硬盘磁头定位系统的相关技术研究

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1、华中科技大学硕士学位论文摘要*自硬盘发明以来，其存储密度和读写速度不断提高。作为硬盘技术中重要一环的磁头定位技术，也从最开始的导轨式定位发展到目前普遍使用的音圈电机驱动，2定位的精度和速度都有了极大的提升。但是在未来10TB/in的存储密度下，目前的单极音圈电机驱动将无法满足定位精度的要求。在分析了硬盘磁头臂的结构、运行过程及磁头二级定位的机理基础上，设计了一种在单极音圈电机基础上的二级定位微致动器。磁头定位是一个复杂的系统，不仅跟音圈电机与二级微致动器相关，与磁头臂的一些固有特性也密切相关。为磁头臂建立了实体模型，通过有限元方法，计算得出磁头臂的固有频率和振型等重要参数。给出了音圈电

2、机的传递函数模型。进一步分析了二级定位系统与一级定位系统的控制关系，指出了二级微致动器的基本要求。设计了压电陶瓷和电磁驱动两种形式的微致动器，导出了两种微致动器的控制模型。通过ANSYS计算仿真，表明这两种微致动器驱动下的静态位移都能超过20nm以上，符合磁头精密定位对微致动器的静态行程要求。根据驱动电压和结构影响性的比较，说明电磁微致动器实用性更强。对电磁微致动器进行瞬态性能分析和频率性能分析，其谐振频率达到10kHz以上，其动态响应时间可以小于0.1ms。最后，利用动态分析的结果，通过系统辨识的方法得到了微致动器的控制模型的具体参数，从而为磁头的高精度定位提供了致动器设计的理论依据

3、。关键词：硬盘，磁头臂，二级定位，微致动器*本课题受到国家自然科学基金(No.60773189)，湖北省自然科学基金（No.2010CDB01601）和中央高校基本科研业务费(No.HUST2010MS065)资助I华中科技大学硕士学位论文Abstract*Sincetheinventionoftheharddisk,itsstoragedensityandaccessspeedcontinuestoincrease.Asanimportantpartoftheharddisk,theheadpositioningtechnology,alsodevelopedfrombeginnin

4、goftherailorientationtothevoicecoilwhichwidespreaduseincurrentdrive.Meanwhile,thepositioningaccuracyandspeedhavebeengreatlyimproved.However,ifthe2storagedensityreaches10TB/ininthefuture,thecurrentunipolarvoicecoilmotorwillbeunabletomeettheneeds.Thispaperpresentsdual-stagemicro-actuatorsonthebasi

5、sofvoicecoilmotorinaunipolarorientation.Headpositioningisacomplexsystem,whichhasrelationshipwithnotonlythevoicecoilmotoranddual-stageactuator,butalsosomeofthenaturalpropertiesofthearm.Thispaperintroducesthebasicstructureandworkingprincipleoftheharddisk.Thenwecreatedasolidmodelforthearmandcalcula

6、tedthenaturalfrequencies,modeshapes,andotherimportantparametersofthearmbyfiniteelementmethod.Amathematicaltransferfunctionmodelofthevoicecoilmotorisgiven.Basedonthis,controlrelationshipbetweensecondarypositioningsystemandthefirst-stagepositioningsystemisanalyzed.Thebasicrequirementsofthedual-sta

7、gemicroactuatoraredescribed.Wepresenttwotypesofmicro-actuatorsintheformofthepiezoelectricandelectromagneticanddeducethetwokindsofmicroactuatorphysicalmodel.Staticdisplacementofthetwotypesofmicro-actuatorcouldbemorethan20nmby