自动控制原理磁盘读取系统1.ppt

《自动控制原理磁盘读取系统1.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《自动控制原理磁盘读取系统1.ppt（16页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、自动控制原理磁盘读取系统1 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life, there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望一、硬盘驱动读一、硬盘驱动读写系统工作原理写系统工作原理简介简介主要内容主要内容二、数学模型的二、数学模型的建立建立三、三、二阶模型时二阶模型时域分析域分析 四、四、三阶模型时三阶模型时域分析域分析 一、硬盘驱动读写系统工作原理简介一、硬盘驱动读写系统工作原理简介WD400WD400硬盘硬盘 西部数据公司西部数据公司(Western Digital Corp) WD400硬盘是用两张单碟容

2、量为硬盘是用两张单碟容量为20 GB的盘片组合而成的，容量为的盘片组合而成的，容量为40GB，缓冲存储器，缓冲存储器2MB，转速，转速7200 rpm ，平，平均寻道时间均寻道时间8.9ms。 硬盘驱动读写系统结构示意图硬盘驱动读写系统结构示意图 硬盘驱动读写控制系统实物图硬盘驱动读写控制系统实物图 硬盘驱动读写系统采用永磁直流电机驱动读写手臂的转动。磁头安装在一个与手硬盘驱动读写系统采用永磁直流电机驱动读写手臂的转动。磁头安装在一个与手臂相连的簧片上，磁头读取磁盘上各点处不同的磁通量，并将信号提供给放大器，弹臂相连的簧片上，磁头读取磁盘上各点处不同的磁通量，并将信号提供给放大器，弹性金属制成

3、的簧片保证磁头以小于性金属制成的簧片保证磁头以小于100nm的间隙悬浮于磁盘之上。硬盘驱动读写系统的间隙悬浮于磁盘之上。硬盘驱动读写系统的目标是将磁头准确定位，以便准确读取磁盘上磁道的信息，因此需要进行精确控制的目标是将磁头准确定位，以便准确读取磁盘上磁道的信息，因此需要进行精确控制的变量是安装在滑动簧片上的磁头位置。的变量是安装在滑动簧片上的磁头位置。 硬盘驱动读写系统初步控制方案硬盘驱动读写系统初步控制方案%5% %)2(50msts3102 . 5系统设计要求为：单位阶跃响应超调量系统设计要求为：单位阶跃响应超调量单位阶跃响应调节时间单位阶跃响应调节时间单位阶跃扰动作用下的最大响应单位阶

4、跃扰动作用下的最大响应二、系统数学模型的建立二、系统数学模型的建立 暂时不考虑扰动的影响，假定簧片是完全刚性的，不会出现明显弯暂时不考虑扰动的影响，假定簧片是完全刚性的，不会出现明显弯曲。作为足够精确的近似，采用电枢控制直流电机模型来对永磁直流电曲。作为足够精确的近似，采用电枢控制直流电机模型来对永磁直流电机建模。电枢控制直流电机原理图如下：机建模。电枢控制直流电机原理图如下：+_ifdSMRL+_ViaEa 负 载wmMmMcJ, f, Km, Ce)(1)(sWssCm磁头位置磁头位置1、系统三阶模型的建立、系统三阶模型的建立 )(tv)(tia)(tia)(tMm 直流他励电动机的工作实

5、质是将输入的电能转化为机械能，也就是由输入的电枢电压 ，在电枢回路中产生电枢电流 ，再由电枢电流 与励磁磁通相互作用，产生电磁转矩 ，从而拖动手臂运动。（1）电枢回路电压平衡方程：（2）电动机轴上的转矩平衡方程：（3）电量与机械量联系方程：aaaEtiRdttdiLtv)(.)()()()()()(tMtMtwfdttdwJcmmmmeawCE )(tiKMamm0eC)()()()()(20RLsfJsKRfsRJLfLJsKsVSWsGmmm在空载情况下，并考虑，则有由于有)(1)(sWssCm，故)()()()()(2RLsfJssKRfsRJLfLJssKsVsCsGmm将磁盘驱动读写

6、系统的典型参数代入上式，有)1000)(20(5000)()()(ssssVsCsG当考虑干扰影响时，系统框图如下：当考虑干扰影响时，系统框图如下：磁盘驱动读写系统三阶模型框图磁盘驱动读写系统三阶模型框图2、系统近似二阶模型的建立、系统近似二阶模型的建立) 1)(1(/)(TssTsfRKsGLmmsfJTL50/msRLT1/TLT三阶模型还可以写为 ，其中。由于 ， 因此T T可略去不计（即不考虑电枢电感的影响），则有)20(5) 105. 0(25. 0) 1)(1(/)(sssTssTsfRKsGLm当考虑干扰影响时，系统框图如下：磁盘驱动读写系统二阶模型框图磁盘驱动读写系统二阶模型框

7、图三、系统二阶模型时域分析三、系统二阶模型时域分析只具有比例控制器时二阶闭环系统结构框图只具有比例控制器时二阶闭环系统结构框图开环传递函数闭环传递函数)20(5)()(ssKsGKsWaakaaKssKsRsCs5205)()()(2放大器增益为100010 Ka 0sNssR1)( 1、当 ，时：输入信号作用下：输入信号作用下：（1 1）稳定性分析；）稳定性分析；（2 2） 和和 确定；确定；（3 3）动态性能分析；）动态性能分析；（4 4）稳态性能分析。）稳态性能分析。干扰信号作用下干扰信号作用下：（：（1）动态性能分析。）动态性能分析。分分析析过过程程n，00.10.20.30.40.5

8、0.600.20.40.60.811.21.4 System: sys Time (sec): 0.104 Amplitude: 1.35 System: sys Time (sec): 0.154 Amplitude: 1.21 System: sys Time (sec): 0.373 Amplitude: 0.98 System: sys Time (sec): 0.236 Amplitude: 1.05 Step ResponseTime (sec)AmplitudeKa=200 Ka=100 当当Ka=100和和Ka=200时输入信号作用下二阶模型单位阶跃响应曲线时输入信号作用下二阶

9、模型单位阶跃响应曲线(MATLAB仿真曲线仿真曲线)当当Ka=100Ka=100和和Ka=200Ka=200时扰动信号作用下二阶模型单位阶跃响应曲线时扰动信号作用下二阶模型单位阶跃响应曲线(MATLAB仿真曲线仿真曲线)200100和aK时硬盘驱动读写系统二阶模型的性能时硬盘驱动读写系统二阶模型的性能3102 . 531042. 231035. 1性能指标性能指标要求指标要求指标Ka=100时的时的实际指标实际指标Ka=200时的时的实际指标实际指标超调量超调量 5%21%35%调节时间调节时间 50ms374ms236ms单位扰动最大单位扰动最大响应响应 由表可知，只有比例控制器时，除系统的由表可知，只有比例控制器时，除系统的单位扰动最大响应单位扰动最大响应满足满足要求以外，要求以外，超调量、调节时间超调量、调节时间等性能指标不满足要求。因此有必要设等性能指标不满足要求。因此有必要设计其他控制器以使系统的响应能够满足既快速又不大幅震荡的要求。计其他控制器以使系统的响应能够满足既快速又不大幅震荡的要求。