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Servo-Steuereinrichtung für den Xofträgerantrieb eines Vides-Aufzeichnungsgerätes
Die Erfindung betrifft eine Servo-Steuereinrichtung für die Regelung des Antriebes
eines in einer Trommel umlaufenden Trägers mit einem oder mehreren Köpfen zur Aufzeichnung
oder Wiedergabe von Video- oder ähnlichen Signalen auf einem um die Trommel geführten
bandförmigen Träger, vorzugsweise einem Magnetband, nach dem Schrägspur-Verfahren.
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Bei der Video-Aufzeichnung nach diesem Verfahren entspricht jede einzelne
schräge Spur auf dem Magnetband einem vollen oder einem Teil-Bild der der Bildzerlegung
zugrundegelegten Fernsehnorm. Für die Aufzeichnung besteht die Aufgabe, den umlaufenden
Kopfträger so mit dem Video-Signal zu synchronisieren, daß jedes auf einer solchen
Spur aufgezeichnete Bild beispielsweise immer an der oberen Bandkante beginnt und
an der unteren Bandkante endet, wobei Schwankungen der Bandgeschwindigkeit und sonstige
Störungen des Antriebes durch eine Servo-Steuereinrichtung ausgeregelt werden müssen.
Bei der Wiedergabe vom Band muß der Kopf wieder genau über die gleichen Spuren geführt
werden. Für den bildsynchronen Bandlauf muß durch diese Regeleinrichtungen nicht
nur die Relativgeschwindigkeit zwischen umlaufendem Kopf und Band durch Synchronisieren
der Kopfträger-Drehzahl konstant gehalten, sondern auch die Phase des Kopfträgerantriebes
starr in der erwähnten und vorher eingestellten Lage festgehalten werden.
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In den bekannten Servo-Steuereinrichtungen für die Kopfrad-Regelung
werden vom umlaufenden Kopfträger abgeleitete Bezugsimpulse mit den dem aufzuzeichnenden
Video-Signal entnommenen SynchronisierVertikal-Impulsen, z.B. nach der europäischen
Fernsehnorm mit einer Wiederholfrequenz von 50 Nz, oder bei Wiedergabe mit dem entsprechenden
auf
dem Band aufgezeichneten Ersatzimpulsen der gleichen Frequenz nach Frequenz und
Phase verglichen und daraus ein oder mehrere Fehler- und Steuersignale zum Ausregeln
einer etwa auftretenden Abweichung des Kopfträger-Antriebes unter Bildung eines
geschlossenen Regelkreises abgeleitet. Die durch diese signale bewirkte Regelung
des Kopftrtiger-Antriebes kann beispielsweise durch eine mehr oder weniger starke
elektromagnetische Bremsung aus übersynchroner Drehzahl des Antriebsmotors, als
direkte Regelung des benutzten Gleichstrom- oder Asynchron-Motors oder durch eine
Kombination von mehreren Regelmethoden erfolgen.
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Bei den meisten bekannten Systemen werden die Fehlersignale für die
Regelung vorder nach einer Verstärkung durch iefpässe integriert und dann dem Kopfrad-Antriebsmotor,
nötigenfalls über einen Frequenzwandler, und/oder einer Bremse zugeführt. Die Bemessung
der verwendeten Tiefpässe erfordert einen Kompromiß zwischen einer hohen, jedoch
Regelschwingungen bewirkenden Regelgeschwindigkeit und hohen Vechselstromanteilen
im Motor- und/oder Bremsstrom, die störende Torsionsschwingungen des Kopfradantriebes
zur Folge haben können.
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Um hohe Zeitkonstanten im Regelkreis zu vermeiden, verwenden manche
der bekannten Systeme zusätzlich zu der von der Vertikalfrequenz abgeleiteten Regelung
weitere mit einem hohen Vielfachen der Vertikalfrequenz arbeitende Vergleichssysteme,
die jedoch sowohl auf der elektronischen als auch auf der mechanischen Seite den
Aufwand wesentlich vergrößern.
