專利名稱：重復(fù)性控制器以及包含它的驅(qū)動(dòng)伺服系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于抑制具有半波對(duì)稱(周期為T的周期信號(hào)x(t)，如果其中x(t+T/2)＝-x(t)對(duì)任意t成立，則認(rèn)為該周期信號(hào)為半波對(duì)稱)的周期信號(hào)的重復(fù)性控制器。
背景技術(shù)：
重復(fù)性控制又被稱為迭代學(xué)習(xí)控制，在眾多其中輸入?yún)⒖夹盘?hào)或干擾為周期性的并且已知該周期的控制應(yīng)用中，例如承受周期干擾(例如，光盤或磁盤設(shè)備，或鋼銑床)或必須重復(fù)執(zhí)行相同任務(wù)(機(jī)器人、選取-放置機(jī)……)的控制系統(tǒng)中，它是一種非常有效的控制策略。這一策略在許多文獻(xiàn)中都有說明，例如“Repetitive control for systemswith uncertain period-time”，M.Steinbuch，Automatica，In Press，2002年9月4日，1-7頁。圖1所示重復(fù)性控制器的最簡單實(shí)現(xiàn)主要包括FIFO(先進(jìn)先出)存儲(chǔ)緩沖器，其具有捕獲在一個(gè)正向反饋環(huán)中的N個(gè)抽頭(即，N個(gè)存儲(chǔ)元件)，其中N乘以采樣時(shí)間Ts等于周期性干擾的基本周期(實(shí)際上，重復(fù)性控制器還包括用于穩(wěn)定的濾波器，但這與將予說明的本發(fā)明不相關(guān))。
此類緩沖器處于環(huán)中的又被稱為存儲(chǔ)器環(huán)(memory loop)，它可以被認(rèn)為是自治型周期信號(hào)發(fā)生器。將存儲(chǔ)器環(huán)用作信號(hào)發(fā)生器的一個(gè)缺點(diǎn)是在某些情況下其要求大量存儲(chǔ)器。依賴采樣時(shí)間Ts和信號(hào)周期T，存儲(chǔ)器位置的數(shù)目N可能變得相當(dāng)大。隨后提出的兩種解決方案是通過要求更少存儲(chǔ)器的周期信號(hào)發(fā)生器來取代具有N個(gè)存儲(chǔ)元件的存儲(chǔ)器環(huán)。第一種方案包括應(yīng)用下采樣，即使用一個(gè)更大的采樣時(shí)間，由此降低所要求的存儲(chǔ)元件數(shù)目，但是此方案的主要缺點(diǎn)是降低了控制帶寬。第二種方案包括應(yīng)用同處理在周期信號(hào)中出現(xiàn)的所有諧波分量所需要的正弦信號(hào)發(fā)生器的數(shù)目相同的串聯(lián)或并聯(lián)，每個(gè)發(fā)生器只需要兩個(gè)步驟或存儲(chǔ)元件。與傳統(tǒng)存儲(chǔ)器環(huán)相比這一方法的缺點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性過高。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的一個(gè)目的是提供重復(fù)性控制器的一種更簡單的實(shí)現(xiàn)。
為這一目的，本發(fā)明涉及一種具有存儲(chǔ)器環(huán)(被供給以周期為NT的周期信號(hào))的形式的重復(fù)性控制器，并且其中存儲(chǔ)器尺寸包括N/2個(gè)存儲(chǔ)元件，反饋連接是負(fù)的且在存儲(chǔ)器環(huán)的輸出處提供因數(shù)1/2。
但是，這一結(jié)構(gòu)僅要求前一個(gè)方案的一半存儲(chǔ)器，卻具有同前一個(gè)方案相同的控制帶寬并且很容易實(shí)現(xiàn)。


現(xiàn)在將參考附圖以更詳盡的方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明，其中圖1示出標(biāo)準(zhǔn)存儲(chǔ)器環(huán)的框圖；圖2示出根據(jù)本發(fā)明的重復(fù)性控制器的實(shí)現(xiàn)的一個(gè)例子；圖3示出傳統(tǒng)存儲(chǔ)器環(huán)與所提出的簡化的存儲(chǔ)器環(huán)對(duì)純正弦波的響應(yīng)的比較曲線；圖4到圖6示出振幅曲線，分別為傳統(tǒng)存儲(chǔ)器環(huán)(N＝32)、所提出的新的存儲(chǔ)器環(huán)，以及對(duì)所述新存儲(chǔ)器環(huán)的補(bǔ)充；圖7示出移動(dòng)控制問題中傳統(tǒng)參考軌跡的一個(gè)周期。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)本發(fā)明，如圖2所示，傳統(tǒng)存儲(chǔ)器環(huán)現(xiàn)被一種簡化的存儲(chǔ)器環(huán)代替，其中-存儲(chǔ)器大小被減半并且僅包括N/2個(gè)存儲(chǔ)元件；-反饋是負(fù)的而不是正的；-為了調(diào)整輸出信號(hào)的增益和相位，環(huán)的輸出處包括一個(gè)因數(shù)(-1/2)，由此所提出的環(huán)匹配傳統(tǒng)存儲(chǔ)器環(huán)的增益和相位。
