwertveränderungen auftreten.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
Es zeigen:
1 Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zum Kompensieren von Regelabweichung in einem Servoregelkreis,
2 Prinzipskizze zur Regelabweichung bei der Spurführung einer Abtasteinrichtung,
3 Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zum Bereitstellen eines Modells für einen rotierenden Aufzeichnungsträger,
4 Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zum Bereitstellen eines Korrektursignals,
5 Blockschaltbild eines Störungsmodells zum Bereitstellen des Korrektursignals.
6 Signaldiagramme des Spurfehlers, des Spurfehlersignals und des Aktuatursignals der Abtasteinrichtung mit Korrektursignal,
7 Signaldiagramme des Spurfehlers, des Spurfehlersignals und des Aktuatursignals der Abtasteinrichtung ohne Korrektursignal.
Bezugszeichen sind in den Figuren übereinstimmend verwendet.
In 1 ist das Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zum Kompensieren von Regelabweichung in einem Regelkreis mit zyklischen Regelwertveränderungen dargestellt, der beispielsweise als Spur- oder Fokusregelkreis in Geräten zur Aufzeichnung oder Wiedergabe optischer Aufzeichnungsträger OD verwendet wird. Zyklische Regelwertveränderungen treten in derartigen Regelkreisen beispielsweise durch Exzentrizität der Aufzeichnungsspur oder Höhenschlag des Aufzeichnungsträgers OD auf, schränken den Regelbereich des Reglers CTRL ein und führen zu Regelabweichungen, welche die Genauigkeit der Regelung nachteilig beeinflussen.
Ein Regelkreis besteht in der Regel aus einem Sollwertgeber, der den Sollwert oder auch die Führungsgröße des Regelkreises vorgibt. Sie entspricht dem Sollverhalten oder der Sollgröße des zu regelnden Prozesses, der nachfolgend anhand der Spurführung des Laserstahls auf der Aufzeichnungs- bzw. Informationsspur eines optischen Aufzeichnungsträgers OD erläutert wird. Im Regelkreis wird an einer Vergleichsstelle die Regelabweichung ermittelt, welche die Differenz zwischen einer Sollposition und der tatsächlichen Position des Abtaststrahls auf der Informationsspur des Aufzeichnungsträgers OD darstellt. Die Differenz bzw. Abweichung wird mit einem Detektor detektiert und es wird ein Fehlersignal ERS erzeugt, das dem Regler CTRL des Regelkreises zugeführt wird. Der Detektor ist ein auf der Abtasteinrichtung PU angeordneter Photodetektor, dessen analoges Ausgangssignal mit einem Vorverstärker Amp verstärkt und zur Verwendung in einem digitalen Regler CTRL über einen Analog-Digital-Wandler A/D einer Filter- und Fehlerkorrektureinheit FLuEC zum Bereitstellen des Fehlersignals ERS zugeführt wird. Der Regler CTRL soll die Regelabweichung, die dem Fehlersignal ERS entspricht, beseitigen. Dazu gibt der Regler CTRL eine Stellgröße bzw. Regelwerte aus, die er nach einer bestimmten Charakteristik aus dem Fehlersignal ERS ermittelt. Derartige Regelwerte sind hier das vom Regler CTRL bereitgestellte Aktuatorsignal ACT, das der Abtasteinrichtung PU über einen Digital-Analog-Wandler D/A und einen Treiber DR zugeführt wird. Das Stellglied wird von der optischen Abtasteinrichtung PU gebildet, die auf die zu regelnde Größe bzw. auf sie Spurführung eingewirkt, um die Regelabweichung zu beseitigen. Die Regelstrecke stellt den zu regelnden technischen Prozess dar. An ihrem Ausgang liegt die Regelgröße, die es einzustellen gilt und der Detektor ermittelt aus den Prozessgrößen die Istwertsignale. Dieses Grundprinzip wird auch in Servoregelkreisen in Geräten zur Wiedergabe- oder Aufzeichnung mit einem optischen Aufzeichnungsträger, wie