CN1090083A

CN1090083A - 调节带速的方法和设备

Info

Publication number: CN1090083A
Application number: CN93112791A
Authority: CN
Inventors: 菲利普·马塞
Original assignee: Deutsche Thomson Brandt GmbH
Current assignee: Deutsche Thomson Brandt GmbH
Priority date: 1992-12-22
Filing date: 1993-12-21
Publication date: 1994-07-27
Anticipated expiration: 2013-12-21
Also published as: EP0676080B1; ES2098910T3; EP0676080A1; WO1994015337A1; DE4243329A1; KR950704776A; US6128152A; HK1000742A1; CN1044939C; KR100255045B1; JPH08507400A; DE59305817D1; JP3388585B2

Abstract

本发明涉及在要使用于记录和/或再现信息项的带(如录像带)停在预定位置的运行模式下，对带的速度的调节。要改进的是相应的制动过程。根据本发明，实现带的精确停止的制动过程，是通过在制动过程开始时根据在该时刻测得的带速度而确定目标波形而实现的；速度的实际值要被控制到该目标波形。要其最佳方式中，本发明可用于录像带的慢动作模式的控制。

Description

本发明涉及在操作模式下调节用于记录和/或再现信息项的带（例如录像带）的速度的方法和设备，其中要使带停在预定的位置。

其中用于记录和/或再现信息项的带要停在预定位置的已知操作模式，有诸如视频装置的所谓慢动作模式和保持帧模式。因此，录像带受到视频头的扫描，使录在此录像带上的各图象和/或声音信息项每次在确定的时间t中被读出。为此，带仅被卷绕到使第一图象的信息项进入视频头的空间区域的程度。在时间t后，带被卷绕，以使下一图象的信息项位于视频头的空间区域中。往后，可进行后面的图象的再现，等等。

因而，重要的是尽可能精确地使带停下，从而使图象信息的当前项的开始始终正好的与视频头的区域相一致。这尤其意味着，在各次卷绕的结束处要依次进行延迟或制动过程，以保证带精确地停止。

已知的装置，如视频装置，在确定的卷绕之后某时执行制动过程，在其间诸如马达、机械制动器之类的制动装置由固定且确定的控制信号控制。这意味着公差-如装置的制动公差、不同的录像带、温度影响之类所引起的-没有得到考虑。

本发明的目的，是进一步发展所述种类的制动过程，从而使用于记录和/或再现信息项的带被尽可能准确地停在预定位置。

根据本发明，实现用于记录和/或再现的带（如录像带）的精确停止的制动过程，是通过在制动过程的开始时确定用于控制或调节实际速度值的目标波形而实现的。这些目标值，或它们的时间相关波形，可诸如根据在制动过程开始时的带速度和/或位置来确定。

在下面的这实施例中，借助附图说明本发明的其他特征、优点和细节。在附图中：

图1显示了最佳实施例的电路框图;

图2是录像带的示意显示;

图3、4、6是用于图1的实施例的录像带速度值波形;

图5和7是制动过程中的马达控制电压波形。

在详细描述实施例之前，要指出的是图中所示的各个方框只是为了更也地理解本发明。通常可将单个或若干个框组成单元。这些可用集成或混合技术或以程控微处理机或适于其编程的程序的部分来实现。

然而，包含在各级中的元件也可单独地实现。

图1显示了第一实施例的电路框图，其中录像机用10表示。后者包括第一卷轴11，录像带12从其经偏向辊13、14而绕到第二卷轴15上。录像带12被引过视频头16和读取头17。带12的速度由驱动马达18控制;马达18也叫主动马达，它从电子控制装置19接收相应的控制信号Sm。马达18通过驱动带等与驱动轮20机械耦合;驱动轮20与辊21相配合，以预定的速度输送带12。该速度可借助转速计轮22测量，在轮22上引入了等间距的标记23。标记23可是诸如光学或磁的，并可用由诸如光检测器、霍尔检测器之类构成的检测器24来检测，并将输入信号FG送到控制装置19。

如图2所示，除了视频信息12a的项之外，在录像带12的预定位置还存有以视频信息项12a为基准的控制脉冲12b。在视频头16读取视频信号12a并将其经适当的处理级24送到显示装置25（如电视机）的同时，读取头17接收控制信号12b。另外，也可将其构造为从带12接收声频信号。来自读取头17的信号被送到电子控制装置19和处理级24。

