DE3884824T2

DE3884824T2 - Objekt-Positionierungssystem.

Info

Publication number: DE3884824T2
Application number: DE88300846T
Authority: DE
Inventors: Toshiharu Mukai
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1987-02-04
Filing date: 1988-02-02
Publication date: 1994-02-10
Anticipated expiration: 2008-02-03
Also published as: EP0277799B1; EP0277799A2; KR910008513B1; DE3884824D1; KR880010393A; EP0277799A3; US4876679A

Description

Diese Erfindung betrifft ein Positionierungssystem zum Positionieren eines Objekts, das schnell zu einer gewünschten Position bewegt und an der gewünschten Position fein positioniert werden muß, wie zum Beispiel ein Kopf eines Aufzeichnungsgeräts mit wahlfreiem Zugriff, einschließlich eines optischen Plattenspielers und eines Kopfs von druckenden Geräten.
Optische Plattenspieler besitzen die Fähigkeit hoher Aufzeichnungsdichte und wahlfreien Zugriffs mit hoher Geschwindigkeit. Der Spurabstand (in Form entweder spiralförmiger oder konzentrischer Spuren) einer optischen Platte beträgt etwa 1.6 um. Damit ein Lichtpunkt einer so feinen Spur folgen kann, benötigt der optische Plattenspieler hochauflösende Nachführsteuerung eines optischen kopfs. Um andererseits wahlfreien Zugriff mit hoher Geschwindigkeit zu ermöglichen, muß der optische Kopf schnell in einer radialen Richtung der Platte über die Spuren bewegt werden.
Es ist sehr schwer, diese zwei Forderungen in einer einzelnen Vorrichtung zu erfüllen, und der herkömmliche optische Plattenspieler hat daher zwei separate Vorrichtungen: ein Nachführstellglied, damit der Lichtpunkt einer Spur folgen kann, und ein Querbewegungsstellglied zum Bewegen des Kopfs, um die Spuren zu überqueren. Um ein Hochgeschwindigkeits-Adressensuchen zu erreichen, wird ein Schwingspulen-Linearmotor mit einem üblicherweise darin eingebauten Geschwindigkeitssensor als Querbewegungsstellglied verwendet. Die kinetische Geschwindigkeit des Querbewegungsstellglieds wird durch den Geschwindigkeitssensor abgetastet und an ein Querbewegungssteuersystem zurückgeführt. Dieses bildet eine Geschwindigkeits-Rückkopplungsschleife zum Stabilisieren der Positionierungssteuerung des optischen Kopfs. Ein Beispiel einer solchen Vorrichtung ist in der veröffentlichten Japanischen Patentanmeldung Nr. 57-181436, veröffentlicht am 8. Nov. 1982, unter dem Titel Optical Disc Apparatus offenbart.
Ein Beispiel eines anderen Systems dieser allgemeinen Art wird in US-A-4491776 gezeigt. Dieses Dokument zeigt eine optische Plattenvorrichtung, bei der ein optischer Kopf auf einem Träger eines Linearmotors befestigt ist. In den optischen Kopf eingebaut sind ein Halbleiter-Laseroszillator, eine Fokussiereinheit, eine Nachführeinheit und ein Signaldetektor zum Erzeugen eines Fokusfehlersignals und eines Nachführfehlersignals zum Bewirken der Fokussierung und der Nachführung. Eine getrennte Steuervorrichtung steuert die Hochgeschwindigkeitsbewegung des optischen Kopfs, um den wahlfreien Zugriff auf Daten zu erlauben.
Mit dem Fortschritt der digitalen Signalverarbeitungstechnologie und der Halbleitertechnologie wurden numerische Verfahren in verschiedenen Steuersystemen angewandt, aber ihre Anwendung wurde auf das Gebiet der Steuerungssysteme für Fabriken, Industrieroboter und dergleichen begrenzt. Ein Beispiel eines solchen Systems ist in U.S. Patent Nr. 4,463,300, erteilt am 31. Juli 1984, betitelt "Linear Motor Digital Servo Control", offenbart. Diese Systeme arbeiten im allgemeinen in einem schmalen Frequenzband von etwa 10 rad/s. Andererseits erfordert das Steuersystem des optischen Plattenspielers gewöhnlich ein breites Frequenzband von etwa 10 krad/s. Ein digitales Steuersystem benötigt einen Abtaster, und seine Abtastfrequenz wird mindestens 20mal so breit eingestellt wie das Frequenzband der Steuereinheit. Die Abtastperiode herkömmlicher Steuereinheiten wurde deshalb experimentell auf etwa 10 ms eingestellt, aber die Abtastperiode des Steuersystems einer optischen Platte sollte auf etwa 0.01 ms eingestellt werden. Es war nahezu unmöglich, durch Verwendung herkömmlicher Digitalprozessoren (Mikroprozessor, digitaler Signalprozessor usw.) eine genügend hohe Rechengeschwindigkeit zu erhalten, um ein solches Steuersystem zu betreiben. Ein anderes Closed-Loop-Regelsystem für industrielle Anwendung wird in US-A-4491776 gezeigt. Dieses System ist wiederum nicht zur Verwendung in einem CD-Spieler oder ähnlichen Geräten geeignet. Daher wurde ein Lösungsweg, digitale Technik auf das Steuersystem des optischen Kopfs anzuwenden, bis jetzt vernachlässigt.