beispielsweise einer CD oder DVD verwendet. In derartigen Regelkreisen treten jedoch durch Exzentrizität der Aufzeichnungsspur oder Höhenschlag des Aufzeichnungsträgers OD zyklisch Regelwertveränderungen auf, die den Regelbereich des Reglers CTRL einschränken und zu Regelabweichungen führen, welche die Genauigkeit der Regelung nachteilig beeinflussen. Mit dem vom Regler CTRL bereitgestellten Aktuatorsignal ACT wird der Abtaststrahl, wie in 2 als Punktlinie dargestellt, nicht kontinuierlich in der Mitte der Aufzeichnungs- bzw. Informationsspur des Aufzeichnungsträgers OD geführt, wodurch die Qualität vom Aufzeichnungsträger OD detektierbarer Signale oder die Qualität beim Aufzeichnen von Information nachteilig beeinflusst wird. Die Regelabweichung ist darauf zurückzuführen, dass der Regelkreis eine Verzögerung aufweist, mit der eine detektierte Abweichung zu einer Nachführung des Abtaststrahls zur Mitte der Informationsspur führt. Diese Verzögerung wird sowohl von der Trägheit der Abtasteinrichtung PU als auch von der Regelstrecke verursacht. Darüber hinaus erfordern unterschiedliche Abtastrote und unterschiedliche Abtastgeschwindigkeiten des Aufzeichnungsträgers OD unterschiedliche Geschwindigkeiten, mit denen die Nachführung vorzunehmen ist. Es ist deshalb grundsätzlich davon auszugehen, dass bereits aufgrund der Eigenschaften des Aufzeichnungsträgers OD und der Eigenschaften der Regelung Regelabweichungen auftreten, die zusätzlich zu der eigentlichen Regelaufgabe, die im Nachführen des Abtaststrahls auf einer von innen nach außen verlaufenden Spiralspur besteht, vom Regelkreis zu bewältigen ist, wodurch der Regelbereich eingeschränkt wird. Regelbweichungen, die zusätzlich zur eigentlichen Regelgröße auftreten werden in der Regel als Störgröße bezeichnet. Störgrößen sind Größen, die die Regelgrößen beeinflussen und dadurch Abweichungen vom Sollverhalten bewirken. Insbesondere im Zusammenhang mit der Abtastung optischer Aufzeichnungsträger treten derartige Störgrößen durch Höhenschlag oder Exzentrizität des Aufzeichnungsträgers nicht nur periodisch mit gleicher Frequenz auf, da sie auch von der Drehzahl und vom Radius der Abtastung des Aufzeichnungsträgers abhängig sind und zusätzlich von den Eigenschaften des Regelkreises beeinflusst werden. Aufgrund der Vielzahl von Abhängigkeiten scheint es zunächst unmöglich zu sein die Störungen mit einem Modell nachzubilden und entsprechend zu kompensieren. Dennoch ist 1 entsprechend zum Kompensieren von Regelabweichungen die Verwendung eines Störungsmodells DM vorgesehen, das parallel zum Regler CTRL des Regelkreises angeordnet ist. Trotz zahlreicher Variablen hinsichtlich Frequenz und Amplitude der Störungen sind die Störungen zyklisch und führen zu zyklischen Regelwertveränderungen im Regelkreis. Ein mit dem Störungsmodell DM erzeugtes Korrektursignal CR wird am Ausgang des Reglers CTRL der Stellgröße bzw. dem Aktuatorsignal ACT so überlagert, das die Störung und dadurch auch die Regelabweichung im Regelkreis kompensiert wird. 1 zeigt einen Servo-Regelkreis für Geräte zur Aufzeichnung oder Wiedergabe von Informationen mit einem optischen Aufzeichnungsträger OD, der einen linearen, zeitinvarianten Regler CTRL und ein Störungsmodell DM zum Kompensieren von Regelabweichungen aufweist. Das Störungsmodell DM erzeugt ein zyklischen Regelwertveränderungen im Regelkreis entsprechendes Korrektursignal CR, das dem Regelsignal des Regelkreises, das der Regler CTRL aus einem Fehlersignal ERS generiert, zum Kompensieren von Regelabweichungen hinzugefügt wird und das Korrektursignal