26 Novembre 20021 Tesi di Laurea COMPENSAZIONE ADATTATIVA DELLE VIBRAZIONI NEGLI HARD DISK Relatore:...
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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
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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
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26 Novembre 2002 3
Compensazione adattativa delle vibrazioni negli hard disk
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
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26 Novembre 2002 4
Compensazione adattativa delle vibrazioni negli hard disk
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
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26 Novembre 2002 5
Compensazione adattativa delle vibrazioni negli hard disk
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
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26 Novembre 2002 6
Compensazione adattativa delle vibrazioni negli hard disk
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
..
^
^
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26 Novembre 2002 7
Compensazione adattativa delle vibrazioni negli hard disk
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
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26 Novembre 2002 8
Compensazione adattativa delle vibrazioni negli hard disk
Alessandro Stocco
SISTEMA SPERIMENTALE
Dettaglio : Sistema di shaking
Accelerometro Rotazionale
Sistema complessivo
26 novembre 2002 8/13
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26 Novembre 2002 9
Compensazione adattativa delle vibrazioni negli hard disk
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]
Funzione di Sensitività tra segnale accelerometro e PES
Non comprensatoKff BestKff Adattativo
26 novembre 2002 9/13
ffKd^ ..
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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]
Compensazione adattativa delle vibrazioni negli hard disk
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.
FIR 20° ord. Adatt.
FIR 30° ord. Adatt.
FIR 39° ord. Adatt.
IIR 6° ord.
Tipo di compensazione
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26 Novembre 2002 11
Compensazione adattativa delle vibrazioni negli hard disk
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
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26 Novembre 2002 12
Compensazione adattativa delle vibrazioni negli hard disk
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]
Funzione di Sensitività tra segnale accelerometro e PES
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]
Funzione di Sensitività tra segnale accelerometro e PES
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
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26 Novembre 2002 13
Compensazione adattativa delle vibrazioni negli hard disk
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