基于lqr%2fltr的硬盘伺服控制系统设计与仿真研究

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1、国内图书分类号：TP273.1国际图书分类号：621.3工学硕士学位论文基于LQR/LTR的硬盘伺服控制系统设计与仿真研究硕士研究生：刘金河导师：于刚副教授副导师：陆锋博士申请学位：工学硕士学科、专业：机械电子工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2007年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP273.1U.D.C:621.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringDESIGNANDSIMULATIONRESEARCHOF

2、SERVOCONTROLSYSTEMFORHARDDISKDRIVEBASEDONLQR/LTRCandidate:LiuJinheSupervisor:AssociateProf.YuGangAssociateSupervisor:Dr.LuFengAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:MechatronicsEngineeringAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence:

3、December,2007Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要当前，硬盘正朝着小型化和高容量的方向发展，这对磁盘伺服控制的性能提出了更大的挑战。传统的硬盘伺服系统如PID控制受到自身结构限制，模式切换控制(MSC)增加伺服系统设计的复杂性，已经不能进一步改善读写磁头的定位控制精度。然而，为了保持硬盘存储密度的不断提高，更高带宽和先进的伺服系统可以被用来改善磁头的定位精度。在文中我们运用基

4、于LQR/LTR的二自由度控制方法实现硬盘磁头的跟踪控制和寻轨控制。本课题研究的目的在于改善磁头跟踪控制和寻轨控制的伺服性能，为推动硬盘伺服控制技术的研究提供理论依据，并对促进硬盘产业技术的开发具有重要的意义。本文对硬盘理论参数模型进行分析，通过实验对模型参数进行辨识，并通过基于DSP的实验测试平台提取磁头的扰动信号。给出了伺服系统中基于LQR/LTR的二自由度控制进行磁道跟踪控制和寻轨控制的设计方法。本文的研究内容主要包括以下几个方面：首先，为了分析硬盘实验处理过程，将硬盘改装成实验测试平台，配

5、合TIMS320C6713数字信号处理器(DSP)作为数据采集和控制系统的核心芯片，完成系统的软件设计并进行硬盘磁头扰动信号的采集。其次，考虑硬盘系统中的磁道跟踪的问题，并针对传统单自由度控制系统的不足，采用了基于LQR/LTR的二自由度控制算法，设计了磁道跟踪控制系统并进行稳定性和性能分析，仿真结果表明采用基于LQR/LTR的二自由度控制比PID控制的优越性。最后，根据硬盘磁头寻轨控制的要求，设定磁头寻轨的预定参考轨迹，给出了两种不同控制器的设计方法，仿真结果表明基于LQR/LTR的二自由度控制

6、系统具有比PTOS控制系统更好的寻轨性能。本文由仿真得到的结论反映了硬盘伺服系统的特性，为硬盘伺服技术进一步应用提供了理论基础；采用基于LQR/LTR二自由度控制方法对提高硬盘磁道跟踪效果和缩短寻轨时间具有一定的参考价值。关键词硬盘伺服系统；跟踪控制；寻轨控制；LQR/LTR；PTOSI哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractCurrenttrendoftheharddiskdrive(HDD)industryistowardssmallerdiskdriveswithhighercapac

7、ity,whichposesmorechallengestotheperformanceofdiskservocontrolschemes.Inconventionalharddiskdriveservosystem,suchasPIDcontrolislimitedbyitsstructure,andMSCincreasesthecomplexityofservodesign,whicharenolongerabletofurtherimprovetheprecisionofheadpositi

8、oningcontrol.However,inordertosustainthecontinuingincreaseinstoragedensityofHDD.Highbandwidthandadvancementinservosystemcanbeusedtoimprovetheprecisionofheadpositioning.Inthistheseswepresentatwodegreeoffreedom(2DOF)basedonLQR/LTRcontrolmethodto