磁気ディスク装置におけるシーク制御のための構造系と制御系の同時最適化設計

磁盘驱动器寻道控制结构与控制系统同步优化设计

基本信息

批准号：
14750170
负责人：
木澤悟
金额：
$ 1.15万
依托单位：
Akita National College of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2003
项目状态：
已结题

项目摘要

今年度の目標としては,トラック位置決め制御に関してはシークモードに限定し,目標トラックまでの参照軌道としての規範モデル(伝達関数)を与え,制御系はこの規範モデルに対するモデルマッチング問題を満たすようにコントローラを設計し,さらに,提案した手法を数値シミュレーションで検証を行った.はじめに,コントローラの設計は外乱抑制とロバスト安定性を同時に満たすためには,感度関数と相補感度関数のゲインを下げる必要があり,これはよく知られるH_∞制御における混合感度問題である.さらに,ヘッドサスペンションのシーク制御のみを目的としているので,あらかじめ与えた目標軌跡をトレースできるようにするために,コントローラはロバスト特性と追従特性を独立に設計できる2自由度制御系により構成した.目標軌跡は規範モデルとして与え,シーク距離に応じて異なるように与えた.コントローラの解は閉ループ伝達関数が規範モデルにマッチングすれば求められるが,この問題を解くために,拡大プラントを設定する必要がある.つまり,閉ループ伝達関数と規範モデルの誤差伝達関数が小さくなるような評価値を設定し,H_2ノルムを指標とするマッチング問題に帰着させることで求められる.本解析手法の検証を行うために数値シミュレーションを行った.有限要素解析ソフトFEMLABとMATLABをリンク統合化し,アームサスペンションをFEMで解析後,状態方程式に変換するツールを構築した.その結果,最適化ツールのもとで,メカニカルな共振ピークを希望する共振ピークに移動させることができるヘッドサスペンションの最適形状を見いだすことができた.さらに,制御系においては,規範モデルとして,シーク距離1[Track],シーク時間1.5[ms]として,この仕様を満たす2次の伝達関数を与えた.そして,シーク参照軌道としての規範モデルと最適化後の実モデルのステップ応答を比較した結果,最適化された実モデルが規範モデルの軌跡に充分追従できるような結果が得られた.

今年的目标是将轨道定位控制限制为寻找模式，提供一个参考模型（传递函数）作为目标轨道的参考轨迹，并为这个参考模型创建一个满足模型匹配问题的控制系统。并通过数值仿真验证了所提出的方法。首先，为了在控制器设计中同时满足扰动抑制和鲁棒稳定性，需要降低灵敏度函数和互补灵敏度函数的增益，这是众所周知的。这是H_∞控制中的混合灵敏度问题。此外，由于目的只是磁头悬架的寻道控制，因此控制器被设计为具有鲁棒特性和独立的跟踪特性，以便能够跟踪预先给定的目标轨迹。目标轨迹被给定为参考模型，并且根据寻道距离给出不同的值。可以通过将闭环传递函数与参考模型匹配来找到控制器解，但是这个问题可以通过求解来解决，需要设置一个扩展对象。也就是说，通过设置一个使参考模型的闭环传递函数和误差传递函数变小的评估值，并使用H_2将其简化为匹配问题来获得本分析通过数值模拟对方法进行了验证。将有限元分析软件FEMLAB与MATLAB链接集成，搭建了对臂悬架进行有限元分析并转化为状态方程的工具。结果，最底层的优化工具Mechanika我们能够找到磁头悬架的最佳形状，可以将简单的共振峰值移动到所需的共振峰值。此外，在控制系统中，作为参考模型，我们使用了寻道距离 1 [Track] 和寻道距离时间为 1.5 [ms] 和满足该规范的二阶传递函数由给出。结果表明可以充分遵循轨迹。