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Andere Regelsysteme geben der dem Antrieb zugeführten Ausgangsleistung
einenjnehr oder weniger kritischen Grundwert, dem die Korrekturgröße in positiver
oder negativer Richtung überlagert wird. Dies hat den Nachteil, daß ein solches
System bei einer größeren Abweichung vom normalen Betriebszustand, z.B. erhöhter
Lagerreibung bei tiefer Temperatur, leicht aus dem stabilen Regelzustand fällt.
Weiterhin haben viele der bekannten Steuereinrichtungen mit einem einzigen, ungeteilten
Regelkreis den Nachteil, daß sie nicht gleich gut und gleich schnell große,
stoßweise
auftretende Drehzahländerungen und geringe Drehzahl-und Pliasenschwankungen ausregeln.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten
Nachteile zu vermeiden und möglichst schnell, möglichst zuverlässig und mit einem
möglichst geringen Aufwand sowohl einen schnellen Anlauf zu gewährleisten, als auch
zur Erzielung eines starren Bildstandes stoßweise auftretende Drehzahländerungen
und geringe Phasenschwankungen sofort mit hoher Regelsteilheit ohne Regelschwingungen
auszuregeln.
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Gemäß der Erfindung wird das dadurch erreicht, daß unter Anwendung
des bekannten Prinzips der Abtastung durch Nadelimpulse von diesen in dem einen
Zweig des Regelkreises Sägezahnimpulse mit flachem Anstieg und in seinem anderen
Zweig Trapezimpulse mit einer vielfach steileren Anstiegsflanke, die beide von einem
durch den umlaufenden Kopfträger in einem oder mehreren Bezugsköpfen erregte Bezugsimpulse
erzeugt worden sind, zur Gewinnung von Nachsteuerspannungen für den Kopfträgerantrieb
abgetastet werden. Die erwähnten Nadelimpulse sind durch Umformung beispielsweise
aus den Vertikal impulsen des aufzuzeichnenden BAS-Signals entstanden und haben
etwa die gleiche Frequenz wie die Bezugsimpulse; daneben finden keine weiteren höherfrequenten
Signale in der Steuereinrichtung Verwendung. Beim Anlauf und bei außergewöhnlichem
Drehzahlabfall, z.B. bei stark erhöhter Bremsung des Liagnetbandes oder beim Umschalten
auf andere Videosignalouellen, wird über den einen Regelzweig mit den Sägezahnimpulsen
eine als Schalter wirkende bistabile Kippstufe so gesteuert, daß sie über einen
Verstärker bei entsprechender Polung den Kopfradmotor an die volle Spannung der
Stromquelle schaltet und/oder eine Wirbeistronibremse mit umgekehrter Polung abschaltet,
Nach erreichen der Synchron-Drehzahl d.h. im Synchron-Betriebszustand gibt die oben
erwähnte bistabile Kippstufe den anderen Regelzweig für die stetige Phasenregelung
auf der steilen Anstiegsflanke der Prapezimpulse frei.
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Unter Vermeidung von Siebketten im Verstärkerteil liefert dieser Regelzweig
während der stetigen Phasenregelung, also im normalen Betriebszustand, kleine Gleichspannungssprünge
zum direkten Antrieb des Motors und/oder der Bremse, die der Regelgröße trägheitslos
folgen, und nach Erreichen der Sollphase eine praktisch reine Gleichspannung Durch
die direkte Steuerung des Antriebes über den erwähnten Verstärker ist ein Grundwert
der Antriebsleistung nicht erforderlich, und der Regelbereich erfaßt auch große
Laständerungen.
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Bei fehlendem Video-Signal und damit bei Fehlen der Vertikalimpulse
werden in einem freilaufenden Generator Ersatzimpulse erzeugt und aus diesen die
zur Abtastung erforderlichen Nadelimpulse abgeleitet. Bei Wiedergabe vom Magnetband
dienen die bekannterweise in einer besonderen Synclironisierspur aufgezeichneten
Synchronisierimpulse als ErsatzimDulseX Zwecks höherer Sicherheit gegen Regelschwingungen
können in der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung ein oder mehrere Gegenkopplungswege
von dem geregelten Motor und/oder dem Bremsmagnet vorzugsweise mit elektrischer
Nachbildung der mechanischen Schwingungselemente zu geeigneten Punkten der beiden
Regelzweige vorgesehen werden.