Ein mit Analogschaltungen aufgebautes Steuersystem kann DC-Offset und thermische Drift, die Positionierungsfehler verursachen, nicht vermeiden. Ferner benötigt das aus Analogschaltungen bestehende Steuersystem passive Bauteile, wie Kondensatoren und Widerstände, um Kompensationsfilter zur Stabilisierung des Closed-Loop-Systems aufzubauen. Selbst wenn das Steuersystem als anwendungsspezifische integrierte Schaltung aufgebaut wird, müssen diese Bauteile außerhalb des ICs als externe Bauteile untergebracht werden. Aus diesem Grund war das aus Analogschaltungen bestehende Steuersystem ein Hindernis bei der Realisierung preiswerter und kleiner Geräte.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein billiges, digital steuerbares Positionierungssystem zum Steuern einer Position eines beweglichen Objekts mit einem breiten Dynamikbereich in einem Hochgeschwindigkeits-Bewegungsmodus und einer hohen Auflösung in einem Feinbewegungsmodus bereitzustellen.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Positionierungssystem zum Steuern eines optischen Kopfs eines optischen Plattenspielers mit einem breiten Dynamikbereich in einem Adressensuchmodus und mit einer hohen Auflösung in einem Nachführsteuermodus bereitzustellen.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Positionierungssystem zum Steuern eines Objekts bereit, das in einem ersten Hochgeschwindigkeits-Bewegungsmodus schnell bewegt werden muß, und das in einem zweiten Bewegungsmodus mit hoher Positionsauflösung an einer Sollposition fein zu positionieren ist, wobei das System umfaßt:
eine Positionierungs-Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln einer Istposition des Objekts und zum Erzeugen von Istpositionsdaten, die die Istposition anzeigen;
eine Suchsteuereinrichtung zum Vergleichen der Istpositionsdaten mit vorbestimmten Sollpositionsdaten, die eine Sollposition darstellen, und zum Berechnen von Positionsausgleichsdaten, die eine Differenz zwischen den Istpositionsdaten und den Sollpositionsdaten darstellen, wobei die Suchsteuereinrichtung ein Adressensuchbefehlssignal ausgibt, wenn die Positionsausgleichsdaten größer sind als ein vorbestimmter Wert;
Antriebssteuerdaten-Erzeugungseinrichtung zum Erzeugen von Antriebssteuerdaten aus den Positionsausgleichsdaten; und
eine auf die Antriebssteuerdaten ansprechende Antriebseinrichtung zum Bewegen des Objekts,
dadurch gekennzeichntet, daß die Antriebssteuerdaten-Erzeugungseinrichtung umfaßt:
eine Geschwindigkeits-Ermittlungseinrichtung, um normalerweise eine Bewegungsgeschwindigkeit des Objekts in einem vorbestimmten Geschwindigkeitsbereich zu ermitteln, und ansprechend auf das Adressensuchbefehlssignal zum Vermindern ihrer Verstärkung, damit die Geschwindigkeit in einem breiteren Bereich als dem vorbestimmten Geschwindigkeitsbereich grob ermittelt wird, um dadurch Geschwindigkeitsdaten zu erzeugen, die die Geschwindigkeit anzeigen;
eine Additionseinrichtung zum Addieren der Geschwindigkeitsdaten zu den Positionsausgleichsdaten; und
eine Funktionseinrichtung zum Verarbeiten von Ausgangsdaten von der Additionseinrichtung, um die Antriebssteuerdaten zu erhalten.
Die Verstärkung des Geschwindigkeitssensors wird folglich als Reaktion auf den Suchbefehl vermindert, um in einem weiten Geschwindigkeitsbereich wirksam zu werden. Bevorzugt wird eine numerische Verarbeitungsschaltung mit einer Schaltung bereitgestellt, deren Verstärkung als Reaktion auf den Suchbefehl erhöht wird, um eine Geasamtverstärkung der Geschwindigkeits-Rückkoppklungsschleife konstant zu halten.
Dieses System kann wirksam zur Steuerung eines optischen Kopfs eines optischen Plattenspielers verwendet werden, der auch eine Geschwindigkeits-Rückkoppklungsschleife besitzt. Die Suchsteuereinheit erzeugt Positionsausgleichsdaten, die einen Positionsfehler eines Querbewegungsantriebs von einer Zielposition darstellen. in einem Adressensuchmodus erzeugt die Suchsteuereinheit einen Adressensuchbefehl, der an einen Positionssensor oder eine rechnende Schaltung angelegt wird, zum Berechnen eines Ausgangssignals des Positionssensors zum Vermindern der berechneten Verstärkung des Positionssensors. Die Geschwindigkeits-Rückkopplungsschleife kann mit einem weiten Dynamikbereich in einem Adressensuchmodus und mit einer hohen Auflösung in einem Spurfolgemodus arbeiten.
Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden exemplarischen Beschreibung bevorzugter Ausführungen, die in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen erfolgt, besser ersichtlich.
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Positionierungssystems, das die vorliegende Erfindung verkörpert;
Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild eines Positionierungssystems für einen optischen Plattenspieler als andere Ausführung der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 zeigt eine Beziehung zwischen einem Nachführstellglied und einem Querbewegungsstellglieg bei einem optischen Kopf;
Fig. 4 zeigt ein schematisches Flußdiagramm des Adressensuchmodusses;
Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild eines Positionierungssystems für einen optischen Plattenspieler als noch einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 zeigt ein Schaltbild eines exemplarischen Aufbaus eines Geschwindigkeitssensors und einer Geschwindigkeits-Quantisierungsschaltung;
Fig. 7 zeigt einen Frequenzgang eines Hochpaßfilters in Fig. 6;
Fig. 8 zeigt ein Schaltbild eines anderen exemplarischen Aufbaus eines Geschwindigkeitssensors und einer Geschwindigkeits-Quantisierungsschaltung;
Fig. 9 zeigt ein Blockschaltbild noch eines weiteren Aufbaus eines Geschwindigkeitssensors und einer Geschwindigkeits-Quantisierungsschaltung.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungen

Fig. 1 zeigt ein digital gesteuertes Positionierungssystem mit einer Geschwindigkeits-Rückkopplungsschleife, die in zwei Steuerbetriebsarten arbeitet: einem hochauflösenden Modus für eine hochauflösende Positionierung eines gesteuerten Objekts und einem Hochgeschwindigkeitsmodus für eine Bewegung des Objekts mit hoher Geschwindigkeit.
Die Geschwindigkeits-Rückkopplungsschleife umfaßt eine gesteuertes Objekt 1, eine Geschwindigkeits-Ermittlungseinheit 2, eine Geschwindigkeits-Quantisierungseinheit 3, eine Additionseinheit 4, eine Funktionseinheit 5, eine Spannungs-Umwandlungseinheit 6 und eine Antriebseinheit 7.
Die Geschwindigkeits-Ermittlungseinheit 2 ermittelt die kinetische Geschwindigkeit des gesteuerten Objekts 1 und gibt das Geschwindigkeits-Ermittlungssignal Sv aus. Die Geschwindigkeits-Ermittlungseinheit 2 kann z.B. ein in dem gesteuerten Objekt eingebauter Tachometer oder linearer Codierer sein, der ein der kinetischen Geschwindigkeit proportionales Frequenzsignal erzeugt. Die Geschwindigkeits-Quantisierungseinrichtung 3 empfängt das Geschwindigkeits-Ermittlungssignal Sv und wandelt es in digitale Geschwindigkeitsdaten Dv um. Die Additionseinheit 4 empfängt die Geschwindigkeitsdaten Dv und addiert sie zu Positionsausgleichsdaten Dc (später beschrieben). Ein Additionsergebnis Da wird an die Funktionseinheit 5 gesandt. Die Funktionseinheit 5 filtert die Daten Da, um Antriebsdaten Dd zu erhalten. Die Spannungs-Umwandlungseinheit 6 wandelt die Antriebsdaten Dd in ein Spannungssignal um. Die Spannungs-Umwandlungseinheit 6 kann z.B. ein D/A- Wandler oder ein Binärzähler sein, der die Antriebsdaten Dd in eine Impulsbreite eines Spannungsimpulses moduliert. Die Antriebseinheit 7 bewegt das gesteuerte Objekt 1 gemäß dem Spannungssignal, bis die Positionsausgleichsdaten Dc auf Null reduziert sind.
Die Geschwindigkeits-Quantisierungseinheit 3 hat im allgemeinen eine begrenzte Auflösung und einen begrenzten Dynamikbereich. Diese beiden Faktoren schränken sich gegenseitig ein. Ein 8-Bit-A/D-Wandler ist z.B. in seiner Auflösung auf 1/255 des Dynamikbereichs begrenzt. Es besteht keine Möglichkeit, die Auflösung zu verbessern, außer durch eine Vergrößerung der Wortlänge (z.B. von 8 auf 16 Bits).
In dem Hochgeschwindigkeitsmodus ermittelt eine Positionsermittlungseinheit 8 eine Istposition des gesteuerten Objekts 1 und gibt Istpositionsdaten Dp aus. Ein Suchsteuereinheit 9 empfängt die Istpositionsdaten Dp und extern vorgegebene Zieldaten Dg, die eine Position darstellen, die das gesteuerte Objekt 1 erreichen sollte, und erzeugt aus den Zieldaten Dg und Istpositionsdaten Dp Positionsausgleichsdaten Dc, die den Abstand zwischen der Istposition und der Zielposition anzeigen. Wenn der relative Positionsfehler klein ist, muß das gesteuerte Objekt nicht schnell bewegt zu werden, wenn er aber groß ist, sollte das gesteuerte Objekt so schnell wie möglich bewegt werden. Wenn der Wert der Positionsausgleichsdaten Dc größer ist als ein vorbestimmter Wert, gibt deshalb die Suchsteuereinheit 9 einen Suchbefehl Cs zusätzlich zu den Positionsausgleichsdaten Dc an die Geschwindigkeits-Rückkopplungsschleife aus. Dieser Zustand ist der Hochgeschwindigkeitsmodus.
Die Positionsausgleichsdaten Dc werden an die Additionseinheit 4 gesandt. Der Suchbefehl Cs wird an die Geschwindigkeits-Ermittlungseinheit 2 und an die Funktionseinheit 5 gesendet. in dem Hochgeschwindigkeitsmodus muß die Geschwindigkeits-Ermittlungseinheit 2 einen weiten Dynamikbereich haben, weil die kinetische Geschwindigkeit des gesteuerten Objekts 1 groß ist. Um den weiten Dynamikbereich zu erhalten, vermindert die Geschwindigkeits-Ermittlungseinheit 2 ihre Verstärkung als Reaktion auf den Suchbefehl Cs. Gleichzeitig erhöht die Funktionseinheit 5 ihre Verstärkung als Reaktion auf den Suchbefehl Cs, weil die gesamte Schleifenverstärkung der Geschwindigkeits-Rückkopplungsschleife zu deren Stabilisierung festgesetzt werden sollte.
Wenn andererseits die Istpositionsdaten Dc nahe an die Zielpositionsdaten Dg herankommen, oder wenn die Positionsausgleichsdaten Dc in den vorbestimmten Wert fallen, setzt die Suchsteuereinheit 9 den Suchbefehl Cs zurück. Dieser Zustand ist der hochauflösende Modus.
