DE112018002025B4

DE112018002025B4 - Bandtransportregelung mit Unterdrückung von zeitvariablen Spannungsstörgrössen

Info

Publication number: DE112018002025B4
Application number: DE112018002025.8T
Authority: DE
Inventors: Angeliki Pantazi; Giovanni Cherubin; Tomoko Taketomi; Nhan Xuan Bui; Mark Alfred Lantz
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 2017-06-23
Filing date: 2018-06-20
Publication date: 2023-06-15
Anticipated expiration: 2038-06-21
Also published as: US10347282B2; GB2578076B; WO2018235011A1; DE112018002025T5; JP2020524872A; US20180374508A1; GB2578076A; GB202000832D0; JP7116378B2

Abstract

Geschlossenes Regelsystem zum Regeln eines Bandtransports von einer ersten Bandspule mit einem ersten Spulenmotor zu einer zweiten Bandspule mit einem zweiten Spulenmotor in einem Bandantriebssystem, das System aufweisend:eine Schaltungsanordnung, die dazu ausgelegt ist, ein oder mehrere Signale auszugeben, die eine Bandgeschwindigkeit, einen Radius der ersten Bandspule und/oder der zweiten Bandspule und eine Bandspannung darstellen; undeine Regelkreisanordnung, die dazu ausgelegt ist, das eine oder die mehreren Signale zu empfangen, welche die Bandgeschwindigkeit, den Radius der ersten Bandspule und/oder der zweiten Bandspule und die Bandspannung darstellen, und beruhend auf den empfangenen Signalen mindestens ein Regelsignal zu erzeugen, um den ersten Spulenmotor und/oder den zweiten Spulenmotor zu regeln, um eine Spannungsstörgröße bei zumindest einer Frequenz zu verringern, die einer zeitvariablen Spulendrehfrequenz entspricht, und zwar beruhend auf Reglerparametern, die von der Bandgeschwindigkeit und dem Radius der ersten Bandspule und/oder der zweiten Bandspule abhängen, wobei die Regelkreisanordnung darüber hinaus konfiguriert ist zum Verringern einer Spannungsstörgröße beruhend auf einem Spitzenfilter mit einer Übertragungsfunktion, die durch das Verhältnis von zwei Polynomen zweiter Ordnung definiert ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Techniken zum Regeln eines Bandtransports und insbesondere mit einer verbesserten Regelung der Bandspannung bei gleichzeitigem Unterdrücken von zeitvariablen oder periodischen Spannungsstörgrößen.
Bandsysteme können kostengünstige Speicherlösungen bereitstellen, die angesichts der weltweit explosionsartig zunehmenden Datenerstellungsrate immer wichtiger werden. In den letzten Jahren sind die Kapazität und Leistungsfähigkeit von Bandspeichersystemen erheblich gestiegen, und das Potenzial für weiteres Wachstum scheint beträchtlich zu sein. Um höhere Bandkassettenkapazitäten und eine verbesserte Leistung zu erzielen, sind Fortschritte in mehreren technischen Bereichen erforderlich. Zum Beispiel ist die Erhöhung der Flächendichte, d.h. die Erhöhung der linearen Dichte und/oder Spurdichte, eine wesentliche Voraussetzung zum Erreichen höherer Kapazitäten. Eine höhere Spurdichte bedeutet jedoch eine geringere Spurbreite, schmälere Schreib/Lese-Kopfelemente und einen engeren Band/Kopf-Abstand, was zu Verlusten im Signal/Rausch-Abstand und hohen Anforderungen an die Genauigkeit der Schreib/Lese-Kopfelemente führt.
Abweichungen der Bandspannung und -geschwindigkeit von den Sollwerten können das Positionsfehlersignal und somit das Verhalten eines Spurnachführungs-Servomechanismus negativ beeinflussen. Daher sind ein stabiler Bandtransport und Spurnachführungs-Servomechanismen notwendig, um ein gutes Lesekanalverhalten auf allen parallelen Datenkanälen während des Bandbetriebs bereitzustellen. Außerdem stellt das Übergehen zu dünneren Bandmedien, was zu einer höheren volumetrischen Dichte führt, einen weiteren Weg dar, um höhere Kapazitäten von Bandkassetten zu erreichen. Daher ergibt sich ein Bedarf dahingehend, dass der Bandtransport-Servomechanismus eine genauere Regelung der Spannung ermöglicht, um Spannungsschwankungen zu vermeiden, welche die dünnen Medien überbeanspruchen könnten.
Ein weiteres Problem kann während des Betreibens in der Dauergeschwindigkeitsbetriebsart dadurch auftreten, dass periodische Schwankungen der Bandspannung um den Nennwert auftreten können, auch „Wrap-Arounds“ genannt. Derartige Schwankungen können durch die Spulen-Exzentrizitäten verursacht werden. Beim Bandtransport kann dieses Problem besonders schwerwiegend sein, wenn sich die Spulendrehfrequenzen der durch den Bandlaufweg bestimmten Resonanzfrequenz annähern. Obwohl die negativen Auswirkungen von Spannungsschwankungen wohlbekannt sind und verstanden werden, wurde kein wirksames herkömmliches Verfahren zum Unterdrücken dieser periodischen Spannungsstörgrößen mit langsam zeitvariabler Frequenz entwickelt. Jüngste Arbeiten an der Bandtransportregelung mit Rückführung von Geschwindigkeit und Spannung konzentrierten sich auf die Wahl von zeitvariablen P-Reglern, um ein geschlossenes Regelsystemverhalten zu erreichen, das im Wesentlichen unabhängig von der Längsposition des Bandes ist. Ein P-Regler stellt jedoch keine verbesserte Unterdrückung von Störgrößen aufgrund periodischer Spannungsschwankungen bereit.
Dementsprechend ergibt sich ein Bedarf an Techniken, mit denen ein Bandtransport-Regelsystem eine verbesserte Regelung der Bandspannung bei gleichzeitigem Unterdrücken von zeitvariablen oder periodischen Spannungsstörgrößen bereitstellen kann. Zum aktuellen Stand der Technik wird in CN105378840A und in WO2014/209257A1 ein Spannungsrückkopplungssignal erzeugt, um Spannungsschwankungen auf einem Band zu reduzieren, die bei einer Spulenfrequenz auftreten. In US2013/0238146A1 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung basieren auf der Anwendung eines aktiven Korrektursystems mit zentralem Korrektor und Youla-Parameter zur Dämpfung von im Wesentlichen monofrequenten mechanischen Schwingungsstörungen, die in einer Materialstruktur durch eine rotierende Maschine erzeugt werden, beschrieben. US2014/0254045A1 beschreibt verschiedene Ausführungsformen eines Verfahrens zur Berechnung eines Radiuswertes eines Bandes auf verschiedenen Spulen sowie die Anpassung des berechneten Radius mittels Offsets, der aus einer direkten Messung der Geschwindigkeit von der Bandposition aus berechnet wird, sowie die Ausgabe des angepassten berechneten Radius. In EP0734570A1 wird ein Aufzeichnungs- und/oder Wiedergabegerät zum Aufzeichnen/Wiedergeben eines Informationssignals in einer Spur beschrieben, und JPH09297947A beschreibt eine Bandlaufkontrolleinrichtung, die im Falle der Notwendigkeit das Band auf einer niedrigen Spannung hält.
KURZDARSTELLUNG
Die Erfindung wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche beschrieben. Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, ein geschlossenes Regelsystem zum Regeln eines Bandtransports von einer ersten Bandspule mit einem ersten Spulenmotor zu einer zweiten Bandspule mit einem zweiten Spulenmotor in einem Bandantriebssystem, aufweisend: eine Schaltungsanordnung, die dazu ausgelegt ist, ein oder mehrere Signale auszugeben, die eine Bandgeschwindigkeit, einen Radius der ersten Bandspule und/oder der zweiten Bandspule und eine Bandspannung darstellen; und eine Regelkreisanordnung, die dazu ausgelegt ist, das eine oder die mehreren Signale zu empfangen, welche die Bandgeschwindigkeit, den Radius der ersten Bandspule und/oder der zweiten Bandspule und die Bandspannung darstellen, und beruhend auf den empfangenen Signalen mindestens ein Regelsignal zu erzeugen, um den ersten Spulenmotor und/oder den zweiten Spulenmotor zu regeln, um eine Spannungsstörgröße auf ein Minimum zu verringern, wobei eine Frequenz einer zeitvariablen Spulendrehfrequenz entspricht, und zwar beruhend auf Reglerparametern, die von der Bandgeschwindigkeit und dem Radius der ersten Bandspule und/oder der zweiten Bandspule abhängen.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, ein Bandtransportsystem, aufweisend: eine erste Bandspule mit einem ersten Spulenmotor, eine zweite Bandspule mit einem zweiten Spulenmotor, und einen Bandkopf; eine Schaltungsanordnung, die dazu ausgelegt ist, ein oder mehrere Signale auszugeben, die eine Bandgeschwindigkeit, einen Radius der ersten Bandspule und/oder der zweiten Bandspule und eine Bandspannung darstellen; und eine Regelkreisanordnung, die dazu ausgelegt ist, das eine oder die mehreren Signale zu empfangen, welche die Bandgeschwindigkeit, den Radius der ersten Bandspule und/oder der zweiten Bandspule und die Bandspannung darstellen, und beruhend auf den empfangenen Signalen mindestens ein Regelsignal zu erzeugen, um den ersten Spulenmotor und/oder den zweiten Spulenmotor zu regeln, um eine Spannungsstörgröße auf ein Minimum zu verringern, wobei eine Frequenz einer zeitvariablen Spulendrehfrequenz entspricht, und zwar beruhend auf Reglerparametern, die von der Bandgeschwindigkeit und dem Radius der ersten Bandspule und/oder der zweiten Bandspule abhängen.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren für den Bandtransport, aufweisend: Erzeugen eines oder mehrerer Signale, die eine Bandgeschwindigkeit, einen Radius einer ersten Bandspule und/oder einer zweiten Bandspule und eine Bandspannung darstellen; Empfangen des einen oder der mehreren Signale, welche die Bandgeschwindigkeit, den Radius der ersten Bandspule und/oder der zweiten Bandspule und die Bandspannung darstellen; und beruhend auf den empfangenen Signalen Erzeugen mindestens eines Regelsignals, um entweder den ersten Spulenmotor und/oder den zweiten Spulenmotor zu regeln, um eine Spannungsstörgröße auf ein Minimum zu verringern, wobei eine Frequenz einer zeitvariablen Spulendrehfrequenz entspricht, und zwar beruhend auf Reglerparametern, die von der Bandgeschwindigkeit und dem Radius der ersten Bandspule und/oder der zweiten Bandspule abhängen.
