磁盘驱动读取系统

磁盘驱动读取系统

主要内容

一、课题背景简介 二、磁盘驱动读取系统模型

一、课题背景简介

磁盘可以方便有效的存储信息。磁盘驱动 器则广泛用于从便携式计算机到大型计算 机等各类计算机中。 现代的磁盘在每厘米宽度内有多达5000个 磁道，每个磁道的宽度仅为1μm,磁盘驱动 系统对磁头的定位精度要求很高。磁头滑片 转轴 臂的转动 支撑臂

磁道a 激励电机 磁道b

图1 磁盘驱动器结构示意图

1.磁盘磁头安装结构

磁头安装在一个与手臂相连的簧片上，它 读取磁盘上各点处不同的磁通量并将信号 提供给放大器，簧片(弹性金属制成)保 证磁头以小于100nm的间隙悬浮于磁盘之 上(如图2)。电机 电机

手臂 手臂

图2 磁头安装结构图

簧片 簧片

磁头 磁头

2.磁盘控制系统原理图

磁盘驱动器读取装置的目标是要将磁头准 确定位，以便正确读取磁盘磁道上的信息。 要精确控制的变量是磁头(安装在一个滑 动簧片上)的位置。磁盘旋转速度在1800 转/分和7200转/分之间，磁头在磁盘上方 不到100nm的地方“飞行”,位置精度指 标初步定为 1μm;如有可能，我们还要进 一步做到使磁头由磁道a移动到磁道b的时 间小于50ms。

至此，我们可以给出图3所示的初步的系统 结构，该闭环系统利用电机驱动磁头臂到 达预期的位置。+ 传感器 偏差 实际磁 头位置

预期磁 头位置

控制装置

激励电极和臂

图3 磁盘驱动器磁头的闭环控制系统

二、磁盘驱动读取系统模型

考虑簧片的弹性系数对系统的影响，其模 型如图4所示。记电机质量为M1,磁头质量 为M2,簧片弹性系数为k,直流电机对质量 M1的驱动力为u(t),y(t)是磁头的位移，q(t) 是电动机的位移。

图4 具有弹性簧片的系统模型

对于质量M1、M2,其动力学方程为：

b1q k(q-y) u(t) M1q b2 y k(y-q) 0 M2 y其中，b1和b2分别是电动机和磁头的摩擦系数。

令

x1 q x2 y

,代入上式

x3 q x4 y

则系统的状态方程为0 0 0 0 x - k/M 1 k/M 1 k/M 2 - k/M 2 x1 x y 0 1 0 0 2 x3 x4

1 0 - b1/M 1 0

x1 0 x 0 1 2 u 0 x3 1/M 1 - b2 /M 2 x4 0 0

系统模拟结构图