硬盘磁头定位系统的相关技术研究

作     者：宁德刚 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘波

授予年度：2011年

学科分类：08[工学] 081201[工学-计算机系统结构] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

主      题：硬盘 磁头臂 二级定位 微致动器 

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。