In dem hochauflösenden Modus benötigt die Geschwindigkeits-Ermittlungseinrichtung 2 keinen weiten Dynamikbereich, sondern eine hohe Auflösung, weil die kinetische Geschwindigkeit des gesteuerten Objekts 1 klein genug ist, aber mit hoher Auflösung ermittelt werden sollte. Die Geschwindigkeits-Ermittlungseinheit 2 erhöht daher ihre Verstärkung und die Funktionseinheit 5 vermindert ihre Verstärkung als Reaktion auf das Rücksetzen des Suchbefehls Cs, um die hohe Auflösung zu erhalten, wobei die gesamte Schleifenverstärkung der Geschwindigkeits-Rückkopplungsschleife zu deren Stabilisierung festgesetzt wird.
Fig. 2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Positionierungssystems für einen optischen Plattenspieler unter Verwendung der vorliegenden Erfindung. Das Positionierungssystem hat zwei Regelkreise: eine Nachführregelschleife zur Spurverfolgung und eine Querbewegungsregelschleife für ein Querbewegungsstellglied. Die Nachführregelschleife umfaßt einen optischen Kopf 101, einen Nachführfehlersensor 103, eine Nachführsteuereinheit 104 und ein Nachführstellglied 102. Die Beziehung zwischen dem Nachführstellglied 102 und einem Querbewegungsstellglied 105 ist in Fig. 3 dargestellt. Das Nachführstellglied 102 treibt eine auf einem Hauptkörper 101a des optischen Kopfs 101 beweglich befestigte Objektivlinseneinheit 101b über ein Dämpferelement 101c an, um einer auf einer optischen Platte 100 gebildeten Spur 100a fein zu folgen. Das Querbewegungsstellglied 105 treibt den Hauptkörper 101a des optischen Kopfs 101 an, um der Spur grob zu folgen, wenn die Spur spiralförmig ist, oder um sich eine grobe Strecke von einer Spur zu einer anderen, z.B. von der Spur 100a zu einer anderen Spur 100b, durch Kreuzen der dazwischenliegenden Spuren zu bewegen.
Information ist in auf der optischen Platte 100 gebildeten konzentrischen oder spiralförmigen Spuren aufgezeichnet. Der optische Kopf 101 fokussiert einen Lichtstrahl auf eine Spur, um einen Lichtpunkt zu bilden. Ein Fokusregelsystem, die nicht mit der vorliegenden Erfindung in Beziehung steht, ist nicht dargestellt.
Zurück zu Fig. 2. Der Nachführfehlersensor 103 erzeugt ein relatives Positionssignal, das eine Position des Lichtpunkts relativ zu einer Spur durch einen Intensitäts- oder Phasenfehler eines von der Platte 100 reflektierten Lichtstrahls anzeigt. Das relative Positionssignal wird an den Nachführregler 104 angelegt.
Die Nachführregler 104 umfaßt einen Nachführ-A/D-Wandler 104a, ein Nachführregelement 104b, einen Nachführ-D/A-Wandler 104c und einen Nachführtreiber 104d. Der Nachführ-A/D-Wandler 104a wandelt das relative Positionssignal in digitale relative Positionsdaten Dr um. Die relativen Positionsdaten Dr werden an das Nachführregelement 104b geleitet. Das Nachführregelement 104b ist ein PID-Regler (proportional, integral, differential) zum Stabilisieren der Nachführregelschleife. Es filtert die relativen Positionsdaten, um Nachführttreiberdaten Dt zu erhalten. Die Nachführttreiberdaten Dt werden durch den Nachführ-D/A-Wandler 104c in ein Nachführspannungssignal umgewandelt. Das Nachführspannungssignal wird durch den Nachführtreiber 104d verstärkt und an das Nachführstellglied 102 angelegt, so daß das Nachführstellglied 102 den optischen Kopf 101 betätigt, um einer gewünschten Spur zu folgen.
Die Querbewegungsregelschleife umfaßt das Querbewegungsstellglied 105, einen Positionssensor 115, einen Positions-A/D-Wandler 116, eine Adressensuchsteuereinheit 106, einen Wahlschalter 107, einen Geschwindigkeitssensor 108, einen Geschwindigkeits-A/D-Wandler 109, einen Addierer 110, ein Querbewegungsregelelement 111, einen variablen Multiplizierer 112, einen Querbewegungs-D/A-Wandler 113 und einen Querbewegungstreiber 114.
Das Querbewegungsstellglied 105 bewegt den optischen Kopf 101 über die Spuren auf der optischen Platte 100. Der Positionssensor 115 erzeugt ein Istpositionssignal, das eine absolute Position des Querbewegungsstellglieds 105 anzeigt, z.B. durch Zahlen der impulse aus einer in dem Stellglied 105 eingebauten leiterartigen Linearskala (nicht gezeigt). Der Positions-A/D-Wandler 116 wandelt das Istpositionssignal von dem Positionssensor 115 in digitale Istpositionsdaten Dp um und legt die Daten Dp an die Adressensuchsteuereinheit 106 an.
Die Adressensuchsteuereinheit 106 vergleicht die Istpositionsdaten Dp mit von einer Hauptsteuereinheit 118 des optischen Plattenspielers übergebenen Zieldaten Dg. Die Hauptsteuereinheit 118 erzeugt die Zieldaten Dg aus einer von einem Bediener über eine Bedienerschnittstelle 117 eingegebenen instruktion oder einem darin zuvor vorbereiteten Programm. Wenn diese Daten Dp und Dg einander nicht gleich sind, gibt die Adressensuchsteuereinheit 106 einen Adressensuchbefehl Sa und Positionsausgleichsdaten Dc aus, die einer Differenz zwischen den Zieldaten Dg und den Istpositionsdaten Dp entsprechen.
