自動控制原理磁盤讀取系統(tǒng).ppt

硬盤驅(qū)動讀寫系統(tǒng)的建模與時域分析,第二章、第三章知識綜合應用,一、硬盤驅(qū)動讀寫系統(tǒng)工作原理簡介,主要內(nèi)容,二、數(shù)學模型的建立,三、二階模型時域分析,四、三階模型時域分析,一、硬盤驅(qū)動讀寫系統(tǒng)工作原理簡介,WD400硬盤,西部數(shù)據(jù)公司(Western Digital Corp) WD400硬盤是用兩張單碟容量為20 GB的盤片組合而成的，容量為40GB，緩沖存儲器2MB，轉(zhuǎn)速7200 rpm ，平均尋道時間8.9ms。,硬盤驅(qū)動讀寫系統(tǒng)結(jié)構示意圖,硬盤驅(qū)動讀寫控制系統(tǒng)實物圖,硬盤驅(qū)動讀寫系統(tǒng)采用永磁直流電機驅(qū)動讀寫手臂的轉(zhuǎn)動。磁頭安裝在一個與手臂相連的簧片上，磁頭讀取磁盤上各點處不同的磁通量，并將信號提供給放大器，彈性金屬制成的簧片保證磁頭以小于100nm的間隙懸浮于磁盤之上。硬盤驅(qū)動讀寫系統(tǒng)的目標是將磁頭準確定位，以便準確讀取磁盤上磁道的信息，因此需要進行精確控制的變量是安裝在滑動簧片上的磁頭位置。,硬盤驅(qū)動讀寫系統(tǒng)初步控制方案,系統(tǒng)設計要求為：單位階躍響應超調(diào)量,單位階躍響應調(diào)節(jié)時間,單位階躍擾動作用下的最大響應,二、系統(tǒng)數(shù)學模型的建立,暫時不考慮擾動的影響，假定簧片是完全剛性的，不會出現(xiàn)明顯彎曲。作為足夠精確的近似，采用電樞控制直流電機模型來對永磁直流電機建模。電樞控制直流電機原理圖如下：,+,_,if,d,SM,R,L,+,_,V,ia,Ea,負 載,wm,Mm,Mc,J, f, Km, Ce,磁頭位置,1、系統(tǒng)三階模型的建立,直流他勵電動機的工作實質(zhì)是將輸入的電能轉(zhuǎn)化為機械能，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 與勵磁磁通相互作用，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩 ，從而拖動手臂運動。,（1）電樞回路電壓平衡方程： （2）電動機軸上的轉(zhuǎn)矩平衡方程： （3）電量與機械量聯(lián)系方程：,在空載情況下，并考慮,，則有,由于有,，故,將磁盤驅(qū)動讀寫系統(tǒng)的典型參數(shù)代入上式，有,當考慮干擾影響時，系統(tǒng)框圖如下：,磁盤驅(qū)動讀寫系統(tǒng)三階模型框圖,2、系統(tǒng)近似二階模型的建立,三階模型還可以寫為,，其中,。由于 ，,因此T可略去不計（即不考慮電樞電感的影響），則有,當考慮干擾影響時，系統(tǒng)框圖如下：,磁盤驅(qū)動讀寫系統(tǒng)二階模型框圖,三、系統(tǒng)二階模型時域分析,只具有比例控制器時二階閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構框圖,開環(huán)傳遞函數(shù),閉環(huán)傳遞函數(shù),放大器增益為,1、當 ，,時：,輸入信號作用下： （1）穩(wěn)定性分析； （2） 和 確定； （3）動態(tài)性能分析； （4）穩(wěn)態(tài)性能分析。,干擾信號作用下：（1）動態(tài)性能分析。,分 析 過 程,，,當Ka=100和Ka=200時輸入信號作用下二階模型單位階躍響應曲線 (MATLAB仿真曲線),當Ka=100和Ka=200時擾動信號作用下二階模型單位階躍響應曲線 (MATLAB仿真曲線),時硬盤驅(qū)動讀寫系統(tǒng)二階模型的性能,由表可知，只有比例控制器時，除系統(tǒng)的單位擾動最大響應