Modello e sistema di controllo per il posizionamento in lettura e scrittura della testina di un Hard-Disk

The purpose of this thesis is to apply the knowledge acquired during the Control System course to model, analyze, and design a control system dedicated to the positioning of the read/write head in a Hard Disk Drive (HDD). The objective is to ensure high precision and fast motion of the head while minimizing the effects of disturbances. In the first part of the work, an input-output model of the system is proposed, which is then converted into a state-space model. This is followed by an open-loop system analysis, which includes stability assessment, step response evaluation, and frequency-domain analysis using Bode and Nyquist diagrams. In the second part, after defining the design specifications in the time domain (settling time, overshoot) and frequency domain (phase margin, crossover frequency), the controller synthesis is addressed. This involves the design of a Type I controller, a PI controller, and a lead compensator in series with a PI controller, employing techniques learned during the course, such as root locus and frequency-domain optimization. The work combines theoretical and practical aspects, leveraging MATLAB simulations to validate the performance of the control system, ultimately achieving a reliable and high-performance solution that meets the requirements for precision and speed in HDD applications.

Lo scopo di questa tesi è quello di applicare le nozioni acquisite durante il corso di Controlli Automatici per modellare, analizzare e progettare un sistema di controllo dedicato al posizionamento in lettura e scrittura della testina di un Hard-Disk. L’obiettivo è garantire un’elevata precisione e rapidità nel movimento della testina, minimizzando gli effetti dei disturbi. Nella prima parte del lavoro viene proposto un modello ingresso/uscita del sistema, poi convertito in un modello di stato, si procede quindi all’analisi del sistema in catena aperta attraverso lo studio della stabilità, risposta al gradino e diagrammi di Bode e Nyquist. Nella seconda parte, dopo aver definito le specifiche progettuali nel dominio del tempo (tempo di assestamento, sovraelongazione) e della frequenza (margine di fase, pulsazione di taglio), viene affrontata la sintesi del controllore, progettando un controllore di tipo I, uno di tipo PI e una rete anticipatrice in serie a un controllore PI con le tecniche apprese durante il corso. Il lavoro combina aspetti teorici e pratici, mediante simulazioni MATLAB, al fine di ottenere un sistema di controllo affidabile e performante.