Toekomstmuziek mag niet ontsporen

br />
Hij lijkt zo perfect, die glimmende ronde compact disk van tegenwoordig, maar in werkelijkheid blijkt het spoor dat op het schijfje staat een rommeltje te zijn. Tenminste, volgens de toekomstige maatstaven. Bij de productie van een cd wordt onder hoge druk een vloeistof in een mal gespoten, waarna een versnelde afkoeling volgt. Het stollingsproces verloopt echter vrij onregelmatig, waardoor het spoor een grillige structuur aanneemt. En de cd-speler moet altijd, hoe slecht het spoor ook is, op de rails blijven.

Dit kan voor problemen zorgen. De positionering van de leeskop wordt niet mechanisch gestuurd, zoals de naald van een pickup geleid wordt door de groef op de lp. De laserspot die bij de cd-speler zorgt voor het lezen van de digitale informatie, moet via een elektronische regeling naar de juiste positie worden gebracht.

Voor de huidige cd%s is de bestaande techniek nog ruim voldoende. Het regelmechanisme meet tijdens het spelen de volgfout: het verschil tussen de plek waar de spot in werkelijkheid zit en de plek waar de spot zou moeten zitten, namelijk recht boven het spoor. Aan de hand van deze gegevens corrigeert de regelaar de positie van de laserkop, zodat de informatie correct kan worden uitgelezen.

Deze volgfout mag op dit moment ongeveer 100 nanometer zijn. Raakt de laser toch het spoor bijster, dan moet hij zoeken waar hij er afgeschoten is. Het geluid valt in zo%n geval even weg, of de cd-speler speelt een aantal seconden uit een buffer af, waardoor hij even tijd heeft om het spoor weer op te pikken.

De compact disk is echter nog volop in ontwikkeling. De cd van de toekomst bevat veel meer informatie dan nu het geval is. Het spiraalvormig ‘opgerolde% spoor heeft op dit moment een lengte van ongeveer vijf kilometer. Een langer spoor met meer informatie moet dus nog strakker opgerold worden. De afstand tussen de windingen wordt dan nog kleiner dan de huidige 1,6 micrometer, voor het blote oog volledig onzichtbaar.

Om dat te bereiken is het noodzakelijk de volgfout kleiner te maken. De positionering van de laserspot moet dus nauwkeuriger. Er zijn echter ook wensen om de toegangstijd tot de informatie op de optische disk te verminderen. Daarvoor is het noodzakelijk om de cd sneller te laten draaien. Verkleining van de volgfout is ook hiervoor een vereiste.
Zwiepen

,,Als de laserkop het spoor bijster is, dan moet hij zoeken waar hij eraf geschoten is. Dit wil je echter niet, ook al werkt het op dit moment goed. Je wilt dat de kop het spoor niet verliest%%, aldus Hans Dötsch (31).

Hij richtte zich tijdens zijn promotiewerkzaamheden bij de sectie systeem- en regeltechniek van Werktuigbouwkunde op dit probleem. Het onderzoek vond plaats in nauwe samenwerking met Philips Natlab. In zijn proefschrift neemt hij het servomechanisme van een cd-speler, het aansturend mechanisme van het apparaat, onder de loep.

Bij de cd-speler bestaat dit uit een laserkop of optiek, een actuator en een regeling die deze actuator aanstuurt. Dötsch concentreerde zich op het mechanische gedeelte van de cd-speler, de actuator. ,,In de, overigens verouderde, cd-spelers die ik van Philips gekregen heb, zit de laserkop aan een arm die vergelijkbaar is met de arm van een platenspeler. Bij lage snelheden gedraagt de arm zich theoretisch als een stijf lichaam, een balk. Bij hogere snelheid is dit anders, dan gaan bijvoorbeeld elasticiteit, massatraagheid en traagheidsmomenten een rol spelen. Het armpje gaat een beetje zwiepen. Ik heb deze flexibiliteit van de arm proberen uit te drukken in wiskundige modellen.%%

