本文選題：硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器 + 三級(jí)作動(dòng)系統(tǒng)�。� 參考：《中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：隨著近年來(lái)磁記錄技術(shù)的突破以及硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器(HDD)中數(shù)據(jù)空間密度需求的不斷增加,需要更高精度的伺服硬件和軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)讀/寫(xiě)頭的超高精度定位。近年來(lái),有學(xué)者提出了三級(jí)作動(dòng)系統(tǒng)來(lái)改善伺服性能。三級(jí)作動(dòng)系統(tǒng)由于多了一個(gè)在高頻段具有較好特性的作動(dòng)器,為伺服帶寬提高和伺服系統(tǒng)高頻擾動(dòng)抑制提供了新的途徑。同時(shí),由于第三級(jí)作動(dòng)器行程有限,能提供的控制輸入也有限制,又給控制器設(shè)計(jì)帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)。本文從伯德積分定理、穩(wěn)定性、魯棒性等方面出發(fā),研究了 HDD三級(jí)伺服系統(tǒng)的磁道保持控制性能、基本的磁道保持控制器設(shè)計(jì)方法以及振動(dòng)控制的新策略問(wèn)題等,為三級(jí)伺服系統(tǒng)的應(yīng)用提供理論依據(jù),具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和工程意義。本文首先分析了三級(jí)作動(dòng)系統(tǒng)能夠提高閉環(huán)系統(tǒng)性能的原理,給出了方差約束下三種作動(dòng)配置的性能對(duì)比。介紹了伯德積分定理,利用該定理分析了三級(jí)作動(dòng)配置的HDD能夠提高閉環(huán)系統(tǒng)性能的基本原理。研究了在控制輸入和作動(dòng)器行程的方差約束下,最小化系統(tǒng)輸出方差的優(yōu)化問(wèn)題。分別估計(jì)了不同配置下的性能并進(jìn)行對(duì)比,仿真結(jié)果表明,三級(jí)作動(dòng)配置比雙級(jí)作動(dòng)配置理論上能夠獲得更高的帶寬和更小的位置誤差信號(hào)(PES)。進(jìn)一步,本文研究了三級(jí)作動(dòng)配置中為實(shí)現(xiàn)最小PES的魯棒控制設(shè)計(jì)方法,分別給出了三級(jí)作動(dòng)系統(tǒng)磁道保持控制的靈敏度解耦設(shè)計(jì)和μ-綜合設(shè)計(jì)。首先,根據(jù)對(duì)三個(gè)作動(dòng)器不確定性分析,確定三級(jí)作動(dòng)系統(tǒng)靈敏度解耦設(shè)計(jì)的唯一性,使用簡(jiǎn)單的回路成形方法,進(jìn)行仿真驗(yàn)證,對(duì)比所得到的低頻擾動(dòng)抑制和伺服帶寬提升。然后基于μ-綜合設(shè)計(jì)方法,提出了系統(tǒng)的控制器整定方法,并應(yīng)用于三級(jí)作動(dòng)系統(tǒng)的伺服磁道跟蹤設(shè)計(jì)。針對(duì)HDD中存在的非周期性振動(dòng),本文提出了抑制振動(dòng)的快速收斂算法。給出了利用實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)導(dǎo)出振動(dòng)抑制問(wèn)題的維納解。提出并分析了兩種快速收斂的前饋控制算法,用來(lái)解決濾波器的輸入高度相關(guān)時(shí)濾波-x最小均方(Fx-LMS)算法收斂速率較慢的問(wèn)題。分析結(jié)果表明,本文提出的正交化-x算法相對(duì)于Fx-LMS算法總可以改進(jìn)收斂速率,而正交化-a算法只能在滿足一定條件時(shí)才能優(yōu)于Fx-LMS。針對(duì)寬頻擾動(dòng),本文給出了利用第三級(jí)作動(dòng)器抑制高頻振動(dòng)的頻率分割解決方案。提出了一種可以同時(shí)辨識(shí)系統(tǒng)和補(bǔ)償外部振動(dòng)的基于頻域分割的自適應(yīng)前饋控制算法。該算法從第一個(gè)區(qū)域開(kāi)始,同時(shí)辨識(shí)前饋控制器參數(shù)和對(duì)象的低階模型參數(shù),參數(shù)收斂后保持不變,然后移動(dòng)到下一區(qū)域直至所有區(qū)域的控制器參數(shù)和對(duì)象模型參數(shù)都得到辨識(shí)。仿真結(jié)果驗(yàn)證了所提算法的有效性。針對(duì)硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器中存在的周期性振動(dòng),本文提出了一種基于自抗擾控制(ADRC)和擾動(dòng)估計(jì)的振動(dòng)抑制算法。當(dāng)擾動(dòng)頻率已知時(shí),帶有多一階的擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的基本ADRC算法不能利用頻率信息達(dá)到完美補(bǔ)償。本文提出了一種基于內(nèi)模的ADRC方法,該方法可以利用已知的頻率,在簡(jiǎn)單的假設(shè)下實(shí)現(xiàn)對(duì)干擾的完美估計(jì)。首先給出了簡(jiǎn)單的積分串聯(lián)型系統(tǒng)的算法與證明,再推廣到更為一般的單輸入單輸出系統(tǒng)。所提出的方法的有效性通過(guò)仿真和與基本的自抗擾控制算法的比較來(lái)驗(yàn)證,也對(duì)硬盤(pán)中存在的周期性擾動(dòng)進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。本文給出了 HDD三級(jí)作動(dòng)系統(tǒng)周期性振動(dòng)直接自適應(yīng)算法的詳細(xì)分析和仿真。為了避免矩陣求逆,降低計(jì)算復(fù)雜度,本文給出了直接自適應(yīng)前饋控制的一種改進(jìn)算法。對(duì)于數(shù)字實(shí)現(xiàn)時(shí)已知頻率的正余弦表的周期性進(jìn)行了分析。對(duì)HDD單/雙/三級(jí)作動(dòng)配置下的振動(dòng)抑制進(jìn)行了仿真和對(duì)比,一方面驗(yàn)證了所提算法的有效性,另一方面驗(yàn)證了三級(jí)作動(dòng)配置的優(yōu)越性。本文對(duì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)、擴(kuò)展和測(cè)試,給出了 HDD雙級(jí)作動(dòng)系統(tǒng)多個(gè)測(cè)量性實(shí)驗(yàn)以及周期性/非周期性振動(dòng)補(bǔ)償?shù)膶?shí)現(xiàn)技術(shù)和結(jié)果。
[Abstract]:In this paper , we study the performance of the three - stage dynamic system , which can improve the performance of the closed - loop system . In recent years , the paper studies the performance of the three - stage dynamic system . The results show that the three - stage dynamic system can improve the performance of the closed - loop system . On the one hand , the effectiveness of the proposed algorithm is verified . On the other hand , the superiority of the three - stage dynamic configuration is verified . In this paper , the improvement , expansion and test of the experimental system are carried out , and the realization technology and the result of the multiple measuring experiments of the HDD double - stage actuating system and the periodic / non - periodic vibration compensation are given .
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TP333.35

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1908306