图3最上边的曲线显示了慢动作模式期间带12的基准速度1/s的波形。在于给定时间内读出了视频图象之后，马达18在时刻t0受到控制装置19的控制，使带12在时间间隔t0-t1中从v0＝0加速到v1，随后它继续以此速度被传送。在时刻t2，读取头17检测控制信号12b，且在时刻t3马达被控制装置19的制动。制动的基准波形使带12在时刻t4停止（v0）。此后，带12在给定时期t4-t0中保持静止。

在整个运行期间，控制装置19接收信号FG，其中单位时间内的脉冲数随速度v的增加而增加。因而，所出现的脉冲数是驱动辊20的实际转数的量度，实际上也就是对传送的带12的长度的量度。两个脉冲间的时间间隔，是对驱动辊20因而实际上是带12的实际转速的量度。

为了尽可能精确地按照基准值来调节卷绕的带长和速度Vi的实际值，如实际走带，本实施例按以下详细描述的方法运行。

对慢动作模式、保持帧模式等来说，重要的是带12总能在时刻t4停在预定的位置。为了补偿开始阶段（t0-t3）中的误差，在脉冲12b于时刻t2出现时，启动一计数器。该计数器被包含在控制装置19中，并从数q开始对FG的每一新脉冲向回计数1。也就是说，对脉冲12b的出现，控制装置19具有表示至带12停止所剩下的带长度的值。当向回计数器达到一值p时，控制装置19随即执行制动过程。下面对运行方法的描述，实质上限于在时期t3-t4中的制动过程其间内对带速的控制。

假定在时刻t3，实际速度Vi不与基准值V1s精确符合。实际速度值V1i可能大于V1，如图4所示。为最迟在时刻t4使带12制动，从而使之以剩余带长p停下，由控制装置19确定速度实际值所要调节到的目标速度Vz（t）的波形。在图4中，假定目标速度Vz（t）的波形正好符合实际速度Vi（t）的波形。

如上所述，重要的是带12停在预定位置。在原理上，速度波形因而只占次要的地位。然而，于Vi（t）＝dLi/dt

其中：Vi（t）＝带的实际速度

dLi/dt＝单位时间卷起的带长

卷起的带长Li也可通过调节速度Vi（t）而确定。带长Li的所需调节，是通过调节实现曲线Vi和曲线Vs之间的积分来达到的。也就是说，图4所示的面积A要等于面积13。

从数学上说，这可通过下列考虑来实现。时间间隔t3-t4内的基准速度Vs（t）由下式确定：

Vs（t）＝V1s-k×t;k：斜率（1）

斜率k对于不同的运行模式（如正常慢动作、长记录的慢动作、暂停后的重放、自动检索等）可以不同。若k相同，则需要的存储更少，且以下详细描述的方法步骤与所述运行模式相似。

目标值Vz（t）的波形由上式给出

Vz（t）＝V1s+DV-（k+Dk）×t （2）

其中V1+DV＝V1i

k+Dk：Vz（t）的斜率

其中存有Vs（t）的波形的控制装置19，借助基本数学计算，确定

Dk＝DV/D1s×（2+DV/V1s）×k （3）

按目标值Vz（t）的波形对实际值Vi（t）的调节，是由控制装置19，通过计算脉冲FG并控制马达18而实现的。但是，也可只控制马达18，而不是调节它。

若对马达18的控制采用电压控制，则可按下列考虑，确定相应控制电压U（t）的值的变化。

一般从下面的已知公式开始

U＝R×I+E+L×dI/dt （4a）

其中：

R：内电阻

I：流过马达绕组的电流

E：互感电压

L：马达的电感，其中

E＝a×v

a：马达的常数;

