CH630196A5 - Schaltungsanordnung zum steuern eines speicherbandantriebes. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Steuerung eines Speicherbandantriebes in einem Gerät, das eine Bandabwickel- und eine Aufnahmespule, einen Schreib/Lesekopf am Bandpfad zwischen beiden Spulen und je einen Antriebsmotor pro Spule umfasst, wobei der Bandpfad stets annähernd konstante Länge aufweist.

Bei Geräten dieser Art geht es vor allem um die kontrollierte Bewegung des Bandes mit hoher Beschleunigung von der einen Spule zur anderen. Die Aufgabe liegt besonders darin, Schlupf des Bandes zu vermeiden, die Bandgeschwindigkeit am Schreib/Lesekopf sowie die Bandzugkraft auch ohne Bandpufferspeicher konstant zu halten. In der US-Patentschrift 4 015 799 ist ein Bandantrieb beschrieben, der einen genau anzeigenden Tachometer gekoppelt mit einer Laufrolle im Bandpfad benutzt. Die Anordnung dient zur Messung der während einer Achsumdrehung jeder Spule durchgelaufenen Bandlänge in einem Speichergerät mit Bandtransport von Spule zu Spule und ohne Bandpufferspeicher. Aufgrund der durchgelaufenen Bandlänge zwischen zwei Impulsen, die pro Spulenachse je eine Umdrehung markieren, wird der Bandradius auf jeder Spule bestimmt und während des Bandablaufs wegen der Radiusänderungen stetig nachgeführt. Einer Tabelle mit gespeicherten Trägheitswerten in Funktion vorausbestimmter Bandradien werden während des Betriebes laufend diese Werte entnommen.

Basierend auf diesen Trägheitswerten werden für jeden Motor Speiseströme berechnet, durch die vorgegebene Anlauf-und Bremsbewegungen des Bandes bewirkt und die Geschwindigkeit sowie die Bandzugkraft während des Schreib/Lesevorganges konstant gehalten werden, aber auch das Band während einer Halte- und Sperrperiode am weiterrutschen gehindert

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wird. Diese Anordnung arbeitet sehr zufriedenstellend bei Bandbeschleunigungen bis zu etwa 10 m/s2. Wird die Beschleunigung aber auf den zehnfachen Wert erhöht, dann kann an der Laufrolle des Tachometers Bandschlupf auftreten. Dies hat den Verlust der genauen Steuerung für Bandzugkraft und Bandge- 5 schwindigkeit zur Folge.

In zwei anderen US-Patentschriften 3 764 087 und 3 984 868 werden ebenfalls Steuereinrichtungen für die Bandbewegung von Spule zu Spule beschrieben. Sie benutzen für jede Spule einen Antriebsmotor und erfordern keine Bandpufferspeiche- to rung und keinen Tachometer im Bandpfad. Die Antriebsmotoren werden jedoch in selektiver Art betrieben und ein Tachometer ist nur mit der Achse der Aufnahmespule gekoppelt,

wobei er pro Umdrehung einen Impuls abgibt. Diese Impulse gelangen zur Speicherung in einen Zähler, wo sie als laufende 15 Anzeige des Bandradius auf der betreffenden Spule verfügbar sind. Auf der Basis des durchgelaufenen Bandes während der Rotation einer Spule im Verlauf einer Anzahl voller, aufeinanderfolgender Umdrehungen der anderen Spule wiederholt den Radius der Bandumschlingung zu ermitteln, wird hier nicht 20 praktiziert.

Der zweiten, obigen Patentschrift ist zu entnehmen, dass Ungenauigkeiten der Geschwindigkeitssteuerung, wie sie in einer Einrichtung gemäss der Beschreibung in der Patentschrift 3 764 087 durch Banddickenänderungen und Abwei- 25 chungen im Nabendurchmesser entstehen können, während eines Aufzeichnungsvorganges (aber nicht beim Lesen) durch Ausnutzung des Abstandes von Schreib- und Lesespalt in üblichen Wandlerköpfen vermieden wurden. Bei dieser Prozedur lässt sich nämlich ein Wert für die wirkliche Bandgeschwindig- 30 keit während des Aufzeichnens ermitteln. Daraus werden Korrekturimpulse abgeleitet, die dem Zähler zur Verkleinerung oder Erhöhung seines Zählstands zugeführt werden. Das resultierende Ausgangssignal dieses linearen Korrekturschaltkrei-

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ses ergibt ein genaueres Motorsteuersignal, das der wirklichen Bandgeschwindigkeit entspricht. Allerdings wird jeweils nur eine Spule angetrieben und es ist nichts für die Steuerung oder Regelung der Bandzugkraft oder Beschleunigung vorgekehrt.

Aufgrund des Vorangegangenen kann also das Ausführungsbeispiel nach der US-Patentschrift 4 015 799 als Prototyp betrachtet werden, über den hinaus die vorliegende Erfindung entschiedene Vorteile bietet.

Das Ziel der Erfindung ist demzufolge eindeutig die Beherrschung der Bandbewegung auch bei grosser Beschleunigung und ohne Bandschlupf durch Eliminierung eines Laufrollen-Tachometers. Gleichzeitig wird die Konstanz von Bandgeschwindigkeit und Bandzugkraft während des Schreib/Lesebetriebes angestrebt, sowie die absolute Ruhelage des Bandes nach einem Haltebefehl. Dieses Ziel wird mit der im Patentanspruch 1 definierten Schaltungsanordnung erreicht.

Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in allen Einzelheiten erläutert.

Die einzige Figur zeigt eine Blockschaltung eines Gerätes zur Steuerung der Speicherbandbewegung gemäss vorliegender Erfindung. Es umfasst einen Zweiphasen-Präzisionstachometer auf der einen Spulenachse zur Erzeugung einer grossen Anzahl Impulse pro Umdrehung der anderen Spulenachse, wobei die zwei Spulen während der Bandbewegung unabhängig von der Richtung je durch einen Motor angetrieben werden.

a) Theoretische Grundlagen

In der genannten US-Patentschrift 4 015 799 ist die folgende als Gleichung (1) bezeichnete Beziehung für den Motorstrom Im, der für den Antrieb einer einzelnen Bandspule mit der gewünschten tangentialen Bandbeschleunigung b benötigt wird, abgeleitet worden:

I = m

*1

E4-

R

R

T + T v t

(1)

*r

Darin bedeuten: ^ _ F7. • R

KT = Drehmomentkonstante eines Gleichstrom-Servomo- 45 z K ' '

tors mit Permanentmagnet (verfügbares Drehmoment bezo-

gen auf Erregerstrom), ^ _ Tv • Tf

Ci,C2 = Konstanten zur Berechnung der Bandträgheit, w K_

Jo = Trägheitsmoment einer leeren Bandspule, *

R = äusserster Bandradius auf der Spule, 50

Fz = gewünschte Bandzugkraft, Wie in der obengenannten US-Patentschrift wird zwecks

Tv = Drehmomentbelastung des Motors durch viskose Rei- Steuerung der Geschwindigkeit des Bandes in der Gleichung bung, (3) für den Strom Ib die Beschleunigung b proportional zum

Tt = Drehmomentbelastung des Motors durch trockene Fehler der Tachometerperiode gesetzt. Das bedeutet:

Reibung. 55

Die Gleichung (1) bildet die Grundlage für den Steuer-Algo- b = bmax (n-nref)/eiim worin: (6)

rithmus zum Antrieb beider Spulen. Der Motorstrom Ira wird in die folgenden drei Komponenten unterteilt, die zur Erzeugung bmax = maximal benötigte Beschleunigung,

von Beschleunigung (Ib) und Zugkraft (Iz) sowie zur Überwin- n = Anzahl von zwischen zwei sich folgenden Linien des dung des Reibungswiderstandes (Iw) nötig sind: 60 Präzisionstachometers gezählten Taktperioden,

nref = Bezugswert der für die geforderte Bandgeschwindigkeit vref gezählten Taktperioden,

I = I + I + I wobei eiim = Servofehler (n-nref), bei dem die Beschleunigung

111 oz w (2) ihren höchsten Wert erreicht.

65 Alternativ wird die Beschleunigung b zwecks Steuerung j _ b ! - C9 jn I der Bandlage proportional zum Lagefehler gesetzt.

b K. 1 R R / (3)

)

b = bmax(xref-x)/enm worin: (7)

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4

x = gemessene Lage des Bandes, dargestellt durch auf- oder abgezählte Präzisionstachometer-Linien,

Xref = Bezugslage.

Der benötigte Strom Iz zur Erzeugung der Zugkraft ist gemäss Gleichung (4) proportional dem Bandradius. Vom 5 Strom Iw zur Überwindung des Reibungswiderstandes wird angenommen, dass er einen vorbestimmten, konstanten Wert hat. Wie in der US-Patentschrift 4 015 799 wird sein Vorzeichen je nach festgestellter Bewegungsrichtung umgeschaltet, so dass er stets die Wirkung des Reibungswiderstandes auf den io Antrieb aufhebt. Während der Lagesteuerung wird der Wert Iw gleich Null.

Die Einrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung benützt Algorithmen, die jenen im Abschnitt a) beschriebenen analog sind. Vorhandene Unterschiede werden nachstehend 15 beschrieben.

b) Einrichtung des Bandsteuergerätes

Wie aus der Figur ersichtlich umfasst die Bandsteuereinrichtung zur Ausführung der vorliegenden Erfindung zwei 20 Motoren 1,2, welche je eine Spule 3,4 in einem Bandgerät antreiben. In diesem Gerät läuft das Speicherband 5 üblicherweise von der Spule 3 an einem Schreib/Lesekopf 6 vorbei zur Spule 4. Ein Bandbewegungsfühler, beispielsweise ein Tachometer 7, gibt nach dem Zurücklegen eines verhältnismässig 25 grossen, vorgewählten Drehwinkels, der im vorliegenden Beispiel 360° beträgt, also einmal pro Umdrehung der Achse der Spule 4 einen einzelnen Impuls ab. Ein weiterer Bandbewegungsfühler, vorzugsweise ein Zweiphasen-Präzisionstachometer 8 mit einer grossen Anzahl N feiner, gleichmässig über den 30 Umfang verteilter Teilstriche, erzeugt N Impulse während jeder Umdrehung der Spule 3.