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Ein Einrasten auf Subharmonische der synchronen Kopfträger-Drehzahl
während des ANlaufs kann mittels eines Frequenz-Diskriminators mit einer bei etwa
80 °tá der synchronen Drehzahl liegenden Mittenfrequenz durch einseitige Ansteuerung
der erwähnten bistabilen Kippstufe verhindert werden.
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Um eine hohe Betriebssicherheit zu gewährleisten, werden im eigentlichen
Verstärkerzug der erfindungsgemäßen Servo-Steuereinrichtung nur eigenstabile, temperatur-
und alterungsunabhängige Emitterfolger-Verstärker mit Impedanzwandlung und keine
gegen die genannten Einflüsse empfindlichen Spannung verstärker verwendet; erfindungsgemäß
sind in den einzelnen Stu:Een die bekannten Maßnahmen wLe Gegenkopplungen oder Gegend
taktschaltungen
getroffen worden damit unterschiedliche Kenndaten der zur Verwendung gelangenden
Halbleiter-Bauelemente ohne Einfluß auf die Funktion der Steuereinrichtung bleiben.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels entsprechend
den beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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Fig. 1 zeigt ein Übersichtsschaltbild einer dervo-Steuereinrichtung
gemäß der Erfindung.
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Fig. 2 zeigt die an einigen Meßpunkten auftretenden Signale, und zwar
jeweils im untersynchronen, synchronen und übersynchronen Zustand.
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Die im Übersichtsschaltbild Fig. 1 dargestellte Servo-Steuereinrichtung
für die Regelung des Antriebes umlauf ender Köpfe zur rSchrägspur--Aufzeichnung
stellt einen geschlossenen Regelkreis dar, wobei ein Teil dieses Regelkreises in
zwei Zweige aufgeteilt ist. Im geschlossenen Regelkreis liegen zunächst der Antriebsmotor
1 für das Kopfrad und die an diesem angreifende Bremse 2. mit einem Bezugskopf 3
wird z.B. mit.einer auf der Kopfträgerachse sitzenden und mit einem Magnetstift
an ihrem Umfang versehenen Scheibe ein steiler Impuls je Umdrehung abgegriffen und
nach Verstärkung in der monostabilen Kippstufe 4 in einen ?echteckimpuls umgewandelt.
Hinter dem anschließenden Differentiator 5 teilt sich der Regelkreis in einen ersten
Zweig, der den Motor 1 des Kopfrades auf volle Antriebskraft schaltet, und einen
zweiten Zweig, der als stetiger Phasenregler wirkend den Riotor in der Sollphase
festhält. In dem ersten Zweig wird nach n;ntladung durch Stufe 6 und linearer Aufladung
durch Stufe 7 der Kondensator 8 so aufgeladen, daß an'ihm ein Sägezahn mit flachem
Anstieg und senkrechter Rückflanke entsteht, dessen Periodendauer einer Kopfadumdrehung
entspricht. In der anschließenden Abtasteinrichtung 9 wird durch Abtastung des flachen
Sägezahnimoulses mit vom Vertikal-Synchronisierungsimpuls des BAS-Signals erzeugten
Nadelimpulsen ein Fehler und Steuersignal erzeugt und im Kondensator 10 gespeichert.