Der Wahlschalter 107 überträgt entweder die Positionsausgleichsdaten Dc, wenn der Adressensuchbefehl Sa von der Adressensuchsteuereinheit 106 ausgegeben wird, oder die Nachführtreiberdaten Dt, wenn der Adressensuchbefehl Sa nicht ausgegeben wird. Ausgangsdaten von dem Schalter 107 werden zu einem Eingangsanschluß 110a des Addierers 110 geführt.
Der Geschwindigkeitssensor 108 ermittelt eine kinetische Geschwindigkeit des Querbewegungsstellglieds 105, z.B. durch Messen der Breite jedes impulses von der leiterartigen Linearskala, und gibt als Ermittlungsergebnis ein Geschwindigkeitssignal Sv aus. Der Geschwindigkeits- A/D-Wandler 109 wandelt das Geschwindigkeitssignal Sv in digitale Geschwindigkeitsdaten Dv um. Der Addierer 110 addiert die Geschwindigkeitsdaten Dv numerisch zu den Ausgangsdaten (Dt oder Dc) von dem Schalter 107 und sendet ein Additionsergebnis an das Querbewegungsregelelement 111. Das Querbewegungsregelelement 111 ist ein bekanntes Digitalfilter, das eine Z-Transformation oder das bilineare Verfahren von Tustin ausführt, um die Ausgangsdaten des Addierers 110 zu filtern. Die gefilterten Ausgangsdaten des Querbewegungsregelelements 111 werden in dem variablen Multipizierer 112 mit einem vorbestimmten Koeffizienten multipliziert. Der Querbewegungs-D/A-Wandler 113 wandelt die Ausgangsdaten des variablen Multiplizierers 112 in ein Spannungssignal um, das durch den Querbewegungstreiber 114 verstärkt wird und an das Querbewegungstellglied 105 angelegt wird, um den optischen Kopf 101 zu bewegen.
Die zweite Regelschleife, die den Geschwindigkeitssensor 108 und den Geschwindigkeits-A/D-Wandler 109 enthält, bildet eine Geschwindigkeits-Rückkopplungsschleife, deren Steuereingang der Anschluß 110a des Addierers 110 ist, wie in Fig. 2 gezeigt. Diese Schleife ist der Hauptblock des Positionierungssystems. Die kinetische Geschwindigkeit des Querbewegungsstellglieds 105 ist dem Wert der an den Anschluß 101a angelegten Daten proportional.
Der optische Plattenspieler hat zwei Betriebsarten: einen Adressensuchmodus und einen Spurfolgemodus. Der Adressensuchmodus dient zum Bewegen des optischen Kopfs 101 zu einer gewünschten Spur, die die gewünschte Adresse hat. Der Spurfolgemodus erlaubt dem optischen Kopf 101, nach dem Adressensuchmodus der Spur zu folgen. im Spurfolgemodus besteht die Hauptaufgabe des Positionierungssystems darin, das Nachführstellglied 102 so zu steuern, daß die Position des optischen Kopfs 101 in einem erlaubten Abweichungsbereich von der Mitte einer Spur gehalten wird.
Ein Zustandsübergang zwischen den zwei Betriebsarten wird nun beschrieben.
Fig. 4 zeigt ein schematisches Flußdiagramm der Funktion der Adressensuchsteuereinheit 106 in dem Adressensuchmodus.
Zuerst werden in Schritt 1 die Zieldaten Dg von der Hauptsteuereinheit 118 an die Adressensuchsteuereinheit 106 angelegt. Nach Empfang der Zieldaten Dg empfängt in Schritt 2 die Adressensuchsteuereinheit 106 Istpositionsdaten Dp von dem Positions-A/D-Wandler 116 und vergleicht in Schritt 3 die Istpositionsdaten Dp mit den Zieldaten Dg. Wenn die Istpositionsdaten Dp mit den Zieldaten Dg nicht übereinstimmen, gibt die Adressensuchsteuereinheit 106 in Schritt 4 Positionsausgleichsdaten Dc an den Umschalter 107 aus und gibt gleichzeitig einen Adressensuchbefehl Sa an den Umschalter 107, den Geschwindigkeitssensor 108 und den variablen Multiplizierer 112 in Schritt 5 aus.
Nach Beenden von Schritt 5, mit anderen Worten, nachdem der Adressensuchbefehl Sa ausgegeben wurde, wird der Zustand des Plattenspielers in den Adressensuchmodus verändert. in diesem Adressensuchmodus wählt der Schalter 107 seinen mit der Adrssensuchsteuereinheit 106 verbundenen Eingang B, um die Positionsausgleichsdaten Dc weiterzuleiten, die an die Geschwindigkeits-Rückkopplungsschleife von dem Eingang 110a des Addierers 110 angelegt werden. Das Querbewegungsstellglied 105 beginnt sich als Reaktion auf die Positionsausgleichsdaten Dc zu bewegen.