如圖3所示給出(以周期數(shù)目指示的時(shí)間)傳統(tǒng)存儲(chǔ)器環(huán)對(duì)純正弦波的響應(yīng)(虛線)與所提出的簡化的存儲(chǔ)器環(huán)對(duì)純正弦波的響應(yīng)(實(shí)線)的比較，顯然，當(dāng)周期為NTs的正弦波被供給到這個(gè)環(huán)，設(shè)備的輸出以一種與傳統(tǒng)存儲(chǔ)器環(huán)的輸出非常相似的方式做出響應(yīng)(顯然要求N為偶數(shù)，這在許多實(shí)際情況中是滿足的)。
數(shù)學(xué)觀點(diǎn)將有利于更好地理解本發(fā)明。傳統(tǒng)存儲(chǔ)器環(huán)的轉(zhuǎn)移函數(shù)為Z-N1-Z-N---(1)]]>轉(zhuǎn)移函數(shù)(1)可做如下分解Z-N1-Z-N=12Z-N/21-Z-N/2-12Z-N/21+Z-N/2---(2)]]>表達(dá)式(2)右端的右側(cè)項(xiàng)表示新存儲(chǔ)器環(huán)，而補(bǔ)充的左側(cè)項(xiàng)表示重復(fù)性控制器的另一個(gè)實(shí)施例，其被用于處理完全沒有半波對(duì)稱的周期信號(hào)。當(dāng)觀察兩項(xiàng)的振幅曲線(圖4)時(shí)，關(guān)于弧度表達(dá)的標(biāo)準(zhǔn)化頻率以dB給出，很清楚右側(cè)項(xiàng)在奇次諧波頻率處具有無窮大的增益峰值，而補(bǔ)充項(xiàng)在偶諧波頻率處具有無窮大的增益峰值。
因此，從數(shù)學(xué)觀點(diǎn)出發(fā)，可以將所提出的存儲(chǔ)器環(huán)看作傳統(tǒng)存儲(chǔ)器環(huán)的一半用于處理干擾信號(hào)的奇諧波的那一半。如果N為2的乘方，則可以進(jìn)一步執(zhí)行將存儲(chǔ)器環(huán)劃分為更小環(huán)的這一特征，由此存儲(chǔ)器環(huán)被劃分為更小的存儲(chǔ)器環(huán)。
例如，這樣一種劃分的下一個(gè)步驟如下Z-N1-Z-N=12(12Z-N/41-Z-N/4-12Z-N/41+Z-N/4)-12Z-N/21+Z-N/2---(3)]]>傳統(tǒng)存儲(chǔ)器循環(huán)例如可以被近似為-14Z-N/41+Z-N/4-12Z-N/21+Z-N/2---(4)]]>或14Z-N/41-Z-N/4-12Z-N/21+Z-N/2---(5)]]>兩者都要求具有總數(shù)3N/4個(gè)存儲(chǔ)元件的存儲(chǔ)器環(huán)，而不是完整的N個(gè)(左側(cè)近似抑制奇數(shù)諧波加上第二、第六、第十…，而右側(cè)近似抑制奇數(shù)諧波加上第零、第四、第八…)。
但是根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)有一個(gè)限制它僅僅抑制具有半波對(duì)稱的周期信號(hào)(換句話說，它僅僅抑制周期信號(hào)的奇數(shù)諧波)。但是這一限制并不那么大，因?yàn)樵谠S多應(yīng)用中所要抑制的周期信號(hào)確實(shí)具有半波對(duì)稱。例如，在光盤和磁盤存儲(chǔ)中，主要的干擾是由記錄介質(zhì)磁道的偏心導(dǎo)致的純正弦波，并且如果使用了根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案就可以完全濾去這些干擾。同樣在例如選取-放置機(jī)的情況下，所要求的任務(wù)通常具有半波對(duì)稱。
顯然，根據(jù)本發(fā)明的存儲(chǔ)器環(huán)可以被用作記錄和再現(xiàn)儀器(包括用于將數(shù)據(jù)記錄到記錄介質(zhì)或從所述記錄介質(zhì)再現(xiàn)記錄數(shù)據(jù)的磁頭，且包括用于所述記錄介質(zhì)的驅(qū)動(dòng)伺服系統(tǒng))中的重復(fù)性控制器。為了補(bǔ)償記錄介質(zhì)的偏心，所述系統(tǒng)包括一種使用迭代學(xué)習(xí)控制的干擾補(bǔ)償模塊且其自身包括形式為存儲(chǔ)器環(huán)(被供給以周期為NT的周期信號(hào))的重復(fù)性控制器。如上所述，在這一存儲(chǔ)器環(huán)中，存儲(chǔ)器大小包括N/2個(gè)存儲(chǔ)元件，反饋連接為負(fù)的并且在存儲(chǔ)器環(huán)的輸出處提供因數(shù)-1/2。