Dit deed Dötsch niet op basis van constructieve gegevens en fysische wetten, maar volgens de zogenaamde systeemidentificatie: het modelleren op basis van metingen.Hij toetste de geconstrueerde modellen door bijbehorende regelingen te ontwerpen. ,,Iedere cd-speler wordt gestuurd door een ingebouwde regelaar. De apparaten die ik gebruikt heb, hadden echter een interface die signalen meet terwijl de cd speelt, en die ingrijpen in de regeling van de actuator mogelijk maakt.%%
Diskdrives

Met behulp van deze interface en gebruik van een digitale signaalprocessor, kon Dötsch de regelingen uit zijn modellen aan de cd-speler opdragen en zodoende testen of de veronderstellingen klopten. ,,Dit implementeren gaf wel een kick. De confrontatie tussen praktijk en theorie, die in eindfase van het project plaatsvond, was fascinerend.%%

Belangrijkste resultaat van Dötsch% studie is dat er een methode ligt, die het mogelijk maakt modellen te construeren die kunnen dienen als de basis voor het ontwerpen van een aanstuurregeling. ,,En niet specifiek voor deze cd-speler%%, benadrukt Dötsch. ,,Die was in dit onderzoek het probleemkader. De methode is ook bruikbaar voor andere types cd-spelers en optische diskdrive-systemen, bijvoorbeeld in computers.%%

In de praktijk kan de modellering van Dötsch van pas komen in de ontwikkelfase van nieuwe servosystemen. ,,Het is een prima gereedschap om in korte tijd min of meer optimale regelingen te ontwerpen.%% Hij hoopt dat het construeren van de modellen in de toekomst geautomatiseerd kan worden.

Zelf plaatst hij echter wel wat kanttekeningen: ,,Er zijn ook nog een paar problemen. Ik heb me geconcentreerd op het modelleren van de actuator en de onnauwkeurigheden die daarbij optreden. Er zijn echter nog meer onnauwkeurigheden. Wat ik in mijn experimenten merkte, was dat de regeling die je denkt te ontwerpen nooit exact doet wat je voorspelde. De problemen zijn niet alleen modelmatig, maar ook de elektronica is niet altijd even betrouwbaar. Maar het is niet aan mij om dat te veranderen. Ik heb het slechts geconstateerd.%%

Een naald van een pickup volgt automatisch de groef. Optische data-systemen, zoals cd-spelers, werken anders. Dr.ir. Hans Dötsch analyseerde de positionering van de leeskop.

Hij lijkt zo perfect, die glimmende ronde compact disk van tegenwoordig, maar in werkelijkheid blijkt het spoor dat op het schijfje staat een rommeltje te zijn. Tenminste, volgens de toekomstige maatstaven. Bij de productie van een cd wordt onder hoge druk een vloeistof in een mal gespoten, waarna een versnelde afkoeling volgt. Het stollingsproces verloopt echter vrij onregelmatig, waardoor het spoor een grillige structuur aanneemt. En de cd-speler moet altijd, hoe slecht het spoor ook is, op de rails blijven.

Dit kan voor problemen zorgen. De positionering van de leeskop wordt niet mechanisch gestuurd, zoals de naald van een pickup geleid wordt door de groef op de lp. De laserspot die bij de cd-speler zorgt voor het lezen van de digitale informatie, moet via een elektronische regeling naar de juiste positie worden gebracht.

Voor de huidige cd%s is de bestaande techniek nog ruim voldoende. Het regelmechanisme meet tijdens het spelen de volgfout: het verschil tussen de plek waar de spot in werkelijkheid zit en de plek waar de spot zou moeten zitten, namelijk recht boven het spoor. Aan de hand van deze gegevens corrigeert de regelaar de positie van de laserkop, zodat de informatie correct kan worden uitgelezen.

Deze volgfout mag op dit moment ongeveer 100 nanometer zijn. Raakt de laser toch het spoor bijster, dan moet hij zoeken waar hij er afgeschoten is. Het geluid valt in zo%n geval even weg, of de cd-speler speelt een aantal seconden uit een buffer af, waardoor hij even tijd heeft om het spoor weer op te pikken.

De compact disk is echter nog volop in ontwikkeling. De cd van de toekomst bevat veel meer informatie dan nu het geval is. Het spiraalvormig ‘opgerolde% spoor heeft op dit moment een lengte van ongeveer vijf kilometer. Een langer spoor met meer informatie moet dus nog strakker opgerold worden. De afstand tussen de windingen wordt dan nog kleiner dan de huidige 1,6 micrometer, voor het blote oog volledig onzichtbaar.