CR wird 5 entsprechend mit einem sinusförmigen Signal yts erzeugt, dessen Phasenlage yts und Amplitude At ein in 4 dargestellter Mikroprozessor uP mit einem Phasenlageoffset yO und durch Minimieren der Amplitude des Fehlersignals ERS im Regelkreis steuert. Die Phasenlage yts des Korrektursignals CR wird mit einem phasenstarr zur Drehachse des Aufzeichnungsträgers OD erzeugten Sägezahnsignal yp gebildet und mit dem Phasenlageoffset yO gesteuert, der durch Minimieren des Fehlersignals ERS mit dem Mikroprozessor uP eingestellt wird. Zur Bildung des Sägezahnsignals yp ist ein Phasenregelkreis PLL vorgesehen, der mit der Drehung des Aufzeichnungsträgers OD phasenstarr gekoppelt ist. Hierzu wird ein Referenzsignal als Triggersignal Trg bzw. ein Index mit phasenstarrer Lage zum Aufzeichnungsträger OD verwendet, das heißt, dass eine Signalflanke verwendet wird, die im Zusammenhang mit einer vom Mittelpunkt des Aufzeichnungsträgers OD zum Umfang radial verlaufenden Linie erzeugt wird. Hierzu kann ein vom Plattenteller des Aufzeichnungsträgers OD oder auch ein vom Aufzeichnungsträger OD detektiertes Signal verwendet werden, das nach jeweils einer Umdrehung des Aufzeichnungsträgers OD wiederholt auftritt. Das Sägezahnsignal yp des Phasenregelkreises PLL, gibt die Phasenlage eines virtuellen Fixpunktes auf dem Aufzeichnungsträger OD zum Abtastzeitpunkt wieder und dient als Modell für den sich drehenden Aufzeichnungsträger OD. Das Sägezahnsignal yp repräsentiert den Winkelbereich von –π bis +π einer Umdrehung des Aufzeichnungsträgers OD. Mit dem Triggersignal Trg, das 1-mal pro Umdrehung erscheint, wird der Phasenregelkreises PLL zur Drehung des Aufzeichnungsträgers OD synchronisiert, so das das Sägezahnsignal yp immer zum Zeitpunkt des Triggersignals Trg den Wert Null annimmt. Mit der Hilfe dieser Referenz wird der Zeitverlauf des Korrektursignals CR bestimmt und die zur Festlegung der Phasenlage yts und Amplitude At des Korrektursignals CR erforderlichen Werte werden mit Hilfe de Fehlersignals ERS gemessen. Eine Schaltungsanordnung zum bereitstellen des Modells für den rotierenden Aufzeichnungsträger OD, das vom digitalen Phasenregelkreis PLL mit sinusförmigen Ausgangssignal gebildet wird, ist in 3 angegeben. 3 entsprechend wird das Triggersignal Trg einem Enable-Eingang En eines ersten n-Bit Registers F zugeführt, dessen Ausgang ein der Drehzahl entsprechendes Signal yf bereitstellt. Am ersten n-Bit Register F ist hierzu ein n-Bit Addierer A mit Carry Cy angeschlossen, dessen Ausgang über einen ersten n-Bit 2 zu 1 Multiplexer MO mit einem zweiten n-Bit Register P verbunden ist, dessen Ausgang auf einen Eingang des n-Bit Addierers A zurückgeführt und mit einem zweiten n-Bit 2 zu 1 Multiplexer M1 verbunden ist. Der Ausgang des zweiten n-Bit Registers P stellt das Sägezahnsignal yp bereit. Der Ausgang des zweiten n-Bit 2 zu 1 Multiplexers M1 ist auf einen dritten n-Bit 2 zu 1 Multiplexer M3 geführt dessen Ausgang mit einem dritten n-Bit Register E verbunden ist, dessen Enable-Eingang En ebenfalls mit dem Triggersignal Trg gespeist wird. Das dritte n-Bit Register E steuert den n-Bit Regler C des Phasenregelkreises PLL, dessen Ausgang mit dem Eingang des ersten n-Bit Registers F verbunden ist. Weiterhin sind zwei enabled D-Flipflop F1, F2 mit Clear-Eingang Clr vorgesehen, deren Enable-Eingänge En am Carry Cy des n-Bit Addierers A und deren Clear-Eingänge Clr mit dem Triggersignal Trg gespeist werden. Der Carry Cy des n-Bit Addierers A stellt mit einer negativen Flanke ein Überlaufsignal bereit, das zum Triggern in 4 dargestellter