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文档简介

硬盘驱动读写系统的建模与时域分析,第二章、第三章知识综合应用,一、硬盘驱动读写系统工作原理简介,主要内容,二、数学模型的建立,三、二阶模型时域分析,四、三阶模型时域分析,一、硬盘驱动读写系统工作原理简介,WD400硬盘,西部数据公司(Western Digital Corp) WD400硬盘是用两张单碟容量为20 GB的盘片组合而成的，容量为40GB，缓冲存储器2MB，转速7200 rpm ，平均寻道时间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。,硬盘驱动读写系统初步控制方案,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,单位阶跃扰动作用下的最大响应,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：,+,_,if,d,SM,R,L,+,_,V,ia,Ea,负 载,wm,Mm,Mc,J, f, Km, Ce,磁头位置,1、系统三阶模型的建立,直流他励电动机的工作实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：,在空载情况下，并考虑,，则有,由于有,，故,将磁盘驱动读写系统的典型参数代入上式，有,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,2、系统近似二阶模型的建立,三阶模型还可以写为,，其中,。由于 ，,因此T可略去不计（即不考虑电枢电感的影响），则有,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,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,开环传递函数,闭环传递函数,放大器增益为,1、当 ，,时：,输入信号作用下： （1）稳定性分析； （2） 和 确定； （3）动态性能分析； （4）稳态性能分析。,干扰信号作用下：（1）动态性能分析。,分 析 过 程,，,当Ka=100和Ka=200时输入信号作用下二阶模型单位阶跃响应曲线 (MATLAB仿真曲线),当Ka=100和Ka=200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),时硬盘驱动读写系统二阶模型的性能,由表可知，只有比例控制器时，除系统的单位扰动最大响应
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