控制系统、驱动系统和控制方法,包括驱动系统的设备

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技术领域\n本发明涉及一种控制系统，包括所述控制系统的驱动系统，以及包括 所述驱动系统的用来存储和/或重放信息的设备，和一种控制马达的方法。\n背景技术\n从WO 97/23 873已经知道这样的控制方法、驱动系统、设备和方法。 在这里所描述的驱动系统中，第一和第二位置信号各自由霍耳传感器产 生。另外，从这些位置信号中的每一个导出反相位置信号。借助于这两个 位置信号和反相位置信号中的一个，状态发生器产生状态信号，后者加在 一个多路转换器上。该多路转换器还接收所述两个位置信号和所述两个反 相位置信号。依据所述状态信号，多路转换器把这些反相或非反相的位置 信号中的一个传送到其输出端。将在多路转换器的输出端上这样获得的信 号成形为锯齿形。基准装置适合于通过基准信号的相应变化来补偿多路转 换器输出信号上的突然变化。这导致马达的均匀驱动。\n发明内容\n本发明的一个目的是提供以前定义类型的无须这样一种补偿的控制系 统、驱动系统、存储和/或重放信息的方法和设备。\n为了达到这一目的，根据本发明，提供了一种控制系统，它包括：\n-测量系统，用来测量由一个驱动系统相对于该驱动系统的第一部分 驱动的第二部分的位置的瞬时值，从而产生表示该位置的瞬时值的第一位 置信号和第二位置信号，所述驱动系统的所述第二部分准备相对于所述第 一部分而定位；\n-误差信号产生装置，用来响应基准信号和所述第一位置信号、第二 位置信号而产生误差信号，所述基准信号是位置要求值的度量，所述误差 信号是所述位置要求值和所述位置瞬时值之间差值的度量；\n-激励装置，用来根据所述误差信号激励得到驱动系统的马达，\n其特征在于：所述误差信号产生装置适合于从所述基准信号导出加权 系数，用来以所述加权系数对所述位置信号进行加权，并用来计算所述加 权位置信号之和。\n在上述控制系统中，所述位置信号是与所述位置有关的角度瞬时值的 周期性函数，所述加权系数是所述基准信号的周期性函数。其中，所述误 差信号产生装置适合于从所述加权位置信号计算另一个和，所述和以及所 述另一个和都是所述角度瞬时值和所述角度要求值之间偏差的周期性函 数，这些周期性函数在相位上是彼此偏移的，而所述误差信号产生装置还 适合于计算与所述角度瞬时值和所述角度要求值之间所述偏差对应的周期 数的量度。\n在上述控制系统中，所述误差信号产生装置产生误差信号，在瞬时位 置和要求位置之间差值较小的情况下，所述误差信号表现出的量化比所述 差值较大情况下的量化精细；或者，所述误差信号表现出的变化比所述差 值较大情况下的变化大。\n本发明还提供了一种驱动系统，它包括马达、驱动系统的第一部分、 准备由所述马达相对于所述第一部分而驱动的第二部分以及一个控制系 统，所述控制系统即是如上面所述的控制系统。\n本发明的另一个方面，提供了一种存储和/或重放信息用的设备，它包 括：头，用来把信息写在信息载体上和/或把存储在信息载体上的信息读出； 以及一个驱动系统，用来使头相对于信息载体定位；所述驱动系统，即是 上述的驱动系统。\n本发明的又一个方面，提供了一种在具有第一部分和准备由马达相对 于第一部分而驱动的第二部分的驱动系统中控制所述马达的方法，所述方 法包括以下步骤：\n-产生依赖于所述第二部分相对于所述第一部分的位置值的第一和第 二位置信号；\n-产生基准值，它是所述位置的要求值的量度；\n-产生误差信号，它是所述位置的瞬时值和所述位置的要求值之间差 值的量度；\n-依据所述误差信号激励所述马达，\n其特征在于所述方法还包括以下步骤：\n-从所述基准信号产生加权系数，\n-用所述加权系数对所述位置信号进行加权，以及\n-计算加权后的位置信号之和。\n按照本发明，所述多个位置信号同时用来计算误差信号。这样就有可 能不论位置的瞬时值为何，算出的误差信号总是位置瞬时值和要求值之间 差值的单调函数。其结果是，不必对基准信号进行补偿。\n现将参照附图较详细地描述本发明的这些和其它方面。\n附图说明\n图1示意地表示驱动系统；\n图2示意地表示误差信号产生装置；\n图3表示图2的一部分的变型；\n图4A至4D表示出现在图2误差产生装置中的信号；\n图5表示图2的一部分；以及\n图6表示用来把数据写在数据载体上和/或由其中读出数据的装置。