Hierbei sollte das Querbewegungsstellglied 105 bei einer durch die Zieldaten Dg angezeigten Spur so schnell wie möglich eintreffen, um ein Hochgeschwindigkeits-Adressensuchen auszuführen. Deshalb wird von dem Geschwindigkeitssensor 108 verlangt, eine Geschwindigkeit in einem weiten Geschwindigkeitsbereich zu ermitteln. Aus diesem Grund wird die Verstärkung des Geschwindigkeitssensors 108 als Reaktion auf den Adressensuchbefehl vermindert, um eine Geschwindigkeit in einem weiten Geschwindigkeitsbereich zu ermitteln. Der Bereich beträgt z.B. mindestens 33 mm/s, wenn sich das Querbewegungsstellglied 105 in 1 s von der innersten zur äußersten Spur zu bewegen hat. in diesem Fall wird der ermittelbare Arbeitsbereich des Querbewegungs-A/D-Wandlers 109 auf mindestens 33 mm/s eingestellt. Der Querbewegungs-A/D-Wandler 109 kann die kinetische Geschwindigkeit des Querbewegungsstellglieds 105 in die Geschwindigkeitsdaten Dv umwandeln. Die Verstärkung des variablen Multiplizieres 112 wird erhöht, um die Gesamtverstärkung der Rückkopplungsschleife konstant zu halten.
Die Adressensuchsteuereinheit 106 wiederholt den Vorgang der Schritte 2 bis 5, bis in Schritt 3 die Istpositionsdaten mit den Zieldaten zur Übereinstimmung kommen. Wenn die Istpositionsdaten Dp mit den Zielpositionsdaten Dg übereinstimmen, stellt die Adressensuchsteuereinheit 106 in Schritt 5 den Adressensuchbefehl Sa zurück.
Nach Beenden von Schritt 5 wird der Plattenspieler in den Spurfolgemodus gebracht, bei dem der Schalter 107 seinen mit dem Nachführregelelement 104b verbundenen Eingangsanschluß A wählt. Die Geschwindigkeits-Rückkopplungsschleife wird mit den Nachführtreiberdaten Dt von dem Eingang 110a des Addierers 110 versorgt und das Querbewegungsstellglied 105 beginnt, den Nachführtreiberdaten zu folgen.
Andererseits wird die Verstärkung des Geschwindigkeitssensors 108 erhöht, und der Koeffizient des variablen Multiplizierers 112 wird verringert. in dem Spurfolgemodus benötigt der Geschwindigkeits-A/D- Wandler 109 vielmehr eine hohe Auflösung als den weiten Arbeitsbereich, weil die kinetische Geschwindigkeit in diesem Modus im Mttel 0.015 mm/s beträgt, was viel kleiner ist als 33 mm/s in dem Adressensuchmodus. Durch Erhöhen der Verstärkung des Geschwindigkeitssensors 108 können in dem Geschwindigkeits-A/D-Wandler 109 kleinere Rundungsfehler und höhere Auflösung erzielt werden. Andererseits wird die Open-Loop-Verstärkung der Geschwindigkeits-Rückkopplungsschleife nicht verändert, weil der Koeffizientenwert des variablen Multiplizierers 112 verringert wird, um die Open-Loop-Verstärkung der Geschwindigkeits-Rückkopplungsschleife in dem Adressensuchmodus mit der in dem Spurfolgemodus im Gleichgewicht zu halten.
Wie oben beschrieben, kann die begrenzte Wortlänge des Geschwindigkeits-A/D-Wandlers 109 wirksam ausgenutzt werden, weil die Verstärkungen des Geschwindigkeitssensors 108 und des variablen Multiplizierers 112 entsprechend den zwei Betriebsarten des Plattenspielers eingestellt werden können.
Der Positionssensor 115 und der Positions-A/D-Wandler 116 können durch einen Decoder ersetzt werden. Fig. 5 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Positionierungssystems, das mit einem Decoder 120 anstelle des Positionssensors 115 und des Positions-A/D-Wandlers 116 in Fig. 2 ausgestattet ist.
Gewöhnlich enthält jeder auf der optischen Platte 100 aufgezeichnete Datenblock Adreßdaten zum Bestimmen der Position des optischen Kopfs 101. Der Decoder 120 extrahiert istadreßdaten aus dem von dem optischen Kopf 101 wiedergegebenen Signal und wandelt die Istadreßdaten in absolute Positionsdaten um, die an die Adressensuchsteuereinheit 106 angelegt werden. Die absoluten Positionsdaten sind mit den Istpositionsdaten Dp in Fig. 2 gleichwertig. Die Funktion und die Wirkung des in Fig. 5 gezeigten Systems sind deshalb mit denen des System in Fig. 2 gleichwertig.
Fig. 6 zeigt ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels des Geschwindigkeitssensors 108. In Fig. 6 umfaßt der Geschwindigkeitssensor 108 die Operationsverstärker 108a und 108i, einen variablen Widerstand 108b, einen Kondensator 108c, die Festwiderstände 108d, 108e, 108f und 108g und einen Analogschalter 108h. Der variable Widerstand 108b ist in dem Querbewegungsstellglied 105 eingebaut und verändert seinen Widerstand mit der Position des Querbewegungsstellglieds 105. Eine Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 108i ist dem Widerstandswert des variablen Widerstands 108b proportional. Der Kondensator 108c und der Festwiderstand 108d bilden ein Hochpaßfilter. Die Übertragungsfunktion F(s) dieses Filters ist wie folgt:
F(s) = - s(Z/R1)/(1+sCR1) ... (1)
wo C eine Kapazität des Kondensators 108c, R1 einen Widerstand des Festwiderstands 108d, s einen Laplace-Operator und Z einen zusammengesetzten Widerstand darstellt, der durch die Festwidwerstände 108e, 108f und 108g bestimmt wird.
