微型盘抗振模拟主动控制系统的设计与实现
发布时间:2007/4/23 0:00:00 访问次数:557
1 主动冲击振动控制技术
提高微型硬盘的抗冲击与抗振动性能始终是国内外十分重视的研究课题。20世纪80年代初至90年代中期，多采用被动控制技术，如钢丝绳减振器、油膜减振器、复刚度双橡胶减振器等。随后，主动控制技术逐步实施于磁盘驱动器的振动与冲击加固中，它可对低频振动和高g值冲击有效兼容，克服了被动控制方式难以同时满足这两项指标的缺点。计算机加固主动控制技术从物理实现形式来说分为两加固和外加固两种。内加固是在硬盘内部进行取数臂的主动控制加固，我国从20世纪90年代中期开始对被动外加固技术进行深入研究，已获得一些可实施的较好成果，如无谐振峰隔振缓冲器等。随着对强冲击、较低频振动抗振要求的提高，研究主动控制理论及装置将成为提高抗振技术水平的必经之路。
实际应用中，控制系统要承受来自各个方向的振动和冲击，对于头盘系统而言，主要是承受来自垂直于盘面方向的冲击，故将系统考虑为单自由度系统，如图1所示。其中，传感器、控制器、功率放大器是系统的电路部分，而执行装置、弹簧、阻尼和质量块则是系统的机械部分。
本系统的受控对象是微型硬盘；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器并提供控制能源，驱动作动器产生执行动作。控制系统工作原理是通过基础加速度传感器拾取基础振动冲击加速度信号，经前置放大器放大后送入控制器，在控制器中完成信号的一次积分（转换为速度信号）和二次积分（转换为位移信号）运算，将两次积分结果作为求和运算，之后输入功率放大器，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，执行机构便会产生相应的作动力抵消来自基础的振动和冲击。
2 模拟主动控制系统电路设计
2．1 传感器选择
压电式传感器是一种机械量（作用于传感器上的加速度或压力）转换成电荷量的换能量，可等效为电荷源或电压源。由于压电传感器的泄漏电阻通常较大，所以能较长时间地保存电荷，但若负载电阻很小，传感器受力后产生的电荷就会以时间常数舭粗甘媛珊芸旆诺纭Ｒ虼耍笱沟绱衅鞲涸氐缱枳愎淮螅约跣〔饬课蟛睢０凑罩鞫刂浦鞣桨柑致鄣慕峁捎醚沟缡郊铀俣却衅鳎映杀镜慕嵌瓤悸牵疚难∮貌淮糯笃鞯腨D-1型加速传感器，其输出信号精度为0.01mv/g，并在加速度传感器后端设计了电荷放大电路。
电容，Rf为反馈电阻。并联反馈电阻的目的是避免电容上不断累积直流电荷而造成运放输出饱和。在理想运放条件下，输入电流I等于反馈电流。经分析可得，电荷放大器输出电压仅取决于输入电荷Q及反馈电路参数Cf，即：
Vo≈-[（A0Q）/（1+A0）Cf]≈Q/Cf
这里，反馈电容必须采用高质量电容，否则会由于电容漏电引起误差。
由以上讨论可知，作为核心器件的运算放大器，其输入阻抗应高于10 12ΩD707。为保证足够高的灵敏度又不影响电荷放大器的低频特性，实际电路中取Cf=2000pF,Rf=10M佟Ａ硗猓苊夂蠹队跋焱北阌诘鹘冢诘绾煞糯笃骱蠖嗽黾恿艘患妒淙胱杩菇细摺⒃鲆婵傻鞯姆聪喾糯笃鳎缤 3所示。 提高微型硬盘的抗冲击与抗振动性能始终是国内外十分重视的研究课题。20世纪80年代初至90年代中期，多采用被动控制技术，如钢丝绳减振器、油膜减振器、复刚度双橡胶减振器等。随后，主动控制技术逐步实施于磁盘驱动器的振动与冲击加固中，它可对低频振动和高g值冲击有效兼容，克服了被动控制方式难以同时满足这两项指标的缺点。计算机加固主动控制技术从物理实现形式来说分为两加固和外加固两种。内加固是在硬盘内部进行取数臂的主动控制加固，我国从20世纪90年代中期开始对被动外加固技术进行深入研究，已获得一些可实施的较好成果，如无谐振峰隔振缓冲器等。随着对强冲击、较低频振动抗振要求的提高，研究主动控制理论及装置将成为提高抗振技术水平的必经之路。 2．1 传感器选择 压电式传感器是一种机械量（作用于传感器上的加速度或压力）转换成电荷量的换能量，可等效为电荷源或电压源。由于压电传感器的泄漏电阻通常较大，所以能较长时间地保存电荷，但若负载电阻很小，传感器受力后产生的电荷就会以时间常数舭粗甘媛珊芸旆诺纭Ｒ虼耍笱沟绱衅鞲涸氐缱枳愎淮螅约跣〔饬课蟛睢０凑罩鞫刂浦鞣桨柑致鄣慕峁捎醚沟缡郊铀俣却衅鳎映杀镜慕嵌瓤悸牵疚难∮貌淮糯笃鞯腨D-1型加速传感器，其输出信号精度为0.01mv/g，并在加速度传感器后端设计了电荷放大电路。 Vo≈-[（A0Q）/（1+A0）Cf]≈Q/Cf 这里，反馈电容必须采用高质量电容，否则会由于电容漏电引起误差。 由以上讨论可知，作为核心器件的运算放大器，其输入阻抗应高于10 12ΩD707。为保证足够高的灵敏度又不影响电荷放大器的低频特性，实际电路中取Cf=2000pF,Rf=10M佟Ａ硗猓苊夂蠹队跋焱北阌诘鹘冢诘绾煞糯笃骱蠖嗽黾恿艘患妒淙胱杩菇细摺⒃鲆婵傻鞯姆聪喾糯笃鳎缤 3所示。 上一篇：小型舞蹈机器人的驱动系统设计
电源相连，因此应格外注意外加散热器和芯片负电源之间的绝缘措施，以免引起不良后果。另外，为避免加电时功放输出冲击电压引起执行装置跳动产生的不利影响，功放输出经10～15秒延时后接通为宜。
1 主动冲击振动控制技术
实际应用中，控制系统要承受来自各个方向的振动和冲击，对于头盘系统而言，主要是承受来自垂直于盘面方向的冲击，故将系统考虑为单自由度系统，如图1所示。其中，传感器、控制器、功率放大器是系统的电路部分，而执行装置、弹簧、阻尼和质量块则是系统的机械部分。
本系统的受控对象是微型硬盘；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器并提供控制能源，驱动作动器产生执行动作。控制系统工作原理是通过基础加速度传感器拾取基础振动冲击加速度信号，经前置放大器放大后送入控制器，在控制器中完成信号的一次积分（转换为速度信号）和二次积分（转换为位移信号）运算，将两次积分结果作为求和运算，之后输入功率放大器，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，执行机构便会产生相应的作动力抵消来自基础的振动和冲击。
2 模拟主动控制系统电路设计
电容，Rf为反馈电阻。并联反馈电阻的目的是避免电容上不断累积直流电荷而造成运放输出饱和。在理想运放条件下，输入电流I等于反馈电流。经分析可得，电荷放大器输出电压仅取决于输入电荷Q及反馈电路参数Cf，即：
电源相连，因此应格外注意外加散热器和芯片负电源之间的绝缘措施，以免引起不良后果。另外，为避免加电时功放输出冲击电压引起执行装置跳动产生的不利影响，功放输出经10～15秒延时后接通为宜。
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