單閉環(huán)磁盤驅(qū)動讀取系統(tǒng)性能分析與參數(shù)設(shè)計

毛帥

摘 要

在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的眾多領(lǐng)域中，自動控制系統(tǒng)起著越來越重要的作用。隨著電子計算機技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，在機器人控制、導(dǎo)彈制導(dǎo)以及核動力等高新技術(shù)中，自動控制計數(shù)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(xué)是一種理論性較強的學(xué)科。未來自動化的設(shè)備將會應(yīng)用更加廣泛，自動化設(shè)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(qū)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(yīng)用實例。本次任務(wù)是如何讓磁盤系統(tǒng)精確讀取。

【關(guān)鍵詞】自動控制 自動化 磁盤系統(tǒng)

1 原系統(tǒng)性能分析

1.1 磁頭控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

如圖1所示。

1.2 校正前系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)

由初始條件可得：

其開環(huán)傳遞函數(shù)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(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)

閉環(huán)傳遞函數(shù)為：

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

1.4 校正前系統(tǒng)穩(wěn)定性能分析

該閉環(huán)函數(shù)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(xiàn)臨界穩(wěn)定情況?？傻幂o助方程

1020+5000*4080=0

解其方程得系統(tǒng)的一對純虛根為s1，2=±141.4j。顯然，此時使系統(tǒng)穩(wěn)定的K_a值范圍應(yīng)取0

2 設(shè)計系統(tǒng)

在控制工程中，幾乎所有的控制系統(tǒng)都是高階系統(tǒng)，即用高階微分方程描述的系統(tǒng)。對于不能用一、二階系統(tǒng)近似的高階系統(tǒng)來說，其動態(tài)性能指標的確定是比較復(fù)雜的。工程上常采用閉環(huán)主導(dǎo)極點的概念對高階系統(tǒng)進行近似分析，或直接應(yīng)用MATLAB軟件進行高階系統(tǒng)性能分析。通過計算及繪制根軌跡圖得出系統(tǒng)閉環(huán)根軌跡特性，通過其階躍響應(yīng)可知其穩(wěn)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(tǒng)在單位階躍輸入作用下的穩(wěn)態(tài)跟蹤誤差為零。這一結(jié)論與取值無關(guān)。

當N（s）=0時

閉環(huán)傳遞函數(shù)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(yīng)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(diào)量符合系統(tǒng)要求。則取Ka=30.。

（2）當R（s）=0，N（s）=1/s時。系統(tǒng)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(yīng)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(tǒng)的擾動影響并不大。

3 結(jié)束語

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

參考文獻

[1]胡壽松.自動控制原理（第六版）[M].北京：科學(xué)出版社，2001.

[2]何聯(lián)毅，陳曉東.自動控制原理同步輔導(dǎo)及習(xí)題全解[M].北京：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2006.

[3]曹柱中.自動控制理論與設(shè)計[M].上海：上海交通大學(xué)出版社，1995.

[4]廖曉鐘，劉向東.自動控制系統(tǒng)[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2005.

[5]張培強.MATLAB語言[M].合肥：中國科技大學(xué)出版社，1995.

[6]王孝武，方敏等.自動控制理論[M].北京： 機械工業(yè)出版社，2009.

[7]黃忠霖.控制系統(tǒng)MATLAB計算及仿真[M].北京：國防工業(yè)出版社，2001.

[8]何衍慶.MATLAB語言的運用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

[9]周又玲.MATLAB在電氣信息類專業(yè)中的應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2011.