Figurenliste

1 ist ein beispielhaftes Blockschaubild eines Bandtransportmechanismus und von Spurnachführungs-Regelsystemen;
2A ist ein beispielhaftes Blockschaubild eines Bandtransport-Regelsystems mit Rückführung der primären Geschwindigkeit und Spannung;
2B ist ein Ablaufplan, der Prozessschritte eines Bandtransportmechanismus und von Spurnachführungs-Regelsystemen gemäß 1 darstellt;
3 ist ein beispielhaftes Diagramm einer Frequenzkennlinie eines Gewichtungsfilters;
4 ist ein beispielhaftes Diagramm der Dämpfungsverhältnisse des Zählers und Nenners eines H_∞-Spitzenfilters;
5 ist ein beispielhaftes Diagramm der Mittenfrequenz des Zählers und des Nenners eines H_∞-Spitzenfilters;
6 ist ein beispielhaftes Diagramm eines Vergleichs einer Spannungsmessung für experimentelle Wellenformen der Spannung, die unter Verwendung des Spannungssensors mit der durch die Seitenlagendifferenz erhaltenen Spannungsschätzung gemessen wurde;
7 ist ein beispielhaftes Diagramm eines Vergleichs einer spektralen Leistungsdichte für experimentelle Wellenformen der Spannung, die unter Verwendung des Spannungssensors mit der durch die Seitenlagendifferenz erhaltenen Spannungsschätzung gemessen wurde;
8 ist ein beispielhaftes Diagramm eines Vergleichs einer Spannungsmessung für drei Konfigurationen von Steuer- bzw. Regelsystemen, nämlich a) ohne Rückführung der Spannung, b) mit einem Regler mit Rückführung, der um ein zeitvariables Spitzenfilter nach dem klassischen Ansatz ergänzt wurde, und c) mit einem Regler mit Rückführung, der um ein zeitvariables Filter mit Parametern, die unter Verwendung der H_∞-Methodik optimiert wurden, ergänzt wurde;
9 ist ein beispielhaftes Diagramm eines Vergleichs einer spektralen Leistungsdichte für drei Konfigurationen von Steuer- bzw. Regelsystemen, nämlich a) ohne Rückführung der Spannung, b) mit einem Regler mit Rückführung, der um ein zeitvariables Spitzenfilter nach dem klassischen Ansatz ergänzt wurde, und c) mit einem Regler mit Rückführung, der um ein zeitvariables Filter mit Parametern, die unter Verwendung der H_∞-Methodik optimiert wurden, ergänzt wurde;
10 ist ein beispielhaftes Diagramm eines Vergleichs einer Spannungsmessung für den Fall ohne Spannungsrückführung und mit einem Regler mit Rückführung, der um das H_∞-optimierte Spitzenfilter ergänzt wurde und die durch die Seitenlagendifferenz geschätzte Spannung verwendet;
11 ist ein beispielhaftes Diagramm eines Vergleichs einer spektralen Leistungsdichte für den Fall ohne Spannungsrückführung und mit einem Regler mit Rückführung, der um das H_∞-optimierte Spitzenfilter ergänzt wurde und die durch die Seitenlagendifferenz geschätzte Spannung verwendet; und
12 ist ein beispielhaftes Blockschaubild eines Computersystems, in dem Prozesse, die mit den hierin beschriebenen Ausführungsformen einhergehen, umgesetzt werden können.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen eine Verbesserung eines Bandtransport-Regelungsschemas mit Rückführung von Spannung unter Verwendung von P-Reglern bereit, die um ein zeitvariables Spitzenfilter ergänzt wurden. Ein Spitzenfilter mit variabler Mittenfrequenz kann periodische Störgrößen mit langsam zeitvariabler Frequenz unterdrücken, wie sie zum Beispiel durch die Wrap-Arounds entstehen. Um die Störgröße zu vermeiden, können eine Verstärkung, die auftreten würde, wenn sich die Störgrößenfrequenz nach außerhalb der Schleifenbandbreite verlagert, und die Parameter, welche die Nullen des Spitzenfilters bestimmen, durch H_∞-Norm- (H-unendlich-Norm-) Minimierung bestimmt werden. Das Verfahren kann erweitert werden, um eine Rückführung der Spannung zu ermöglichen, ohne dass zusätzliche Wandler in dem Bandlaufweg zur Spannungsmessung erforderlich sind. Demzufolge kann die Spannung geschätzt werden, indem die Spannungsabweichung von dem Nennwert als Funktion der Differenz der Seitenlagenschätzungen ausgedrückt wird, die durch das Lesen von auf benachbarten Servobändern geschriebenen Servomustern erhalten werden. Diese Methodik stellt zwar eine Schätzung der dynamischen Spannungsschwankung bereit, erlaubt aber keine Kompensation der Spannungsschwankungen bei sehr niedrigen Frequenzen nahe der Gleichstromgrenze aufgrund der sehr langsam variierenden Abweichung des Abstands zwischen Servobändern von dem Nennwert aufgrund von Kriechdehnung und Bandwickelbeanspruchung, die während des Wickelns von Band auftreten können. Um dieses Phänomen zu vermeiden, kann ein Hochpassabschnitt in die Übertragungsfunktion des Reglers mit aufgenommen werden, und es können zeitvariable Vorwärtsregelungsfilter mit aufgenommen werden, um den Gleichstrom-Spannungswert anzupassen.
Das Verbessern des Bandtransportverhaltens ist vorteilhaft, um größere volumetrische Dichten zu erreichen, da dies den Einsatz dünnerer Bandmedien ermöglicht. In der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Bandtransport-Servomechanismus seine Frequenzeigenschaften in Abhängigkeit von der Längsposition anpassen. Ein H_∞-optimiertes, zeitvariables Spitzenfilter kann die Störgrößenunterdrückung bei den Spulendrehfrequenzen verbessern. Die vorliegende Erfindung kann auch bei Frequenzen außerhalb der Schleifenbandbreite mit minimaler Störverstärkung eine Störgrößenunterdrückung bereitstellen. Eine Messung der Spannungsschwankung beruhend auf der Differenz von Seitenlagenschätzungen kann in das Regelsystem mit aufgenommen werden, wodurch der Bedarf an einem Spannungssensor zur Gänze vermieden wird. Der Regler kann um ein Hochpassfilter ergänzt werden, um niederfrequente Effekte durch Kriechdehnung zu vermeiden. Die vorliegende Erfindung kann mit den Spulen zusammenhängende Störgrößen kompensieren und das Bandtransportverhalten verbessern.