\n具体实施方式\n图1示意地表示一种驱动系统，它包括马达1和该马达用的控制系统 2。马达由形成第一部分的底盘承载，并相对于第一部分驱动由轴11形成 的第二部分。例如，磁带或光带的卷轴，或者读出或记录盘形数据载体用 的写/读头的滑座在机械上耦合到第二部分11。控制装置2包括测量系统 21a，b，用来产生第一和第二位置信号Xpa，Xpb，该位置信号是第二部分 11相对于第一部分10的位置瞬时值的量度。在本实施例中，马达1包括具 有9个磁极对的磁环13。测量系统包括第一和第二霍耳传感器21a，21b， 它们安排成面向磁环，并分别产生第一和第二位置信号。这样产生的位置 信号是马达轴角度αp瞬时值的周期函数。第一和第二位置信号是sin(9*αp) 和cos(9*αp)。在另一个版本中，测量系统包括第一和第二光学传感器， 而马达轴带动一个圆盘，后者的传动(transmission)是角度的函数。在再 一个版本中，测量系统包括一个圆盘，它在半径方向上的电阻是作为角度 的函数而变化的，借助于该盘中心点的第一滑动触点和该盘圆周上的两个 或多个滑动触点来测量所述径向电阻。\n控制系统还包括基准装置22，用来产生基准信号Xr，后者是所需要的 位置的量度。若有必要，基准装置22可以再产生一个或多个基准信号，供 误差信号产生装置23使用。在本实施例中，基准信号Xr与值9*αs成正比， 其中αs是关于马达1轴的所需要的值。误差信号产生装置23从位置信号 Xpa，Xpb和基准信号Xr导出误差信号Xe，后者是所需要的值和位置瞬时 值之间差值的量度。控制装置2还包括激励装置24，用来根据误差信号Xe 而以激励信号Xf激励马达1。\n图2表示误差信号产生装置，它适合于从基准信号Xr导出加权系数 Xwa，Xwb，用来以加权系数Xwa，Xwb对位置信号XPa，Xpb进行加权， 并计算加权位置信号和。加权系数是基准信号Xr的周期性函数。在一个变 型中，该周期性函数是从基准信号、例如、通过级数展开来推算的。但是， 在本变型中，误差信号产生装置包括第一表格200，后者以基准信号Xr(在 本实施例中是7位数字信号)的函数的形式提供与sin(9*αs)对应的第一 加权系数Xwa。第二表格201以基准信号Xr的函数的形式提供与cos (9*αs)对应的第二加权系数Xwb。\n图3所示的变型使用单一表格200’来计算第一加权系数Xwa和第二加 权系数Xwb两者。所述表格200’接收多路转换器201’的输出信号Xr”。该 输出信号Xr”是由多路转换器201”根据二态选择信号Xs从第一输入信号Xr 和第二输入信号Xr’中选出的。第一输入信号Xr相当于基准信号，它是角 度9*αs的量度。加法器202’从基准信号Xr计算第二信号Xr’，后者是角度 9*αs+π/2的量度。按照选择信号Xs的值，表格200’提供与cos(9*αs)或 sin(9*αs)对应的输出信号Xw’，而这个信号Xw’通过反多路转换器203’ 读入第一寄存器204’或读入第二寄存器205’。在本变型中，选择信号Xs 是借助于分频器206’从时钟信号C1产生的。选择信号Xs的值在时钟信号 的每个周期发生变化。\n图2所示的误差信号产生装置23包括第一乘法器202，后者在其第一 输入端接收第一位置信号Xpa，并将该信号乘以第二加权系数Xwb，后者 在其第二输入端由第二表格201提供。第二乘法器203在其第一输入端接 收第二位置信号Xpb，并在其另一输入端接收第一表格200输出的第一加 权系数Xwa。第一乘法器202的输出端连接到第一加法器的第一反相输入 端，而第二乘法器203的输出端连接到第一加法器的第二非反相输入端，\n现将参照图4A至4D解释误差信号产生装置的操作。\n由加法器206提供的信号Xe1与sin(9*(-αs-αd))成正比。只要角 度值9*(-αs-αd)仍旧在-π/2至+π/2的区间内，图4A所示的该信号就适宜 作为误差信号。\n为了允许要求的角度和待校正的瞬时角度之间有较大的偏差，计算第 二加权和Xe2，它是cos(9*(-αs-αd))的量度。因此，Xe1和Xe2都是 角度瞬时值和角度的要求值之间差值的周期函数，彼此相对有相移。这种 信号示于图4B。为此目的，第三乘法器204在其第一输入端接收第一位置 信号Xpa，而在其第二输入端接收第一加权系数Xwa。第四乘法器205在 其第一输入端接收第二位置信号Xpb，而在其第二输入端接收第二加权系 数Xwb。