Integratoren I1, I2 verwendet wird. Der Ausgang des ersten enabled D-Flipflop F1 ist mit dem Eingang des zweiten enabled D-Flipflop F2 und die Ausgänge der beiden enabled D-Flipflop F1, F2 triggern den zweiten bzw. dritten n-Bit 2 zu 1 Multiplexer M1, M2, während der erste n-Bit 2 zu 1 Multiplexer M0 mit dem Triggersignal Trg angesteuert wird. Der Phasenfehler ye des Phasenregelkreises PLL wird am Ausgang des dritten n-Bit Registers E bereitgestellt und am O-Eingang des zweiten n-Bit 2 zu 1 Multiplexers M1 ist der negative Betrag der kleinsten darstellbaren Zahl –u und am 1-Eingang des dritten n-Bit 2 zu 1 Multiplexers M2 der Betrag der kleinsten darstellbaren Zahl u minus 1 angelegt. Der Wert im Register F wird mit jedem Takt zum Wert des Registers P addiert. Im Falle eines Überlaufs wird der um 2·u kleinere Wert geladen. Im Falle eines Triggers des Triggersignals Trg wird das Register P zur synchronisation mit dem Wert Null geladen. Zum Trigger-Zeitpunkt enthält das Register P den Phasenfehler, falls seit dem letzten Trigger exakt ein Überlauf erfogt ist. Sind mehere Überläufe vorgekommen, ist die Phase zu groß >= π und wird limiert; ist kein Überlauf erfolgt, so ist die Phase zu klein < –π und wird limitiert. Da der Phasenfehler ye auf +/– π limitiert ist, kann der Phasenregelkreises PLL nur auf die Grundfrequenz der Drehzahl n locken und nicht auf ein vielfaches von n. Der Phasenregelkreis PLL nur ist hier das Modell des sich drehenen Aufzeichnungsträgers OD mit der Drehzahl yf und der Phase yp. Mit Hilfe des Modells werden beispielsweise die folgenden Störgrößen zum Kompensieren der Regelabweichung bestimmt:
νs = ks·yf
In den Gleichungen bedeuten:
Ecc = Exzentrizität, At = Amplitude, yp = Phasenlage, Vd = Höhenschlag, φ = Phasenwinkel, Vs = Aktuatorgeschwindigkeit, yf = Drehzahl und ks = Spurabstand.
Durch die Addition eines Phasenlageoffset yO und ohne Berücksichtung des mit dem Carry bereitgestellten Überlaufs, zum mit dem Phasenregelkreis PLL phasenstarr zur Drehachse des Aufzeichnungsträgers OD erzeugten Sägezahnsignal yp wird 5 entsprechend ein phasenverschobener Sägezahn ypt generiert. Aus dem phasenverschobenen Sägezahn ypt werden dann 4 entsprechend mit einem ein Sinusgenerator sin(x) und einem Kosinusgenerator cos(x) sowohl eine Sinusfunktion yts als auch eine Kosinusfunktion ytc erzeugt, die in Verbindung mit dem Fehlersignal ERS zum Bestimmen des Phasenlageoffset yO und der Amplitude At des Korrektursignals CR verwendet werden.
Die Spurnachführung verursacht einen von der Ekzentrizität abhängigen Offset im Spurregelkreis und es sind weitere Störungen vorhanden, die beispielsweise von der Art der Aufzeichnung der Information auf den Aufzeichnungsträger und der Art der Detektion der des Spurfehlers verursacht werden.
Zum Bestimmen der Amplitude ist es grundsätzlich möglich eine Bandfilterung zu verwenden, wobei die Qualität der Messung jedoch von der Güte der Filter und der Abstimmung und Nachführung mit der Drehzahl abhängig ist. Es wird deshalb die Verwendung einer Fourier-Transformation vorgeschlagen, die beispielsweise mit den in 4 angegebenen Mitteln durchgeführt wird.
Durch den Phasenregelkreis PLL, ist der Phasenverlauf des Aufzeichnungsträgers OD bestimmt. Aus diesem Verlauf wird die phasenverschobene Sinusfunktion yts zur Kompensation von der Ekzentrizität verursachter Regelabweichungen gebildet. Ebenso wird eine Kosinusfunktion yts gebildet. Mit diesen beiden Funktionen wird dann mit Hilfe der Fouriertransformation die Amplitude der Grundwelle des Sinus- und des Kosinus-Anteils bestimmt.
