基于滑模变结构控制的硬盘磁头伺服控制技术研究

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1、浙江大学硕士学位论文摘要自mM公司于1956年向全球展示第一台磁盘存储系统RAMAC以来，随着存储介质、磁头、电机及半导体芯片等相关技术的不断发展，硬盘的存储容量成倍增长、读写速度不断提高。要保证可靠的读写性能，盘片的转速控制和磁头的定位控制问题具有重要意义。其中磁头的定位控制主要包括寻道控制与定位跟踪控制两个问题，对此国内外学者已提出了多种控制策略，如PID控制、自适应控制、模态切换控制等，这些控制方法大大提高了硬盘磁头伺服系统的性能。为达到更高的精度，磁头双级驱动模型成为近年的研究热点，多种控制

2、策略已有相关●报道，但目前仍处于实验水平。滑模变结构控制是非线性控制理论的重要分支，具有独特的鲁棒性及对匹配不确定性和外部干扰的完全自适应性等特点，非常适合处理磁头定位控制问题。本论文在较为全面地对硬盘磁头定位控制的现状分析研究的基础上，分别针对磁头单级驱动与双级驱动系统，采用离散滑模变结构控制方法进行了定位控制器设计及仿真研究。本论文的主要工作和所得结果概括如下：、1．针对传统离散滑模控制容易产生抖振，且不能完全趋近稳态的不足，提出了一种改进的时变离散趋近律，并利用该趋近律方法设计了离散滑模变结构

3、控制器。该方法不仅较为显著地改善了抖振的问题，还大大缩短了到达时间。通过引入二次型李亚普诺夫函数证明了滑模面的可到达性与渐近稳定性。2．针对硬盘磁头单级驱动模型，分别使用近似时间最优控制(PTOS)方法和本论文提出的改进离散滑模控制方法进行寻道控制器与定位跟踪控制器的设计。仿真结果表明，PTOS方法具有更短的寻道时间；相对传统离散滑模控制律，改进离散滑模控制方法有效抑制了控制电压的抖振，使之趋近于平衡点。为考查系统的参数不确定性对控制性能的影响，利用所提出的改进滑模控制器与已报道的相似改进滑模控制器

4、设计方法对加入参数不确定项的磁头模型进行定位控制仿真，并进行对比分析，仿真结果证明了本论文所提出改进滑模控制器的优越性。l摘要3．针对硬盘磁头双级驱动器，分别设计了两级驱动的控制器。首先，将近似时间最优控制策略与滑模变结构控制相结合实现了粗调电机(音圈电机)的控制器设计，并通过仿真对比了其与传统PTOS的效果。研究结果表明离散滑模近似时间最优控制的响应时间得到明显的缩短。其次，采用基于时变趋近律的离散滑模控制算法设计了微调电机的控制器。通过解耦的主从回路将两级控制器结合，仿真结果表明磁头定位效率较单

5、级驱动系统有较为明显的提高。在此基础上加入周期扰动的仿真结果，验证了基于滑模变结构控制律的电机伺服控制系统对于外干扰的鲁棒性。关键词：硬盘磁头，伺服系统，定位控制，单级驱动模型，双级驱动模型，离散滑模控制，时变滑模面Ⅱ浙江大学硕十学位论文ABSTRACTSincemMbroughtthefirstdisk—therandomaccessmemoryaccountingmachine(RAMAC)tomarketin1956，thestoragecapacityandread／writespeedha

6、vecontinuouslyincreasedalongwiththedevelopmentofthetechniquesofmedia，read／writehead,actuatorsandsemiconductingchips．TheproblemsofR／Whead'ssettlingcontrolisdef'mitelyimportantinordertoensurethereliabilityofreadandwriteperformance．Trackseekingandtrackfol

7、lowingaretwomainstagesoftheharddiskservosystem．Researchershavedevelopedkindsofcontrolstrategiestoimplementtheservocontrolfi'omPIDcontroltoadvancedcontrolmethods．Dual—stageactuatorhasattractedmanyresearchersandengineersforitsbroaderbandwidthcomparedwilh

8、single—stageactuator．Slidingmodecontrol(SMC)isanimpoauntbranchofnonlinearcontroltheoryaccountofitsexcellentrobustnessandcompleteadaptabilitytotheuncertaintiesandexternaldisturbance．anditissuitableforthecontrolproblemofharddiskdrivesefvo