26 Novembre 20021 Tesi di Laurea COMPENSAZIONE ADATTATIVA DELLE VIBRAZIONI NEGLI HARD DISK Relatore:...

26 Novembre 2002 1

Tesi di Laurea

COMPENSAZIONE ADATTATIVA DELLE COMPENSAZIONE ADATTATIVA DELLE VIBRAZIONI NEGLI HARD DISKVIBRAZIONI NEGLI HARD DISK

Relatore: Ch.mo Prof. Doriano Ciscato

Laureando: Alessandro Stocco

Anno Accademico 2001-2002

Università degli Studi di PadovaFacoltà di Ingegneria

Corso di Laurea in Ingegneria Informatica

2

Compensazione adattativa delle vibrazioni negli hard disk

Alessandro Stocco

PRINCIPI SULLA SOPPRESSIONE DELLE VIBRAZIONI NEGLI HDD

COMPENSAZIONE TRAMITE FEED-FORWARD STATICO E DINAMICO

COMPENSAZIONE TRAMITE FEED-FORWARD ADATTATIVO

ALGORITMO DI AGGIORNAMENTO DEI PARAMETRI (AAP)FILTERED-X LMS ALGORITHM

ORGANIZZAZIONE DEL SISTEMA SPERIMENTALE

RISULTATI SPERIMETALI

FEED-FORWARD STATICO MEDIANTE GUADAGNO ADATTATIVO

FEED-FORWARD DINAMICO MEDIANTE FILTRO ADATTATIVO

ANALISI A FILTRO BLOCCATO

CONCLUSIONI E SVILUPPI FUTURI

ARGOMENTI DELLA DISCUSSIONE

26 novembre 2002 2/13

26 Novembre 2002 3


Alessandro Stocco

Settore Dati

Traccie

Servo Settore

• Eliminazione dei ritardi dovuti alle vibrazioni

• Aumento densità di memorizzazione delle tracce

• Uso di Accelerometri Rotazionali (MEMS)

PERCHE’ SI VUOLE SOPPRIMERE L’EFFETTO DELLE VIBRAZIONI

SOPPRESSIONE DELLE VIBRAZIONI NEGLI HDD

3/1326 novembre 2002

26 Novembre 2002 4


Alessandro Stocco

C P

d

-

+ C ent r o T r ac c ia

Gr ef

+ +

..

u

Gff

..

d

-

^

^

R A C

PRINCIPI SULLA SOPPRESSIONE DELLE VIBRAZIONI NEGLI HDD :

FEED-FORWARD STATICO-DINAMICO

METODO TEMPO-INVARIANTE

• Sintesi del controllo basata su uno specifico disco

• Banda limitata di azione della compensazione limitata rispetto alla banda del sensore

• Aumento rumorosità nell’inseguimento traccia

4/1326 novembre 2002

R A C

d G r ef

..

d ^

^ Gff

G out +

-

P E S

..

Gout= P1+CP

PESd

26 Novembre 2002 5


Alessandro Stocco

• Migliorare le performance del controllo tempo-invariante

• Ridurre la rumorosità provocata dalla compensazione

• Aumentare la banda di azione del controllo ad azione diretta

• Sintonizzazione automatica del controllo feed-forward

PERCHE’ SI VUOLE USARE UNA TECNICA ADATTATIVA

PRINCIPI SULLA SOPPRESSIONE DELLE VIBRAZIONI NEGLI HDD :

METODO ADATTATIVO

• Introduzione dell’algoritmo di aggiornamento dei parametri

• Aumento della complessità computazionale

Settore Dati

Traccie

Servo Settore

26 novembre 2002 5/13

R A C

d G r ef

..

d ^

^ Gff

G out +

-

P E S

..

A A P

26 Novembre 2002 6


Alessandro Stocco

)]()[(2

^..

kGoutkPES k1k WW

ALGORITMO DI AGGIORNAMENTO DEI PARAMETRI:FILTERED-X LMS ALGORITHM

21

211

6626,06151,11

1948,90237,148301,4)(

zz

zzzGout

11

110 )(.....)()(),(

N

N zkwzkwkwzkGff

26 novembre 2002 6/13

^

^

• IDENTIFICAZIONE

• DISCRETIZZAZIONE

• REALIZZAZIONE

R A C

d G r ef

d

^

G ff

G out

+

-

P E S

..

L M S

e

G out

..