Anschließend werden bei untersynchroner Drehzahl der volle positive Sägezahnsprung
in 11, 13, 14, bei untersynchroner Drehzahl kleine positive treppenförmige Teile
dagegen in 20 und 21 so
weiter verarbeitet, daß sie die bistabile
Kippstufe 16 entweder in die dem unter oder dem übersynchronen Zustand entsprechende
Schaltlage umkippen lassen und anschließend über die Schaltdiode 17 den Emitterfolger
18 an seinem Eingang entweder zum Minuspol der Stromquelle durchschalten oder ihn
öffnen. Der nachfolgende als Leistungsverstärker dienende Emitterfolger 19 ist so
geschaltet, daß bei zum Minuspol geschaltetem Eingang von 18 der Motor 1 voll erregt
ist und gleichzeitig die Bremse 2 ganz abgeschaltet ist. Erst wenn mittels der Kippstufe
16 der Lingang des Emitterfolgers 18 freigegeben ist, kommt der zweite Regelzweig
zur Wirkung. Im zweiten Regelzweig wird ebenfalls über eine Entladestufe 33 und
eine Ladestufe 34 ein Kondensator 35 linear, jedoch um ein Vielfaches schneller
als Kondensator 8 aufgeladen, so daß ein Trapezimpuls mit sehr steiler Anstiegsflanke
und senkrechter Rückflanke entsteht. Dieser wird ebenfalls von aus dem Vertikalsynchronimpuls
abgeleiteten Nadelimpulsen jedoch jetzt in der Abtasteinrichtung 36 abgetastet,
und die abgetasteten Werte im Kondensator 37 gespeichert. Diese Speicherwerte führen
über den Emitterfolger 18 und den Leistungeverstärker 19 den Ijotor 1 bei geringen
und größeren Abweichungen sofort wieder in die richtige Phasenlage zurück -Hqch
bereichen der Soll-Phasenlage werden gleichbleibende Spannungswerte abgetastet und
der Speicher-Kondensator 37 liefert eine reine Gleienspannung.
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Nachstehend werden nun die Wirkungsweise und die verschiedenen Funktionen
der erfindungsgemäßen Servo-Steuereinrichtung fiir tie Regelung des Antriebes umlaufender
Köpfe zur Schrägspur-Aufzeichnung im einzelnen beschrieben. Diese Funktionen des
antriebes sind der schnelle Hochlauf des Kopfträgers nach dem Einschalten des Gerätes,
dann das Freigeben der Phasenregelung bei Erreichen bzw. geringem Überschreiten
der synchronen Drehzahl, bei größerem außergewöhnlichen Drehzahlabfall ein erneutes
Einleiten des schnellen Hochlauf und die stetige Phasenregelung im Betriebszustand.
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Der in einer Trommel laufende Träger des Magnetkopfes zur Aufzeichnung
von Video-Signalen würde ohne Steuereinrichtung bei Anlegen der vollen zur Verfügung
stehenden Spannung an den Motor 1 schnell eine weit übersynchrone Drehzahl erreichen.
Die erfindungsgemäße Servo-Steuereinrichtung gestattet in dem ersten Regelzweig
durch volle Einschaltung des Motors 1 bzw.
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Ausschaltung der Bremse 2 einen schnellen Hochlauf und bewirkt im
zweiten Regelzweig ein stetiges Regeln des Motors und der Bremse auf die synchrone
Drehzahl und mit einer vorher bestimmten Phase. Im Synchronlauf während der Aufzeichnung
werden dann durch den oder die in einem Trommelschlitz umlaufenden Magnetköpfe auf
das um die erwähnte Trommel mit konstanter Geschwindigkeit gezogene Magnetband nebeneinander
schräge Spuren aufgezeichnet.
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Der z.B. bei der europäischen Fernsehnorm mit 50 Umdrehungen je Sekunde,
d.h. entsprechend einer Frequenz von 50 Hz, umlaufende Kopfträger erzeugt, wie oben
beschrieben, in dem Bezugskopf 3 je Umdrehung einen kurzen Impuls, dessen positiver
Teil nach Verstärkung in der monostabilen Kippstufe 4 Rechteckimpulse auslöst, die
anschließend im Differentiator 5 zu Impulsspitzen differenziert werden. Diese Impuls
spitzen bewirken über die Entladestufen 6, 33 eine schlagartige Entladung der über
die Ladestufen 7 und 34 linear auf volle Speisespannung aufgeladenen Kondensatoren
8, 35. Während jeder Kopfumdrehung werden am Kondensator 8 flache Sägezahnimpulse
durchlaufen. Ein solcher flacher Sägezahnimpuls ist in Fig. 2 unter der Bezeichnung
''Meßp1lnkt 8" in den drei Lagen untersynchron, synchron und übersynchron dargestellt.Die
Impulsfolgezeit beträgt hier im synchronen Zustand bei Erzeugung eines einzigen-BezuSsimpulses
je Umdrehung beispielsweise 20 Millisekunden für die europäische 50 Hz-Norm.