Es wird nun angenommen, dass das Band 5 von der Spule 3 auf einen üblichen «Vorwärts»-Befehl vorwärtsbewegt wird. Wie dargestellt werden die Impulse des Tachometers 8 über eine Leitung 9 einem Zähler 10 zugeführt und darin temporär gespeichert. Vorteilhafterweise ist dieser Zähler eine programmierbare Logikschaltung. Bei jedem Impuls, der vom Tachometer 7 über die Verbindung 11 dem genannten Zähler zugeführt wird, erfolgt eine Ausgabe des darin gespeicherten Impulszähl- 40 standes über die Leitung 12.

c) Berechnung der Bandradien beider Spulen

Ausgehend von dieser Zählstandausgabe N3 werden die Erregerströme für die Motoren 1,2 gesteuert. Doch zuerst 45 muss der Bandradius für beide Spulen 3,4 berechnet werden. Dieselbe Bandlänge, die einem Umfang der Spule 4 entspricht, überspannt auch die N3 Tachometer-Teilstriche der Spule 3, welche am Tachometer 8 insgesamt N solcher Striche aufweist:

Wenn der grösste mögliche Bandradius Rm bekannt, oder wie später noch gezeigt wird, berechnet ist, dann wird die rechte Seite der Gleichung (9) zu einer konstanten C2. Diese «Radiuskonstante» C ist wie folgt definiert:

-

P

+ R7 m 1

(10)

Durch Substitution der Gleichungen (8) und (10) in der Gleichung (9) kann ein Radius aus dem ermittelten und oben genannten Zählstand N3 abgeleitet werden.

R3 =

(11)

Ist der grösste Bandradius nicht bekannt, beispielsweise wenn eine Anzahl Spulen verschiedene Bandlängen aufweisen, dann kann dieser durch folgende Anfangsprozedur ermittelt werden, vorausgesetzt die Nabenradien beider Spulen 3,4 sind bekannt und gleich und die Gesamtzahl der Teilstriche am Tachometer 8 ist bekannt. Das Band 5 wird in das Antriebsgerät eingesetzt, wobei das ganze Band auf die Spule 3 gewickelt wird. Somit ist:

R4 = Rj oder gleich dem Nabenradius und R3 = Rm ist der unbekannte grösste Bandradius. Nun werden beiden Motoren kleine Erregerströme zugeführt, so dass das Band die Spule 4 zu umschlingen beginnt und der Tachometer 7 eine vollständige Umdrehung ausführt, während der Tachometer 8 Impulse für N3 gezählte Teilstriche abgibt. Mit Hilfe der Gleichung (8) kann nun Rm beziehungsweise R3 wie folgt errechnet werden:

35 R4 = Rj = R3 • N3/N = Rm • N3/N woraus sich ergibt

R3 = Rm = Ri • N/N3

Die Radiuskonstante C kann aufgrund der Gleichung (10) ausgedrückt werden als:

-.vfe i

+ 1

(12)

50

271- R4 = (N3/N) • 2% • R3

was ergibt: R4 = R3 • N3/N

d) Geschwindigkeitssteuerung

Die Bandgeschwindigkeit am Schreib/Lesekopf 6 vorbei wird nach einem hier zu beschreibenden neuartigen Verfahren gesteuert. Der Bezugswert der Taktperioden nref, der in Gleichung (6) zur Berechnung der Beschleunigung während der Geschwindigkeitssteuerung benötigt wird, beträgt:

(8)

n

2tt «

ref.

N

(13)

ref

Darin ist R3 und R4 je der Bandradius auf der Spule 3 bzw. 4. Die Gesamtmenge Band auf den beiden Spulen ist natürlich konstant, aber während des Transports von der einen zur andern Spule wird sich die Verteilung ändern. Aus der Geometrie ergibt sich folgende Gleichung, die trotz ändernden Radien 60 R3 und R4 stets gültig ist:

7t (R32 - Ri2) + 7t (R42 - Ri2) = 7t (Rm2 - Ri2) oder

R32 + R42 = Rm2 + Rj2 (9)

worin: R3 = Bandradius auf der Spule 3,

N = Anzahl der Teilstriche des Tachometers 8, T = zeitliche Länge einer Taktperiode,

vref = (geforderte) Bezugsgeschwindigkeit des Bandes. Durch Einsetzen von R3 aus Gleichung (11) in Gleichung (13) kann der Wert für nref direkt aus dem Zählstand N3 und der Konstanten C ermittelt werden, da die Werte N, T und vref für ein bestimmtes Antriebsgerät feststehende Grössen darstellen:

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worin Rj = innerster Bandradius = Nabenradius der Spule, Rm = maximaler Bandradius, wenn das ganze Band auf einer Spule aufgewickelt ist.

2ir ref

N

v ref

(14)

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Aus der Gleichung (13) ist zu ersehen, dass dieser Bezugswert der Taktperioden nicht konstant ist, sondern proportional zum Radius R3 sich ändert. Diese Proportionalität ist eine Folge davon, dass der Präzisions-Tachometer auf der Achse der Spule 3 angebracht ist und nicht auf jener einer Laufrolle s unterwegs am Pfad des Speicherbandes.