Ein Blockschaubild eines beispielhaften Bandtransportmechanismus und von Spurnachführungs-Regelsystemen in einem Bandlaufwerk ist in 1 gezeigt. Für die Bewegung in Vorwärtsrichtung kann das Band über den aus Laufrollen 106A bis D und dem Lese/Schreib-Bandkopf 108 bestehenden Bandlaufweg von einer als Zuführspule fungierenden Archivierungs- (oder Außen- oder Nummer-1-) Spule 102 zu der als Aufwickelspule fungierenden Maschinen- (oder Innen- oder Nummer-2-) Spule 104 transportiert werden. In umgekehrter Richtung können die Rollen der Spule 1102 und der Spule 2 104 umgekehrt werden. Lese/Schreib-Vorgänge können in Kontakt mit dem Band durch die Lese/Schreib-Elemente 130 durchgeführt werden, die in den Bandkopf mit aufgenommen sein können und Signale 109 für die Servo- und Datenkanäle bereitstellen. Der Bandkopf 108 kann darüber hinaus ein Stellglied 132 beinhalten, um die Dreh- und Seitenlage des Kopfes als Reaktion auf den Schräglauf- und Spurnachführungsregler 114 anzupassen. Ein dualer synchroner Servokanal kann Schätzungen der primären Bandgeschwindigkeit, der Längsposition des Bandes (LPOS, longitudinal position) und der Kopfseitenlage bereitstellen, die aus Servosignalen abgeleitet werden können, die von den beiden Servolesern in dem Bandkopf 108 erzeugt werden. Die Servoleser können Signale von Servospuren oder anderen durch Servomechanismen aufgezeichneten Bandbereichen lesen, oder die Servoleser können die Datensignale lesen, und die Servokanal-Schaltungsanordnung kann daraus Servosignale ableiten. Eine Schätzung der Bandspannung 125 kann durch einen oder mehrere Spannungssensoren 124 wie zum Beispiel einen Dehnungsmessstreifen-Sensor erhalten werden, der sich innerhalb einer der Laufrollen 106A bis D wie zum Beispiel der Laufrolle 106A in dem Bandlaufweg befindet.
Schätzungen der Bandgeschwindigkeit und der Kopfposition 112 können einem Schräglauf- und Spurnachführungsregler 114 bereitgestellt werden. Ebenso können Schätzungen der Bandgeschwindigkeit, der Kopfposition und der LPOS 116 dem Bandtransport-Regelsystem 118 geliefert werden. Das Bandtransport-Regelsystem 118 kann die empfangene Bandgeschwindigkeit, die Kopfposition und die LPOS 116 verarbeiten und Regelsignale erzeugen, die an die Motorregelungs-Schaltungsanordnung wie zum Beispiel an die Motor-1-Regelung 126 und die Motor-2-Regelung 128 ausgegeben werden. Halleffekt-Sensoren 120, 122 können Messungen der Drehgeschwindigkeit jeder Spule 102, 104 bereitstellen und können dazu verwendet werden, zusätzliche sekundäre Bandgeschwindigkeitsinformationen von den einzelnen Spulen zu erhalten. Die sekundären Bandgeschwindigkeitsinformationen können dazu verwendet werden, einen ordnungsgemäßen Bandtransportbetrieb zu erreichen, wenn keine gültigen Parameterschätzungen aus dem Dual-Servokanal 110 vorliegen, z.B. während der Bandbeschleunigung, oder zum Verbessern des Bandtransportverhaltens. Die beiden Servoleser in dem Bandkopf 108 können zwei zweckbestimmte Servobänder lesen, die ein Datenband überspannen können. Die Geometrie des Servomusters kann durch das zeitbasierte Servo- (TBS-, Timing-Based Servo-) Format für lineare Bandsysteme festgelegt werden, das von dem Linear Tape Open- (LTO-) Konsortium als Standard für Bandantriebssysteme übernommen wurde. Diese zweckbestimmten Servosignale können als Pilotsignale betrachtet werden, um präzise Längs- sowie Seitenlageinformationen zu erhalten, die den Bandtransport- und Spurnachführungs-Servomechanismen bereitzustellen sind. Ein dualer synchroner Servokanal kann eine Schätzung der primären Bandgeschwindigkeit, der Längsposition des Bandes (LPOS) und der Kopfseitenlage bereitstellen. Eine Schätzung der Bandspannung kann durch einen Dehnungsmessstreifen-Sensor erhalten werden, der sich innerhalb einer der Laufrollen in dem Bandlaufweg befindet. Jedoch können Ausführungsformen der vorliegenden Systeme und Verfahren eine Schätzung der Spannungsschwankung ohne den Bedarf an Spannungswandlern bestimmen.
Das System 100 kann mathematisch unter Verwendung von Differentialgleichungen zweiter Ordnung modelliert werden, die durch Gleichsetzen der Änderung des Drehimpulses mit der Summe der Drehmomente für jede Spule erhalten werden können. Die Zustandsraum-Gleichungen des linearen, zeitvariablen Bandtransportsystems bei einer bestimmten Längsposition und Geschwindigkeit des Bandes in Vorwärtsrichtung können durch ẋ(t) = Fx(t) + Gu(t) angegeben werden, wobei der Zustandsvektor x für das System 100 wie folgt lautet: $x (t) = [\begin{matrix} x_{1} (t) \\ {\dot{x}}_{1} (t) \\ x_{2} (t) \\ {\dot{x}}_{2} (t) \end{matrix}] = [\begin{matrix} B a n d p o s i t i o n b e i M a s c h i n e n s p u l e (i) \\ B a n d g e s c h w i n d i g k e i t b e i M a s c h i n e n s p u l e (i) \\ B a n d p o s i t i o n b e i A r c h i v i e r u n g s s p u l e (o) \\ B a n d g e s c h w i n d i g k e i t b e i A r c h i v i e r u n g s s p u l e (o) \end{matrix}],$
der Vektor der Regelsignale kann
$u (t) = [\begin{matrix} u_{i} (t) \\ u_{0} (t) \end{matrix}]$
lauten, und die Matrizen F und G können gegeben sein durch $\begin{array}{l} F = [\begin{matrix} \overset{0}{\frac{- (1 + μ) R_{i}^{2} K_{T}}{J_{i}}} & \overset{1}{\frac{- (1 + μ) R_{i}^{2} D_{T} - β_{i}}{J_{i}}} & \overset{0}{\frac{(1 + μ) R_{i}^{2} K_{T}}{J_{i}}} & \overset{0}{\frac{(1 + μ) R_{i}^{2} D_{T}}{J_{i}}} \\ \overset{0}{\frac{R_{0}^{2} K_{T}}{J_{0}}} & \overset{0}{\frac{R_{0}^{2} D_{T}}{J_{0}}} & \overset{0}{- \frac{R_{0}^{2} K_{T}}{J_{0}}} & \overset{1}{\frac{R_{0}^{2} D_{T} - β_{0}}{J_{0}}} \end{matrix}] \\ G + [\begin{matrix} 0 & 0 \\ \frac{R_{i} K_{i}}{J_{i}} & 0 \\ 0 & 0 \\ 0 & \frac{R_{0} K_{0}}{J_{0}} \end{matrix}] . \end{array}$
Bei dem Analysieren des Verhaltens des Systems können mehrere Parameter verwendet werden. Zum Beispiel kann ρ die Banddichte [Kg / m³] darstellen, ε kann die Banddicke [m] darstellen, η kann die Bandbreite [m] darstellen, R₀ kann den Radius der leeren Spule [m] darstellen, R_ƒ kann den Radius der vollen Spule [m] darstellen, K₁, K₂ können die Motorantriebsverstärkungen [N m / A] darstellen, K_T kann die Bandfederkonstante [N / m] darstellen, D_T kann den Banddämpferkoeffizienten [N s / m] darstellen,β_i,β₀ können den viskosen Motordämpfungskoeffizienten [N m s] darstellen, µ kann den Coulomb-Reibungskoeffizient darstellen, R_i und R₀ können die Radien darstellen, und Ji und J₀ können die Trägheitsmomente der Spule 1 bzw. Spule 2 darstellen.
Die Dynamik der Bandgeschwindigkeit an der Zuführspule und an dem Kopf kann ungefähr gleich sein und sich von der Dynamik der Bandgeschwindigkeit an der Aufwickelspule unterscheiden. Der Vektor y der Bandtransport-Ausgangssignale kann die primäre Bandgeschwindigkeit und die Bandspannung beinhalten und kann in Form des Zustandsvektors ausgedrückt werden als $y (t) = [\begin{matrix} \hat{v} (t) \\ \hat{τ} (t) \end{matrix}] = Hx (t) + w (t),$
wobei $H = [\begin{matrix} 0 & 0 & 0 & 1 \\ K_{T} & D_{T} & - K_{T} & - D_{T} \end{matrix}],$
und wobei v̂(t) die primäre Bandgeschwindigkeit bezeichnet, die ungefähr gleich der sekundären Bandgeschwindigkeit an der Archivierungsspule in Vorwärtsrichtung ist, wie vorstehend erwähnt, τ̂(t) die Bandspannung darstellt und w(t) den Messrauschvektor bezeichnet.
Ein beispielhaftes Blockschaubild eines Bandtransport-Regelsystems 200A mit Rückführung der primären Geschwindigkeit und Spannung ist in 2A gezeigt. Das Bandtransportsystem 202 kann Eingänge wie zum Beispiel Regelsignale u_i, 204 für Spule 1 und u_o 206 für Spule 2 beinhalten. Das Bandtransportsystem 202 kann auch Ausgänge beinhalten wie zum Beispiel v_i, 208 für die Geschwindigkeit von Spule 1 von dem Hall-Sensor 102, der in 1 gezeigt ist, v_o 210 für die Geschwindigkeit von Spule 2 von dem Hall-Sensor 102, v_primary 212 für die primäre Bandgeschwindigkeit aus Servosignalen, die von zwei Servolesern in dem Bandkopf 108 erzeugt werden, und eine Bandspannung τ 214 von einem Dehnungsmessstreifen-Sensor, der an einer der Laufrollen in dem Bandlaufweg angebracht ist.