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Die Aufladung am Kondensator 35 erfolgt um ein Vielfaches schneller,
und zwar je nach der gewünschten Regelsteilheit in einer Millisekunde oder langsamer,
so daß, wie Fig. 2 für den t EeRnunkt 65" zeigt, jetzt ein trapeziörmiger Impuls
mit einer steilen Anstiegsflanke und einem anschließenden langen flachen
Dach
durchlaufen wird. Auch dieser Trapezimpuls hat im Synchron-Zustand die gleiche beispielsweise
Folgezeit von 20 Millisekunden wie der flache Sägezahnimpuls, wobei der Rückschlag
beider Impulse beispielsweise gleichzeitig erfolgt.
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Die flachen Sägezahnimpulse werden zur Erzeugung eines Steuersignals
der Abtasteinrichtung 9 und die trapezförmigen Impulse der Abtasteinrichtung 36
zugeführt. Zur Abtastung werden beiden Abtasteinrichtungen 9, 36 die. gleichen von
den Vertikalimpulsen abgeleiteten Nadelimpulse zugeführt. Hierzu werden diese Vertikal-Synchronisierimpulse
auf bekannte Art von dem aufzuzeichnenden BAS-Signal abgetrennt und in der Stufe
30 verstärkt und in Rechteckimpulse umgewandelt. Mit diesen wird der astabile Rechteck-Genrator
31 synchronisiert und aus dessen Rechteckimpulsen in dem Impulsformer 32 Nadelimpulse
von nur etwa 70 Mikrosekunden Breite erzeugt und zugleich den Abtasteinrichtungen
9, 36 zugeführt. Diese Nadelimpulse stehen erfindungsgemäß auch bei fehlendem BAS-Signal
zur Verfügung, da der Generator 31 dann mit angenäherter Vertikalfrequenz frei weiterläuft.
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Bei der Wiedergabe von Aufzeichnungen vom Band werden die üblicherweise
in einer besonderen Synchronisierspur aufgezeichneten Impulse mit einem Synchronkopf
28 abgenommen und über ein oder zwei monostabilen Kippstufe 29, die zur Sinstellung
auf genaue Spurlage der magnetischen Bandaufzeichnung zusammen eine Phasenregelmöglichkeit
von über 3600 besitzen, in dem oben erwähnten Verstärker 30 in Rechteckimpulse umgewandelt
und dann, wie oben beschrieben, die Abtast-Nadelim pulse in den Stufen 31 und 32
erzeugt.
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Wie in Fig. 2 für die Meßpunkte an den Kondensatoren 8, 35 dargestellt,
bewirkt ein oder bewirken gegebenenfalls auch zwei gegensinnge Nadelimpulse eine
punktförmige, gleichzeitige Abtastung des Ladespannungsanstiees in den beiden Kondensatoren
8 und 35 der Einrichtung. Ig Synchron-Zustand liegt der Ab-f bastzeitpunkt bei den
sägezahnförmigen Impulsen in 9 am Anfang
des ansteigenden Teils
und bei den trapezförmigen Impulsen in 36 etwa in der Mitte der steilen Anstiegsflanke.
Bei untersynchronem Lauf des Kopfträgers laufen in Fig. 2 die Abtastimpulse nach
links, bei übersynchronem Betrieb nach rechts über die beiden abzutastenden Impulse.
Die durch den oder die Nadelimpulse abgetasteten Momentanwerte des Säge zahns werden
im Kondensator 10, die des trapezförmigen Impulses mit der steilen Anstiegsflanke
im Kondensator 37 gespeichert und haben hier bei nicht synchronem Lauf oder abweichender
Phase des Motors einen treppenförmigen an- oder absteigenden Spannungsverlauf je
nach-Richtung der Abweichung.
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Als erste Funktion der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung nach dem
Einschalten wird durch einen Eingriff in den Regelkreis, z.3. mittels eines zusätzlichen
Diskriminators, der Kopfradantrieb zum schnellen.Hochlauf voll eingeschaltet.