Wenn mit Geschwindigkeitssteuerung gearbeitet wird,

dann wird ein Modusschalter 13 entsprechend eingestellt, während die Impulse des Präzisionstachometers 8 einen Taktfehlerzähler 14 weiterschalten. Taktimpulse n werden mit hoher Fre- 10 quenz über eine Leitung 15 dem Zähler 14 ebenfalls zugeführt. Es sei angenommen: nref = 200 Taktimpulse pro Impuls des Präzisionstachometers. Der Zähler wird auf -200 voreingestellt und dann durch jeden Taktimpuls um eine Einheit erhöht, bis der Zählstand über eine Leitung 16 durch einen Impuls des Prä- is zisionstachometers auf der Verbindungsleitung 9 ausgegeben wird. Der Zähler wird gleichzeitig auf den Stand —200 zurückgestellt.

Der Zähler 14 ist so eingerichtet, dass er die algebraische Differenz zwischen n und nref feststellen kann. Wenn also im 20 Zähler 14 der Zählstand der Taktimpulse n im Zeitpunkt des Weiterschaltens gleich dem angestrebten Wert nref ist, dann entspricht die Zeit zur Erzeugung dieser n Taktimpulse genau dem geforderten Zeitraum zwischen zwei Schaltsignalen auf der Leitung 9, weshalb der Zählstand für Taktfehler (n-nref) 25 beim Weiterschalten gleich Null ist. Wenn der Schaltimpulse beispielsweise nach 190 oder 210 Taktimpulsen auftritt, dann lautet der auf Leitung 16 ausgegebene Zählstand -10 bzw. +10.

Das Vorzeichen des Taktfehler-Zählstandes ist somit negati v oder positiv, je nachdem ob die wirkliche Zeitdauer zwi- 30 sehen Impulsen des Präzisionstachometers kürzer oder länger als die gewünschte Zeitspanne ist. Der Erregerstrom zur Beschleunigung der Spulenantriebsmotoren 1,2 ist proportional diesem Taktfehler-Zählstand (n-nref). Der maximale Erregerstrom für die Beschleunigung wird zugeführt, wenn der 35 ermittelte Taktfehler-Zählstand (n-nref) einen vorbestimmten Bruchteil des Takt-Bezugs wertes nref übersteigt. Dieser Schwellenwert des Fehlerzählstandes wird mit eiim bezeichnet. Der genannte Zählstand (n-nref) wird einem Begrenzer 17 zugeleitet, welch letzterer, beispielsweise während des Anlaufs, die 40 Grösse des Zählstandes auf den Wert enm begrenzt.

Der Geschwindigkeitsüberschuss während eines Anlaufs hängt vom Wert der Fehlergrenze enm ab. Bei vermindertem Wert eiim erhöht sich der Geschwindigkeitsüberschuss. Ver-grössert man eijm auf einen höheren Bruchteil von nref, so 45

braucht das Band mehr Zeit, um auf Geschwindigkeit zu kommen. Für die höchste, interessierende Beschleunigung wurde mit einem Wert enm von etwa 25% von nref die beste Erfahrung gemacht. Dies bedeutet:

50

nref e . = (15)

lim 4

Der Beschleunigungsstrom für jeden Motor 1,2 kann aus 55 Gleichung (3) nach Einsetzen der Gleichungen (6) und (15) wie folgt abgeleitet werden:

Zur Vereinfachung werden die Ausdrücke, welche mit dem Taktfehler (n-nref) in den Gleichungen (16) multipliziert werden, nachstehend neu geschrieben:

Rf4 = Vnref\Cl

(17)

R

f3

à. b *T

hoax [c

•nref\ 1

r3 ~ c? + Jo

R„

R„

^4" Kj

(c.

r nref \

R4 ~,c?. + 0à-.\ (n_nref)

R,

R,

60

und xb3 ~

tc ^ - C2 + )

Vnref \ 1 R3 R3 /

<n"nref>65

(16)

Die bisherigen Gleichungen (16) schreibt man nun:

Ib4 = Rf4 (n-nref) und Ib3 = Rf3 (n-nref) (18)

Die beiden Faktoren Rf4 und Rf3 werden als «Radiusfaktoren» bezeichnet, weil sie Funktionen des Bandradius darstellen. Zur Errechnung von Beschleunigungsströmen werden sie mit dem Taktfehler multipliziert.

Durch Analyse und Simulation ist festgestellt worden, dass die Zählung N3 der Teilstriche des Präzisionstachometers zu ihrer Darstellung eine grössere Anzahl Bits benötigt als der Bezugswert nref. Letzterer wiederum übertrifft darin die Radien R3, R4 und die Radiusfaktoren Rf3 und Rf4. Es ist daher rationell, die genaueste Zahl N3 auf der Leitung 12 (siehe Figur) zur Auffindung der nächstgenauen Zahl nref in einer Festwertspeichertabelle 18 einzusetzen. nref seinerseits wird dann zur Indexie-rung von vier einzelnen Tabellen 19,20,21,22 im Festwertspeicher verwendet, um die Werte der wenigstgenauen Zahlen R3, R4, Rf3 und Rf4 aufzufinden. Es ist zu beachten, dass jeder dieser vier Werte auch eine Funktion der Radiuskonstanten C darstellt. C ist entweder bekannt oder wird von N3 und der bekannten Grösse Rj, dem Nabenradius der Spule 4, und N, der Gesamtzahl der Teilstriche des Präzisionstachometers 8 wie in Abschnitt c) beschrieben, abgeleitet.