Fig. 7 zeigt einen Frequenzgang des Hochpaßfilters. Der Wert CR1 begrenzt den Frequenzbereich der differenzierenden Wirkung in dem Filter, wie in Fig. 7 dargestellt. Wenn der Wert CR1 gegenüber dem Frequenzbereich des Eingangssignals (der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 108a) genügend groß gewählt wird, kann deshalb Gleichung (1) wie folgt gleichwertig neu geschrieben werden:
F(s) - s(Z/R1) ... (1')
Da die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 108a der Position des Querbewegungsstellglieds 105 proportional ist, ist die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 108a der Geschwindigkeit des Querbewegungsstellglieds 105 ebenfalls proportional.
Der Analogschalter 108h ist in dem Spurfolgemodus geschlossen und wird in dem Adressensuchmodus als Reaktion auf den Adressensuchbefehl Sa geöffnet. Der Wert von Z ist daher wie folgt
Z = 2R + R²/R&sub0; (im Spurfolgemodus)
= 2R (im Adressensuchmodus)
wo R einen Widerstand jedes der Festwiderstände 108e und 108f und R&sub0; einen Widerstand des Festwiderstands 108g bezeichnen.
Wie oben gezeigt, nimmt die Verstärkung des Geschwindigkeitssensors 108 im Spurfolgemodus zu und im Adressensuchmodus ab, gemäß dem Schliefen und Öffnen des Analogschalters 108h.
Fig. 8 zeigt ein Blockschaltbild einer anderen Konfiguration des Geschwindigkeitssensors 108 und des Geschwindigkeits-A/D-Wandlers 109. in Fig. 8 umfaßt der Geschwindigkeitssensor 108 die Operationsverstärker 108a und 108i, einen variablen Widerstand 108b und die Festwiderstände 108d und 108j. Der Geschwindigkeits-A/D-Wandler 109 umfast einen V/F-Wandler (Spannungs-Frequenz-Wandler) 109a, einen Quarzoszillator 109b, einen Frequenzteiler 109c und einen Binärzähler 109d. Der variable Widerstand 108b und die Operationsverstärker 108a und 108i sind die gleichen wie in Fig. 6. Der Kondensator 108c und der Festwiderstand 108d bilden ein Hochpaßfilter. Die Übertragungsfunktion F'(s) dieses Filters ist wie folgt:
F'(s) = - s(R2/R1)/(1+sCR1) ... (2)
wo C eine Kapazität des Kondensators 108c, R1 einen Widerstand des Festwiderstands 108d und R2 einen Widerstand des Festwiderstands 108j darstellt. In Gl. (2) ist Z in Gl. (1) durch R2 ersetzt. Der Vorgang zum Ermitteln der kinetischen Geschwindigkeit des Querbewegungsstellglieds 105 ist der gleiche wie der in Fig. 7 dargestellte.
Der V/F-Wandler 109a wandelt die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 108i, die der Bewegungsstrecke des Querbewegungsstellglieds 105 proportional ist, in ein Frequenzsignal um. Die Impulsbreite des Frequenzsignals ist der kinetischen Geschwindigkeit des Querbewegungsstellglieds 105 proportional. Der Binärzähler 109d zählt die Anzahl Impulse von dem Frequenzteiler 109c während einer Dauer eines Impulses des Frequenzsignals, um die kinetischen Geschwindigkeit numerisch zu ermitteln. Die ermittelte Geschwindigkeit ist proportional der Frequenz des Frequenzteilers 109c, und die Frequenz ist proportional einem Teilungsverhältnis K des Frequenzteilers 109c. Die ermittelte Geschwindigkeit ist daher proportional dem Teilungsverhältnis K. Das Teilungsverhältnis K des Frequenzteilers 109c wird als Reaktion auf den Adressensuchbefehl Sa erhöht. Deshalb kann, anstelle der direkten Aenderung der Verstärkung des Geschwindigkeitssensors 108, die gleiche Wirkung durch Andern des Umwandlungsverhältnisses des Geschwindigkeits-A/D-Wandlers 109 erzielt werden.
Fig. 9 zeigt ferner ein Blockschaltbild einer weiteren Konfiguration des Geschwindigkeitssensors 108 und des Geschwindigkeits-A/D-Wandlers 109. in Fig. 9 ist der Geschwindigkeitssensors 108 der gleiche wie der in Fig. 8 gezeigte. Der Geschwindigkeits-A/D-Wandler 109 umfaßt einen V/F-Wandler 109a, einen Quarzoszillator 109b, einen Frequenzteiler 109e und einen Binärzähler 109d. Der V/F-Wandler 109a wandelt die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 108i um, die proportional der kinetischen Geschwindigkeit des Querbewegungsstellglieds 105 ist.
Die Ausgangsfrequenz des V/F-Wandlers 109a wird in dem Frequenzteiler 109e durch L geteilt.
Der Binärzähler 109d zählt die Zahl von Impulsen von dem Quarzoszillator 109b während einer Dauer eines Impulses des Frequenzsignals von dem Frequenzteiler 109e, um die kinetische Geschwindigkeit numerisch zu ermitteln. Die ermittelte Geschwindigkeit ist dem Teilungsverhältnis L proportional, und die Verstärkung des Geschwindigkeitssensors 108 kann entsprechend der Anderung des Teilungsverhältnisses L als Reaktion auf den Adressensuchbefehl gleichwertig vermindert werden.