從上述可以看出所提出的控制器優(yōu)選地對(duì)具有半波對(duì)稱的周期信號(hào)起作用。但是，如果干擾信號(hào)還包括偶諧波頻率(例如第二個(gè))處的主要分量，則為了處理這一特定頻率分量所述控制器可增加一個(gè)適當(dāng)?shù)恼倚盘?hào)發(fā)生器。這僅對(duì)控制器增加了兩個(gè)步驟或存儲(chǔ)器元件，并且同傳統(tǒng)重復(fù)性控制器相比所要求存儲(chǔ)器的減少仍是顯著的，特別是當(dāng)N較大時(shí)。
所提出控制器的另一個(gè)重要好處是可將控制增益增大到傳統(tǒng)重復(fù)性控制器增益的兩倍，而保持相同水平的穩(wěn)健性。更精確地，所述增益對(duì)于傳統(tǒng)控制器保持在0到2之間而對(duì)新控制器保持在0到4之間，這意味著新控制器的收斂速度可以達(dá)到傳統(tǒng)控制器的兩倍(不犧牲穩(wěn)健性)。例如在光盤或磁盤記錄中，這意味著可以在原則上減少開始讀取/記錄之前的等待時(shí)間，這增強(qiáng)了驅(qū)動(dòng)的性能。
在迭代學(xué)習(xí)控制應(yīng)用中(諸如選取-放置機(jī)或其它必須重復(fù)執(zhí)行任務(wù)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，例如用在集成電路制造中的晶片步進(jìn)系統(tǒng))，這同樣意味著可以降低所要求的學(xué)習(xí)循環(huán)的數(shù)目。在那些控制問題中，參考信號(hào)幾乎總是半波對(duì)稱的，原因如下。一個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)通常跟隨著相反方向的同等運(yùn)動(dòng)，并且這些運(yùn)動(dòng)常為彼此的精確的鏡像。通常，除了DC或斜坡分量之外，都跟隨有某些濾波后的砰然脈沖(bang-bang)輪廓，顯然為半波對(duì)稱的。這一特征從未被使用。附圖7為移動(dòng)控制問題示出傳統(tǒng)參考跟蹤輪廓的一個(gè)周期的圖片的理想位置，其是半波對(duì)稱的。
權(quán)利要求
1.一種重復(fù)性控制器，具有供給以周期為NT的周期信號(hào)的存儲(chǔ)器環(huán)的形式，并且其中存儲(chǔ)器大小包括N/2個(gè)存儲(chǔ)元件，反饋連接是負(fù)的且在存儲(chǔ)器環(huán)的輸出端處提供因數(shù)-1/2。
2.在包括用于將數(shù)據(jù)記錄到記錄介質(zhì)上或從所述記錄介質(zhì)再現(xiàn)記錄數(shù)據(jù)的磁頭的記錄和再現(xiàn)設(shè)備中的、一種用于所述記錄介質(zhì)的驅(qū)動(dòng)伺服系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括用于補(bǔ)償所述記錄介質(zhì)的偏心的干擾補(bǔ)償模塊，所述模塊使用迭代學(xué)習(xí)控制并且其自身包括重復(fù)性控制器，其形式為被供給以周期為NT的周期信號(hào)的存儲(chǔ)器環(huán)，并且其中存儲(chǔ)器大小包括N/2個(gè)存儲(chǔ)元件，反饋連接為負(fù)的且在存儲(chǔ)器環(huán)的輸出端處提供因數(shù)-1/2。
全文摘要
本發(fā)明通常涉及用于抑制具有半波對(duì)稱的周期信號(hào)的重復(fù)性控制器領(lǐng)域，更特別地，本發(fā)明涉及一種具有存儲(chǔ)器環(huán)(被供給以周期為NT的周期信號(hào))的形式的重復(fù)性控制器，并且其中存儲(chǔ)器大小包括N/2個(gè)存儲(chǔ)元件、反饋連接是負(fù)的，且存儲(chǔ)器環(huán)的輸出處提供因數(shù)－1/2。這樣一種重復(fù)性控制器例如可用到記錄和再現(xiàn)儀器(包括用于將數(shù)據(jù)記錄到記錄介質(zhì)的磁頭)的驅(qū)動(dòng)伺服系統(tǒng)的干擾補(bǔ)償模塊中。
文檔編號(hào)G11B5/596GK1726439SQ200380106581
公開日2006年1月25日 申請(qǐng)日期2003年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月18日
發(fā)明者T·J·德霍格 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司