Om dat te bereiken is het noodzakelijk de volgfout kleiner te maken. De positionering van de laserspot moet dus nauwkeuriger. Er zijn echter ook wensen om de toegangstijd tot de informatie op de optische disk te verminderen. Daarvoor is het noodzakelijk om de cd sneller te laten draaien. Verkleining van de volgfout is ook hiervoor een vereiste.
Zwiepen

,,Als de laserkop het spoor bijster is, dan moet hij zoeken waar hij eraf geschoten is. Dit wil je echter niet, ook al werkt het op dit moment goed. Je wilt dat de kop het spoor niet verliest%%, aldus Hans Dötsch (31).

Hij richtte zich tijdens zijn promotiewerkzaamheden bij de sectie systeem- en regeltechniek van Werktuigbouwkunde op dit probleem. Het onderzoek vond plaats in nauwe samenwerking met Philips Natlab. In zijn proefschrift neemt hij het servomechanisme van een cd-speler, het aansturend mechanisme van het apparaat, onder de loep.

Bij de cd-speler bestaat dit uit een laserkop of optiek, een actuator en een regeling die deze actuator aanstuurt. Dötsch concentreerde zich op het mechanische gedeelte van de cd-speler, de actuator. ,,In de, overigens verouderde, cd-spelers die ik van Philips gekregen heb, zit de laserkop aan een arm die vergelijkbaar is met de arm van een platenspeler. Bij lage snelheden gedraagt de arm zich theoretisch als een stijf lichaam, een balk. Bij hogere snelheid is dit anders, dan gaan bijvoorbeeld elasticiteit, massatraagheid en traagheidsmomenten een rol spelen. Het armpje gaat een beetje zwiepen. Ik heb deze flexibiliteit van de arm proberen uit te drukken in wiskundige modellen.%%

Dit deed Dötsch niet op basis van constructieve gegevens en fysische wetten, maar volgens de zogenaamde systeemidentificatie: het modelleren op basis van metingen.Hij toetste de geconstrueerde modellen door bijbehorende regelingen te ontwerpen. ,,Iedere cd-speler wordt gestuurd door een ingebouwde regelaar. De apparaten die ik gebruikt heb, hadden echter een interface die signalen meet terwijl de cd speelt, en die ingrijpen in de regeling van de actuator mogelijk maakt.%%
Diskdrives

Met behulp van deze interface en gebruik van een digitale signaalprocessor, kon Dötsch de regelingen uit zijn modellen aan de cd-speler opdragen en zodoende testen of de veronderstellingen klopten. ,,Dit implementeren gaf wel een kick. De confrontatie tussen praktijk en theorie, die in eindfase van het project plaatsvond, was fascinerend.%%

Belangrijkste resultaat van Dötsch% studie is dat er een methode ligt, die het mogelijk maakt modellen te construeren die kunnen dienen als de basis voor het ontwerpen van een aanstuurregeling. ,,En niet specifiek voor deze cd-speler%%, benadrukt Dötsch. ,,Die was in dit onderzoek het probleemkader. De methode is ook bruikbaar voor andere types cd-spelers en optische diskdrive-systemen, bijvoorbeeld in computers.%%

In de praktijk kan de modellering van Dötsch van pas komen in de ontwikkelfase van nieuwe servosystemen. ,,Het is een prima gereedschap om in korte tijd min of meer optimale regelingen te ontwerpen.%% Hij hoopt dat het construeren van de modellen in de toekomst geautomatiseerd kan worden.

Zelf plaatst hij echter wel wat kanttekeningen: ,,Er zijn ook nog een paar problemen. Ik heb me geconcentreerd op het modelleren van de actuator en de onnauwkeurigheden die daarbij optreden. Er zijn echter nog meer onnauwkeurigheden. Wat ik in mijn experimenten merkte, was dat de regeling die je denkt te ontwerpen nooit exact doet wat je voorspelde. De problemen zijn niet alleen modelmatig, maar ook de elektronica is niet altijd even betrouwbaar. Maar het is niet aan mij om dat te veranderen. Ik heb het slechts geconstateerd.%%