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Durch den Diskriminator werden hinter der Kippstufe 4 die vom Bezugskopf
3 abgeleiteten Rechteckimpulse über eine liadestufe mit Verstärker 24 und die vom
Vertikalsynchronisierimpuls bzw.
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einem Ersatzimpuls abgeleiteten Rechteckimpulse hinter der Kippstufe
31 über eine Entlade stufe mit Verstärker 25 einem Lade-Kondensator 26 zugeführt,
dessen Spannung zunächst durch Einschaltung des Verstärkers 27 die bistabile Kippstufe
16 in den Zustand bringt, in dem ihr oberer Ausgang und damit auch der eingang des
bitterfolgers 18 über eine Schaltdiode am Minuspotential liegt. Wie schon erwähnt,
ist der auf den Emitterfolger 18 nachfolgende, als Leistungsverstärker dienende
weitere Emitterfolger 19 so geschaltet, daß bei an das Minuspotential gelegtem eingang
von 18 der Motor 1 voll erregt und/ oder die Bremse 2 abgeschaltet ist. Der Motor
1 und damit der Kopfträgerantrieb befinden sich also im schnellen Hochlauf jcr in
Fig. 1 vorgesehene und aus den erwähnten Teilen ?Lk, 25, 26 und 27 gebildete Frequenzdiskriminator
bewirkt bei Erreichen einer Noüordrehzahl von etwa 8() @ der synchronen Drehzahl
mit seinen jetzt abgeschalteten Ausgangsspannungen ein Vorbereiten des Umkippens
der Stufe 16. Zwar arbeiten schon die beiden
Abtasteinrichtungen
9 und 36, jedoch läßt die dem untersynchronen Zustand entsprechende Schaltlage der
Stufen 14 und 21 ein Umkippen der bistabilen Kippstufe noch nicht zu, so daß der
Motor weiter mit voller Erregung schnell hochläuft. Durch den erwähnten noch bestehenden
Kurzschluß des Einganges des Emitterfolgers nach Minuspotential 18 bleibt auch die
Abtastung der Motorphase im zweiten Regelzweig unwirksam.
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Diese Umgehung der Regelung im zweiten Regelzweig für die Motorphase
mit Hilfe des Frequenzdiskriminators 20, 21, 22, 23 und der Einrichtungen 11, 13,
14, 20, 22 bis zur knapp übersynchronen Drehzahl ist dann vorgesehen, wenn ein mögliches
Ansprechen des Regelkreises bei Subharmonischen der synchronen Drehzahl verhindert
werden muß und schnellster Hochlauf des Motors erreicht werden soll.
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In der nächsten Funktion der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung läßt
bei geringem, erstmaligem überschreiten der synchronen Drehzahl des Kopfantriebes
im ersten Regelzweig einer der treppenförmig ansteigenden Speicherwerte des flachen
,Sägezahnimpulses am Kondensator 10 (vgl. "Meßpunkt 10" in Fig. 2) nach i)ifferenzieren
in 20 sowie nach Begrenzen, Verst.trken und Phasenurnkehr in 22 (vgl. "Meßpunkt
21 und 23" in Fig 2), gleichzeitig, vorbereitet durch die erwähnte Schaltspannung
von 27, die bistabile Kippstufe 16, ausgelöst durch den ersten der jetzt ankommenden
negativen Impulse an "Messpunkt 23", in die Lage zurückkippein, ir ler der Eingang
des Emitterfolgers 18 und damit die oteuerspannung am Kondensator 34 im zweiten
Regelzweig freigegeben wird.
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Vor der Beschreibung der stetigen Phasenregelung über den zweiten
Regelzweig soll noch die Funktion der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung bei einem
außergewöhnlichen Drehzahlabfall während de- ph:xsengeregelten Betriebes, beispielsweise
b-i sehr stärker Bremsung durch das Band oder bei Schaltvorgängen in dem zur Aufzeichnung
zugeführten Video-Signal, beschrieben werden. In diesem untersynchronen Fall wird
im ersten Regelzweig diesmal in
9 ein großer positiver Spannungsprung
des Sägezahnimpulses abgetastet, nach Speichern im Kondensator 10, nach Differenzieren
in 11 (vgl. 'Meßpunkt 12") und Durchlassen in der Sperre 13 für negative Spannungssprünge
über den Verstärker 14 unter überschreiten der Kleinstwertbegrenzung bei gleichzeitiger
Phasenumkehr (vgl. "Meßpunkt 15" in Fig. 2) der bistabilen Kippstufe 16 zugeführt.
