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第3章 控制系统时域响应实例燃气热水器的水温控制控制指标：响应快，调整时间短燃气热水器的水温控制数学模型燃气热水器的水温控制响应曲线英吉利海峡海底隧道钻机钻机分别从海峡两端向中间推进，并在海峡的中间对接。为了使对接达到必要的精度，施工时使用了一个激光导引系统以保证钻机的直线方向。英吉利海峡海底隧道钻机K=20K=100Mp4%22%Tsess1.0秒5%0.7秒1%钻机的数学模型如下：磁盘驱动读取系统现代控制系统（第八版） Modern Control Systems Richard C.Dorf循序渐进设计实例—磁盘驱动读取系统 （仅限于磁道跟随问题）磁盘驱动器历史IBM‘s RAMAC 350 (世界上第一个硬盘, 1956年)磁盘驱动器历史容量：5MB磁盘数量：50个24英寸磁盘每英寸磁道数：20每英寸位数：100存储密度：每英寸2kb传输率：0.0088MB/s磁盘转速：1200rpm磁盘驱动器历史铝制盘片磁盘驱动器磁盘驱动器磁盘驱动器硬盘（hard disk)即硬盘驱动器硬盘是计算机中唯一一个精密机械和电子电路混合的器件大多数都采用温切斯特技术而被称之为“温切斯特硬盘”，简称“温盘”。这种技术是由IBM公司位于美国加州坎贝尔市温切斯特大街的研究所研制的磁盘驱动器温切斯特硬盘都有如下的技术特点磁头、盘片及运动机构密封。磁头对盘片接触式启停，但工作时呈飞行状态?在最靠近中心的部分不记录数据，称为着陆区(Landing Zone)，是硬盘每次启动或关闭时，磁头起飞和停止的位置飞行状态间距0.2-0.5μm磁头工作时与盘片不接触，所以磁头加载较小。金属磁盘片表面平整光滑。 磁盘驱动器假设温盘驱动器的盘片3600转／分。根据空气动力学原理，高速旋转的盘片表面的空气对磁头产生向上浮力。磁头安装在弹簧片上，弹簧片又安装在磁头臂上 弹簧片弹力一般为lO克重左右．即磁头对盘片的压力为10克重。当浮力稍大于压力时．磁头悬浮于盘片表面，磁头相对予磁盘处于飞行状态，飞行高度依赖于盘的转速和弹簧片的弹力。磁盘未启动时，磁头降落在盘表面，在启动过程中，随盘速的提高，磁头由接触到悬浮，在整个读写寻道的过程中，磁头一直处于稳定的悬浮状态。小知识普通电脑和部分硬盘摄像机不能在海拔3000米以上使用！！硬盘内部充满了洁静的空气，因为将磁头托起的正是高速流动的空气。不仅要有空气，而且空气的密度也有要求。如果空气稀薄，磁头不足以浮起，将容易导致盘面损坏。 磁盘驱动器2007年诺贝尔物理学奖授予法国科学家阿尔贝·费尔和德国科学家彼得·格林贝格尔，以表彰他们发现了“巨磁电阻”效应。得益于这项技术，硬盘在近年来迅速变得越来越小。“所谓巨磁阻就是指在一定的磁场下电阻急剧减小 ，磁头就像一个感应磁变化的感应器，利用巨磁阻效应，非常弱小的磁性变化就能导致巨大电阻变化，从而让磁头可以感觉到非常小的磁性变化。 磁盘驱动器盘体主轴电机：5400，7200转主轴电机带动盘体高速回转寻道电机读写磁头及控制电路外部的机壳与机架硬盘磁盘驱动器磁盘驱动器寻道电机步进电机步进电机驱动机构的结构紧凑，控制简单，但是整个驱动定位系统是开环控制，步进电机靠脉冲信号驱动，因此定位精度比较低、存取时间较长；音圈电机VCM(Voice Coil Motor),音圈电机是线性电机，可直接驱动磁头作直线运动。组成一个带有速度和位置反馈的闭环调节自动控制系统.驱动速度快，而且定位精度高。普遍采用。原理和扬声器类似，所以叫音圈电机。磁盘驱动器音圈电机是一种直线电机，用于直线驱动，运行平稳，输出力密度大，适合用于短行程的闭环伺服应用。体积小，适合在一些狭小的空间。响应速度快（毫秒级），本身重量小，因而可以达到很高的加速度，可以做高速振荡往复运动（可达几十赫兹）。控制简单可靠，无需换向装置，长寿命，可以长期连续工作。控制设计过程磁盘驱动读取系统控制目标？控制变量？磁盘驱动读取系统(1)控制目标：将磁头准确定位磁盘在每厘米宽度内有多达5000个磁道，每个磁道的典型宽度仅为1μm，因此磁盘驱动系统对磁头的定位精度和磁头在磁道间移动的精度都有严格的规定确立控制变量：磁头的位置设计指标位置精度1μm磁头由磁道a到磁道b的时间10ms(平均寻道时间)磁盘驱动读取系统(1)性能指标预期值超调量 5%调节时间 0.25s对单位阶跃干扰的最大响应值 5×10-33. 设计指标瞬态响应的性能要求磁盘驱动读取系统(1)确定系统结构1）结构方块图2）选定执行机构：音圈电机（永磁直流电机）3）选择传感器：扇区伺服4) 选择控制器：比例放大器磁盘驱动读取系统(1)扇区伺服磁盘数据扇区之间预先嵌入有标识位置的信息读写数据的磁头同时被用作位置传感器。解调电路从磁头读出信号中检取并解调出定位信息，包括当前磁道地址以及磁头相对当前磁道中心