14、硬盘驱动器伺服控制器设计与性能分析

硬盘驱动器伺服控制器设计与性能分析

1. 控制器设计基础

在硬盘驱动器（HDD）伺服系统的设计中，为确保因干扰导致的稳态误差小于磁道宽度的 10%，选择增益为 4。较大的增益虽然能减小稳态误差，但可能会使瞬态响应变差。后置滤波器简单地设为 (W_2 = 1)。H∞LSDP 控制器的设计使用了 M - 文件 lsh hdd 来实现 ncfsyn 函数，得到的控制器阶数为 13。

2. 控制器性能比较

2.1 鲁棒稳定性和性能分析

对带有 µ、H∞ 和 H∞LSDP 控制器的闭环系统进行比较，首先从鲁棒稳定性和性能分析入手。
- 鲁棒稳定性 ：通过对闭环传递函数矩阵的上 15×15 块进行测试，当 µ 值在整个频率范围内小于 1 时，系统实现鲁棒稳定性。从图中比较三种控制器的结构化奇异值可知，三种闭环系统都实现了鲁棒稳定性，其中 µ 控制器的鲁棒性最佳。
- 标称性能 ：对闭环传递矩阵的底部 3×2 块进行测试，比较三种控制器的标称性能。结果显示，H∞LSDP 控制器在低频范围内的性能远不如其他两种控制器。这是因为在 H∞LSDP 控制器的设计中，没有明确采用 µ 设计和 H∞ 设计中使用的性能规格，低频段较大的幅值意味着可能存在较大的稳态误差。
- 鲁棒性能 ：借助 µ 分析研究闭环系统的鲁棒性能。闭环传递函数矩阵有 18 个输入和 17 个输出，其中前 15 个输入/输出对应连接扰动矩阵 ∆ 的 15 个通道，后 3 个输入和 2 个输出对应闭环系统的