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数据存储光盘库的结构与运动控制研究

周国成  
【摘要】:新一代光盘库由于其容量大、能耗低、安全性高等优势,正在渐渐替换传统的硬盘阵列,成为大数据时代近线数据存储中的首选。当前光盘的存储寿命可以超过50年,光盘存储的可靠性也远高于硬盘,但单盘容量相对较小、存取速度较低的缺点限制了光盘在大规模归档系统中的应用。论文以数据存储光盘库的机构及运动控制为研究对象,根据功能需要,采用直角坐标布局,设计和组建了基于NI运动控制卡的运动控制系统。实现了与现有大数据存储系统的无缝对接。对实际工程应用具有一定的指导意义。主要工作包括:首先,通过功能需求分析,完成盘库与装卸机械手的结构设计与布局方案,并在Solid Works中建立了数据存储光盘库三维模型,主要由电磁光盘夹持头、支撑板、同步齿形带、连接板、光盘盒等几部分构成。利用运动系统的通断电控制磁铁,从而对拉杆上下运动进行控制,当拉杆产生运动时,抓形凸轮也产生作用力,使钢珠产生进出运动,最终实现光盘的夹取、松开。然后,构造了盘片装卸系统的控制模型,以及基于NI运动控制卡数据存储光盘库的运动控制系统。通过对系统需求分析后,结合系统设计标准,选择相应的硬件进行驱动电路的设计,同时给出了相应的步进电机驱动器,完成驱动接口、运动控制卡的配置。其次,对轴的平滑运动控制采用加速度和加加速度规划算法,以防止步进电机因速度突变发生丢步和堵转,并避免在运动过程中受到冲击,以确保机械手在运行过程中保持平稳。最后,通过LabVIEW和NI运动控制软件Motion Assistant,开发光盘库运动控制软件,主要包括参数设置、状态显示、自动运行、单轴调整和系统回零等。通过样机实验,验证了样机的功能和性能。在实验中,系统工作稳定性较高,运行过程中,其产生的震动、噪音都不大,满足设计要求,且系统控制算法有效,具有较高的稳定性。


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