Das System 200A kann auch eine Rückführung der Bandspannung beinhalten. Insbesondere können zeitvariable proportionale (P-) Regler für das Regeln der Spannung, der Bandgeschwindigkeit an der Zuführspule und der Bandgeschwindigkeit an der Aufwickelspule verwendet werden. Zum Beispiel können P-Regler K_v,i 216 und K_v,o 218 in Abhängigkeit von Parameterwerten wie zum Beispiel J_i, r_i, bzw. J_o, r_o bestimmt werden. Das Verwenden von zeitvariablen Proportionalreglern, die direkt von der Längsposition oder indirekt von Bandtransportparametern wie zum Beispiel Spulenträgheitsmoment und Spulenradius abhängen, kann Übertragungsfunktionen von den Eingangsmotorströmen auf die Regelgrößen bzw. von den Geschwindigkeits- und Spannungsstörgrößen auf die Geschwindigkeits- und Spannungsfehler bereitstellen, die im Wesentlichen unabhängig von der Längsposition des Bandes sind.
Ein derartiges Bandtransport-Regelsystem mit richtig gewählten zeitvariablen P-Reglern für das Regeln von Spannung, Bandgeschwindigkeit an der Zuführspule und Bandgeschwindigkeit an der Aufwickelspule kann Übertragungsfunktionen von den eingegebenen Bezugswerten auf die Regelgrößen bzw. von den Geschwindigkeits- und Spannungsstörgrößen auf die Geschwindigkeits- und Spannungsfehler aufweisen, die im Wesentlichen unabhängig von der Längsposition des Bandes sind. Diese Eigenschaft kann erreicht werden durch Wählen der internen und externen P-Geschwindigkeitsregler als $K_{v, i} = g_{v} \frac{J_{i}}{R_{i} K_{i}}$
bzw. $K_{v,0} = g_{v} \frac{J_{0}}{R_{0} K_{0}},$
und des Spannungsreglers als $K_{τ} = g_{τ} \frac{1}{\frac{R_{i} K_{i}}{J_{i}} + \frac{R_{0} K_{0}}{J_{o}}},$
wobei g_v und g_τ konstante Verstärkungen bezeichnen.
Hier kann das Bandtransportsystem um ein zeitvariables Spitzenfilter ergänzt werden, das mit dem P-Regler Kτ kaskadiert ist, um die Störgröße zu unterdrücken, die sich aus der Exzentrizität der Zuführspule in der Rückführung der Bandspannung ergibt. Die Übertragungsfunktion des Spitzenfilters ist gegeben durch $K_{var} (s) = \frac{s^{2} + 2 ζ_{1} ω_{1} + ω_{1}^{2}}{s^{2} + 2 ζ_{2} ω_{2} + ω_{2}^{2}},$
wobei ζ_i und ω_i, i = 1, 2, das Dämpfungsverhältnis und die Mittenfrequenz der Terme zweiter Ordnung an dem Zähler bzw. Nenner der Spitzenfilter-Übertragungsfunktion darstellen. Üblicherweise wird ein Spitzenfilter mit dem Regler in einem Servomechanismus kaskadiert, um schmalbandige Störgrößen zu unterdrücken, zum Beispiel wiederholbare Rundlauf- (RRO-) und nicht wiederholbare Rundlauf- (NRRO-) Störgrößen in Festplattenlaufwerken (HDDs). Die klassische Wahl für eine Spitzenfilter-Übertragungsfunktion ist die Umkehrung einer Sperrfilter-Übertragungsfunktion, die ω₁ = ω₂ und ζ₁ > ζ₂ ergibt. Diese Wahl funktioniert jedoch gut, wenn die Frequenz der Störgröße innerhalb der Schleifenbandbreite liegt, wie sie durch den -3dB-Übergangspunkt des Empfindlichkeitsfrequenzgangs definiert ist. Wenn die Störgrößenfrequenz außerhalb der Schleifenbandbreite liegt, kann eine Wahl des Spitzenfilters beruhend auf der Umkehrung eines Sperrfilters zu einer schlechten Störgrößenunterdrückung oder sogar zu einer Verstärkung der Störgröße führen. Wir vertrauen stattdessen auf eine Ausgestaltung des Spitzenfilters beruhend auf dem Minimieren der H_∞-Norm einer Regelsystem-Formulierung, welche die Übertragungsfunktion des Bandtransportsystems, die Geschwindigkeits- und Spannungsfehler sowie den Regelungsaufwand und die Geschwindigkeits- und Spannungsausgangssignale berücksichtigt. Ein derartiges Spitzenfilter kann eine Übertragungsfunktion aufweisen, die durch das Verhältnis von zwei Polynomen zweiter Ordnung definiert ist. Die Spannungsstörgröße τ_dist kann als weißes Rauschen modelliert werden, das von einem Filter W_τ gefiltert wird, das eine Tiefpasskennlinie mit einer zusätzlichen Spitze bei der Störgrößenfrequenz aufweist.
2B ist ein Ablaufplan, der Prozessschritte eines Bandtransportmechanismus und von Spurnachführungs-Regelsystemen gemäß 1 darstellt.
Die Bandtransportregelung 118 erzeugt ein Bandgeschwindigkeitssignal und ein Bandspannungssignal (Schritt 222). In einer Ausführungsform wird ein Bandmedium mittels der Spule 102 und der Spule 104 durch das Bandlaufwerk hindurch transportiert. Während des Lese- bzw. Schreibvorgangs des Bandmediums kann der Dual-Servo-Kanal 110 Datensignale erzeugen, um die Bandgeschwindigkeit anzugeben. Zusätzlich kann der Spannungssensor 124 ein Bandspannungssignal 125 während des Bandtransportvorgangs erzeugen.
Die Bandtransportregelung 118 empfängt Sensorsignale (Schritt 224). In einer Ausführungsform empfängt die Bandtransportregelung 118 eine Mehrzahl von Daten von verschiedenen Sensoren innerhalb des Bandtransportmechanismus und der Spurnachführungs-Regelsysteme. Zum Beispiel empfängt die Bandtransportregelung 118 Daten von den Halleffekt-Sensoren 120, 122, um die sekundäre Bandgeschwindigkeit von einzelnen Spulen zu bestimmen.
Die Bandtransportregelung 118 erzeugt Regelsignale (Schritt 226). In einer Ausführungsform kann das Bandtransport-Regelsystem 118 nach dem Analysieren der von verschiedenen Sensoren empfangenen Signale die Bandgeschwindigkeit über den Motor 1 und den Motor 2 regeln. Zum Beispiel kann die Bandtransportregelung 118 nach dem Empfangen von Daten von Sensorsignalen wie zum Beispiel der Bandgeschwindigkeit, der Kopflage und der LPOS 116 Regelsignale erzeugen, die an Motorregelungs-Schaltungsanordnungen wie zum Beispiel an die Motor-1-Regelung 126 und die Motor-2-Regelung 128 ausgegeben werden.
3 zeigt die Frequenzkennlinie 300 des Gewichtungsfilters W_τ in der Nähe des Bandendes, d.h. für eine Längsposition von 710 m. Der Nenner der Spitzenfilter-Übertragungsfunktion kann durch Wählen der zeitvariablen Mittenfrequenz wie zum Beispiel $ω_{2} = \frac{v}{R_{2}}$
und eines konstanten Dämpfungsverhältnisses wie zum Beispiel
ζ₂ = 0,027 erhalten werden, während die Mittenfrequenz ω₁ und das Dämpfungsverhältnis ζ₁ an dem Zähler durch die H_∞-Norm-Minimierung bei einer gegebenen Anzahl von gleich weit auseinander liegenden Längspositionen des Bandes erhalten werden.
