Разработка системы управления

Вариант 19
Задание на проект по модулю «Промышленные системы» Тема «Разработка системы управления» В данной работе рассматриваются упрощенные варианты систем управления, используемые в жестких дисках.
Целью системы управления является позиционирование считывающей головки на определенной дорожке диска. Переменная, которой нужно управлять с высокой точностью – положение считывающей головки, закрепленной на конце рычага. Как известно, диск вращается с постоянной скоростью (это обеспечивает отдельная система управления, которая в данной работе не рассматривается), а головка плавает над ним на расстоянии менее 100 нм.
Исходное требование к точности позиционирования составляет 1 мкм. Кроме того, желательно, чтобы перемещение от дорожки a к дорожке b совершалось менее чем за 50 мс. Схематическое изображение устройства показано на рис. 1. Исходная конфигурация системы управления показана на рис. 2. В данной замкнутой системе для перемещения рычага со считывающей головкой в заданное положение относительно диска используется электродвигатель (как правило, постоянного тока с постоянными магнитами вместо обмотки возбуждения).

Рисунок 1 - Устройство жесткого диска

Рисунок 2 - Функциональная схема системы управления
Синтез такой системы управления является примером оптимизации и принятия компромиссных решений. Система должна точно позиционировать головку и в то же время уменьшать влияние изменения параметров системы и внешних ударов и вибраций. К числу возмущений относятся физические удары, износ или биения в подшипниках привода, изменения параметров элементов системы (например, при изменении их температуры или др.) Рассмотрим модель системы, изображенную на рис. 3. В качестве регулятора используется усилитель с настраиваемым коэффициентом усиления.
Считая, что положение головки определяется точно и без задержки, можно принять передаточную функцию датчика единичной. В модели положение головки определяется путем интегрирования сигнала скорости двигателя.
Пластину на данном этапе считаем жесткой. Типовые параметры двигателя и механической части, используемые в блоках моделей, приведены в табл. 1.
Таблица 1
1. Задание по модели на рис. 3:
1.1. Определим реакцию системы на единичный ступенчатый сигнал на входе при различных коэффициентах усиления регулятора. Какие явления происходят при увеличении коэффициента усиления? Как меняются такие показатели как время регулирования, перерегулирование, колебательность процессов, устойчивость системы?