v：马达的转速。

由于通常可假定L/R远小于马达的机械时间常数，方程（1a）可简化为：

U＝R＊I+E （4）

电流I与力矩D成正比，即

T＝C×D （C＝常数）（6）

且力矩D为

D＝r+J×dv/dt （7）

其中

r：对摩擦损耗的量度

J：力矩质量

v：马达的转速

由此得到

U-r＝a×v+b×dv/dt （8）

其中b＝c×J×R＝常数（8a）

若要实现速度Vs（t）＝V1s-k×t（见方程（1）），则控制信号U（t）应有以下形式：

U（t）＝f×t+g （9）

（见方程（8））。相反，从下列控制形式得到：

U（t）＝f×t+g （9）

通过对Vs（t）求解方程（8）

Vs（t）＝X+Y+t×C×exp（-t×a/b）（10）

其中

X＝a+f

Y＝（g×a-f×b）/a²

C：常数，由初始条件确定。

在时刻t＝0，得到

V＝Y+C＝V1s+DV （11）

为得到C＝0，必须有

Y＝V1s+DV。

因而，为实现图4所示的波形Vs（t），对马达18的控制电压，得到了下列波形Us（t），如图5所示：

-为了在时刻t3开始制动过程，Us从实现带速度V1s所需的起始值U1s跳到值：

U2s＝U1s-b×k;（b：常数，见上）

-此后，U以下列斜率下降

-a×k

其中

a、b是上述的马达常数，且k是基准速度Vs（t）在时间间隔t3-t4中被降下的那个特定值（见方程（1））。

这样，对时间间隔t3-t4中的U（t）波形有：

U（t）＝U1s-b×k-a×k×t （12）

马达常数a和b有给定的大小，并可容易地确定。由此，也可容易地确定跳跃和随后的波形。若如借助图4所说明的，带12在时刻t3不具有速度V1s而是具有与其不同的速度V1i，则在上述方程中将用值k+DK而不是k。

另外，应指出，在这些常数中也应考虑马达18和带12之间的传送路径。

另外，也应考虑到关于两个常数a和b的公差。这些取决于录像装置、采用的带盒、及温度等。与任一时刻有关的值可由适配过程重新确定。下面描述这种过程的一例子。

可通过纯控制或控制与调节的结合，实现图5中的波形U（t）。为此，最好从控制跳跃和/或其后的波形或其一部分开始。也就是说，可采用相应的步骤功能。后面的波形可通过确定调节的跳跃Sp和调节的波形S1的调节来优化。从由此在间隔t3-t4中产生的总波形Sp+S1，可更精确地确定常数a和/或b。可存储这些常数的相应值，以用于后的控制过程。由此，可考虑这此值对所用的录像带、其位置、温度、录像装置和/或各种参量的依赖性。可事先在工厂中将相应的起始值存储起来。

a和b的值也可用于设定其他操作量。这些操作量可是诸如为马达18的控制而对电流的限制。这些考虑是由于方程（4）和（5）的理由。

下面特别提到的是对a和b的修正过程：

1.由调节

S1＝dU/dt

确定的值得到的调节，以使

dv/dt＝-（k+DK）

若实际值是

dv/dt＝k_is

且实际值

a＝a_ref

则在任一时刻

S1＝a_ref×k_is

其中k_is和S1是已知的。由此形成

S1/k_is

若

S1/k_is大于a，则增大a;

若

S1/k_is小于a，则减小a。

a最好被逐步地精确化，且不按关系a＝S1/k_is计算。

若b未被正确地确定，则会产生一指数余数，且

S1逼近于a_ref×k_is

因此，a的相对变化即da/a应小于b的相对变化，如以下第2条所述的。

2.当在间隔t3-t4开始时的调节的控制电压U（t）的波形大于此间隔结束处的波形时，且在开始和结束时实际速度Vi等于目标速度Vz时，则用大于b1的值b2取代b1，且反之亦然（这是由指数项的必要修正得到的）。

另外，应提到的是，在到此为止的方法描述中，假定带12与马达18的耦合是刚性的。然而在实际中，会与此的所不同，例如由于打滑、驱动带和/或录像带12的弹性等引起。这些不同可根据诸如在给定时刻寄存的信号FG的脉冲而识别，并可通过诸如时刻t3的修正和/或基准斜率k的改变来补偿。

到此对方法的描述（它可用图1的实施例实现），能够尤其适用于因出现信号FG的脉冲的非常小分辨率和/或当可以有粗调的时间分辨率时。若出现了更好的情况，则最好用可用图1的实施例通过控制装置19的适当设置来类似地实现的下述方法。

从图6可见，在这里所述的方法中，对不同速度V1s、V1i的效应的完全补偿，并不发生在制动过程的恰好结束，而是在早些时候，在时间间隔t3-t4中的时刻t5。

这样的优点，在于对已展开的带长的偏差，仍可用时间间隔t5-t4中的调节过程来补偿。另外，在时刻t4，至静止状态的转换，总是以大致相同的速度波形，与速度V1i无关地发生。因此，忽略调节中的可能变动。由此因打滑和弹性造成的误差所产生的差别是类似的。对一种装置，这些可根据温度、带长、带的位置和/或类似参量来事先部分地确定，且它们可用类似的措施部分地补偿。由于实际制动时间对应于Vs（t）的波形给定的制动时间，所以改进了与视频头16的同步。