Die 4 und 5 zeigen die Dämpfungsverhältnisse bzw. die Mittenfrequenzen der Terme zweiter Ordnung der H_∞-Spitzenfilter-Übertragungsfunktion im Vergleich zu der Längsposition des Bandes. Für ein Bandsystem mit einer Bandfederkonstante K_T = 170 N/m, einem Dämpfungskoeffizienten D_T = 0,1 N s/m, wobei der Spulenradius in dem Bereich von [0,022 m - 0,047 m] variiert, die Spulenträgheit in dem Bereich von [7×10^-5 Kg m² - 1,9×10^-4 Kg m²] variiert und Wandlerverstärkungen gleich 0,02 N m/A sind, zeigt 4 Beispiele der Dämpfungsverhältnisse der Terme zweiter Ordnung der H_∞-Spitzenfilter-Übertragungsfunktion im Vergleich zu der Längsposition des Bandes. 5 zeigt Beispiele von Mittenfrequenzen der Terme zweiter Ordnung der H_∞-Spitzenfilter-Übertragungsfunktion im Vergleich zu der Längsposition des Bandes. Wie vorstehend erwähnt, ist es wichtig, ein Spannungsregelungsverfahren zu konzipieren, bei dem keine aufwendigen Spannungssensoren in den Bandlaufweg eingefügt werden müssen. In einer Ausführungsform kann eine Spannungsregelungstechnik die Differenz der Seitenlagenschätzungen aus den beiden Servokanälen nutzen, um eine Schätzung der zurückzuführenden Spannung zu erhalten. Unter Verwendung der bekannten Geometrie der Bandanordnung und des Hookeschen Gesetzes, das Spannungs- und Dehnungstensoren in elastischen Materialien zueinander in Beziehung setzt, wird eine Schätzung der Spannungsschwankung Abgegeben durch $Δ T \approx - \frac{4 ε E}{v} (y_{c h 1} - y_{c h 0}),$
wobei y_ch1 und y_ch0 die Seitenlagenschätzungen von den beiden Servokanälen darstellen, ε die Banddicke bezeichnet und E und u den E-Modul bzw. die Poissonzahl des Bandmediums sind. Der Ausdruck stellt eine Schätzung der dynamischen Spannungsschwankung bereit, erlaubt aber keine Kompensation der Spannungsschwankungen bei sehr niedrigen Frequenzen nahe der Gleichstromgrenze aufgrund der sehr langsam variierenden Abweichung des Abstands zwischen Servobändern von dem Nennwert aufgrund von Kriechdehnung sowie Temperatur- und Feuchtigkeitsschwankungen. Um dieses Phänomen zu umgehen, kann ein Hochpassabschnitt des Typs s/(s + a) in die Übertragungsfunktion von K_var(s) mit aufgenommen werden, und es können zeitvariable Vorwärtsregelungsfilter K_ff,i und K_ff,o mit aufgenommen werden, um den Gleichstrom-Spannungswert anzupassen, wie in 2 veranschaulicht ist.
Die Verhaltensverbesserungen von Ausführungsformen des Bandtransport-Servomechanismus können unter Verwendung eines experimentellen Bandlaufweges verdeutlicht werden. Der Bandlaufweg besteht aus der Maschinen- und Archivierungsspule und vier flanschlosen Laufrollenelementen, wie in 1 gezeigt ist. Die Bandspannung kann aus zwei Dehnungsmessstreifen, die auf zwei der Laufrollen montiert sind, sowie aus der Verwendung der Differenz von zwei Seitenlagenschätzungen, wie vorstehend beschrieben, erhalten werden. Die 6 und 7 vergleichen die experimentellen Wellenformen der Spannung, die unter Verwendung des Spannungssensors mit der durch die Seitenlagendifferenz erhaltenen Spannungsschätzung gemessen wurde. Wie in den Figuren gezeigt ist, zeigt die durch die Seitenlagendifferenz erhaltene Schätzung eine starke niederfrequente Komponente, die bei der durch den Spannungssensor erhaltenen Messung nicht vorhanden ist. Diese Niederfrequenz-Kennlinie steht nicht mit Spannungsschwankungen im Zusammenhang, sondern ergibt sich hauptsächlich aus Kriechdehnung und Bandwickelbeanspruchung. Neben dem niederfrequenten Bereich erfassen beide Messungen sehr gut die Spannungs-Hauptstörgröße, die bei Frequenzen von 10 - 20 Hz als breite Spitze auftritt. Diese Spannungsstörgröße entsteht durch die Exzentrizität der Zuführspule, und ihre spektrale Komponente nimmt mit der Zeit zu, wenn der Radius der Zuführspule abnimmt. Schließlich ist die Spitze bei der Frequenz von 200 Hz, die bei der durch den Spannungssensor erhaltenen Messung auftritt, ein Effekt der Sensorresonanz und steht nicht im Zusammenhang mit einer Messung der Bandspannung.
Die vorstehend beschriebenen Bandtransport-Servomechanismen wurden bei dem experimentellen Bandtransport umgesetzt, und Messungen von dem Spannungssensor wurden verwendet, um das Verhalten des Regelsystems zu bewerten. Die 8 und 9 zeigen einen Vergleich der Spannungsmessung für drei Konfigurationen von Steuer- bzw. Regelsystemen nämlich a) ohne Rückführung der Spannung, b) mit einem Regler mit Rückführung, der um ein zeitvariables Spitzenfilter nach dem klassischen Ansatz ergänzt wurde, und c) mit einem Regler mit Rückführung, der um ein zeitvariables Filter mit Parametern, die unter Verwendung der H∞-Methodik optimiert wurden, ergänzt wurde. Beide Regelungsschemata zeigen ein verbessertes Verhalten bei der Frequenz der Hauptstörgröße der Zuführspule im Vergleich zu dem Bandtransport ohne Rückführung. Da jedoch die Störgrößenfrequenz mit der Zeit zunimmt, während sich das Band von dem Bandanfang zu dem Bandende bewegt, weist das Bandtransportsystem mit dem klassischen Spitzenfilter eine Verstärkung der Spannungsstörgröße auf. Dieses Problem wird durch den Bandtransport-Servomechanismus gemildert, der das H_∞-optimierte Spitzenfilter beinhaltet. Hinsichtlich der Standardabweichung der Spannung verbessert sich das Verhalten von 0,022 N für den Fall ohne Rückführung auf 0,014 N bzw. 0,011 N für die Regelung mit dem klassischen bzw. dem H_∞-Spitzenfilter.
Schließlich wurde für die Spannungsrückführung die Spannungsregelungstechnik verwendet, die auf der Differenz der Seitenlagenschätzungen beruht. In diesem Fall wurde, wie in dem vorherigen Abschnitt beschrieben, ein Hochpassfilter in den Regler mit aufgenommen, um eine Korrektur der niederfrequenten Effekte durch Kriechdehnung zu vermeiden. 10 zeigt einen Vergleich der Spannungsmessung für den Fall ohne Spannungsrückführung und mit einem Regler mit Rückführung, der um das H_∞-optimierte Spitzenfilter ergänzt wurde. 11 zeigt einen Vergleich der spektralen Leistungsdichte für den Fall ohne Spannungsrückführung und mit einem Regler mit Rückführung, der um das H_∞-optimierte Spitzenfilter ergänzt wurde. Die Spannungsrückführung beruht in diesem Fall auf der Differenz der Seitenlagenschätzungen. Die experimentellen Ergebnisse zeigen, dass das Bandtransportverhalten bei der Frequenz der Hauptstörgröße der Zuführspule verbessert wird. Hinsichtlich der Standardabweichung der Spannung verbessert sich das Verhalten von 0,022 N für den Fall ohne Rückführung auf 0,013 N für die Regelung mit der Spannungsschätzung. Dementsprechend ist es möglich, das Spannungsverhalten zu verbessern, ohne dass zusätzliche Sensoren in dem Bandlaufweg für die Spannungsmessung erforderlich sind.
Ein beispielhaftes Blockschaubild einer Datenverarbeitungseinheit 1200, in dem Prozesse, die mit den hierin beschriebenen Ausführungsformen einhergehen, umgesetzt werden können, ist in 12 gezeigt. Bei der Datenverarbeitungsvorrichtung 1200 kann es sich um ein programmiertes Universalcomputersystem wie zum Beispiel einen eingebetteten Prozessor, ein System-on-Chip, einen Personal Computer, eine Workstation, ein Server-System und einen Minicomputer oder einen Mainframe-Computer handeln, oder das System 1200 kann in einer speziellen Verarbeitungseinheit beinhaltet sein wie zum Beispiel einer im Feld programmierbaren Gatter-Anordnung (FPGA), einer maßgeschneiderten oder teilweise maßgeschneiderten anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC) oder einer anderen Verarbeitungseinheit. Die Datenverarbeitungseinheit 1200 kann einen oder mehrere Prozessoren (CPUs) 1202A - 1202N, eine Eingabe/Ausgabe-Schaltungsanordnung 1204, einen Netzwerkadapter 1206 und einen Speicher 1208 beinhalten. Die CPUs 1202A-1202N führen Programmanweisungen aus, um die Funktionen der vorliegenden Erfindung auszuführen. 12 veranschaulicht eine Ausführungsform, in der die Datenverarbeitungseinheit 1200 als ein einzelnes Multiprozessorsystem umgesetzt ist, in dem mehrere Prozessoren 1202A - 1202N Systemressourcen wie zum Beispiel den Speicher 1208, die Eingabe/Ausgabe-Schaltungsanordnung 1204 und den Netzwerkadapter 1206 gemeinsam nutzen. Die vorliegende Erfindung sieht jedoch auch Ausführungsformen vor, in denen die Datenverarbeitungseinheit 1200 in anderen Konfigurationen umgesetzt ist.
Die Eingabe/Ausgabe-Schaltungsanordnung 1204 stellt die Möglichkeit bereit, Daten in die Datenverarbeitungseinheit 1200 einzugeben oder Daten aus dieser Einheit auszugeben. Zum Beispiel kann die Eingabe/Ausgabe-Schaltungsanordnung Eingabeeinheiten wie zum Beispiel Tastaturen, Mäuse, Tastfelder, Rollkugeln, Scanner, Analog-Digital-Wandler usw., Ausgabeeinheiten wie zum Beispiel Videoadapter, Monitore, Drucker, Digital-Analog-Wandler usw. sowie Eingabe/Ausgabe-Einheiten wie zum Beispiel Modems usw. beinhalten. Der Netzwerkadapter 1206 bildet die Schnittstelle zwischen der Einheit 1200 und einem Netzwerk 1210. Bei dem Netzwerk 1210 kann es sich um ein öffentliches oder geschütztes LAN oder WAN handeln, einschließlich des Internets, ohne darauf beschränkt zu sein.
