硬盘悬臂结构的振动主动控制研究

摘要

随着计算机硬盘容量和转速的提高,对硬盘驱动臂读写磁头的精度也提出了更高的要求.本文提出了用主动控制的方法对硬盘驱动臂进行振动控制和二级定位,选用压电陶瓷PZT作为传感器和驱动器.为了使设计出来的控制器具有较好的鲁棒性,本文利用H<,∞>鲁棒控制方法设计出鲁棒控制器,对控制效果进行了仿真,并利用xPC Target实验平台进行系统辨识和试验研究.本文的主要研究内容为:一、利用SOLIDWORKS和ANSYS软件对驱动臂模型进行了三维实体建模和有限元分析,对压电陶瓷PZT的驱动位置进行了优化,并分析了驱动电压、压电片厚度、粘贴层对驱动性能的影响,另外还对以后的研究工作提出了一个实验方案.二、建立了以xPC Target为核心的主从机结构,利用最小二乘法对驱动臂模型进行了系统辨识.三、阐述了H<,∞>控制理论,对H<,∞>标准控制、鲁棒稳定性、混合灵敏度问题和H<,∞>控制的求解进行了分析,根据H<,∞>控制方法给出了设计鲁棒控制器的一般步骤.四、根据系统辨识结果,利用H<,∞>设计方法设计出鲁棒控制器,对控制器的控制效果进行了仿真,证实了H<.∞>鲁棒控制方法可有效地应用于对硬盘驱动臂的振动控制.五、利用xPC Target实验平台对设计出的控制器进行了仿真和实验研究,证实了所设计鲁棒控制器的有效性,并对进一步的研究方向进行了探索.

目录

文摘

英文文摘

承诺书

注释表

第一章绪论

1.1课题的研究背景和意义

1.2振动主动控制的研究概况

1.3本文的主要内容

第二章硬盘驱动臂振动主动控制的有限元仿真和优化

2.1 PZT压电陶瓷及压电方程

2.2结构与压电陶瓷之间力传递关系

2.3有限元软件ANSYS在压电结构分析中的应用

2.3.1 ANSYS软件简介

2.3.2压电单元和实体单元简介

2.4硬盘驱动臂的三维实体建模

2.5 PZT驱动效果分析

2.5.1驱动电压对驱动效果的影响

2.5.2 PZT厚度对驱动效果的影响

2.5.3粘贴层厚度对驱动效果的影响

2.5.4其它情况

2.6本章小结

第三章基于xPC平台对硬盘驱动臂的辨识建模

3.1概述

3.2最小二乘辨识法的基本原理

3.3实验辨识平台介绍

3.3.1 xPC Target的特征

3.3.2 xPC Target的硬件和软件环境

3.3.3 xPC Target环境的生成

3.4实验辨识建模

3.4.1硬盘驱动臂的实验装置

3.4.2通道辨识与建模

3.5本章小结

第四章鲁棒控制理论和H∞控制方法

4.1概述

4.1.1鲁棒性和鲁棒控制

4.1.2 H∞控制理论及其发展

4.1.3 H∞控制方法的特点

4.2标准H∞控制问题

4.3鲁棒稳定性问题

4.4混合灵敏度问题

4.5标准的H∞控制问题的解法

4.6本章小结

第五章硬盘驱动臂系统鲁棒H∞控制器设计研究

5.1结构振动鲁棒H∞控制模型

5.2加权函数的选取

5.3 H∞控制器的设计

5.4 H∞鲁棒控制数字仿真

5.4.1单频控制仿真

5.4.2正弦扫描仿真

5.4.3宽带振动主动控制仿真

5.5本章小结

第六章硬盘驱动臂系统振动主动控制实验研究

6.1实验平台和控制器的程序设计

6.2实验结果

6.2.1单频控制实验

6.2.2正弦扫描控制实验

6.2.3窄带控制实验

6.3仿真结果和实验结果的分析比较

6.4本章小结

第七章全文总结与展望

7.1全文总结

7.2研究工作展望

致谢

攻读硕士学位期间发表的主要论文

参考文献

附录