第三和第四乘法器各自的输出端分别连接到第二加法器207的第 一和第二输入端(均为非反相)。信号Xe2与cos(9*(-αs-αd))成正比。 加法器206，207中的每一个的出端连接到计数装置208的相应的输入端。\n图5中更详细地示出的计数装置208从第一加权和Xe1以及第二加权 和Xe2计算9*(-αs-αd)/π的最接近的积分值N(见图4C)。若对于高于 正的第一阈值T的第一和Xe1的值，第二和Xe2的符号从正变为负，或者 若对于低于负的第二阈值-T的第一和Xe1的值，第二和Xe2的符号从负变 为正，则N值加一。若对于高于正的第一阈值T的第一和Xe1的值，第二 和Xe2的符号从负变为正，或若对于低于负的第二阈值-T的第一和Xe1的 值，第二和Xe2的符号从正变为负，则N值减一。\nN值等于trunc(9*(αp-αs)/π)，其中trunc(x)是x值的四舍五入。 因而，N值是与瞬时角度αp与要求的角度αs之间偏差对应的周期数的量度。\n第一加法器206的输出端还连接到多路转换器209的第一输入端 209a。多路转换器209的第二输入端209b连接到计数装置208的输出端。 计数装置208的输出端连接到多路转换器209的选择输入端209c。所产生 的误差信号Xe提供给多路转换器209的输出端。当选择输入端209c处信 号N的值相当于0值时，多路转换器209使其输出耦合到它的第一输入端 209a。当选择输入端209c处信号N的值非0时，多路转换器209使其输出 耦合到它的第二输入端209b。多路转换器209输出端的信号Xe如图4D所 示。在瞬时角度αp与要求的角度αs之间偏差比较小，亦即-π/2＜＝9*(αp-αs) ＜＝π/2的情况下，误差信号产生装置23产生等于sin(9*(-αs-αd))的误 差信号。在该差值较大，亦即对于绝对值9*(-αs-αd)＞π/2的情况下，误差 信号等于trunc(9*(-αs-αd)/π)。因此，在瞬时位置(αp)与要求位置(αs) 之间的差值较小的情况下，与该差值较大的情况相比，由误差信号产生装 置23产生的误差信号Xe的量化比较细。这使得能够获得准确的定位，而 同时还能限制量化的总级数。\n该差值的绝对值大于3π/2时，误差信号Xs与该差值无关。另外，在 瞬时位置(αp)与要求位置(αs)之间的差值比较小的情况下，误差信号产 生装置23所产生的误差信号表现出的变化比该差值比较大的情况下该差值 的变化大。\n图5所示的计数装置具有用来接收第一和Xe1的第一输入端208a和用 来接收第二和Xe2的第二输入端208b。第一输入信号Xe1连接到第一比较 器220的非反相输入端和第二比较器221的反相输入端。第一比较器220 的反相输入端还连接到第一偏置电压源222，后者提供作为正阈值T的量度 的电压。第二比较器221的非反相输入端连接到第二偏置电压源223，后者 提供作为负阈值-T的量度的电压。计数装置208的第二输入端208b连接到 第三比较器224的非反相输入端。第三比较器224的反相输入端接地。第 三比较器224的输出端连接到延时元件225的输入端。延时元件225的输 出端连接到“与”门226的第一输入端。第三比较器224的输出端还连接 到反相器227输入端。反相器227的输出端连接到第一“与”门226的第 二输入端。第三比较器224的输出端还连接到第二“与”门228第一输入 端。延时元件225的输出端也连接到第二反相器229的输入端。第二反相 器229的输出端连接到第二“与”门228的第二输入端。第二“与”门228 的输出端既连接到第三“与”门230的第一输入端又连接到第六“与”门 233的第一输入端。第一“与”门的输出端既连接到第四“与”门231的第 一输入端又连接到第五“与”门232的第一输入端。第三“与”门230和 第五“与”门232以它们的第二输入端连接到第二比较器221的输出端。 第四“与”门231和第六“与”门233以它们的第二输入端连接到第一比 较器220的输出端。第三“与”门230的输出端连接到第一“或”门234 的第一输入端，而第四“与”门231的输出端连接到第一“或”门234的 第二输入端。第一“或”门的输出端连接到增减计数器236的增输入端。 第五“与”门232的输出端连接到第二“或”门235的第一输入端，而第 六“与”门233以其输出端连接到第二“或”门235的第二输入端。