In dem Speicher 1208 sind Programmanweisungen gespeichert, die von der CPU 1202 ausgeführt werden, sowie Daten, die von der CPU 1202 verwendet und verarbeitet werden, um die Funktionen der Datenverarbeitungseinheit 1200 auszuführen. Der Speicher 1208 kann zum Beispiel elektronische Speichereinheiten wie zum Beispiel Direktzugriffsspeicher (RAM), Nur-Lese-Speicher (ROM), programmierbaren Nur-Lese-Speicher (PROM), elektrisch löschbaren programmierbaren Nur-Lese-Speicher (EEPROM), Flash-Speicher usw. sowie elektromechanischen Speicher wie zum Beispiel Magnetplattenlaufwerke, Bandlaufwerke, optische Plattenlaufwerke usw. beinhalten, die eine IDE-Schnittstelle (Festplatten-Schnittstelle - Integrated Drive Electronics) oder eine Abwandlung oder Erweiterung derselben wie zum Beispiel EIDE (Festplatten-Schnittstelle - Enhanced Integrated Drive Electronics) oder einen ultradirekten Speicherzugriff (UDMA, ultra-direct memory access) oder eine auf SCSI (Small Computer System Interface) beruhende Schnittstelle oder eine Abwandlung oder Erweiterung derselben wie zum Beispiel Fast-SCSI, Wide-SCSI, Fast-and-Wide-SCSI usw. oder eine SATA-Schnittstelle (serielle Schnittstelle zwischen Prozessor und Festplatte - Serial Advanced Technology Attachment) oder eine Abwandlung oder Erweiterung derselben oder eine FC-AL-Schnittstelle (Ringtopologie - Fibre-Channel-Arbitrated-Loop) verwenden können.
Der Inhalt des Speichers 1208 kann je nach der Funktion, für deren Durchführung die Datenverarbeitungseinheit 1200 programmiert ist, variieren. In dem in 12 gezeigten Beispiel werden beispielhafte Speicherinhalte dargestellt, die Routinen und Daten für Ausführungsformen der vorstehend beschriebenen Prozesse darstellen, wie zum Beispiel Prozesse, die von der in 1 gezeigten Bandtransportregelung 118 durchgeführt werden können. Ein Fachmann wird jedoch erkennen, dass diese Routinen zusammen mit den mit diesen Routinen verbundenen Speicherinhalten nicht auf einem System oder einer Vorrichtung enthalten sein müssen, sondern beruhend auf wohl bekannten technischen Überlegungen stattdessen auf eine Mehrzahl von Systemen oder Einheiten verteilt sein können. Die vorliegende Erfindung zieht alle derartigen Anordnungen in Erwägung.
In dem in 12 gezeigten Beispiel kann der Speicher 1208 Sensordaten-Erfassungsroutinen 1212, Signalverarbeitungsroutinen 1214, Regelausgaberoutinen 1216 und ein Betriebssystem 1218 beinhalten. Zum Beispiel können Sensordaten-Erfassungsroutinen-Zellendaten 1212 Routinen beinhalten, die mit einem oder mehreren Sensoren wie zum Beispiel den Hall-Sensoren 120, 122 und einem oder mehreren Spannungssensoren 124, die in 1 gezeigt sind, zusammenwirken. Die Signalverarbeitungsroutinen 1214 können Routinen zum Verarbeiten der empfangenen Signaldaten beinhalten, um den Betrieb eines Bandantriebssystems 100 zu regeln, wie in 1 gezeigt ist. Die Regelausgaberoutinen 1216 können Routinen zum Erzeugen und Ausgeben von Regelsignalen beinhalten wie zum Beispiel Regelsignale für die Motor-1-Regelung 126 und die Motor-2-Regelung 128, die in 1 gezeigt sind. Das Betriebssystem 1218 stellt die gesamte Funktionalität des Systems bereit.
Wie in 12 gezeigt ist, sieht die vorliegende Erfindung die Umsetzung auf einem System oder auf Systemen vor, der/die Multiprozessor-, Multitasking-, Multiprozess- und/oder Multi-Thread-Datenverarbeitung bereitstellt/bereitstellen, sowie die Umsetzung auf Systemen, die lediglich Einzelprozessor-, Einzel-Thread-Datenverarbeitung anbieten. Multiprozessor-Datenverarbeitung geht mit dem Durchführen von Datenverarbeitung unter Verwendung von mehr als einem Prozessor einher. Multitasking-Datenverarbeitung geht mit dem Durchführen von Datenverarbeitung unter Verwendung von mehr als einem Betriebssystem-Task einher. Ein Task ist ein Betriebssystem-Konzept, das sich auf die Kombination aus einem ausgeführten Programm und von dem Betriebssystem verwendeten organisatorischen Informationen bezieht. Immer dann, wenn ein Programm ausgeführt wird, erstellt das Betriebssystem einen neuen Task dafür. Der Task ist für das Programm dahingehend wie ein Umschlag, dass er das Programm mit einer Aufgabennummer kennzeichnet und andere organisatorische Informationen daran anhängt. Viele Betriebssysteme, darunter Linux, UNIX^®, OS/2^® und Windows^®, sind in der Lage, viele Tasks gleichzeitig auszuführen und werden als Multitasking-Betriebssysteme bezeichnet. Multitasking ist die Fähigkeit eines Betriebssystems, mehr als eine ausführbare Datei gleichzeitig auszuführen. Jede ausführbare Datei läuft in einem eigenen Adressraum, was bedeutet, dass die ausführbaren Dateien keine Möglichkeit haben, irgendeinen Teil ihres Speichers zu teilen. Dies bietet Vorteile, da es für kein Programm möglich ist, die Ausführung eines der anderen auf dem System laufenden Programme zu stören. Die Programme haben jedoch keine Möglichkeit, Informationen auszutauschen, außer über das Betriebssystem (oder durch das Lesen von Dateien, die auf dem Dateisystem gespeichert sind). Multiprozess-Datenverarbeitung ist ähnlich wie die Multitasking-Datenverarbeitung, da die Begriffe Task und Prozess häufig austauschbar verwendet werden, obwohl einige Betriebssysteme eine Unterscheidung zwischen den beiden treffen.
Bei der vorliegenden Erfindung kann es sich um ein System, ein Verfahren und/oder ein Computerprogrammprodukt auf jedem möglichen technischen Detaillierungsgrad der Integration handeln. Das Computerprogrammprodukt kann (ein) durch einen Computer lesbare(s) Speichermedium (oder -medien) beinhalten, auf dem/denen durch einen Computer lesbare Programmanweisungen gespeichert ist/sind, um einen Prozessor dazu zu veranlassen, Aspekte der vorliegenden Erfindung auszuführen. Bei dem durch einen Computer lesbaren Speichermedium kann es sich um eine physische Einheit handeln, die Anweisungen zur Verwendung durch ein System zur Ausführung von Anweisungen behalten und speichern kann.
Bei dem durch einen Computer lesbaren Speichermedium kann es sich zum Beispiel um eine elektronische Speichereinheit, eine magnetische Speichereinheit, eine optische Speichereinheit, eine elektromagnetische Speichereinheit, eine Halbleiterspeichereinheit oder jede geeignete Kombination daraus handeln, ohne auf diese beschränkt zu sein. Zu einer nicht erschöpfenden Liste spezifischerer Beispiele des durch einen Computer lesbaren Speichermediums gehören die Folgenden: eine tragbare Computerdiskette, eine Festplatte, ein Direktzugriffsspeicher (RAM), ein Nur-Lese-Speicher (ROM), ein löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher (EPROM bzw. Flash-Speicher), ein statischer Direktzugriffsspeicher (SRAM), ein tragbarer Kompaktspeicherplatte-Nur-Lese-Speicher (CD-ROM), eine DVD (digital versatile disc), ein Speicher-Stick, eine Diskette, eine mechanisch kodierte Einheit wie zum Beispiel Lochkarten oder gehobene Strukturen in einer Rille, auf denen Anweisungen gespeichert sind, und jede geeignete Kombination daraus. Ein durch einen Computer lesbares Speichermedium soll in der Verwendung hierin nicht als flüchtige Signale an sich aufgefasst werden, wie zum Beispiel Funkwellen oder andere sich frei ausbreitende elektromagnetische Wellen, elektromagnetische Wellen, die sich durch einen Wellenleiter oder ein anderes Übertragungsmedium ausbreiten (z.B. durch ein Glasfaserkabel geleitete Lichtimpulse) oder durch einen Draht übertragene elektrische Signale.