^

^

26 Novembre 2002 7


Alessandro Stocco

Analizzatore di spettro

Oscilloscopio

Controllo Shaker

Accelerometro rotazionale L6671

Shaker

HDD

Super 10

DSP

PC

ALTERA

Scheda AD/DA

DAC 1

DAC 2 DAC 3

LINEA Bus Digitale

Analogica

Bit Blaster

SISTEMA SPERIMENTALE: SCHEMA DELLE CONNESSIONI

26 novembre 2002 7/13

26 Novembre 2002 8


Alessandro Stocco

SISTEMA SPERIMENTALE

Dettaglio : Sistema di shaking

Accelerometro Rotazionale

Sistema complessivo

26 novembre 2002 8/13

26 Novembre 2002 9


Alessandro Stocco

FEED-FORWARD STATICO MEDIANTE GUADAGNO ADATTATIVO

Problemi di innesco a basse frequenze [0-40Hz]

Convergenza parziale nella banda [40Hz - 150Hz]

Raggiungimento prestazioni KffBest [150Hz-450Hz]

Adattamento-spegnimento compensazione [450 Hz-800Hz]

CH1 CH2 SOURCE

HP DSA 35665 A

3,5 v

ACC PESREFSHK

500 550 600 650 700 750 800

-20

-10

0

10

20

30

Frequency [Hz]

Ma

gn

itu

de

[d

B]

Funzione di Sensitività tra segnale accelerometro e PES

Non comprensatoKff BestKff Adattativo

101

102

103

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

Frequency [Hz]

Ma

gn

itu

de

[d

B]


Non comprensatoKff BestKff Adattativo

26 novembre 2002 9/13

ffKd^ ..

26 Novembre 2002 10

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09

-0.10

0.1

Non

Com

pens

ato PES in sollecitazione ai 200 Hz

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09

-0.10

0.1

Kff

ad.

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09

-0.10

0.1

Gff

10°

ord

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09

-0.10

0.1

Gff

20°

ord

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09

-0.10

0.1

Gff

30°

ord

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09

-0.10

0.1

Gff

39°

ord

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09

-0.10

0.1

IIR 6

°

Time [Sec]


Alessandro Stocco

FEED-FORWARD DINAMICO CON FILTRO ADATTATIVO:

ANDAMENTO NEL TEMPO AL VARIARE DELL’ORDINE DEL FILTRO

3

0.129

0.101

0.082

0.079

0.080

0.167

0.090

EQM 103

1.87

1.17

0.78

0.72

0.74

0.167

0.94

26 novembre 2002 10/13

Non Compensato

Kff Adattativa

FIR 10° ord. Adatt.




IIR 6° ord.

Tipo di compensazione

26 Novembre 2002 11


Alessandro Stocco

FEED-FORWARD DINAMICO CON FILTRO ADATTATIVO:

SPETTRO DI POTENZA PES

Attenuazione armonica principale del disturbo

Contenuto in alta frequenza ridotto

inefficacia nella compensazione ai 90 Hz

101

102

103

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

Frequency [Hz]

Po

we

r [V

2/H

z]

Spettro di potenza del PES sollecitato ai 500Hz

Non comprensatoCompensato con IIR 6° ord.Compensato con FIR 39° ord. adattativo

102.3

102.5

102.7

-50

-40

-30

-20

-10

0

Frequency [Hz]

Po

we

r [V

2/H

z]

Spettro di potenza del PES sollecitato ai 500Hz: dettaglio

Non comprensatoCompensato con IIR 6° ord.Compensato con FIR 39° ord. adattativo

26 novembre 2002 11/13

Spettro di potenza PES sollecitato a circa 470 Hz Spettro di potenza PES sollecitato a circa 470 Hz : dettaglio

26 Novembre 2002 12


Alessandro Stocco

ANALISI A FILTRO BLOCCATO

Fase di apprendimento iniziale con disturbo a singola armonica

Disabilitazione AAP

Funzione di sensitività filtro adattativo a velocità di convergenza elevata

60 70 80 90100 200 300 400 500 600 700 800-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

Frequency [Hz]

Ma

gn

itu

de

[d

B]


Non comprensatoKff BestIIR 6° ord.FIR 39° ord. adattato su singola armonica

26 novembre 2002 12/13

101

102

103

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30 2 = 8.30 10-3

Frequency [Hz]

Ma

gn

itu

de

[d

B]


Non comprensatoKff BestIIR 6° ord.FIR 39° ord. Adattativo

Aumento ordine Aumento tempi di convergenza AAP

Convergenza dipendente dal tempo di esecuzione misura

Problemi di convergenza AAP sulla risonanza ai 410Hz

26 Novembre 2002 13


Alessandro Stocco

CONCLUSIONI

SVILUPPI FUTURI

• Realizzazione di un sistema di feed-forward digitale adattativo tramite algoritmo Filtered-x LMS

• Valutazione delle prestazioni del sistema al variare dell’ordine del filtro adattativo

• Valutazione delle prestazioni del sistema al variare di regimi di sollecitazione

• Estendere il funzionamento dell’algoritmo per regimi di sollecitazione elevati

• Studio del funzionamento in presenza di disturbi a più armoniche o rumore bianco

• Studio di AAP con velocità di convergenza maggiore ( variabile)

26 novembre 2002 13/13

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