DE2124921A1

DE2124921A1 -

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Publication number: DE2124921A1
Application number: DE19712124921
Authority: DE
Original assignee: Robert Bosch Fernsehanlagen GmbH
Current assignee: Robert Bosch Fernsehanlagen GmbH
Priority date: 1971-05-19
Filing date: 1971-05-19
Publication date: 1972-12-07
Also published as: DE2124921B2; DE2124921C3

Description

System zur Drehzahlsteuerung des Kapstan-Motors eines .Iagnetbandgerätes ========================================================== Die Erfindung betrifft ein System zur Drehzahlsteuerung des Kapstan-Motors eines Magnetbandgerätes, insbesondere beim Umspulen,Wobei ein Signal von einem dem Kapstan zugeordneten Tachogenerator abgenommen wird.
Beim Umspulen von Magnetbändern ist es erforderlich, die Drehzahl des Kapstan-I-otors in sehr weiten Grenzen regeln zu können. So ist es einerseits erwünschte möglichst kurze Umspulzeiten zu erreichen, andererseits sind zum Auffinden von bestimmten Stellen des Bandes relativ geringe Geschwindigkniten erforderlich. Bei bekannten Anordnungen ist deshalb am Kapstan-Motor ein Tachogenerator vorgesehen, welcher Impulse abgibt, die wiederum in ein analoges elektrisches Signal un:" gewandelt werden, Dieses analoge elektrische Signal wird dann mit einer einstellbaren Steuerspannung verglichen und das Ergebnis dieses Vergleichs dem rotor zugeführt. Diese bekannten Anordnungen haben sich jedoch bei einem großen Verhältnis zeischen der höchsten und niedrigsten Umspulgeschwindigkeit, insbesondere wegen der damit verbunden Schwierigkeiten bei der Digital-Analog-Wandlung nicht bewährt.
Es wird daher zur Umgehung dieser Schwierigkeiten erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß diesesSignal über einen Widerstand dem Eingang einesi als Integrator geschalteten Operationsverstarker@ zugeführt ist, dP. über einen weiteren widerstand deui gleichrjli Eingang des Opera t ionvers t arkers eine S teuerspa nnung zugeleitet ist und daß der Ausgang des Operationsverstärkers über einen Lcisstuilgrsverstarker mit dei Kapstan-Motor verbunden ist.
Durch die Überlagerung der Steuerspannung und der Signale des Tachogenerators in Verbindung mit der anschließenden Integration ergibt es sich, daß für den gesamten Drehzahlbereich des Kapstanniotors die Eingangsspannung des Operationsverstärkers nahezu 0 Volt ist. Es stellt sich also stets eine Drehzahl ein, bei der die Steuerspannung gleich dem Mittelwert der Signale des Tachogenerators ist.
Als Tachogenerator-Signal kommt sowohl eine Gleichspannung, welche proporti.pnal zur Drehzahl, als auch ein impulsförmiges Signal, dessen iiederholungsfrequenz proportional zur Drehzahl ist, infrage, Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vo, daß bei Anwendung von Impulsen als Tachogenerator-Signal der Tachogenerator über zwei Ausgange verfügt, an denen Impulse abnehmbar sind, deren Frequenz proportional zur Drehzahl und deren Phasenlage etwa um 900 gegeneinander verschoben ist.
Durch die Weiterbildung der Erfindung ergibt es sich, daß den Impulsen des Tachogenerators eine Infornation über die Drehrichtung entnehmbar ist, und daß ein kontinuierlicher Übergang von einer Drehrichtung in die andere ermöglicht wird.
Die Erfindung wird anhand der Figuren naher beschrieben.
Von diesen zeigt Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel und Fig. 2 Spannungszeit-Diagramme der im Ausführungsbeispiel auftretenden Signale.
zur der Welle 1 eines Kapstanmotors 2 befindet sich ein Tachogenerator 3. Dieser Tachogenerator kann beispielsweise aus einer Scheibe bestehen, welche llit entsprechenden Ausschnitten versehen ist, die wiederui.i von einer Lichtschranke @ abgetastet werden. Gelb3 einer Weiterbildung der Erfindung sind zwei Ausgänge 4 und 5 des Tachogenerators vorgesehen, an welchen Impulse zur Verfügung stehen, deren Frequenz proportional der Drehzahl ist Die Phasenlage der vom Ausgang 5 5 abgegebenen Impulse ist um 900 gegenüber derJenigen der Impulse am Ausgang 4 verschoben.
Zur genaueren Erläuterung sind in Figur 2 Spannungs-Zeit-Diagramme der in der Schaltung nach Figur 1 auftretenden Impulse dargestellt. Hierbei treten die in der Spalte a dargestellten Spannungen und Impulse bei der einen Drehrichtung des Kapstaninotors und die in der Spalte b dargestellten Spannungen und Impulse bei der anderen Drehrichtung auf. In der mit D bezeichneten Zeile der Figur 2 sind die Impulse des Ausgangs 4 des Tachogenerators dargestellt, welche einerseits zum Eingang des monostabilen .zxultivibrators 6 und andererseits zum D-Eingang des D-Flip-Flops 9 gelangen.