第二 “或”门235的输出端连接到增减计数器236的减输入端。应该指出，在 前述的变型中，控制装置2的功能已经用专用硬件实现。这对实现短的响 应时间是有利的。在另一个变型中，控制装置或其一部分的功能可以用适 当编程的通用处理器来实现。\n图6示意地表示用来把数据写入数据载体3上和/或由其中读出数据的 装置。所示数据载体3以光学图案的形式记录数据。在这里显示的版本中， 数据载体3具有辐射敏感层31，例如，辐射敏感染料层或相变层。数据载 体3以惯常方式由马达4驱动，结果它绕轴旋转。写和/或读头设置在数据 载体的对面，以便写入和/或读出数据载体3上的信息图案。\n在这里所示的版本中，写和/或读头5包括例如固态激光器形式的辐射 源51。在另一个版本中，该装置是为磁性数据载体设计的，因而写和/或读 头具有用来把磁性图案写入数据载体和/或由其中读出的装置，例如磁头。\n头5相对于数据载体3的径向位置由定位机构控制。于是，头5和数 据载体3分别形成驱动系统的第二部分和第一部分。驱动系统还包括马达 1。定位机构可以以可借助马达1绕轴旋转的臂的形式构成，所述头安装在 所述臂的一端。\n在这里描述的版本中，定位机构采取滑块的形式，可借助马达1驱动 而平移。马达1的轴14的旋转运动通过齿条和涡轮15变为头5的平移运 动。因而，轴14的角度αp便与头5相对于数据载体3的径向位置的瞬时值 有关。当从数据载体3读出信息或把信息写在数据载体3上时，数据载体3 旋转，而头5沿着径向这样移动，使得头5以线速度跟随数据载体3的信 息纹迹。把信息写在数据载体3上时，激光器产生调制的激光束，借助于 透镜系统52(示意表示)投射在数据载体3的辐射敏感层31上。其结果是， 辐射敏感层31经受可用光学方法检测的变化，例如该层31的反射程度的 变化。在读出过程中，透镜系统52把强度较低的激光束投射在辐射敏感层 31上。随后，从该辐射敏感层反射的辐射通过透镜系统52和半反射镜53 成象在光学检测器6上。响应这种辐射，光学检测器产生信号Xd。信号处 理器7从该检测器信号推导出低频信号Xlf，这种低频信号对于头运动的控 制尤其重要。例如，信号Xlf之一是光束与准备读/写的纹迹一致程度的指 示。另一个信号是光束在辐射敏感层上聚集程度的指示。另外，信号处理 器7从检测器信号Xd推导出高频信号Xhf。所述高频信号代表，例如，音 频和/或视频信息。这种信号处理器在例如EP(欧洲专利)50852中有所描 述。此外，信号处理器可以进行误差检测和信道解码。\n包含具有存储器82的微处理器81的基准装置22以惯常方式从低频信 号推导出基准信号Xr，该基准信号是读头的要求的位置的度量。控制装置 23，24从基准信号Xr以及从定位机构9获得的位置信号Xpa，Xpb推导出 用来激励定位机构9的基准信号Xf。为此目的，正如前面参照图1，2，4 和5所描述的，控制装置包括装置23和激励装置24。\n在这里所描述的版本中，读头5具有第一执行机构56，后者使光束在 数据载体3上的位置的精细控制成为可能。读头5还具有第二执行机构55， 用来控制激光束的聚焦。\n基准信号Xr的产生方式取决于设备的工作模式。在读或写信息的第一 模式下，光束位置首先由执行机构56确定。然后定位机构9可以逐渐地移 动头5，以便把第一执行机构56的平均偏差减到最小。另外，只要第一执 行机构56的偏差超过美国专利5,321,676的预定界限，定位机构9就可 以工作起来。在第二模式下，进行搜索准备读或写的数据载体纹迹的操作。 通常，为此目的要搜索大的径向距离，于是定位机构9起重大作用。在搜 索操作过程中，可以让第一执行机构56执行往复运动，如美国专利4,330, 880所描述的。这样，有可能实现：光束在搜索操作过程中在周而复始的时 间间隔中跟踪纹迹，从而在搜索新的纹迹的过程中读取信息。\n显然，对专家而言在不脱离权利要求书的范围的情况下可以有许许多 多变型。在按照本发明的设备的实施例中，马达是例如步进马达，其第一 绕组和第二绕组相隔90°，位置信号与sin(α)和cos(α)成正比，其中α 是马达轴所处的角度。可以通过图2所示的误差信号产生装置进行控制， 其中Xe1是误差信号，而Xe2是另一个误差信号。在那种情况下，步进马 达每一个绕组都有一个驱动装置，它们由各自的误差信号控制。\n本发明还涉及任何新型的特征特性和任何新型特征特性的组合。