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硬盘磁头定位系统的相关技术研究

作　者: 宁德刚
导　师: 刘波
学　校: 华中科技大学
专　业: 计算机系统结构
关键词: 硬盘磁头臂二级定位微致动器
分类号: TP333.35
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 29次
引　用: 0次
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内容摘要

自硬盘发明以来,其存储密度和读写速度不断提高。作为硬盘技术中重要一环的磁头定位技术,也从最开始的导轨式定位发展到目前普遍使用的音圈电机驱动,定位的精度和速度都有了极大的提升。但是在未来10TB/in~2的存储密度下,目前的单极音圈电机驱动将无法满足定位精度的要求。在分析了硬盘磁头臂的结构、运行过程及磁头二级定位的机理基础上,设计了一种在单极音圈电机基础上的二级定位微致动器。磁头定位是一个复杂的系统,不仅跟音圈电机与二级微致动器相关,与磁头臂的一些固有特性也密切相关。为磁头臂建立了实体模型,通过有限元方法,计算得出磁头臂的固有频率和振型等重要参数。给出了音圈电机的传递函数模型。进一步分析了二级定位系统与一级定位系统的控制关系,指出了二级微致动器的基本要求。设计了压电陶瓷和电磁驱动两种形式的微致动器,导出了两种微致动器的控制模型。通过ANSYS计算仿真,表明这两种微致动器驱动下的静态位移都能超过20nm以上,符合磁头精密定位对微致动器的静态行程要求。根据驱动电压和结构影响性的比较,说明电磁微致动器实用性更强。对电磁微致动器进行瞬态性能分析和频率性能分析,其谐振频率达到10kHz以上,其动态响应时间可以小于0.1ms。最后,利用动态分析的结果,通过系统辨识的方法得到了微致动器的控制模型的具体参数,从而为磁头的高精度定位提供了致动器设计的理论依据。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-12
  1.1 课题背景  8-9
  1.2 课题研究内容及意义  9-10
  1.3 国内外研究现状  10-11
  1.4 本文组织结构  11-12
2 硬盘磁头臂的建模及其模态分析  12-26
  2.1 硬盘的结构及其信息读写机制  12-17
  2.2 硬盘磁头臂的建模  17-19
  2.3 硬盘磁头臂的模态分析  19-25
  2.4 音圈电机数学模型  25
  2.5 本章小结  25-26
3 二级微致动器设计与静态性能分析  26-42
  3.1 二级微致动器的工作原理  26-30
  3.2 压电陶瓷微致动器的设计  30-36
  3.3 电磁驱动微致动器的设计  36-40
  3.4 电磁与压电微致动器的比较  40-41
  3.5 本章小结  41-42
4 电磁驱动微致动器的动态性能  42-47
  4.1 电磁微致动器的动态性能  42-43
  4.2 电磁微致动器频率性能分析  43-44
  4.3 微致动器控制模型的参数识别  44-46
  4.4 本章小结  46-47
5 总结与展望  47-49
致谢  49-50
参考文献  50-54
附录 (攻读硕士学位期间发表的论文与申请的发明专利)  54

硬盘磁头定位系统的相关技术研究

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