Hierin beschriebene, durch einen Computer lesbare Programmanweisungen können von einem durch einen Computer lesbaren Speichermedium auf jeweilige Datenverarbeitungs-/Verarbeitungseinheiten oder über ein Netzwerk wie zum Beispiel das Internet, ein lokales Netzwerk, ein Weitverkehrsnetz und/oder ein drahtloses Netzwerk auf einen externen Computer oder eine externe Speichereinheit heruntergeladen werden. Das Netzwerk kann Kupferübertragungskabel, Lichtwellenübertragungsleiter, drahtlose Übertragung, Leitwegrechner, Firewalls, Vermittlungseinheiten, Gateway-Computer und/oder Edge-Server aufweisen. Eine Netzwerkadapterkarte oder Netzwerkschnittstelle in jeder Datenverarbeitungs-/Verarbeitungseinheit empfängt durch einen Computer lesbare Programmanweisungen aus dem Netzwerk und leitet die durch einen Computer lesbaren Programmanweisungen zur Speicherung in einem durch einen Computer lesbaren Speichermedium innerhalb der entsprechenden Datenverarbeitungs-/Verarbeitungseinheit weiter.
Bei durch einen Computer lesbaren Programmanweisungen zum Ausführen von Arbeitsschritten der vorliegenden Erfindung kann es sich um Assembler-Anweisungen, ISA-Anweisungen (Instruction-Set-Architecture), Maschinenanweisungen, maschinenabhängige Anweisungen, Mikrocode, Firmware-Anweisungen, zustandssetzende Daten, Konfigurationsdaten für integrierte Schaltungen oder entweder Quellcode oder Objektcode handeln, die in einer beliebigen Kombination aus einer oder mehreren Programmiersprachen geschrieben werden, darunter objektorientierte Programmiersprachen wie Smalltalk, C++ o.ä. sowie herkömmliche prozedurale Programmiersprachen wie die Programmiersprache „C“ oder ähnliche Programmiersprachen. Die durch einen Computer lesbaren Programmanweisungen können vollständig auf dem Computer des Benutzers, teilweise auf dem Computer des Benutzers, als eigenständiges Software-Paket, teilweise auf dem Computer des Benutzers und teilweise auf einem entfernt angeordneten Computer oder vollständig auf dem entfernt angeordneten Computer oder Server ausgeführt werden. In letzterem Fall kann der entfernt angeordnete Computer mit dem Computer des Benutzers durch eine beliebige Art Netzwerk verbunden sein, darunter ein lokales Netzwerk (LAN) oder ein Weitverkehrsnetz (WAN), oder die Verbindung kann mit einem externen Computer hergestellt werden (zum Beispiel über das Internet unter Verwendung eines Internet-Dienstanbieters). In einigen Ausführungsformen können elektronische Schaltungen, darunter zum Beispiel programmierbare Logikschaltungen, im Feld programmierbare Gatter-Anordnungen (FPGA, field programmable gate arrays) oder programmierbare Logikanordnungen (PLA, programmable logic arrays) die durch einen Computer lesbaren Programmanweisungen ausführen, indem sie Zustandsinformationen der durch einen Computer lesbaren Programmanweisungen nutzen, um die elektronischen Schaltungen zu personalisieren, um Aspekte der vorliegenden Erfindung durchzuführen.
Aspekte der vorliegenden Erfindung sind hierin unter Bezugnahme auf Ablaufpläne und/oder Blockschaltbilder bzw. Schaubilder von Verfahren, Vorrichtungen (Systemen) und Computerprogrammprodukten gemäß Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass jeder Block der Ablaufpläne und/oder der Blockschaltbilder bzw. Schaubilder sowie Kombinationen von Blöcken in den Ablaufplänen und/oder den Blockschaltbildern bzw. Schaubildern mittels durch einen Computer lesbare Programmanweisungen ausgeführt werden können.
Diese durch einen Computer lesbaren Programmanweisungen können einem Prozessor eines Universalcomputers, eines Spezialcomputers oder einer anderen programmierbaren Datenverarbeitungsvorrichtung bereitgestellt werden, um eine Maschine zu erzeugen, so dass die über den Prozessor des Computers bzw. der anderen programmierbaren Datenverarbeitungsvorrichtung ausgeführten Anweisungen ein Mittel zur Umsetzung der in dem Block bzw. den Blöcken der Ablaufpläne und/oder der Blockschaltbilder bzw. Schaubilder festgelegten Funktionen/Schritte erzeugen. Diese durch einen Computer lesbaren Programmanweisungen können auch auf einem durch einen Computer lesbaren Speichermedium gespeichert sein, das einen Computer, eine programmierbare Datenverarbeitungsvorrichtung und/oder andere Einheiten so steuern kann, dass sie auf eine bestimmte Art funktionieren, so dass das durch einen Computer lesbare Speichermedium, auf dem Anweisungen gespeichert sind, ein Herstellungsprodukt aufweist, darunter Anweisungen, welche Aspekte der/des in dem Block bzw. den Blöcken des Ablaufplans und/oder der Blockschaltbilder bzw. Schaubilder angegebenen Funktion/Schritts umsetzen.
Die durch einen Computer lesbaren Programmanweisungen können auch auf einen Computer, eine andere programmierbare Datenverarbeitungsvorrichtung oder eine andere Einheit geladen werden, um das Ausführen einer Reihe von Prozessschritten auf dem Computer bzw. der anderen programmierbaren Vorrichtung oder anderen Einheit zu verursachen, um einen auf einem Computer ausgeführten Prozess zu erzeugen, so dass die auf dem Computer, einer anderen programmierbaren Vorrichtung oder einer anderen Einheit ausgeführten Anweisungen die in dem Block bzw. den Blöcken der Ablaufpläne und/oder der Blockschaltbilder bzw. Schaubilder festgelegten Funktionen/Schritte umsetzen.
Die Ablaufpläne und die Blockschaltbilder bzw. Schaubilder in den Figuren veranschaulichen die Architektur, die Funktionalität und den Betrieb möglicher Ausführungen von Systemen, Verfahren und Computerprogrammprodukten gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. In diesem Zusammenhang kann jeder Block in den Ablaufplänen oder Blockschaltbildern bzw. Schaubildern ein Modul, ein Segment oder einen Teil von Anweisungen darstellen, die eine oder mehrere ausführbare Anweisungen zur Ausführung der bestimmten logischen Funktion(en) aufweisen. In einigen alternativen Ausführungen können die in dem Block angegebenen Funktionen in einer anderen Reihenfolge als in den Figuren gezeigt stattfinden. Zwei nacheinander gezeigte Blöcke können zum Beispiel in Wirklichkeit im Wesentlichen gleichzeitig ausgeführt werden, oder die Blöcke können manchmal je nach entsprechender Funktionalität in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt werden. Es ist ferner anzumerken, dass jeder Block der Blockschaltbilder bzw. Schaubilder und/oder der Ablaufpläne sowie Kombinationen aus Blöcken in den Blockschaltbildern bzw. Schaubildern und/oder den Ablaufplänen durch spezielle auf Hardware beruhende Systeme umgesetzt werden können, welche die festgelegten Funktionen oder Schritte durchführen, oder Kombinationen aus Spezial-Hardware und Computeranweisungen ausführen.
Obwohl spezifische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, wird der Fachmann verstehen, dass es andere Ausführungsformen gibt, die gleichbedeutend mit den beschriebenen Ausführungsformen sind. Dementsprechend sollte klar sein, dass die Erfindung nicht durch die spezifischen veranschaulichten Ausführungsformen, sondern lediglich durch den Umfang der beigefügten Ansprüche beschränkt werden soll.

Claims

Geschlossenes Regelsystem zum Regeln eines Bandtransports von einer ersten Bandspule mit einem ersten Spulenmotor zu einer zweiten Bandspule mit einem zweiten Spulenmotor in einem Bandantriebssystem, das System aufweisend: eine Schaltungsanordnung, die dazu ausgelegt ist, ein oder mehrere Signale auszugeben, die eine Bandgeschwindigkeit, einen Radius der ersten Bandspule und/oder der zweiten Bandspule und eine Bandspannung darstellen; und eine Regelkreisanordnung, die dazu ausgelegt ist, das eine oder die mehreren Signale zu empfangen, welche die Bandgeschwindigkeit, den Radius der ersten Bandspule und/oder der zweiten Bandspule und die Bandspannung darstellen, und beruhend auf den empfangenen Signalen mindestens ein Regelsignal zu erzeugen, um den ersten Spulenmotor und/oder den zweiten Spulenmotor zu regeln, um eine Spannungsstörgröße bei zumindest einer Frequenz zu verringern, die einer zeitvariablen Spulendrehfrequenz entspricht, und zwar beruhend auf Reglerparametern, die von der Bandgeschwindigkeit und dem Radius der ersten Bandspule und/oder der zweiten Bandspule abhängen, wobei die Regelkreisanordnung darüber hinaus konfiguriert ist zum Verringern einer Spannungsstörgröße beruhend auf einem Spitzenfilter mit einer Übertragungsfunktion, die durch das Verhältnis von zwei Polynomen zweiter Ordnung definiert ist.