Aufgrund einer Transposition der Gleichung (13) sind die Werte von R3 eindeutig durch die Grösse nref indexiert und in der Tabelle 19 untergebracht. Desgleichen enthält die Tabelle 20 die Werte von R4 indexiert durch nref, da auch R4 proportional zu nref ist, wie aus einer Substitution der Gleichungen (13) und (14) in der Gleichung (8) hervorgeht. Die in der Tabelle 21 gespeicherten Werte für R[3 können mit nref indexiert werden, weil Rf3 eine Funktion von nref und R3 ist, wie aus der Gleichung (17) zu ersehen ist, und weil gemäss Gleichung (13) auch R3 eine Funktion von nref ist.

Gleicherweise können auch die in Tabelle 22 für Rf4 gespeicherten Werte durch nref ermittelt werden, da laut Gleichung (17) Rf4 eine Funktion von R4 und nref ist. R4 ist proportional zu R3 und N3, wie die Gleichung (8) zeigt. Dabei ist R3 gemäss Gleichung (13) eine Funktion von nref und N3, wie die Gleichung (14) ebenfalls beweist. Es ist zu beachten, dass die Tabellen 18 bis 22 im Festwertspeicher unter Ausnützung eines Rechnerprogramms durch eine Rechnerlogik 23 vorausberechnet sind. Dabei hat man R3, R4, Rf3, Rf4 und nref mit Bezug auf alle möglichen Teilstrichzahlen N3 aufgrund der Gleichungen (8), ( 10), ( 11 ),( 13) und ( 17) ermittelt.

e) Lagesteuerung

Bei dieser Betriebsart wird die Lage des Bandes auf Verschiebung überwacht. Der Modusschalter 13 wird auf Lagesteuerung eingestellt und eine mit xref bezeichnete Eingangsleitung zu einem Auf/Ab-Lagefehlerzähler 24 auf Null gesetzt, um die gewünschte Lage zu markieren, in der das Band 5 festgehalten werden soll. Der Zähler 24 wird über einen Zweig der Leitung 9 mit Impulsen des Präzisionstachometers 8 gespeist und ist daher richtungsempfindlich. Verschiebt sich die Bandlage in

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der einen oder anderen Richtung genügend, um einen oder mehr Tachometerimpulse x zu erzeugen, dann gibt der Zähler über die Leitung 25 einen Lagefehler-Zählstand (xref - x) aus, dessen Zahl und Vorzeichen die Verschiebung in Grösse und Richtung anzeigt. Dieser Fehlerzählstand wird durch einen Begrenzer 26 auf eine vorbestimmte Grösse, z. B. 20 Impulse, begrenzt. Die Steuerung zum Anhalten und Festlegen des Bandes ist somit von seinem Radius auf der Spule unabhängig.

f) Steuerung der Lückenbreite und des Vorrückens

Wenn durch die Steuerung die Breite einer Lücke zwischen zwei Datenblöcken eingehalten werden soll oder während des Bandvorschubes vor Beginn einer Bremsphase, ist es notwendig, das Band 5 um eine genau bemessene Strecke zu verschieben. Wenn die Teilung des Präzisionstachometers 8 mit den N Teilstrichen verhältnismässig grob ist, dann werden beim Durchlauf einer Datenblocklücke nur wenige dieser Teilstriche abgetastet. So eine Lücke muss jedoch die richtige Länge innerhalb enger Toleranzen erhalten. Dies kann durch Verwenden einer Kombination von gezählten Teilstrichen des Präzisionstachometers und gezählten Taktperioden gemäss folgendem Beispiel geschehen.

Nachdem das letzte Byte eines Datenblocks aufgezeichnet ist, werden im Zähler 27 Taktperioden n gezählt bis ein Impuls des Präzisionstachometers auf der Leitung 9 erscheint. Dieser Taktperioden-Zählstand wird nun in einem Register 28 gespeichert. Der Rücksetzzähler 29 wird jetzt auf Null zurückgestellt, worauf er mit dem Auf/Ab-Zählen von Impulsen des Präzisionstachometers unabhängig vom Bandspulenradius beginnt.

Während derselben Zeit fährt der Zähler 27 fort, Taktperioden zu zählen. Wenn früh genug, das heisst wenn die Anzahl Taktperioden eine vorgewählte Zahl erreicht, ein neuer Befehl beispielsweise zwecks Aufzeichnung eines weiteren Datenblocks eintrifft, dann kann mit dem Aufzeichnen des neuen Blocks begonnen werden. Diese vorgewählte Zahl entspricht genau der Zeit für den Durchlauf der einer normierten Lücke zwischen zwei Datenblöcken entsprechenden Bandlänge bei Nenngeschwindigkeit. Trifft der neue Befehl jedoch nicht rechtzeitig ein, um das Aufzeichnen ohne weiteres fortzusetzen, dann wird ein «Zurücksetzen» notwendig. Der Rücksetzzähler 29 wird dazu verwendet, um nach dem Zurücksetzen mit voller Vorwärtsgeschwindigkeit wieder auf denselben Tachometer-Teilstrich zurückzugelangen. Die Taktperiodenzählung im Zähler 27 wird zu diesem Zweck auf die im Register 28 gespeicherte Zahl voreingestellt. Dann werden die Taktperioden gezählt bis die voreingestellte Zahl erreicht ist und dann beginnt die Aufzeichnung des neuen Datenblocks.

g) Zugkraftsteuerung

Die Einrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung benutzt ein digitales Zugkraft-Steuerverfahren im offenen Schaltkreis, wie es in der US-Patentschrift 4 015 799 beschrieben ist. Dabei wird in jedem Spulenantriebsmotor Zugkraft durch ein dem Bandradius auf der betreffenden Spule 3,4 proportionales Drehmoment erzeugt.

