自動(dòng)控制原理磁盤(pán)讀取系統(tǒng).ppt

硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)讀寫(xiě)系統(tǒng)的建模與時(shí)域分析,第二章、第三章知識(shí)綜合應(yīng)用,一、硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)讀寫(xiě)系統(tǒng)工作原理簡(jiǎn)介,主要內(nèi)容,二、數(shù)學(xué)模型的建立,三、二階模型時(shí)域分析,四、三階模型時(shí)域分析,一、硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)讀寫(xiě)系統(tǒng)工作原理簡(jiǎn)介,WD400硬盤(pán),西部數(shù)據(jù)公司(Western Digital Corp) WD400硬盤(pán)是用兩張單碟容量為20 GB的盤(pán)片組合而成的，容量為40GB，緩沖存儲(chǔ)器2MB，轉(zhuǎn)速7200 rpm ，平均尋道時(shí)間8.9ms。,硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)讀寫(xiě)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖,硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)讀寫(xiě)控制系統(tǒng)實(shí)物圖,硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)讀寫(xiě)系統(tǒng)采用永磁直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)讀寫(xiě)手臂的轉(zhuǎn)動(dòng)。磁頭安裝在一個(gè)與手臂相連的簧片上，磁頭讀取磁盤(pán)上各點(diǎn)處不同的磁通量，并將信號(hào)提供給放大器，彈性金屬制成的簧片保證磁頭以小于100nm的間隙懸浮于磁盤(pán)之上。硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)讀寫(xiě)系統(tǒng)的目標(biāo)是將磁頭準(zhǔn)確定位，以便準(zhǔn)確讀取磁盤(pán)上磁道的信息，因此需要進(jìn)行精確控制的變量是安裝在滑動(dòng)簧片上的磁頭位置。,硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)讀寫(xiě)系統(tǒng)初步控制方案,系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求為：?jiǎn)挝浑A躍響應(yīng)超調(diào)量,單位階躍響應(yīng)調(diào)節(jié)時(shí)間,單位階躍擾動(dòng)作用下的最大響應(yīng),二、系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立,暫時(shí)不考慮擾動(dòng)的影響，假定簧片是完全剛性的，不會(huì)出現(xiàn)明顯彎曲。作為足夠精確的近似，采用電樞控制直流電機(jī)模型來(lái)對(duì)永磁直流電機(jī)建模。電樞控制直流電機(jī)原理圖如下：,+,_,if,d,SM,R,L,+,_,V,ia,Ea,負(fù) 載,wm,Mm,Mc,J, f, Km, Ce,磁頭位置,1、系統(tǒng)三階模型的建立,直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的工作實(shí)質(zhì)是將輸入的電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，也就是由輸入的電樞電壓 ，在電樞回路中產(chǎn)生電樞電流 ，再由電樞電流 與勵(lì)磁磁通相互作用，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩 ，從而拖動(dòng)手臂運(yùn)動(dòng)。,（1）電樞回路電壓平衡方程： （2）電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩平衡方程： （3）電量與機(jī)械量聯(lián)系方程：,在空載情況下，并考慮,，則有,由于有,，故,將磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)讀寫(xiě)系統(tǒng)的典型參數(shù)代入上式，有,當(dāng)考慮干擾影響時(shí)，系統(tǒng)框圖如下：,磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)讀寫(xiě)系統(tǒng)三階模型框圖,2、系統(tǒng)近似二階模型的建立,三階模型還可以寫(xiě)為,，其中,。由于 ，,因此T可略去不計(jì)（即不考慮電樞電感的影響），則有,當(dāng)考慮干擾影響時(shí)，系統(tǒng)框圖如下：,磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)讀寫(xiě)系統(tǒng)二階模型框圖,三、系統(tǒng)二階模型時(shí)域分析,只具有比例控制器時(shí)二階閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖,開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù),閉環(huán)傳遞函數(shù),放大器增益為,1、當(dāng) ，,時(shí)：,輸入信號(hào)作用下： （1）穩(wěn)定性分析； （2） 和 確定； （3）動(dòng)態(tài)性能分析； （4）穩(wěn)態(tài)性能分析。,干擾信號(hào)作用下：（1）動(dòng)態(tài)性能分析。,分 析 過(guò) 程,，,當(dāng)Ka=100和Ka=200時(shí)輸入信號(hào)作用下二階模型單位階躍響應(yīng)曲線 (MATLAB仿真曲線),當(dāng)Ka=100和Ka=200時(shí)擾動(dòng)信號(hào)作用下二階模型單位階躍響應(yīng)曲線 (MATLAB仿真曲線),時(shí)硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)讀寫(xiě)系統(tǒng)二階模型的性能,由表可知，只有比例控制器時(shí)，除系統(tǒng)的單位擾動(dòng)最大響應(yīng)