基于滑模變結(jié)構(gòu)控制的硬盤磁頭伺服控制技術(shù)研究.pdf

1、自IBM公司于1956年向全球展示第一臺磁盤存儲系統(tǒng)RAMAC以來，隨著存儲介質(zhì)、磁頭、電機及半導體芯片等相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，硬盤的存儲容量成倍增長、讀寫速度不斷提高。要保證可靠的讀寫性能，盤片的轉(zhuǎn)速控制和磁頭的定位控制問題具有重要意義。其中磁頭的定位控制主要包括尋道控制與定位跟蹤控制兩個問題，對此國內(nèi)外學者已提出了多種控制策略，如PID控制、自適應(yīng)控制、模態(tài)切換控制等，這些控制方法大大提高了硬盤磁頭伺服系統(tǒng)的性能。為達到更高的精度，磁

2、頭雙級驅(qū)動模型成為近年的研究熱點，多種控制策略已有相關(guān)報道，但目前仍處于實驗水平。 滑模變結(jié)構(gòu)控制是非線性控制理論的重要分支，具有獨特的魯棒性及對匹配不確定性和外部干擾的完全自適應(yīng)性等特點，非常適合處理磁頭定位控制問題。本論文在較為全面地對硬盤磁頭定位控制的現(xiàn)狀分析研究的基礎(chǔ)上，分別針對磁頭單級驅(qū)動與雙級驅(qū)動系統(tǒng)，采用離散滑模變結(jié)構(gòu)控制方法進行了定位控制器設(shè)計及仿真研究。本論文的主要工作和所得結(jié)果概括如下： 1.針對傳統(tǒng)

3、離散滑模控制容易產(chǎn)生抖振，且不能完全趨近穩(wěn)態(tài)的不足，提出了一種改進的時變離散趨近律，并利用該趨近律方法設(shè)計了離散滑模變結(jié)構(gòu)控制器。該方法不僅較為顯著地改善了抖振的問題，還大大縮短了到達時間。通過引入二次型李亞普諾夫函數(shù)證明了滑模面的可到達性與漸近穩(wěn)定性。 2.針對硬盤磁頭單級驅(qū)動模型，分別使用近似時間最優(yōu)控制(PTOS)方法和本論文提出的改進離散滑模控制方法進行尋道控制器與定位跟蹤控制器的設(shè)計。仿真結(jié)果表明，PTOS方法具有更短

4、的尋道時間；相對傳統(tǒng)離散滑?？刂坡?，改進離散滑?？刂品椒ㄓ行б种屏丝刂齐妷旱亩墩?，使之趨近于平衡點。為考查系統(tǒng)的參數(shù)不確定性對控制性能的影響，利用所提出的改進滑?？刂破髋c已報道的相似改進滑模控制器設(shè)計方法對加入?yún)?shù)不確定項的磁頭模型進行定位控制仿真，并進行對比分析，仿真結(jié)果證明了本論文所提出改進滑?？刂破鞯膬?yōu)越性。 3．針對硬盤磁頭雙級驅(qū)動器，分別設(shè)計了兩級驅(qū)動的控制器。首先，將近似時間最優(yōu)控制策略與滑模變結(jié)構(gòu)控制相結(jié)合實現(xiàn)了粗