一种用于光盘伺服控制系统的通用滤波器的设计

[09-13 17:05:08]   来源:http://www.88dzw.com  控制技术   阅读:8142

文章摘要:一种用于光盘伺服控制系统的通用滤波器的设计介绍了一种通用FIR/IIR滤波器的设计与实现。该滤波器主要用于光盘伺服系统中,以数字化方式完成传统的PID闭环控制。文中通过对其原理和实际应用的分析,给出其最终实现方案。并用Verilog硬件描述语言完成整个滤波器的设计工作。经波形仿真和FPGA验证表明,设计成功。<--摘要CH(结束)←--><--→关键CH(开始)--> 关键词:FIR/IIR,Verilog,FPGA验证 <--关键EN(结束)←-->1引言通常,DVD/CD盘片在高速旋转时,由于表面翘曲、不圆度或者外界干扰等因素的存在,使读数光束焦深

一种用于光盘伺服控制系统的通用滤波器的设计,标签:计算机控制技术,工厂电气控制技术,http://www.88dzw.com

一种用于光盘伺服控制系统的通用滤波器的设计

介绍了一种通用FIR/IIR滤波器的设计与实现。该滤波器主要用于光盘伺服系统中,以数字化方式完成传统的PID闭环控制。文中通过对其原理和实际应用的分析,给出其最终实现方案。并用Verilog硬件描述语言完成整个滤波器的设计工作。经波形仿真和FPGA验证表明,设计成功。<--摘要CH(结束)←-->
<--→关键CH(开始)-->    关键词:FIR/IIR,Verilog,FPGA验证


<--关键EN(结束)←-->1 引 言
  通常,DVD/CD盘片在高速旋转时,由于表面翘曲、不圆度或者外界干扰等因素的存在,使读数光束焦深范围(简称读数光点)对目标信迹的跟踪扫描出现误差。对此,CD、DVD机中设置了伺服控制系统,以实现读数光点对目标信迹的动态跟踪。该系统以PID(比例微积分)闭环控制理论为基础,采用数字滤波的方式实现。该伺服控制系统的实现原理如图1所示。


  图1中,Gc(z)为控制滤波器,G(s)为光盘读写系统的传递函数,R(s)为预期输出响应,C(s)为实际输出响应。整个闭环控制系统实现的核心是滤波器,它通过改善误差(FE)信号的幅相频特性来实现控制方案。这里,由于滤波器类型和阶数与G(s)密切相关,为了保证伺服控制系统的通用性,必然要设计一种通用可配置的滤波器,这正是本文所要讨论的重点。
2 系统设计
2.1 设计原理
   数字滤波器可以用式(1)的差分方程来表示:

其中,x(n)为输入序列,y(n)为输出序列,ak、bk为各自的系数。其对应的系统函数为:
 
当ak不都为0时,就是递归结构的IIR滤波器;当ak都为0时,就是非递归结构的FIR滤波器。
2.2 设计方法
  由于传统的滤波器设计都与滤波器的类型密切相关,不同的类型采用不同的乘加网络结构实现,因此,无法满足通用的要求。但从滤波器的原始差分表达式(如式(1)所示)可知,FIR和IIR的区别仅在于ak是否为零,两者都进行累加乘积计算,这一特点决定了可以采用编程来配置滤波器的类型和阶数,再用状态机控制累计乘积的方式实现滤波器,从而达到阶数、类型都可配置的目的。
  由上述分析可知,所有的x(k)、y(k)、ak、bk均要由存储器送向运算单元进行计算。若采用以运算单元为中心的冯诺依曼结构,依次从存储器中取数据的做法,则必然会使速度受到很大影响。因此,我们借用Harvard结构将指令和数据分开编址、存取的做法,将x(k)、y(k)和ak、bk分别存放在不同的存储器中,单独编址,加快数据处理速度。同时,考虑到x(k)、y(k)可能同时对存储器读写,将读、写数据总线分开,进一步提高性能。图2就是采用类Harvard结构设计的滤波器的结构图。
  图2中共包含一条指令流,三条数据流。指令流用于配置滤波器的和实现滤波器的读写控制;数据流的D—BUS1用于Y(n)的写回,D—BUS2用于X(n)、Y(n)的读出,Coef—BUS用于滤波器系数的写回和读出。因为系数存储单元和X(k)、Y(k)存储单元都采用双端口SRAM,所以,可同时进行读、写操作。


[1] [2] [3]  下一页


Tag:控制技术计算机控制技术,工厂电气控制技术控制技术