Diese kippt in den Anlauf zustand zurück und leitet erneut den schnellen Hochlauf
des Kopfradmotors 1 wie oben beschrieben ein. Auch dieser Vorgang wird durch Freigabe
der Steuerspannung am Kondensator 37 im zweiten Regelzweig beendet.
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Bei Freigabe der Phasenregelung im zweiten Regeizweig nach geringem
überschreiten der synchronen Drehzahl wird in der Abtasteinrichtung 36 der Nadelimpuls
im allgemeinen einen Punkt des langen waagerechten Teils (vgl. die Impulsdarstellung
an "Meßpunkt 35i? in Fig. 2) abtasten und den im Kondensator 37 gespeicherten vollen
Spannungswert dem Emitterfolger 18 zuSühren. Dies bedeutet, daß bei der gewählten
Schaltung von Emitter 18 und Leistungsverstärker 19 jetzt der Kopfradmotor kurzgeschlossen
und er durch starke elektrische Motorbremsung und/ oder volle Erregung der Wirbelstrombremse
2 in Richtung auf die synchrone Drehzahl stetig so weit verlangsamt wird, bis der
auf dem waagerechten lDeil des Trapezimpulses in der Einrichtung 36 nach links laufende
Nadelimpuls auf die steile Anstiegsflanke gelangt und gleichzeitig durch Verringerung
der Steuerspannung der Kopfradmotor 1 wieder erregt wird.
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Die Steilheit der Anstiegsflanke bewirkt eine entsprechend steile
Regelung in dem Regelkreis über diesen zweiten Regelzweig, so daß der adelimnuls
an einem vorher nicht festgelegen Punkte ungefähr in der Mitte der Anstiegsflanke
in die richtige, vorbestimmte Phasenlage bei synchroner Drehzahl einrastet und diese
Lage damit festhält. Im jetzt erreichten Betriebszustand des Kopfradantriebes wird
der Kopfradmotor 1 bei schwankenden Bremskräften durch die schon bei geringsten
Phasenänderungen im Kondensator 37 gespeicherten, sich gegensinnig
ändernden
und den Antrieb bewirkenden treppenförmigen St euerspannungen über Emitterfolger
18 und Leistungsverstärker 19 sofort in die richtige Phasenlage zurückgeführt und
damit in Soll-Phasenlage nach beendeter Phasenkorrektur bei praktisch reinem Gleichspannungsantrieb
festgehalten.
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Zur Vermeidung von Regelschwingungen über den zweiten Regel-Zweig
bei sehr steil eingestellter Regelung können ein oder mehrere Gegenkopplungswege
von der den Motor erregenden Spannung zur Kippstufe 4 und/oder zu der Ladestufe
34 in die erfindungsgemäße Steuereinrichtung eingefügt werden. Die Gegenkopplungsspannungen
für diesen Zweck können beispielsweise direkt am Motor ob oder auch innerhalb des
Iieistungsverstärkers wie in Fig. 1 dargestellt, abgegriffen werden. In den in Fig.
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1 dargestellten Gegenkopplungszweigen ist zunächst ein nichtlineares
Zwischenglied 38 vorgesehen, das die Gegenkopplung für hohe Gegenkopplungsspannungen
erhöht. Über die den mechanischen Schwingungseigenschaften des Kopfantriebes angepaßten
Gegenkopplungsnetzwerke (Nachbildungen) 40 und Emitterfolger 41 wird in der monostabilen
Kippstufen 4 die Phase des Trapez-und des Sägezahnimpulses beeinflußt. Zusätzlich
kann über das Filternetzwerk 39 in der Lade stufe 34 die Steilheit der Anstiegsflanke
des Trapezimpulses geändert werden.
