余亮 李超

摘 要：計(jì)算機(jī)硬盤是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中重要的硬件組成部分。而硬盤讀寫磁頭的位置控制對于數(shù)據(jù)讀寫的速度與精度至關(guān)重要。因此，本文提出了一種閉環(huán)超前校正的計(jì)算機(jī)磁盤讀寫磁頭位置控制器，通過對其進(jìn)行仿真分析可知，系統(tǒng)不僅具有較高的定位速度與精度，而且還提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：閉環(huán)控制；超前校正；讀寫磁頭；位置控制器

0 引言

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件組成部分主要包括中央處理器、存儲器和輸入輸出設(shè)備組成。而其中的存儲器主要由內(nèi)存和外存組成。內(nèi)存一般由讀寫速度快的半導(dǎo)體存儲器構(gòu)成，CPU能對其直接訪問；外存是輔存的最主要的表現(xiàn)形式，外存一般由讀寫速度慢的磁表面存儲器構(gòu)成，因而也簡稱為磁盤。磁盤的存儲原理是由于磁性材料的磁滯曲線效應(yīng)，使得磁盤具有兩個穩(wěn)定的剩磁狀態(tài)，正好能存儲計(jì)算機(jī)中的二進(jìn)制代碼1和0。而磁盤的讀寫原理是利用一種稱為“磁頭”的裝置沿磁盤的徑向運(yùn)動來形成和判別磁層中的不同磁化狀態(tài)，從而來寫入或讀出相應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。而這其中讀寫磁頭位置控制的好壞會直接影響從磁盤中讀出的數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，因此，本文設(shè)計(jì)了一種基于閉環(huán)超前校正的磁盤磁頭位置控制器，通過仿真分析，可以驗(yàn)證該種控制器不僅能確保系統(tǒng)穩(wěn)定，使得系統(tǒng)穩(wěn)定裕度有所增加，而且有較高的位置定位精度，使得讀寫數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確。

1 磁盤讀寫磁頭的數(shù)學(xué)模型

磁盤的結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中根據(jù)牛頓定律，忽略一些次要因素和條件，我們可以方便的得到讀寫磁頭的微分方程：

式中，θ（t）為磁頭角位移；i（t）為輸入電流；J為裝置的轉(zhuǎn)動慣量；C為粘滯阻尼系數(shù)；K為彈性系數(shù)；Ki為單組力矩常數(shù)。

對式（1）進(jìn)行拉普拉斯變換，可以得到系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：

（2）

2 閉環(huán)超前校正控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真分析

通過對磁頭位置控制器傳遞函數(shù)分析，設(shè)計(jì)了閉環(huán)超前校正控制系統(tǒng)如圖2所示。

設(shè)J=0.01kg·m2，C=0.004N·m，K=10N·m/rad，Ki=0.05N·m/rad，Kf=4110，通過對閉環(huán)超前校正控制系統(tǒng)運(yùn)行，可以得到該系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線如圖3所示，可以明顯看出系統(tǒng)很穩(wěn)定，其調(diào)節(jié)時間小于0.06s，即閉環(huán)超前校正磁盤驅(qū)動器系統(tǒng)的尋道時間小于0.07s。從目前磁盤的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)而言，對于一個非常小的阻尼系統(tǒng)開始來說，其性能能較好的達(dá)到市場需要。同時還對系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度進(jìn)行了分析，得到了圖4所示，可以看出該種方法不僅能提高系統(tǒng)的定位速度和精度，還能進(jìn)一步提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

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