高精密工作台伺服驱动环节的设计与研究

高精密工作台伺服驱动环节的设计与研究

高精密工作台伺服驱动环节的设计与研究
摘要：研究并设计了应用于母盘刻录机的高精密工作台伺服驱动环节。在基于DSP数字闭
环控制器的基础上，通过理论建模、程序仿真和实验验证，对驱动环节进行了优化设计
。在驱动环节中采用了模拟速度环、PI校正环节和线性功放，使工作台在低速下有较快
的响应和较小的稳态误差。实验结果表明，使用驱动环节后的伺服控制系统有利于提高
母盘的刻录精度。
    关键词：母盘刻录 精密工作台 驱动环节 速度环 PI校正
随着社会的发展，信息的存储量越来越大，光盘信息存储技术也在不断飞速发展，因
而对母盘制造精度提出了更高的要求。

   
目前，光盘国家工程研究中心利用高速数字信号处理器（ＤＳＰ），采用数字闭环控制
原理和传统伺服电机驱动方式，实现了高精度工作台的连续大行程运动。其微位移定位
精度为±５０ｎｍ，宏位移定位精度优于±１５０ｎｍ，可以满足母盘刻录直线进给工作
台的连续变速和±５０ｎｍ控制精度的要求。
在此基础上，本文研究并设计了工作台的模拟驱动环节，以提高控制系统低速响应的
稳定性和快速性。

１ 系统总体结构
母盘刻录系统直线进给工作台的底座固定在隔振大理石台上，底座上安装了带高精度
滚珠的Ｖ型槽作为运动导轨。工作台经蜗轮蜗杆和小螺距精密丝杠两级减速，通过直流
伺服电机进行驱动。
母盘刻录系统采用恒线速刻录方式，聚焦光斑相对于母盘的理想运动是沿着以母盘圆
心为中心的等线距阿基米德螺旋线以恒定线速度由内向外运动的，该运动由母盘的高速
转动和刻录光学头的径向直线进给合成得到。

   
该精密工作台用于母盘刻录的正常工作速度约为３０μｍ／ｓ，采用上述大减速比的机械
传动系统不可避免地存在传动误差。因此要实现精密定位，必须采用全闭环控制系统，
直接检测工作台位置并针对位置误差进行伺服控制。工作台的控制系统总体结构如图１
所示