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(tái)磁盤存儲(chǔ)系統(tǒng)RAMAC以來，隨著存儲(chǔ)介質(zhì)、磁頭、電機(jī)及半導(dǎo)體芯片等相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，硬盤的存儲(chǔ)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(gè)問題，對(duì)此國內(nèi)外學(xué)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(dá)到更高的精度，磁

2、頭雙級(jí)驅(qū)動(dòng)模型成為近年的研究熱點(diǎn)，多種控制策略已有相關(guān)報(bào)道，但目前仍處于實(shí)驗(yàn)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(dú)特的魯棒性及對(duì)匹配不確定性和外部干擾的完全自適應(yīng)性等特點(diǎn)，非常適合處理磁頭定位控制問題。本論文在較為全面地對(duì)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(duì)磁頭單級(jí)驅(qū)動(dòng)與雙級(jí)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，采用離散滑模變結(jié)構(gòu)控制方法進(jìn)行了定位控制器設(shè)計(jì)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(duì)傳統(tǒng)

3、離散滑?？刂迫菀桩a(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(jìn)的時(shí)變離散趨近律，并利用該趨近律方法設(shè)計(jì)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(dá)時(shí)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(dá)性與漸近穩(wěn)定性。 2.針對(duì)硬盤磁頭單級(jí)驅(qū)動(dòng)模型，分別使用近似時(shí)間最優(yōu)控制(PTOS)方法和本論文提出的改進(jìn)離散滑?？刂品椒ㄟM(jìn)行尋道控制器與定位跟蹤控制器的設(shè)計(jì)。仿真結(jié)果表明，PTOS方法具有更短

4、的尋道時(shí)間；相對(duì)傳統(tǒng)離散滑?？刂坡?，改進(jìn)離散滑模控制方法有效抑制了控制電壓的抖振，使之趨近于平衡點(diǎn)。為考查系統(tǒng)的參數(shù)不確定性對(duì)控制性能的影響，利用所提出的改進(jìn)滑?？刂破髋c已報(bào)道的相似改進(jìn)滑?？刂破髟O(shè)計(jì)方法對(duì)加入?yún)?shù)不確定項(xiàng)的磁頭模型進(jìn)行定位控制仿真，并進(jìn)行對(duì)比分析，仿真結(jié)果證明了本論文所提出改進(jìn)滑模控制器的優(yōu)越性。 3．針對(duì)硬盤磁頭雙級(jí)驅(qū)動(dòng)器，分別設(shè)計(jì)了兩級(jí)驅(qū)動(dòng)的控制器。首先，將近似時(shí)間最優(yōu)控制策略與滑模變結(jié)構(gòu)控制相結(jié)合實(shí)現(xiàn)了粗