硬盤驅(qū)動(dòng)器自伺服刻寫關(guān)鍵技術(shù)的研究與仿真.pdf

1、硬盤驅(qū)動(dòng)器伺服信息提供了硬盤驅(qū)動(dòng)器正常工作的必要條件。磁頭相對(duì)于磁道的時(shí)間和空間位置主要通過對(duì)伺服信息得到，準(zhǔn)確的伺服信息可以提高磁頭的定位準(zhǔn)確度，提升讀出信號(hào)的信噪比。
　　 傳統(tǒng)伺服信息的寫入需要在造價(jià)和維護(hù)成本極高的凈房中完成，并需要借助于昂貴的伺服刻寫裝置。隨著硬盤驅(qū)動(dòng)器記錄密度的提高，需要升級(jí)伺服刻寫裝置并花費(fèi)更多的凈房使用時(shí)間。伺服信息自刻寫技術(shù)利用硬盤驅(qū)動(dòng)器自身的讀寫裝置和伺服機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)伺服信息的刻寫，從而極大提高硬

2、盤驅(qū)動(dòng)器的生產(chǎn)效率、極大地降低硬盤驅(qū)動(dòng)器生產(chǎn)成本。
　　 硬盤驅(qū)動(dòng)器伺服信息自伺服刻寫過程是一個(gè)涉及到各種系統(tǒng)協(xié)同工作的復(fù)雜過程，伺服信息的刻寫中離不開磁盤讀寫通道的支持。針對(duì)現(xiàn)有嵌入式伺服中存在的地址空間占用率較大和采樣率不高從而造成伺服帶寬受限的問題，提出采用雙頻伺服編碼方式、利用讀寫通道日益強(qiáng)大的處理能力，通過鑒別數(shù)據(jù)信息的誤碼率，獲得磁頭位置誤差，以期增大伺服帶寬，從而提高定位精度。針對(duì)通道對(duì)自伺服刻寫過程的影響，提出了

3、自伺服刻寫狀態(tài)機(jī)模型，從而清楚描述了自伺服刻寫過程的狀態(tài)遷移，為分析自伺服過程提供了工具。
　　 自伺服刻寫技術(shù)主要涉及到硬盤驅(qū)動(dòng)器磁頭伺服定位系統(tǒng)。對(duì)影響磁頭伺服定位系統(tǒng)性能的各種因素及自伺服刻寫動(dòng)態(tài)過程的進(jìn)行深入分析，結(jié)果表明：定位的精度和對(duì)噪音等外界擾動(dòng)良好的魯棒性是自伺服刻寫中控制器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。根據(jù)以上分析結(jié)果得出了硬盤驅(qū)動(dòng)器執(zhí)行期模型和三種控制方法：超前滯后補(bǔ)償器、PID控制器和魯棒控制器。對(duì)上述模型和控制算法進(jìn)行的對(duì)

4、比分析及仿真表明H ∞控制器非常適合自伺服刻寫過程，它能夠在對(duì)擾動(dòng)有較好的抵御能力的同時(shí)保持較高的精確性。
　　 徑向誤差傳遞是硬盤驅(qū)動(dòng)器自伺服刻寫的主要問題之一。分析和研究表明：噪音和依賴上一磁道形狀來進(jìn)行定位的刻寫機(jī)制是徑向誤差傳遞的最重要原因。分離式磁頭對(duì)硬盤驅(qū)動(dòng)器伺服信息自刻寫的影響同樣不容忽視，為此提出了一種測(cè)定磁頭偏移磁道能力大小的方法：通過控制磁頭飛行過程，并在飛行過程中動(dòng)態(tài)獲取讀頭信號(hào)幅度和比特誤差率，從而獲取磁

5、頭磁道偏移能力。將該方法運(yùn)用到實(shí)驗(yàn)中得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，彎曲角的變化能引起磁頭偏移磁道能力大小的變化，進(jìn)而影響到自伺服刻寫過程徑向誤差的變化。因此得到了一種定量地分析彎曲角對(duì)自伺服過程的影響的方法。
　　 通過上述測(cè)定磁道偏移能力的方法，提出了一種考慮了彎曲角因素的硬盤驅(qū)動(dòng)器徑向誤差抑制方法。該方法通過兩次誤差對(duì)消，使徑向誤差能夠得到很好的抑制。
　　 研究發(fā)現(xiàn)，自伺服刻寫徑向誤差消除的過程很類似于迭代控制過程，提出用迭

6、代學(xué)習(xí)控制算法設(shè)計(jì)自伺服刻寫環(huán)路的校正信號(hào)，并從理論上證明該校正過程能夠很好適應(yīng)無法獲取精確致動(dòng)器模型的情況，證明了迭代過程的收斂性，實(shí)驗(yàn)證明徑向誤差得到較好抑制。
　　 定時(shí)誤差的傳播是自伺服刻寫過程中的另一重要問題。在回顧硬盤驅(qū)動(dòng)器讀寫通道時(shí)鐘恢復(fù)原理的基礎(chǔ)上，著重研究了定時(shí)誤差傳播的動(dòng)態(tài)過程，分析了造成定時(shí)誤差傳播的各種因素，指出分離式磁頭結(jié)構(gòu)會(huì)造成時(shí)鐘的延時(shí)，同時(shí)讀頭和寫頭的不平行會(huì)造成定時(shí)碼型偏轉(zhuǎn)。根據(jù)以上分析，提出了

7、一種新的定時(shí)碼型傳播方法，該方法計(jì)算簡(jiǎn)便，能夠確保伺服刻寫過程磁道的比特一致性，同時(shí)又能抵御各種系統(tǒng)和隨機(jī)誤差的影響。
　　 在現(xiàn)有自伺服刻寫方法基礎(chǔ)上，考慮定時(shí)誤差和徑向誤差的傳播等主要因素的影響，提出了一種改進(jìn)的自伺服刻寫辦法。該方法描述了自伺服刻寫過程的中磁頭的運(yùn)行過程，特別是給出了刻寫伺服信息和時(shí)鐘信息的關(guān)鍵步驟，寫入信息的次序等。
　　 該方法能夠保證寫入良好和有效的伺服信息，對(duì)硬盤驅(qū)動(dòng)器伺服信息的自刻寫研究有