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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:陳志維
研究生(外文):Chih-Wei Chen
論文名稱:嵌入式CPLD於光碟機尋軌/主軸伺服系統之應用
論文名稱(外文):Seek/Spindle Servo Design Using Embedded CPLD
指導教授:陳建祥
指導教授(外文):Jian-Shiang Chen
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:動力機械工程學系
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2004
畢業學年度:92
語文別:中文
論文頁數:101
中文關鍵詞:光碟機尋軌伺服主軸伺服中心伺服主動式阻尼鎖相迴路
外文關鍵詞:CPLDCentral ServoActive DamperPhase-Locked LoopSeek ServoSpindle Motor Servo
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本文的研究重點在於實現可應用於光碟機尋軌與主軸馬達伺服系統之控制晶片,在複雜型可程式化邏輯晶片(Complex Programmable Logic Device, CPLD)的發展環境下,配合Quartus II套裝設計軟體進行模組設計,並改裝一商用DVD撥放機之硬體電路與韌體進行最後之實機驗證。
文中自行設計積分控制器於長尋軌架構中的速度估測器,大幅地減少估測速度與速度命令曲線間的追蹤誤差,且提出以主動式阻尼(Active Damper)、「擬中心伺服」(Pseudo Central Servo)的方法,有效地抑制定軌馬達於長程尋軌時的晃動。短尋軌伺服部分,也改善了短尋軌速度命令曲線與估測速度間的穩態誤差之情形。此外,在主軸馬達伺服部分,提出以跨軌旗標訊號來決定使用『碰-碰』控制法則讓主軸馬達轉速變化的執行時間,也將主軸馬達伺服中的等角速度控制模組與等線速度控制模組整合成功,形成單一的主軸馬達控制模組,使與長尋軌伺服結合而更易於操作,讓不論內、外尋軌的任意跨軌命令皆可以達成定線速度或是等角速度的控制目標。而實驗結果亦驗證此一數位式的鎖相迴路(Phase-Locked-Loop, PLL)於主軸馬達轉速控制與相位鎖定上之有可行性。
This thesis focuses on implementing a CPLD-based seek and spindle servo control system for a DVD-Player using design tool Quartus II. Experimental validation is based on the modification on PCBA and firmware of a on-the-shelf DVD-Player.
In the design of Seek Controller, this thesis adopted the design of a Integrate-controller in velocity estimator module for a long-seek servo to reduce the tracking error between pre-specified velocity profile and estimated-velocity effectively. An Active Damper module and a Pseudo Central Servo module are both designed and realized using logic circuit on a CPLD to alleviate the vibratory motion of the pick-up-head during long seeking. Furthermore, the tracking error between estimated-velocity and velocity profile for a short-seek servo were also shown to be improved through experimental validation.
As for spindle motor servo design, a track-jump flag signal is utilized to perform Bang-Bang Control that is adopted to adjust the motor rotational speed during long seek. Constant Angular Velocity (CAV) mode and Constant Linear Velocity (CLV) mode are integrated to build a single spindle motor control module to incorporate with long-seek servo. CAV mode and CLV mode are performed to show its feasibility. The experiment results showed that the pick-up-head can perform arbitrarily track-jump command, quite well. Lastly, the digital Phase-Locked Loop module also showed its feasibility on spindle motor rotational speed control through experiments.
中 文 摘 要 I
Abstract II
誌謝辭 III
論文目錄 IV
表圖目錄 VII

第一章 緒論 1
1-1背景與研究動機 1
1-2文獻回顧 3
1-3論文架構 6

第二章 光碟機伺服控制系統描述 7
2-1光碟機伺服控制系統介紹 7
2-2尋軌伺服控制系統介紹 12
2-2.1長尋軌伺服控制系統 12
2-2.2短尋軌伺服控制系統 14
2-3主軸馬達伺服控制系統介紹 17
2-3.1定角速度伺服控制系統 17
2-3.2定線速度伺服控制系統 19
第三章 實驗系統架構與伺服控制晶片設計 22
3-1光碟機測試平台 22
3-2自行規劃的週邊界面電路 25
3-3長尋軌伺服模組 28
3-4短尋軌伺服模組 40
3-5主軸馬達伺服模組 47

第四章 實驗結果與討論 55
4-1長尋軌實驗結果 55
4-1.1速度命令曲線與估測速度 55
4-1.2主動式阻尼 60
4-1.2「擬中心伺服」 62
4-2短尋軌實驗結果 66
4-3主軸馬達實驗結果 69
4-3.1 應用『碰-碰』控制法則於CLV模式 69
4-3.2主軸馬達CLV模式與「擬中心伺服」 74
4-3.3 CAV模式與CLV模式之整合 77
4-3.4 資料鎖相迴路之EFM+訊號與同步訊號 83
4-4實驗結果討論 88

第五章 本文貢獻與結論 90
5-1本文貢獻 90
5-2結論與未來研究之方向與建議 92


參考文獻 93

附錄一 APEX-20K簡介 95
附錄二 AD767電路圖 96
附錄三 三階低通濾波器電路圖 97
附錄四 資料切割器電路圖 98
附錄五 「擬中心伺服」電路圖 99
附錄六 ADC0820電路圖 101
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