Aber dem offenen Schaltkreis wird nun ein geschlossener Zugkraft-Regelkreis überlagert, um eine genauere Steuerung zu erzielen, die zum Einhalten engerer Grenzen bei Zugkraftschwankungen befähigt ist. Diese Steuerung innerhalb knapper Grenzen ist deshalb notwendig, weil bei grosser Beschleunigung Änderungen des Trägheits- und Drehmoments den offenen Schaltkreis unwirksam werden lassen.

Die hier dargestellte Einrichtung mit geschlossenem Regelkreis arbeitet mit Analogsignalen, könnte aber falls erwünscht auf digitale Operation umgestellt werden. Ein Zugkraftfühler 30 am Pfad des Bandes 5 misst diese auf das Band einwirkende Kraft mit beliebigen Mitteln. Das Ausführungsbeispiel zeigt einen Fühler, der aus einer Leerlaufrolle 31 getragen von einem schwenkbaren Arm 32 besteht, den eine Feder 33 zwecks Berü-hung der Rolle mit dem Band vorspannt. Die Schwenkbewegungen des Arms 32 mit der Rolle 31 werden in geeigneter Weise beispielsweise durch einen nicht dargestellten linearen • Differentialwandler erfasst, wie dies Fachleuten bekannt ist, um eine die wirkende Zugkraft darstellende Grösse Zw abzugeben.

In einem Summierer 34 wird wie ersichtlich die der Zugkraft Zw entsprechende Spannung von einer Bezugsspannung abgezogen, die einer gewünschten Zug- bzw. Bezugskraft Zref entspricht. Dies ergibt auf der Leitung 35 ein Zugkraft-Fehlersignal Zref — Zw. Dieses Signal durchläuft zur Stabilisierung ein Filter 36 bzw. ein Phasenkompensationsnetzwerk und wird danach wie gezeigt differentiell in beiden Leistungsverstärkern 37,38 summiert.

Arbeitsweise der Steuerschaltung

Vor dem Anlauf muss die Radiuskonstante C berechnet werden. Dies kann so geschehen, dass man von Hand in eine Programmlogik 39 den Wert Rj für den Nabenradius der Spule 4 und die Gesamtzahl N der Teilstriche des Präzisionstachome-ters 8 eingibt. Dann wird ein Schalter 40 geschlossen und die Spulenantriebsmotoren 1,2 unter Strom gesetzt. Nach Beendigung der ersten Bandumschlingung auf der Spule 4 wird die Radiuskonstante C, falls nicht schon bekannt, berechnet. Dann ermittelt die Rechnerlogik 23 die Werte, welche in den Tabellen 18-22 gespeichert werden.

Wenn Band von der Spule 3 auf die Spule 4 übertragen wird, dann wird die Zahl N3 der gezählten Präzisionstachometerimpulse am Ende jedes Impulses vom Tachometer 7 nach je einer Umdrehung (s. Abschnitt b) auf der Leitung 12 weitergeschaltet. Die Zahl N3 und die Radiuskonstante C dienen wiederholt zur Ableitung eines Wertes für nref. der proportional der sich ändernden Zahl N3 ist, die sich ihrerseits mit dem Bandradius auf der Spule 3 ändert. Dieser Wert nref wird dann zur Indexierung der Tabellen 19,20,21 und 22 im Festwertspeicher benutzt, um daraus entsprechende Zahlenwerte für R3, R4, Rf3 und Rf4 zu entnehmen.

Der Wert für nref wird auch dem Taktfehlerzähler 14 zugeleitet, der Taktimpulse zählt, bis ein Impuls des Präzisionstachometers auf Leitung 9 den Taktfehler-Zählstand (n-nref) über Leitung 16 ausgibt. Der Taktfehler-Zählstand ist ein Mass für den Geschwindigkeitsfehler. Während der Beschleunigung aus dem Stillstand ist der Geschwindigkeitsfehler anfänglich 100%. Aber der Taktfehler-Zählstand (n-nref) wird durch den Begrenzer 17 auf den Wert eiira von beispielsweise 25% des Wertes für nref begrenzt. Eine vorbestimmte maximale und stetige Beschleunigung wird den Motoren verliehen, bis die Bandgeschwindigkeit sich auf einen Wert erhöht hat, für welchen der Geschwindigkeitsfehler kleiner ist als die genannten 25%. Danach wird der beschleunigende Erregerstrom proportional zum Geschwindigkeitsfehler, der sich proportional dem Taktfehler-Zählstand (n-nref) vermindert und bei n=nref gleich Null wird. Dieser Takt-fehler-Zählstand wandelt sich durch den Modusschalter 13 und von der Geschwindigkeitsfunktion ausgelöst einfach in ein Fehlersignal, das zwei identischen Multipliziereinrichtungen 41,42 zugeführt wird. Letztere empfangen zudem die RfWerte aus den Tabellen 21 und 22 des Festwertspeichers. Die Multiplizierer 41,42 vervielfachen den Fehlersignalwert mit den Radiusfaktoren Rf3 und Rf4 für die betreffenden Spulen 3 bzw. 4, um darauf passende Werte der Beschleunigungsströme It,3 und zu errechnen.