Dies ist von Störungen und Offsets unabhängig. Da jedoch große Offsets während der Integration zu Überläufen führen können, ist ein Hochpassfilter HP vorgesehen, über das das Fehlersignal ERS zur Multiplikation mit den Funktionen zugeführt wird. Die in 4 angegeben Schaltungsanordnung weist einen ersten Addierer A1 auf, der zum Steuern der Phasenlage ypt des Korrektursignals CR mit einem ersten Ausgang yO des Mikroprozessors uP verbunden ist. Am ersten Addierer A1 sind ein Sinusgenerator sin(x) und ein Kosinusgenerator cos(x) angeschlossen, die eine mit dem Sägezahnsignal yp korrelierende Sinusfunktion yts bzw. Kosinusfunktion ytc generieren. Am Sinusgenerator sin(x) und am Kosinusgenerator cos(x) ist jeweils ein Multiplizierer M1, M2 angeschlossen, dem über das Hochpassfilter HP das Fehlersignal ERS zugeführt ist. Die Ausgänge der Multiplizierer M1, M2 sind jeweils mit einem triggerbaren Integrator I1, I2 verbunden, and denen jeweils über einen Quadrierer u2 ein Tiefpassfilter LP angeschlossen ist, das auf einen zweiten Addierer A2 führt, dessen Ausgang mit dem Mikroprozessor uP verbunden ist und der zweite Ausgang des Mikroprozessors uP ist mit einem dritten Multiplizierer M3 verbunden, der zur Bereitstellung des Korrektursignals CR am Ausgang des Sinusgenerators sin(x) angeschlossen ist.
Die Phasenlage der Ekzentrizität ist starr mit der Lage des Aufzeichnungsträgers OD verbunden und ändert sich bei fester Einspannung nicht. Die Phasenlage muß somit für das Abspielen eines Aufzeichnungsträgers OD nur einmal ermittelt werden und sollte, solange der Aufzeichnungsträgers OD fest eingespannt ist, gültig bleiben. Die Phasenlage kann jedoch auch sporadisch überprüft und korregiert werden.
Mit dem Korrektursignal CR wird ein sinusförmiges Kompensationssignal auf das Aktuatorsignal ACT aufgeschaltet, dessen Phasenlage so lange geändert wird, bis die Amplitude im Fehlersignal ERS ein Minimum erreicht hat.
Die Amplitude At des Korrektursignal CR ist vom aktuellen Radius der abgetasteten Spur abhängig und muss dynamisch korrigiert werden.
Die Amplitude At des Korrektursignal CR wird ebenfalls so eingestellt, das eine minimale Regelabweichung erreicht wird.
Die hier beschriebenen Ausführungsformen sind nur als Beispiele angegeben und ein Fachmann kann andere Ausführungsformen der Erfindung realisieren, die im Bereich der Erfindung bleiben
Der Regler CTRL muß dann nur noch Unterschiede zwischen modellierter Störgröße und wahrer Störgroße ausregeln, wodurch sich die Regelabweichung wesentlich verringert, wie eine Gegenüberstellung der in den 6 und 7 dargestellten Meßergebnisse zeigt. Die Meßdiagramme zeigen das Signal TA, das am Actuator der Antasteinrichtung zur Spurführung des Abtaststrahls auf der Informationspur verwendet wird. Die Gegenüberstellung der Fehlersignale ERS veranschaulicht die geringere Regelabweichung, die mit der vorgeschlagenen lösung erreicht wird und der Spurfehler TE, der durch das Signal unmittelbar am Detektor representiert wird, veranschaulicht, daß die Spurführungs wesentlich genauer in der Spurmitte einer Spur mit der Breite TPU erfolgt, wie dies in 2 veranschaulicht ist.
Dadurch, dass der Abtasteinrichtung bereits mit der zu erwartenden Regelwertveränderung angesteuert wird, sind vom Regler CTRL des Regelkreises nur noch Unterschiede zwischen dem mit dem Störungsmodell DM erzeugten Korrektursignal CR und einem aktuell erforderlichen Regelwert auszugleichen. Eine ohne Korrektursignal vorhandene Regelabweichung wird dadurch nahezu vollständig kompensiert und der Regelbereich des Reglers CTRL nicht bereits durch periodisch wiederkehrende Regelaufgaben eingeschränkt. Das Korrektursignal kann der Abtasteinrichtung bereits zeitlich vor dem zu erwartenden Fehlersignal ERS zugeführt werden, so dass durch eine zeitliche Verzögerung im Regelkreis bedingte Nachteile, die zu Regelabweichungen führen, beseitigt werden.