System nach Anspruch 1, wobei die Schaltungsanordnung dazu ausgelegt ist, ein Signal auszugeben, das die Bandspannung darstellt, das System aufweisend: zwei Servokanäle, die dazu ausgelegt sind, Signale von zwei Servolesern zu empfangen, die sich auf einem Bandkopf befinden und so konfiguriert sind, dass sie Signale ausgeben, die von benachbarten Servobändern auf dem Band gelesen werden; eine Schaltungsanordnung, die dazu ausgelegt ist, eine Seitenlagenschätzung für jeden der beiden Servokanäle beruhend auf den von den beiden Servolesern ausgegebenen Signalen zu bestimmen; und eine Schaltungsanordnung, die dazu ausgelegt ist, die Bandspannung beruhend auf einer Differenz zwischen den Seitenlagenschätzungen von den beiden Servokanälen zu bestimmen.
System nach Anspruch 2, wobei die Bandspannung beruhend auf einer Differenz zwischen den Seitenlagenschätzungen von den beiden Servokanälen bestimmt wird, das System aufweisend: $Δ T \approx - \frac{4 ε E}{v} (y_{c h 1} - y_{c h 0}),$
wobei y_ch1 und y_ch0 die Seitenlagenschätzungen von den beiden benachbarten Servokanälen darstellen, ε die Banddicke darstellt und E den E-Modul eines Bandmediums darstellt und u die Poissonzahl des Bandmediums darstellt.
System nach Anspruch 1, wobei eine Mittenfrequenz und ein Dämpfungsverhältnis des Zählers des Spitzenfilters auf einer H_∞-Norm-Minimierung einer Regelsystem-Formulierung an einer Anzahl von gleich weit auseinander liegenden Längspositionen des Bandes beruhen und der Nenner des Spitzenfilters auf einer ausgewählten zeitvariablen Mittenfrequenz und einem konstanten Dämpfungsverhältnis beruht.
System nach Anspruch 1, wobei die Regelkreisanordnung darüber hinaus konfiguriert ist zum Verringern einer Spannungsstörgröße beruhend auf einem Spitzenfilter mit einer Übertragungsfunktion beruhend auf einer Minimierung einer H_∞-Norm einer Regelsystem-Formulierung, die auf der Übertragungsfunktion des Bandtransportsystems, auf Fehlern in der Bandgeschwindigkeit, auf Fehlern in der Bandspannung und auf dem Ausgangsregelsignal beruht.
Bandtransportsystem, aufweisend: eine erste Bandspule mit einem ersten Spulenmotor, eine zweite Bandspule mit einem zweiten Spulenmotor und einen Bandkopf; eine Schaltungsanordnung, die dazu ausgelegt ist, ein oder mehrere Signale auszugeben, die eine Bandgeschwindigkeit, einen Radius der ersten Bandspule und/oder der zweiten Bandspule und eine Bandspannung darstellen; und eine Regelkreisanordnung, die dazu ausgelegt ist, das eine oder die mehreren Signale zu empfangen, welche die Bandgeschwindigkeit, den Radius der ersten Bandspule und/oder der zweiten Bandspule und die Bandspannung darstellen, und beruhend auf den empfangenen Signalen mindestens ein Regelsignal zu erzeugen, um den ersten Spulenmotor und/oder den zweiten Spulenmotor zu regeln, um eine Spannungsstörgröße bei zumindest einer Frequenz zu verringern, die einer zeitvariablen Spulendrehfrequenz entspricht, und zwar beruhend auf Reglerparametern, die von der Bandgeschwindigkeit und dem Radius der ersten Bandspule und/oder der zweiten Bandspule abhängen, wobei die Regelkreisanordnung darüber hinaus konfiguriert ist zum Verringern einer Spannungsstörgröße beruhend auf einem Spitzenfilter mit einer Übertragungsfunktion, die durch das Verhältnis von zwei Polynomen zweiter Ordnung definiert ist.
System nach Anspruch 6, wobei die Schaltungsanordnung zum Ausgeben eines die Bandspannung darstellenden Signals Folgendes aufweist: zwei Servokanäle, die dazu ausgelegt sind, Signale von zwei Servolesern zu empfangen, die sich auf einem Bandkopf befinden und so konfiguriert sind, dass sie Signale ausgeben, die von benachbarten Servobändern auf dem Band gelesen werden; eine Schaltungsanordnung, die dazu ausgelegt ist, eine Seitenlagenschätzung für jeden der beiden Servokanäle beruhend auf den von den beiden Servolesern ausgegebenen Signalen zu bestimmen; und eine Schaltungsanordnung, die dazu ausgelegt ist, die Bandspannung beruhend auf einer Differenz zwischen den Seitenlagenschätzungen von den beiden Servokanälen zu bestimmen.
System nach Anspruch 7, wobei die Bandspannung beruhend auf einer Differenz zwischen den Seitenlagenschätzungen von den beiden Servokanälen bestimmt wird, aufweisend: $Δ T \approx - \frac{4 ε E}{v} (y_{c h 1} - y_{c h 0}),$
wobei y_ch1 und y_ch0 die Seitenlagenschätzungen von den beiden benachbarten Servokanälen darstellen, ε die Banddicke darstellt und E den E-Modul eines Bandmediums darstellt und u die Poissonzahl des Bandmediums darstellt.
System nach Anspruch 6, wobei eine Mittenfrequenz und ein Dämpfungsverhältnis des Zählers des Spitzenfilters auf einer H_∞-Norm-Minimierung einer Regelsystem-Formulierung an einer Anzahl von gleich weit auseinander liegenden Längspositionen des Bandes beruhen und der Nenner des Spitzenfilters auf einer ausgewählten zeitvariablen Mittenfrequenz und einem konstanten Dämpfungsverhältnis beruht.
System nach Anspruch 6, wobei die Regelkreisanordnung darüber hinaus konfiguriert ist zum Verringern einer Spannungsstörgröße beruhend auf einem Spitzenfilter mit einer Übertragungsfunktion beruhend auf einer Minimierung einer H_∞-Norm einer Regelsystem-Formulierung, die auf der Übertragungsfunktion des Bandtransportsystems, auf Fehlern in der Bandgeschwindigkeit, auf Fehlern in der Bandspannung und auf dem Ausgangsregelsignal beruht.
Verfahren für ein Bandtransportsystem, das Verfahren aufweisend: Erzeugen eines oder mehrerer Signale, die eine Bandgeschwindigkeit, einen Radius einer ersten Bandspule und/oder einer zweiten Bandspule und eine Bandspannung darstellen; Empfangen eines oder mehrerer Signale, welche die Bandgeschwindigkeit, den Radius der ersten Bandspule und/oder der zweiten Bandspule und die Bandspannung darstellen; beruhend auf den empfangenen Signalen, Erzeugen mindestens eines Regelsignals, um den ersten Spulenmotor und/oder den zweiten Spulenmotor zu regeln, um eine Spannungsstörgröße bei zumindest einer Frequenz zu verringern, die einer zeitvariablen Spulendrehfrequenz entspricht, und zwar beruhend auf Reglerparametern, die von der Bandgeschwindigkeit und dem Radius der ersten Bandspule und/oder der zweiten Bandspule abhängen; und Verringern einer Spannungsstörgröße beruhend auf einem Spitzenfilter mit einer Übertragungsfunktion, die durch das Verhältnis von zwei Polynomen zweiter Ordnung definiert ist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Erzeugen eines die Bandspannung darstellenden Signals Folgendes aufweist: Empfangen von Signalen von zwei Servokanälen, die Signale von zwei Servolesern empfangen, die sich auf einem Bandkopf befinden und zum Ausgeben von Signalen konfiguriert sind, die von benachbarten Servobändern auf dem Band gelesen werden; Bestimmen einer Seitenlagenschätzung für jeden der beiden Servokanäle beruhend auf den empfangenen Signalen; und Bestimmen der Bandspannung beruhend auf einer Differenz zwischen den Seitenlagenschätzungen von den beiden Servokanälen.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Bandspannung beruhend auf einer Differenz zwischen den Seitenlagenschätzungen von den beiden Servokanälen bestimmt wird, aufweisend: $Δ T \approx - \frac{4 ε E}{v} (y_{c h 1} - y_{c h 0}),$
wobei y_ch1 und y_ch0 die Seitenlagenschätzungen von den beiden benachbarten Servokanälen darstellen, ε die Banddicke darstellt und E den E-Modul eines Bandmediums darstellt und u die Poissonzahl des Bandmediums darstellt.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei eine Mittenfrequenz und ein Dämpfungsverhältnis des Zählers des Spitzenfilters auf einer H_∞-Norm-Minimierung einer Regelsystem-Formulierung an einer Anzahl von gleich weit auseinander liegenden Längspositionen des Bandes beruhen und der Nenner des Spitzenfilters auf einer ausgewählten zeitvariablen Mittenfrequenz und einem konstanten Dämpfungsverhältnis beruht.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Regelkreisanordnung darüber hinaus konfiguriert ist zum Verringern einer Spannungsstörgröße beruhend auf einem Spitzenfilter mit einer Übertragungsfunktion beruhend auf einer Minimierung einer H_∞-Norm einer Regelsystem-Formulierung, die auf der Übertragungsfunktion des Bandtransportsystems, auf Fehlern in der Bandgeschwindigkeit, auf Fehlern in der Bandspannung und auf dem Ausgangsregelsignal beruht.