Die Impulse des Ausgangs 5, welche zum Takteingang des D-Flip-Flops geführt werden, eilen bei der unter a dargestellten Drehrichtung gegenüber den Iinpulsen, welche in Zeile D dargestellt sind, vor, während sie für die andere Drehrichtun nacheilend Das D-Flip-Flop 9 hat nun die Eigenschaft, daß bei eine Sprung von 0 auf L des bei T zugeführten Signals der zu diesen Zeitpunkt vorhandene Wert am D-Eingang zulu Ausgang 4 übertragen wird und dort bis zum nächsten Sprung von 0 auf L am Takteingang gehalten wird. Wie es in Figur 2 a gestrichelt dargestellt ist, weist das Signal D bei den Sprüngen des Taktsignals T von 0 auf L den Wert 0 auf.
Daraus ergibt sich, daß bei der linse dargestellten Drehrichtung derz usgang des D-Flip-Flops 9 den Wert O bzw.
der %-Ausgang den .fett L aufweist, während bei der rechts clargestellten Drehrichtung der dz Ausgang den Wert L zeigt.
Der monostabile Multivibrator wird von den Vorderflanken des in Zeile D dargestellten- Signals getriggert. Am Ausgang des monostabilen Multivibrators 6 stehen Impulse zur Verfügung, deren Breite unabhängig von der Frequenz der zugeführten Impulse, also auch unabhängig von der Drehzahl des Motors 2 ist. Diese in Zeile 10 dargestellten Impulse werden je einem Eingang der UND-Schaltungen 7 und 8 zugeführt deren weitere Eingänge mit den Ausgangssignalen an Q bzw.
Q des D-Flip-Flops beaufschlagt sind. An den Ausgängen 11 und 12 der UNDSchaktungen 7 und 8 entstehen dadurch die in Zeilen 11 und-12 dargestellten Impulsfolgen. Diese Impulsfolgen steuern die elektronischen Schalter 15 und 16 in der Weise, daß bei. Auftreten eines L-Signals am Steuereingang der jeweilige elektronische Schalter leitend ist.
Der elektronische Schalter 15 ist an eine positive Spannung, beispielsweise + 12 Volt angeschlossen, während der elektronische Schalter 16 mit einer gleich großen, negativen Spannung beau£schlagt ist. Am Schaltungspunkt 13 ergeben sich somit die in Zeile 13 der Figur 2 dargestellten Impuls folgen.
Die Spannung am Punkt 13 wird über den Widerstand 17 dem Eingang 18 eines Operationsverstärkers 19 zugeführt. Der Ausgang 20 des Operationsverstärkers 19 ist über einen Kondensator 21 mit dem Eingang 18 verbunden, so daß eine Integrationsschaltung gebildet wird Ebenfalls dem Eingang 18 wird über einen weiteren widerstand 22 und über den Schaltungsprnikt 14 eine Steuerspannung zur Einstellung der Motordrehzahl zugeführt.
Die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 19 wird schl@@@@@ über einen Leistungsverstärker 23 dem Motor 2 zugei@hrt. Durch die Wirkung des Integrators stellt sich lediglich dann ein stabiler Zustand des Systei:is ein, wenn das Zeitintegral des Stromes im Widerstand 17 dem negativen Wert des Zeitintegrals des Stromes im Widerstand 22 entspricht.
Zur Veranschaulichung dieses Zusammenhangs sind in Figur 2 die entsprechenden Flächen schraffiert dargestellt.
Da die Amplitude der bei 13 auftretenden Impulse wegen der Konstanz der zugeführten Spannung ebenfalls konstant ist und die Breite der Impulse durch die Zeitkcnstante des monostabilen Multivibrators 6 vorgegeben ist, ist das Zeitintegral lediglich davon abhängig, wie viele Impulse innerhalb einer Zeiteinheit auftreten, Eine besonders vorteilhafte Einrichtung zur Gewinnung der bei 14 zugeführten Steuerspannung ist ebenfalls in der Figur 1 dargestellt. Diese, im folgenden beschriebene, Schaltung gewahrleistet, daß sich die Drehzahl des Motors 2 mit Rücksicht auf die dadurch auftretenden hohen Beschleunigungen nicht allzu schnell ändert. Die Drehzahl des iiotors 2 wird mit hilfe des Potentiometers 25 eingestellt. Ura zu verhindern, daß auch die Steuerspannung bei eventuell vorgenommenen plötzlichen Bet ät igungen des Potentionmeters 25 sprunghaft folgt, könnte an sich ein einfaches aus einem Widerstand und einem Kondensator bestehendes Dämpfungsglied vorgesehen sein. Dieses hätte ,jedoch den Nchteil, daß bei kleinen plötzlichen Änderungen der Yotent iocielers tellung der Nachlauf der Steuerspannung bei 14 ebensolange dauert wie bei großen plötzlichen Änderungen. Die maximal zulässige Beschleunigung des Motors 2 wäre also bei kleinen Änderungen bei weitem nicht ausgenutzt. Zur Vermeidung dieses Kachteils ist eine Schaltung aus den beiden Operationsverstarkern 26 und 27 vorgeschen, von denen der erste als Differenzverstärker uiid der zweite mit Hilfe des Kondensators 2 und des Widerstandes 31 als Integrator geschaltet ist. Die Widerstande 29, 30 und 32 sowie die elektronischen Schalter 33 und 34 sind im Hinblick auf die Begrenzung der Beschleunigung des Motors 2 nach schnellen Änderungen der Potentiometerstellungen und des Potentiometers 25 bedeutungslos und könnten zunächst bei der Beschreibung der Schaltung außer Betracht gelassen werden.