在最佳实施例中，t5被选在时期t3-t4中的三分之二处。开始时，根据

Vz（t）＝V1s+DV-（k+d′k）×t

确定时间间隔t3-t6中的Vz（t）的波形（见图6）。这意味着必须定d′k。在t5的情况下所用的d′k的最小值应等于t4，是

d′k_min＝（1+2^0.5）×k×Dv/V1s

但是，当间隔t5-t4的长度应为总制动时间t3-t4的三分之一（如在最佳实施例中）时，则

d′k＝1.5×（1+2^0.5）×k×Dv/V1s

当曲线Vz（t）与曲线Vs（t）相交，即当

V1s-k×t＝V1s+DV-（k+d′k）×t

时，展开的带长的误差最大。

因而相应的时刻t7出现在

t7＝t3+DV/d′k

最大误差被补偿了一半时的时刻t6由下式给出：

t6＝t3+t7×（1+1/2^0.5）

然而，也可用一调节过程确定时刻t6，以使最大误差在此时刻被补偿一半。区域t6-t5中的剩余误差的修正，用曲线Vz（t）的波形实现。

Vz（t）＝M-（k-d′k）×t

其中

M＝V1s-Dv×（1+2^0.5）

因而，t5给出如下

t5＝t3+t7×（1+2^0.5）

从已进送的带长的误差在理论上为零的时刻t5，曲线Vz（t）以与曲线Vs（t）相同的方式变化。在曲线Vz（t）上调节实际速度值Vi（t）。为此，可采用提供比例、积分和/或差动调节的通常已知调节方法。在此实施例中，可能的调节偏差很小，以致于无法在图6中显示。

图7显示了图6所示的方法中马达18的控制电压波形。

对Vz（t）的斜率的每个改变，都提供了电压跳跃，以补偿上述指数项。在时刻t3，跟着有第一个跳跃Sp1：

Sp1＝-b×（k+d′k）

其后有波形Sl1。

Sl1＝-a×（k+d′k）

在时刻t6，提供了第二个跳跃Sp2：

Sp2＝+b×2×d′k

及第二波形Sl2

Sl2＝-a×（k-d′k）

在时刻t5的第三跳跃Sp3之后

Sp3＝-b×d′k

在波形Sl3

Sl3＝-a×k

仍在第二实施例中，可通过纯控制或控制与调节的结合，实现波形U（t）。

在该实施例的另一形式中，可根据实际剩余带长L（t5）或根据差DL（t6）＝L（t5）-L_ref（t5）

按下列条件

a）若DL（t5）×d′k小于零，则t6提前。

b）若DL（t5）×d′k大于零，使t6推后，可把时刻t6移向时刻t5，以用于以后的制动阶段。

若V（t）＝Vz（t）或L（t）＝Lz（t），则可为t6-t5确定截取标准。

除了修正t6之外，也可在区间t6-t5中进行如下的步骤。在处于区间t6-t7中任一处的时刻t′，测量实际位置Li和实际速度Vi。为此时刻t′确定一新的值k′，用它来替代以前的值k-Dk使用。若关于dV/dt＝-k′的曲线在t5与基准速度Vs＝V1s-k×t相交，则位置L（t）和L_ref（t）也应相交。从下列公式确定适当的值k′：

k′= (2＊k＊(L(t′)-V(t′)＊t′)-(V(t′)-V1s)²)/(2＊(L(t′)-t′＊V1s)+k＊t′²)

可把一补偿值加到此k′上，以补偿在t5之后的过冲之后的位置中的误差。此补偿值可从阶（t0-t4）到另一阶地得到正。

在制动过程的最后阶段（t5-t4），可借助速度波形提供调节，或者还可实现关于剩余带长度的进一步调节。

所述实施例至少可有以下之一的变形：

-录像带12的准确制动还可用于记录信息项。这些可以是第一次的记录或其他操作，如以前所录图象的翻录或淡入;

-除了把录像带12停住外，也可把其他带停在预定位置。这些带可按照光、电和/或磁方法记录和/或再现诸如数据、图象和/或声音的信息项;

-因带或装置中的其他部分的打滑、弹性之类造成的误差，可通过变制动阶段的开始（t4）和/或改变波形Vs（t）或Vz（t）加以补偿。因而，例如，波形Vs（t）可选出如下：

Vs′（t）＝k/（T+t）²T是常数;

-在带的信息项的读取期间的错误可自动加以确定;

-Vs（t）或Vz（t）的波形的选择，使得能进行更简单的数学处理;

