單閉環磁盤驅動讀取系統性能分析與參數設計

毛帥

摘 要

在現代科學技術的眾多領域中，自動控制系統起著越來越重要的作用。隨著電子計算機技術的發展和應用，在機器人控制、導彈制導以及核動力等高新技術中，自動控制計數具有特別重要的作用。從工程角度講，被控制的對象一般接收的信號都是模擬信號，這就有一定的物理意義，而物理學是一種理論性較強的學科。未來自動化的設備將會應用更加廣泛，自動化設備也會更加智能，這些都是建立在自控原理之上的。磁盤可以方便有效的儲存信息。磁盤驅動器則廣泛用于從便攜式計算機到大型計算機等各類計算機中，是控制工程的一個重要應用實例。本次任務是如何讓磁盤系統精確讀取。

【關鍵詞】自動控制 自動化 磁盤系統

1 原系統性能分析

1.1 磁頭控制系統結構圖

如圖1所示。

1.2 校正前系統開環傳遞函數

由初始條件可得：

其開環傳遞函數為：G（s）=（Ka?4）/（s（s/1000+1）（s/20+1））

此時可得：（K=Ka）?4

1.3 校正前系統閉環傳遞函數

閉環傳遞函數為：

?（s）=（Ka?4）/（s（s/1000+1）（s/20+1）+Ka?4）

1.4 校正前系統穩定性能分析

該閉環函數的特征方程為：

D（s）=s^3+1020s^2+20000s+5000Ka

在繪制勞倫斯表后，當Ka=4080時，b1=0，出現臨界穩定情況。可得輔助方程

1020+5000*4080=0

解其方程得系統的一對純虛根為s1，2=±141.4j。顯然，此時使系統穩定的K_a值范圍應取0

2 設計系統

在控制工程中，幾乎所有的控制系統都是高階系統，即用高階微分方程描述的系統。對于不能用一、二階系統近似的高階系統來說，其動態性能指標的確定是比較復雜的。工程上常采用閉環主導極點的概念對高階系統進行近似分析，或直接應用MATLAB軟件進行高階系統性能分析。通過計算及繪制根軌跡圖得出系統閉環根軌跡特性，通過其階躍響應可知其穩定性。

分析N（s）與R（s）的不同情況

（1）當N（s）=0，R（s）=1/s時

誤差信號

E（s）=1/（1+Ka G1 （s）G2 （s）） Rs

上式表明系統在單位階躍輸入作用下的穩態跟蹤誤差為零。這一結論與取值無關。

當N（s）=0時

閉環傳遞函數為：

?（s）=C（s）/R（s） =（Ka G1 （s） G2 （s））/（1+Ka G1 （s） G2 （s） ）

=（5000Ka）/（s^3+1020s^2+20000s+5000Ka）

此時取Ka=30利用MATLAB文本繪制響應曲線

當Ka=30時，此時的程序文本和圖形為：

num=[150000]；den=[1，1020，20000，150000]；step（num，den）

如圖2所示。

當Ka=30時的超調量符合系統要求。則取Ka=30.。

（2）當R（s）=0，N（s）=1/s時。系統對N（s）的輸出為

C（s）=（G2 （s））/（1+Ka G1 （s）G2 （s）） N（s）

Ka=30利用MATLAB文本繪制響應曲線圖4

此時程序文本和圖形為：

Ka=[10 30]；T=[4 2]；

for i=1：1：2

G1=tf（[5000]，[1 1000]）；

G2=zpk（[]，[0 -20]，1）；

G=Ka（i）*series（G1，G2）；

sys=feedback（G，1）；

t=0：0.005：T（i）；

figure（i）；step（sys，t）；grid

end

figure（3）；sysn=-feedback（G2，Ka（2）*G1）；

step（sysn，T（2））；grid

由圖3得，當N（s） 為單位階躍信號時對系統的擾動影響并不大。

3 結束語

在查閱相關資料后，我選取了合適的Ka的值，最終得到了結果。通過對磁盤驅動器磁頭控制系統的校正，保證了磁頭的精確位置，減小參數變化和外部振動對磁頭定位造成的影響。

參考文獻

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