Ein Addierer 43 addiert algebraisch die Werte von Ib3, IZ3 von der Tabelle 19 basierend auf dem derzeitigen Radius R3 und Iw aus einer Richtungslogik 44 stammend. Die Logik 44 wird mit den zweiphasigen Impulsen des Präzisionstachometers gespeist und liefert ein positives oder negatives Ausgangssignal, das vom Umdrehungssinn der Spule 3,4 gegen die bzw. mit den Uhrzeigern abhängig ist. Analog dazu addiert der

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Addierer 45 die Werte von Ib4, Iz4 aus der Tabelle 20 basierend auf dem wirklichen Radius R4 und Iw aus der Richtungslogik 44.

Die Ausgangsgrössen Im3 und Im4 der Addierer 43,45 stellen Digitalwerte geeigneter Ströme für die Motoren der Spulen 3 bzw. 4 dar. Diese Digitalwerte werden durch entsprechende Digital/Analogwandler 46,47 in analoge Signale umgesetzt und über Filter 48,49 je an einen Verstärker 37 bzw. 38 geführt. Diesen Verstärkern werden auch die gefilterten, analogen Signale des Summierers 34 für die Aufrechterhaltung der richtigen Zugkräfte, wie in Abschnitt g) beschrieben, zugeführt. So sollen die Spulenantriebsmotoren mit geeigneten Strömen gespeist werden, um Beschleunigung und Bandzugkraft unter Anpassung an die sich ändernden Radien auf den Spulen konstant zu halten.

Wenn das Band für einen Schreib- oder Lesevorgang angehalten wird, dann wird der Modusschalter 13 auf Lagesteuerung eingestellt, wie dies in Abschnitt e) beschrieben worden ist. Das Fehlersignal stellt nun Lagefehler dar, die vom Lagefehlerzähler 24 berechnet und vom Begrenzer 26 auf einen Maximalwert begrenzt sind. Diese Fehlerzahl wird den Multipliziereinrichtungen 41,42 zugeleitet, worauf die Ausgangssig-

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naie für Ib, Iz und Iw gleich wie während der Geschwindigkeitssteuerung addiert, umgewandelt, gefiltert und verstärkt werden, um die Motorströme zu steuern und dadurch das Band gegen Verschiebung festzuhalten.

s Zusammenfassend ist festzuhalten, dass in der erfindungs-gemässen Einrichtung der Taktbezugswert nref sich in Anpassung an die wechselnden Spulenradien ändert. Er wird dazu benutzt, die Bandgeschwindigkeit am Schreib/Lesekopf konstant zu halten. Auch die Beschleunigung wird unabhängig von 10 Spulenradien konstant gehalten. Falls nicht bekannt, kann die träge Masse des Speicherbandes im Gerät berechnet werden, wobei ein Zweiphasen-Präzisionstachometer auf einer Spulenachse und auf der anderen ein Tachometer mit nur einem Impuls pro Umdrehung benötigt wird. Im Gegensatz hierzu 15 benutzte die Einrichtung gemäss der mehrfach genannten US-Patentschrift einen konstanten Referenz-Zählstand. Auf dem Bandpfad befand sich gleichzeitig ein genauer Tachometer zur Messung der wirklichen Bandgeschwindigkeit am Schreib/ Lesekopf. Dabei konnte aber Bandschlupf an diesem Tachome-20 ter entstehen, was bei hoher Beschleunigung zu entsprechenden Steuerfehlern führen konnte.

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I Blatt Zeichnungen

Claims (9)

630196 PATENTANSPRÜCHE

1. Schaltungsanordnung zum Steuern eines Speicherbandantriebes in einem Gerät mit einer Bandabwickel- und einer Aufnahmespule (3 bzw. 4), einem Schreib/Lesekopf (6) am Bandpfad zwischen beiden Spulen und mit je einem Antriebsmotor (1 bzw. 2) pro Spule, wobei der Bandpfad annähernd konstante Länge aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Gewährleistung des gewünschten Bewegungsablaufs bei hoher Beschleunigung und Einhaltung der benötigten Bandzugkraft auf die Achse einer der Spulen (4) ein erster Impulsgeber (7) gesetzt ist, der beim Durchlaufen eines relativ grossen vorgegebenen Winkels einen Schaltimpuls abgibt, dass auf die Achse der anderen Spule (3) ein zweiter Impulsgeber (8) gesetzt ist, der beim Durchlaufen wesentlich kleinerer Winkel als des Vorgegebenen je einen Impuls abgibt, dass ferner ein durch Schaltimpulse zur Ausgabe seines Zählstandes (N3) betätigbarer Impulszähler ( 10) mit seinem Zähleingang an den Ausgang (9) des zweiten Impulsgebers (8) und mit seinem Schalteingang an den Ausgang (11) des ersten Impulsgebers (7) angeschlossen ist und dass schliesslich Werttabellenspeicher (18-22) wenigstens mit dem Ausgang (12) des genannten Impulszählers verbunden sind und weitere digitale sowie analoge Schalteinheiten (13,14, 17,24,26,37,38,41-49) einerseits mit mindestens einem der Werttabellenspeicher (18), aber andererseits mit einem Takteingang (15), dem Impulsausgang (9) des zweiten Impulsgebers (8) und beiden genannten Antriebsmotoren (1,2) zur Speisung derselben in Abhängigkeit des vom Impulszähler (10) ausgegebenen Zählerstandes entsprechend einem vorbestimmten Ser-voalgorithmus zusammengeschlossen sind.

2. Schaltungsanordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausregelung von Zugkraftänderungen am Bandpfad ein Zugkraftfühler (33) angebracht und an den einen Eingang einer Summierschaltung (34) angeschlossen ist, deren zweiter Eingang mit einer Quelle für einen Zugkraft-Bezugswert (Zref) in Verbindung steht und deren Ausgang (35) über eine Filterschaltung (36) sowie analoge Schalteinheiten (37,38) an die genannten Antriebsmotoren (1,2) geführt ist.

3. Schaltungsanordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten ersten und zweiten Impulsgeber (7,8) Tachometer sind und dass der zweite Tachometer (8) zur Abgabe zweiphasiger, drehrichtungsabhängiger Impulse eingerichtet und mit seinem Ausgang (9) an eine der digitalen Schalteinheiten (44) angeschlossen ist, deren Richtungslogik zur Abgabe von gegen den Reibungswiderstand gerichteten Signalen (Iw) über weitere Schalteinheiten (37,38, 43,45-49) mit den Antriebsmotoren (1,2) verbunden ist.

4. Schaltungsanordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Programmlogik (39) vorhanden, zur Bestimmung einer Radiuskonstante (C) eingerichtet und mit einer Rechnerlogik (23) verbunden ist, die ihrerseits für die Durchführung vorgegebener Rechenoperationen ausgebildet ist und deren Ausgänge zur Abgabe der Rechenresultate mit den genannten Werttabellenspeichern (18-22) verbunden sind.

5. Schaltungsanordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als eine der digitalen Schalteinheiten ein Taktfehlerzähler (14) mit dem Ausgang (9) des zweiten Impulsgebers (8) sowie mit einer Taktleitung (15) und zur Übernahme eines Taktbezugswertes (nref) wenigstens mit einem (18) der Werttabellenspeicher in Verbindung steht, dass ferner seine Logikschaltung zur Differenzbildung zwischen dem Takt (n) und dem Taktbezugswert (nref) ausgebildet ist und dass schliesslich seine Ausgangsleitung ( 16) mit dem Fehlersignal (n-nref) über einen Fehlersignalbegrenzer (17) an die weiteren digitalen Schalteinheiten geführt ist.

6. Verfahren zum Betrieb der Schaltungsanordnung nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Radiuskonstante (C), die vom grössten Bandradius (Rm) auf der einen Spule (3) bei Beendigung der ersten Bandumschlingung der anderen Spule (4) abhängt, zusammen mit einem die wechselnde Bandmenge beim Transport von Spule zu Spule durch aufeinanderfolgende Umdrehungen anzeigenden Taktbezugswert (nref) durch Einsatz der Rechnerlogik (23) und genannter Werttabellenspeicher (18-22) wiederholt zur Ableitung und Speicherung von Werten (Iz3, Iz4, Rf3, R[4) verwendet wird, die von den Bandradien (R3, R4) auf den zwei Spulen abhängig sind, und dass schliesslich aus den so ermittelten Werten und den Bandradien Signale (Im3, Im4) abgeleitet werden, die mit dem für den Bandtransport benötigten Erregerstrom jedes Motors (1, 2) entsprechend je dem derzeitigen Bandradius auf der angetriebenen Spule (3,4) übereinstimmen.

7. Verfahren nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Taktbezugswert (nref) nicht nur vom ausgegebenen Zählstand (N3) des Impulszählers (10), sondern auch aus der Radiuskonstante (C) abgeleitet und aus dem ersten der genannten Werttabellenspeicher (18) an die weiteren Werttabellenspeicher abgegeben wird.

8. Verfahren nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in zwei Werttabellenspeichern (19,20) den Bandradien (R3, R4) auf den zwei Spulen (3,4) proportionale Werte zur Erzeugung bestimmter Zugkräfte und in zwei weiteren Werttabellenspeichern (21,22) solche zur Erzeugung bestimmter Beschleunigungskräfte gespeichert werden und dass diese Speicherwerte indexiert durch die Taktbezugswerte (nref) aus dem ersten der Werttabellenspeicher (18) abgerufen werden.

9. Verfahren nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Radiuskonstante (C), falls nicht im voraus bekannt, abhängig vom grössten Bandradius (Rm) auf der einen Spule (3) bei Beendigung der ersten Bandumschlingung der anderen Spule (4) aufgrund des vom Impulszähler (10) ausgegebenen Zählstandes (N3) vor Beginn des eigentlichen Betriebes berechnet wird.