-制动阶段可用于快速检索和/或在带将被停在预定位置的情况下的快速倒带;

-当马达18不由直流电压控制，而是由诸如通过脉冲宽度调制（PWM）、脉冲长度调制（PLM）、或其他控制信号的脉冲电压控制时，则速度波形至控制信号的转换得到相应的进行;

-用于马达18的控制信号波形，也可用于实现纯调节。也就是说在t3、t5和/或t6不进行跳跃。对此设想的一个较佳解决方案如下列考虑。从方程开始：

L_ref＝V1s×t-（1/2）×k×t²

其中

L_ref：基准带长度，

它从方程（1）得出，对信号FG的每一脉冲，确定适当的实际带位置Lis（p，p-1，…p-n，…0）及适当的时间（时间t3，…t4）。

差值

DL＝L_ref-L_is

被用于诸如为PID调节确定下列调节幅度：

Kp×DL+Kd×（DL/dt）+Ki×Integral（Dl×dl）

其中

Kp、Kd、Ki：用于比例、差分或积分调节的调节常数。

Integral（…）：单或双重积分。

采用双重积分的优点，是相互的积分更快更准确。

Claims

1、用于为信息项的记录和/或再现控制带的速度的方法，其中从第一速度(V1s)和从第一时刻(t3)，带要根据预定的基准速度波形(Vs(t))在制动过程中停在预定位置，其特征在于实际带速度(V1i)是在第一时刻(t3)测量的，并在于按其确定了速度值的目标波形(Vz(t))，根据后者在制动过程中速度的实际值(Vi(t))得到了控制和调节。

2、根据权利要求1的方法，其特征在于速度值的目标波形（Vz（t））的确定使目标波形（Vz（t））的积分值基本上等于基准速度（Vs（t））的积分值。

3、根据权利要求1或2的方法，其特征在于在制动过程（t3-t4）结束之前，目标波形（Vz（t））合入基准速度波形（V（t））。

4、根据权利要求1至3中的任一项的方法，其特征在于制动过程基本上由于对在制动过程之前确定带的速度的马达的相应控制而产生的，并在于该马达的控制信号的产生使制动按目标波形（Vz（t））发生。

5、根据权利要求1至4中任一项的方法，其特征在于用适配过程确定用于调节的数据值的量，如阶Sp和波形S1的值。

6、根据权利要求1至5中任一项的方法，其特征在于从调节行为得到的参量（a，b）也被用于其他运行量的控制和/或调节。

7、根据权利要求1至6中任一项的方法，其特征在于通过确定制动过程的开始（t3）和/或借助目标波形（Vz（t））来至少部分地补偿由于带的打滑或弹性或其他原因造成的误差。

8、用于为记录和/或再现信息项而控制带（12）的速度的设备，其中设置了制动装置（18，20），后者受到控制装置（19）的控制从而在制动过程中根据预定的基准速度波形（Vs（t））使带（12）从一第一速度（V1s）并从一第一时刻（t3）停在预定的位置，其特征在于提供了测量第一时刻（t3）时的实际带速度（V1i）的转速计装置（22，24，19），并在于根据该速度（V1i）控制装置（19）确定速度值的目标波形（Vz（t）），并根据其控制制动装置（18，20），以在制动过程中按目标波形控制或调节速度（Vi（t））的实际值。

9、根据权利要求8的设备，其特征在于控制装置（19）确定速度值的目标波形（Vz（t））以使目标波形（Vz（t））的积分值大致等于基准速度波形（Vs（t））的积分值。

10、根据权利要求8或9的设备，其特征在于控制装置确定目标波形（Vz（t））以使之在制动过程（t3-t4）结束之前合入基准速度波形（Vs（t））。

11、根据权利要求8至10中任一项的设备，其特征在于制动基本上是由于对在制动过程之前确定带的速度的马达（18）的相应控制而产生的，并在于该马达（18）的控制信号由控制装置（19）产生以按目标波形（Vz（t））进行制动。

12、根据权利要求8至11中任一项的设备，其特征在于设置了装置（19），后者通过适配过程确定用作为进行调节的数据值的量。

13、根据权利要求8至12中任一项的设备，其特征在于提供了装置（19），后者以调节行为确定参量（a，b）并把它们用于其他运行量的控制和/或调节。

14、根据权利要求8至13中任一项的设备，其特征在于通过确定制动过程的开始（t3）和/或借助目标波形（Vz（t）），至少部分地补偿因带的打滑或弹性或其他装置引起的误差。