Claims

Verfahren zum Kompensieren von Regelabweichung in einem Regelkreis, wie er beispielsweise als Spur- oder Fokusregelkreis in Geräten zur Aufzeichnung oder Wiedergabe optischer Aufzeichnungsträger (OD) verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein zyklischen Regelwertveränderungen im Regelkreis entsprechendes Korrektursignal (CR) erzeugt wird, das dem Regelsignal des Regelkreises, das der Regler (CTRL) aus einem Fehlersignal (ERS) generiert, zum Kompensieren von Regelabweichungen hinzugefügt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Korrektursignal (CR) mit einem sinusförmigen Signal (yts) erzeugt wird, dessen Phasenlage (yts) und Amplitude (At) ein Mikroprozessor (uP) mit einem Phasenlageoffset (yO) und durch Minimieren der Amplitude des Fehlersignals (ERS) im Regelkreis steuert.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenlage (yts) des Korrektursignals (CR) mit einem phasenstarr zur Drehachse des Aufzeichnungsträgers (OD) erzeugten Sägezahnsignal (yp) gebildet und mit einem Phasenlageoffset (yO) gesteuert wird, der durch Minimieren des Fehlersignals (ERS) gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplitude (At) des Korrektursignals (CR) durch Multiplikation des Fehlersignals (ERS) mit einer Sinusfunktion (yts) und einer Kosinusfunktion (ytc) und durch Minimieren einer Summe (yTrk) mit einem Mikroprozessor (uP) gebildet wird, die von den integrierten Produkten der Multiplikation gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplitude (At) des Korrektursignals (CR) mit einer Fourier-Transformation der Grundwelle des Fehlehrsignals (ERS) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplitude (At) des Korrektursignals (CR) durch Bandfilterung des Fehlehrsignals (ERS) im Bereich der Drehzahlfrequenz des Aufzeichnungsträgers (OD) bestimmt wird
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Korrektursignal (CR), das dem Regelsignal des Regelkreises hinzugefügt wird, das der Regler (CTRL) aus einem Fehlersignal (ERS) erzeugt, zeitlich vor dem Fehlersignal (ERS) zum Regelsignal hinzugefügt wird.
Anordnung zum Kompensieren von Regelabweichung in einem Regelkreis mit zyklischen Regelwertveränderungen, wie er beispielsweise als Spur- oder Fokusregelkreis in Geräten zur Aufzeichnung oder Wiedergabe optischer Aufzeichnungsträger (OD) verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass dem Regler (CTRL) des Regelkreises, der aus dem Fehlersignal (ERS) ein Regelsignal (ACT) generiert, ein Störungsmodell (DM) zum Erzeugen eines Korrektursignals (CR) parallelgeschaltet ist, das zum Kompensieren zyklischer Regelwertveränderungen im Regelkreis vorgesehen ist.
Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Störungsmodell (DM) ein Phasenregelkreis (PLL) ist, der mit der Drehung des Aufzeichnungsträgers (OD) phasenstarr gekoppelt ist und ein Sägezahnsignal (yp) bereitstellt, an dem ein erster Addierer (A1) angeschlossen ist, der zum Steuern der Phasenlage (ypt) des Korrektursignals (CR) mit einem ersten Ausgang eines Mikroprozessors (uP) verbunden ist und an dem ein Sinusgenerator (sin(x)) und ein Kosinusgenerator (cos(x)) angeschlossen sind, die eine mit dem Sägezahnsignal (yp) korrelierende Sinusfunktion (yts) bzw. Kosinusfunktion (ytc) generieren und mit Multiplizierern (M1, M2) verbunden sind, an denen das Fehlersignal (ERS) angeschlossen ist und deren Ausgänge jeweils mit einem triggerbaren Integrator (I1, I2) verbunden sind, and denen jeweils über einen Quadrierer (u²) ein Tiefpassfilter (LP) angeschlossen ist, das auf einen zweiten Addierer (A2) führt, dessen Ausgang mit dem Mikroprozessor (uP) verbunden ist, dessen zweiter Ausgang mit einem dritten Multiplizierer (M3) verbunden ist, der zur Bereitstellung des Korrektursignals (CR) mit dem Ausgang des Sinusgenerators (sin(x)) verbunden ist.
Verfahren zum Kompensieren von Regelabweichung in einem Regelkreis, wie er beispielsweise als Spur- oder Fokusregelkreis in Geräten zur Aufzeichnung oder Wiedergabe optischer Aufzeichnungsträger (OD) verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erzeugen eines Korrektursignals (CR), das zyklischen Regelwertveränderungen im Regelkreis entspricht und dem Regelsignal des Regelkreises, das der Regler (CTRL) aus einem Fehlersignal (ERS) generiert, hinzugefügt wird, ein Störungsmodell (DM) verwendet wird.