摘要：磁存储设备是应用广泛的信息存储器件，研究其抗振动、抗冲击的控制技术对于在恶劣环境下工作的硬盘和便携式计算机具有重要意义。本文在采用外加固主动控制方案的基础上，提出数字主动控制系统的设计思路，并且详细阐述以DSP为核心的数字控制系统的软、硬件设计方案。
关键词：微型盘 主动控制系统 数字信号处理器
1 引言
磁存储设备（本文主要指微型硬磁盘）是应用广泛的信息存储器件。在数据存储业中，磁盘驱动器生产商多采用增加磁道密度（每英寸的磁道数）和磁盘转速（每分钟转数）来扩大计算机硬盘驱动器的容量。而随着磁道密度的增加，二个相邻磁道间的距离变小了，因此，所允许的读/写头和磁道的偏离误差，即磁盘驱动器业内人士所说的误定位也相应降低了，这样硬盘很容易受到伤害。上述工作原理决定了实际应用中必须使用抗恶劣环境的加固技术来提高存储设备的抗振动和抗冲击性，而且应主要针对机械物理环境和气候环境实施加固。笔者采用外加固主动控制理论与技术，将电磁主动控制技术用于计算机外部设备（微型盘）的振动冲击外加固，并且构建了以DSP为硬件平台的数字主动控制系统。

2 主动冲击振动控制技术
提高磁盘存储设备的抗冲击、抗振动性能始终是国内外十分重视的研究课题。上世纪90年代中期多采用被动控制技术来解决这一难题，如钢丝绳减振器、油膜减振器、金属丝网减振器、复刚度双橡胶减振器及二级减振技术等。我国从20世纪90年代中期开始重视磁存储设备的抗冲击、抗振动研究，并对被动外加固理论与技术进行了深入研究，已获得一些较好的可实施性成果。随着对强冲击、较低频抗振要求的提高，研究主动控制理论及研制相应的主动控制装置成为发展趋势和发展水平的标志。通常民用硬盘的头盘系统所能承受的外界冲击加速度小于3.975g，当用于60g(持续时间6～9ms)冲击和5g(振动频率为50～1000Hz)振动的恶劣环境下时，必须使用加固技术构建加固型硬盘。
2．1 头盘系统的冲击特性
微型硬盘驱动器通常是电子系统抗冲击振动的薄弱环节之一，它的头盘系统由弹性取数臂、浮动质量块（磁头）、盘片、气膜刚度和驱动控制系统组成，其简化模型如图1所示。一般而言，头盘系统主要有如下工作特点：
（1）由盘片转换V使质量块与盘而间形成浮动气膜间隙δ，在工作状态时由取数臂刚度和气膜刚度提供质量块的悬浮力。

（2）气膜间隙δ对读写工作性能影响极大取数臂刚度k及质量块流线外形对限制δ的大小有重要作用。若由控制系统信号驱动电机使磁头沿盘面运动寻道，则其运动响应快速性会比较好。
2．2 主动控制系统
系统可能要承受来自各个方向的振动和冲击，对于头盘系统而言，主要是垂直于盘面方向的振动冲击，主要是垂直于盘面方向的振动冲击，故可将系统看作单自由度系统，其系统组成如图2所示。图中，传感器、控制器、功率放大器构成系统的电路部分，执行装置、弹簧、阻尼和质量块构成系统的机械部分。

微型硬盘是本系统的受控对象。加速度传感器、前置放大器等构成系统的测量模块；控制器按基础传感信号和控制策略发出控制信号；电磁执行装置为作动器；功率放大器将控制信号放大并提供控制的能源，以驱动作动器产生执行动作。该控制系统的工作原理是先由基础加速度传感器拾取基础振动冲击加速度信号，经前置放大器后信号送入控制器，然后在控制器中完成对信号的一次积分（转换为速度信号）和二次积分（转换为位移信号）运算，并将二次积分结果做求和运算，之后控制信号输入功率放大器，最后将功率放大器输出信号以控制电压的形式加在执行机构上，这样执行机构便会产生相应的作动力，从而抵消来自基础的振动和冲击。

3 数字控制系统的硬件设计
从1982年TI（美国德州仪器公司）推出通用可编程DSP以来，DSP技术取得了迅猛的发展。目前DSP市场主要由TI、ADI、AT&T和Motorola公司占据。本文综合实际要求，采用一款由TI公司生产的TMS320F243型16位定点DSP。它集成了A/D、PWM调制等几种先进外设，特别适用于对电机的数字化控制。
3．1 控制系统的基本原理
数字信号处理器（简称DSP）具有实时信号处理能力和强大的运算功能。为此笔者构建了以DSP为核心的数字控制系统。它首先通过A/D转换器完成对电荷放大信号及一次、二次积分系统数的采样，再由DSP按照一定的控制算法对采样到的信号进行 运算，最后将结果经D/A转换器送入功率放大器后输出。由于DSP内集成了10位A/D转换器，所以可直接将模拟信号与DSP相接，图3是整个数字控制系统的结构框图。
3．2 DAC接口与外部存储器扩展
系统中的D/A器件选用了URR-BROWN公司的DAC7611。由于DSP内部10位ADC的电