光盘母盘刻录机精密径向伺服系统的研究

论文摘要

光存储技术是20世纪70年代初开始发展起来的一项高新信息存储技术。近年来,随着蓝光存储技术的发展,超大容量的蓝光光盘（Blu-ray Disc）即将替代DVD成为下一代的主导光盘。蓝光技术使用了波长为405nm的蓝色激光和开口率为0.85的激光聚焦物镜,信道间距缩小为320nm,比DVD减小一倍以上,这对光盘母盘刻录伺服系统的精度要求也进一步提高。本文的主要研究对象是光盘母盘刻录机径向伺服系统,研究的目的是实现母盘刻录光学头工作台的高精度速度控制,达到蓝光光盘刻录技术的要求。本文首先介绍了光盘母盘刻录机伺服系统的构成及工作原理,随后针对蓝光光盘刻录的要求,提出了径向伺服系统的设计方案,即采用超声波电机作为驱动、高精度增量式光栅作为速度检测及位置传感器,通过速度锁相控制实现高精度的速度跟随及位置控制。本文设计了母盘刻录机径向伺服系统由比例环节、积分环节、重积分环节构成的精密直线运动控制器。比例及积分环节实现频率锁定,在光栅反馈信号与参考输入速度信号的频差减小到一定范围后,控制器的重积分环节使信号实现相位锁定。本文对光盘母盘刻录机径向伺服系统建立了频率模型,分析其稳定性,并进行了实验,该系统在工作台运动速度较高时实现频率与相位的锁定,使电机的速度精确的跟随输入速度信号的变化。本文对光盘母盘刻录机径向伺服系统作了较深入的分析设计,为蓝光技术母盘刻录系统的研制打下了基础,也为相关的连续变速高精度定位系统的设计提供了借鉴经验。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 光盘母盘刻录的关键技术
• 1.3 光盘技术的发展趋势
• 1.4 国内外研究现状
• 1.4.1 国内研究现状
• 1.4.2 国外研究现状
• 1.5 本课题研究的主要内容
• 第2章 光盘母盘刻录机伺服系统
• 2.1 引言
• 2.2 光盘母盘刻录机伺服系统简介
• 2.3 聚焦伺服原理
• 2.4 道跟踪伺服原理
• 2.4.1 推挽法
• 2.4.2 差分相位检测法
• 2.5 寻轨伺服原理
• 2.6 主轴电机伺服原理
• 2.6.1 恒定角速度模式
• 2.6.2 恒定线速度模式
• 2.7 本章小结
• 第3章 光盘母盘刻录机径向伺服系统的设计
• 3.1 引言
• 3.2 径向伺服系统设计方案
• 3.3 频率锁相控制的设计
• 3.3.1 锁相伺服系统
• 3.3.2 锁相伺服系统的设计方法
• 3.4 工作台驱动方案的设计
• 3.4.1 电机与精密丝杠传动
• 3.4.2 音圈电机驱动
• 3.4.3 超声波电机驱动
• 3.5 位置及速度传感器的设计
• 3.6 本章小结
• 第4章 精密直线运动控制器及其设计
• 4.1 引言
• 4.2 精密直线运动控制器的设计
• 4.2.1 频率比较环节的设计
• 4.2.2 锁频环节及锁相环节的设计
• 4.3 精密直线运动控制器的工作特性
• 4.3.1 频率比较环节
• 4.3.2 锁频环节
• 4.3.3 锁相环节
• 4.4 本章小结
• 第5章 径向伺服控制系统的建模及实验
• 5.1 引言
• 5.2 锁相伺服系统建模分析
• 5.2.1 精密直线运动控制器数学模型
• 5.2.2 超声波电机及其驱动器数学模型
• 5.2.3 锁相伺服系统频率模型
• 5.3 实验及结果分析
• 5.3.1 伺服系统实验平台
• 5.3.2 实验及结果分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