高密度光学头悬线式力矩器动态特性的研究

论文摘要

力矩器是光学头中的实际执行部件,其工作带宽决定了伺服稳定性,随着光盘系统读取速度的提高,力矩器的动态特性急需提高。另一方面,由于力矩器空间磁场的不均匀性及其装配误差影响,使得力矩器上产生了驱动串扰力和力矩,激励了力矩器在扭转、俯仰和偏转方向的串扰运动,从而极大地影响其动态性能。针对该领域的研究国内尚为空白,严重制约着我国光盘产业的发展,本论文以应用最广泛的二维悬线式力矩器为对象,采用仿真和实验相结合的方式,研究各种设计和工艺因素对其动态性能的影响。本论文建立了力矩器空间电磁场模型,分析了不同运动状态下力矩器的驱动串扰现象,并研究了驱动串扰程度和力矩器结构设计参数的关系。系统性地建立了力矩器的三自由度动力学模型,得到了力矩器系统的传递矩阵,从而准确描述了包含聚焦、循迹和倾斜方向串扰运动在内的力矩器完整的空间运动关系。针对力矩器设计需要,建立了模型中的等效刚度系数和等效阻尼系数与力矩器基本设计参数之间的直接联系。本研究采用参数化建模方法建立了力矩器有限元模型,并对其进行了各种仿真分析。通过实验校正,得到了符合实际的仿真响应曲线。该模型可以作为力矩器设计验证及特性改进的研究平台,对建立刻录光学头和蓝光光学头中的力矩器仿真模型也具有重要参考价值。本论文使用有限元仿真方法研究了力矩器的中低频和高频动态特性,分析了扭转、俯仰、偏转共振以及弹性共振的产生机理及抑制途径,分析出多种设计参数对动态特性的影响,通过采用有限元仿真和灵敏度分析法相结合的方式优化结构设计,改善力矩器的高频动态特性,使聚焦和循迹方向的二次共振频率分别提高了6.6%和17.5%,明显提高了力矩器高频动态性能,同时本文总结出力矩器动态特性的设计准则和改善动态特性的途径。本论文以有限元仿真并结合田口实验设计方法和数学统计原理,系统地研究了力矩器生产过程中7种工艺因素误差对力矩器性能参数的影响,分析得出每种参数的主要影响因素及其影响贡献率,确定了其中最关键的工艺因素,对于力矩器大规模生产中关键性能指标的有效控制具有重要的工程指导意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 引言
• 1.1 课题背景、研究现状与选题意义
• 1.2 难点与研究方法
• 1.3 本论文的主要内容
• 第2章 力矩器的工作原理和性能要求
• 2.1 光学头和力矩器的工作原理
• 2.2 聚焦和循迹伺服系统
• 2.3 力矩器的组成及分类
• 2.4 力矩器的传统数学模型
• 2.5 力矩器的性能测试与性能要求
• 第3章 力矩器的理论模型
• 3.1 力矩器的电磁场模型
• 3.2 力矩器的驱动串扰研究
• 3.3 力矩器的三自由度动力学模型
• 3.4 等效刚度系数和等效阻尼系数
• 3.5 串扰运动特性的实验测试方法
• 本章小结
• 第4章 力矩器动态特性的有限元仿真分析
• 4.1 有限元法简介
• 4.2 参数化有限元法仿真
• 4.3 静态磁场分析
• 4.4 静态结构场和耦合场分析
• 4.5 可动部的模态分析
• 4.6 物镜架组件的模态分析
• 4.7 力矩器的谐响应分析
• 4.8 力矩器有限元模型的校正
• 本章小结
• 第5章 力矩器的中低频动态特性研究
• 5.1 力矩器的中低频动态特性
• 5.2 低频灵敏度与一次共振特性
• 5.3 力矩器的扭转共振特性
• 5.4 力矩器的俯仰共振和偏转共振特性
• 5.5 力矩器中低频动态特性的设计准则
• 本章小结
• 第6章 力矩器高频动态特性研究
• 6.1 力矩器的高频动态特性
• 6.2 力矩器高频动态特性的影响因素
• 6.3 用灵敏度分析法改善力矩器的高频动态特性
• 6.4 力矩器的高频动态特性设计准则
• 本章小结
• 第7章 力矩器工艺因素的影响研究
• 7.1 研究背景与研究方法
• 7.2 关键性能参数与目标函数选择
• 7.3 生产工艺因素与多因素变量选择
• 7.4 试验设计与实施
• 7.5 试验结果分析
• 7.6 关键工艺因素
• 本章小结
• 第8章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果