中文摘要：

在下一代近场光存储设备研制中，为获取深亚微米(小于100nm)尺寸记录光斑的信息，光学镜头与光盘之间必须保持稳定的深亚微米间距(30-100nm)。然而由于系统设计误差及外界未知干扰，在光盘高速运转下镜盘间距不可避免会发生波动，甚至发生镜盘碰撞。本课题以近场光存储技术中的深亚微米镜盘间距精确控制为背景，对微系统机构碰振机理和控制及其应用进行深入研究。首先对微系统机构中碰振控制问题进行理论研究，重点包括考虑表面应力作用下的微系统机构碰振建模及其动力学分析，并针对各种扰动运行环境建立有效的微系统机构碰振控制方法，发展出若干种有效的优化切换调节器合成算法。其次在理论研究基础上进一步开展镜盘间距控制应用研究和实验验证，其中包括搭建一定的近场光存储镜盘亚微米间距精确控制模拟试验平台，设计出相应伺服控制器并进行硬件在环的试验仿真验证，为下一代超高密度近场光存储技术实用化开发提供关键技术基础。

结论摘要：

本课题以实现近场光存储技术中的深亚微米镜盘间距精确控制为研究目标，对镜盘接口系统微机构碰振机理及其控制进行了深入研究。本课题结合DVD悬线式力矩器和硬盘读写磁头飞行滑块技术的优点，设计了一种适用于近场光存储的混合式力矩器系统，建立其镜盘耦合接口动力学模型，分析了飞行滑块与盘面的碰振特性，及不同物理参数对镜盘动力学特性的影响。在建立的镜盘耦合动力学模型基础上，根据碰撞特性完成系统切换的状态空间数学模型表达，并对系统的稳定性、可控性进行分析，利用切换系统理论，推导了镜盘耦合动力学模型的镇定性条件。 针对近场光存储系统中各种外界干扰对透镜飞高性能的影响，本课题提出了一种基于Youla参数化的全局稳定飞高控制器设计方法。针对频率已知的确定性干扰信号，本课题推导可实现干扰完全调节的充分必要条件。当系统中同时存在确定性和随机性干扰信号时，本课题提出了一种基于Youla参数化的多目标优化控制器设计方法，在满足闭环系统内部稳定的基础上，通过对控制系统的Youla参数扩展，寻找恰当的Youla参数值，使闭环控制系统在消除确定性正弦干扰信号同时能有效抑制随机干扰信号，并且确保系统输出始终稳定在一定的范围，从而防止光学头与光盘碰撞的发生。当系统中的确定性干扰信号完全未知且时变时，本课题提出了一种基于权重Ritz型Youla参数化的自适应控制方法，通过对自适应算法稳定性和鲁棒性的分析，建立了相应权重函数的选取方法，用以优化闭环系统的输入输出敏感传递函数，从而提高系统的输出响应性能和闭环鲁棒性。 本课题基于混合式力矩器驱动系统和微压电陶瓷驱动系统分别对所提的各种控制器设计方法进行了试验验证。通过设计和搭建近场光存储镜盘亚微米间距精确控制试验平台，分别在Matlab/Simulink实时控制模块和DSP应用环境中开发和实现了相应的伺服控制算法，并进行了硬件在环的仿真验证及实际光存储系统中的实时控制试验，试验结果表明本课题所提的控制方法在不同的应用环境中都取得了理想的控制效果，从而为下一代超高密度近场光存储技术实用化提供关键技术基础。