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Eine weitere Gegenkopplung am Endverstärker 19 der erfindungsgemäßen
Steuereinrichtung soll eine zu schnelle Abnahme der Drehzahl nach Abschaltung der
Hochlaufrichtung aus der geringfügig übersynchronen Drehzahl, d.h. während der Links-Verschiebung
des Nadelimpulses auf dem oberen waagrechten Teil des Tranezimnulses, verhindern
(vgl. Impulse an "MeXpunkt 35" in Fig. 2), wodurch eine langsame Phasenkorrektur
und das Lin rasten auf der steilen Anstiegsflanke des Trapezimpulses ohne Überspringen
dieses schmalen Phasen-Stabilisierungsbereiclis erzwungen wird.
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Dieses Brems-Gegenkopplungs System arbeitet folgendermaßen. Am Speicherkondensator
10 entstehen bei wenig untersynohroner Drehzahl treppenförmig abfallende Potentialstufen,
die in dem flifferentiator
42 in negative Impulse umgewandelt
und in dem nachfolgenden Rechteck-Impulsformer 43 in negative Rechteckimpulse umgeformt
werden, deren (negative) Breite mit der Eingangsimpuls-Amplitude von 43 anwächst.
Diese Rechteckimpulse werden in den Emitterfolger 18 (vor dem Leistungs-Endverstärker
19) so eingekoppelt, daß sie das bei Bremsung hohe, positive Eingangspotential von
18 herabsetzen. Da also die Breite der Gegenkopplungsimpulse von der Höhe der Treppen-Potential
sprünge und diese wiederum von der Phasen-Drehgeschwindigkeit abhängt, bewirkt diese
Einrichtung eine automatisch stabilisierte, langsame Phasen-Rückwanderung, deren
konstante Phasen-Drehgeschwindigkeit nur von dem gewählten Wirkungsgrad des Xechteck-Impulswandlers
43 abhängt.
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Zum Schutz des Motors gegen anormale Überlastung und eine dadurch
bewirkte Beschädigung oder Zerstörung kann die Servoeinrichtung mit einer Motor-Abschaltautomatik
ausgestattet werden. Für den Fall einer teilweisen oder völligen Blockierung der
Motorwelle kann beispielsweise die in dem automatisch gegeregelten Netzteil 46 eingebaute,
elektronische Überstrom-Sicherung von der Kippstufe 16 über ein Verzögerungsglied
45 ausgelöst werden, wenn die Kippstufe 16 länger als beispielsweise die doppelte
Hochlaufzeit im Schaltzustand für den Hochlauf verbleibt.
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Weiterhin ist eine automatische Motorabschaltung zweckmäßig, wenn
z.B. wegen eines Fehlers in der Servo-Einrichtung der Motor einer gefährlich hohen
Drehzahl zustrebt. Auch für diese Abschaltung kann die elektronische Überstrom-Sicherung
des automatisch geregelten Netzteils 29 mitverwendet werden, die vorzugsweise durch
einen auf der Motorwelle angebrachten Zentrifugaischalter 44 dann ausgelöst wird,
wenn die Drehzahl den Sollwert um beispielsweise 10 ß übersteigt.
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Für die beschriebene Servo-Steuereinrichtung - entsprechend dem Blockschaltbild
nach 'ig. 1 - sind bei gleicher Funktion
mehrere Varianten möglich.
So können beispielsweise die ansteigenden Flanken des Trapezimpulses in 36 und/oder
des Säge zahns in 9 durch abfallende Flanken ersetzt werden, wenn gleichzeitig die
ruhenden Bezugspole des Motors und/oder der Bremse umgekehrte Polarität erhalten.
Weiterhin können die Anschlüsse vom Bezugskopf und Synchronkopf bzw. BAS-Signal
gegenseitig vertauscht werden, wenn entweder abfallende Säge zahn- oder Trapezimpuls-tlanken
oder umgekehrte Bezugspolpolarität des Motors bzw. der Bremse verwendet werden.
Bei diesen und anderen möglichen Varianten der Steuereinrichtung müssen auch die
Funktionen aller die Richtung des Motorstroms beeinflussenden Hilfsstufen sinngemäß
umgepolt bzw. schaltungsmäßig angepaßt werden.