Claims

1. Positionierungssystem zum Steuern eines Objekts (1), das in einem ersten Hochgeschwindigkeits-Bewegungsmodus schnell bewegt werden muß, und das in einem zweiten Bewegungsmodus mit hoher Positionsauflösung bei einer Sollposition fein zu positionieren ist, wobei das System umfaßt:

eine Positionierungs-Ermittlungseinrichtung (8; 115,116; 120) zum Ermitteln einer Istposition des Objekts und zum Erzeugen von Istpositionsdaten, die die Istposition anzeigen;

eine Suchsteuereinrichtung (9; 106,107) zum Vergleichen der Istpositionsdaten mit vorbestimmten Sollpositionsdaten, die eine Sollposition darstellen, und zum Berechnen von Positionsausgleichsdaten, die eine Differenz zwischen den Istpositionsdaten und den Sollpositionsdaten darstellen, wobei die Suchsteuereinrichtung ein Adressensuchbefehlssignal ausgibt, wenn die Positionsausgleichsdaten größer sind als ein vorbestimmter Wert;

Antriebssteuerdaten-Erzeugungseinrichtung (2-6; 108-112) zum Erzeugen von Antriebssteuerdaten aus den Positionsausgleichsdaten; und

eine auf die Antriebssteuerdaten ansprechende Antriebseinrichtung (7; 113,114) zum Bewegen des Objekts,

dadurch gekennzeichntet, daß die Antriebssteuerdaten-Erzeugungseinrichtung (2-6; 108-112) umfaßt:

eine Geschwindigkeits-Ermittlungseinrichtung 2,3; 108,109), um normalerweise eine Bewegungsgeschwindigkeit des Objekts in einem vorbestimmten Geschwindigkeitsbereich zu ermitteln, und ansprechend auf das Adressensuchbefehlssignal zum Vermindern ihrer Verstärkung, damit die Geschwindigkeit in einem breiteren Bereich als dem vorbestimmten Geschwindigkeitsbereich grob ermittelt wird, um dadurch Geschwindigkeitsdaten zu erzeugen, die die Geschwindigkeit anzeigen;

eine Additionseinrichtung (4; 110) zum Addieren der Geschwindigkeitsdaten zu den Positionsausgleichsdaten; und

eine Funktionseinrichtung (5,6; 111,112) zum Verarbeiten von Ausgangsdaten von der Additionseinrichtung, um die Antriebssteuerdaten zu erhalten.

2. Positionierungssystem nach Anspruch 1, worin die Funktionseinrichtung (5,6; 111,112) auf das Adressensuchbefehlssignal anspricht, um eine Gesamtverstärkung einer durch die Antriebssteuerdaten-Erzeugungseinrichtung (2-6; 108-112) und die Antriebseinrichtung (7; 113,114) gebildeten Rückkopplungsregelschleife konstant zu halten.

3. Optischer Plattenspieler zur Wiedergabe in Spuren auf einer Platte aufgezeichneter information umfassend einen optischen Kopf (101), der einen Lichtstrahl fokussiert, um einen Lichtpunkt auf der Platte zu bilden, und der einen von der Platte reflektierten Lichtstrahl ermittelt, wobei der Plattenspieler ein Positionierungssystem nach Anspruch 1 oder 2 enthält, bei dem der erste Hochgeschwindigkeits-Bewegungsmodus als ein Adressensuchmodus zum Bewegen des optischen Kopfes in einer die Spuren überquerenden Richtung arbeitet und der zweite Modus als ein Spurfolgemodus arbeitet, um dem Lichtpunkt zu erlauben, einer Spur zu folgen, wobei der optische Plattenspieler weiter umfaßt:

eine Nachführsteuereinrichtung (103,104,102), um den optischen Kopf so zu steuern, daß der Lichtpunkt einer Spur folgt, wobei die Nachführsteuereinrichtung Nachführfunktionsdaten erzeugt;

eine Vorschubeinrichtung (105), die darauf den optischen Kopf trägt und in einer die Spuren überquerenden Richtung bewegbar ist, wobei die Positions-Ermittlungseinrichtung arbeitet, um die Istposition der Vorschubeinrichtung zu ermitteln; und

eine Auswahleinrichtung (107), um normalerweise die Nachführfunktionsdaten von der Nachführsteuereinrichtung zu erlangen und ansprechend auf das Adressensuchbefehlssignal, um Positionsausgleichsdaten von der Suchsteuereinrichtung auszuwählen.