Die vom Schleifer des Potentiometers 25 abgenommene Spannung gelangt zum nicht invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 26. Im stabilen Zustand der Anordnung weist die-Spannung bei 14 den gleichen Wert wie die Spannung des Schleifers des Potentiometers 25 auf, so daß am Ausgang des Differenzverstärkers 26 nahezu 0 Volt anliegen, Da diese Spannung zum Eingang des Integrators 27, 28 gelangt, bleibt die Ausgangsspannung des Integrators , also die Spannung bei 14 konstant4 Wird jedoch der Schleifer des Potentiometers 25 bewegt, so entsteht am Ausgang des Differenzverstärkers eine positive oder negative Spannung, was einen zeitlinearen Anstieg bzw, Abfall der Ausgangsspannung des integrators zur Folge hat, bis die Spannung bei 14 dem neueingestellten Spannungswert entspricht Da die Verstärkung des Differenzverstärkers 26 recht hoch ist und schon bei geringen Abweichungen die Ausgangsspannung entweder den positiven oder negativen Extremwert annimmt, ist die Anstiegsgeschwindig-/des keit des Ausgangssignals Integrators unabhängig von der Höhe des eingestellten Spannungssprungs am nicht invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 26 Bei den heute gebräuchlichen Magnetaufzeichnungseinrichtunglen werden die Motore zum Antrieb der Vorratsspulen im folgenden kurz Wickelmotore genannt, nach der durch den Kapstanmotor vorgegebenen Geschwindigkeit gesteuert. Häufig sind Val@@msaulen vorgeschen, um plötzliche Geschwindigkeitsanderungen des Magnetbandes abzufangen, damit Eine zu großen Beschleunigungskrafte auf die Spulen und auf das aufgewickelte Band einwirken können. Sollte es trotzdem einmal vorkommen, daß die Wickelmotore ein zu großes Drehmoment aufwenden müßten, um der durch den Kapstan-Antrieb vorgegebenen Beschleunigung des Ltagnetbandes zu entsprechen, wird gemäß einer weitere bildung der Erfindung der Anstieg der Steuerspannung in der Integrat ionsscha ltung vermindert, wenn der Strom mindestens eines Wickelmotors den vorgegebenen Grenzwert übersteigt oder wenn die Betriebsspannung der Wickelmotore nicht ausreicht, um die erforderliche Drehzahl zu bringen, insbesondere während der Beschleunigungsphase.
Bei der Schaltungsanordnung nach Figur 1 ist zur Verdeutlichung des Sachverhalts lediglich ein Wickelmotor 35 dargestellt, in dessen Zuleitung zu einem der Pole 36 und 37 einer Betriebsspannungsquelle eine Strommeßeinrichtung 38 eingefügt ist. Diese Strommeßeinrichtung kann tu einfachsten Fall aus einem Widerstand, dessen Spannungsabfall weitergeleitet wird, bestehen. Die dem motorstrom proportionale Spannung gelangt zu einer Schwellwerteinrichtung 39, deren Ausgangsspannung beispielsweise von 0 auf 1 springt, sobald der Motorstrom einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.
Die Steuerspannung für Begrenzung durch zu kleine Betriebsspannung wird dadurch gewennen, daß bei einem geschaltoten Verstärker festgestellt wird, ob das Tastverhältnis cin/aus dcm Wert 1 zustrebt Dies ist der Fall, wenn der Motorstrom länger als ca. (2 - 10) x T eingeschaltet wird. T ist die elektrische Motorzeitkonstante.
Das Ausgangssignal der Schwellwerteinprichtung gelangt einerseits als Steuerspannung zum Schalter 33 @ welcher bei Überschreiten des Grenzwertes in den leitenden Zustand gerät. Dadurch wird die vom Potentiometer 25 abgegebene Spannung kurzgeschlossen. Gleichzeitig wird der Schalter 34 ebenfalls geschlossen, was zur Folge hat, daß die Widerstände 30 und 33 als Spannungsteiler arbeiten und lediglich ein Teil der Ausgangsspannung des differenzverstarkers 26 zur Integrationsschaltung, bestehend aus de1.l Verstärker 27, dem Kondensator 28 und dem Widerstand 31 gelangt. Sinkt der Motorstrom wieder unter denvorgegebenen Grenzwert, so wird der Schalter 33 geöffnet und die eingestellte Steuerspannung wieder zum Verstärker 26 geleitet. Damit jedoch die Steuerspannung bei 14 nicht sofort wieder unerwünscht steil ansteigt, wird der Ausgangs impuls des Schnvellvertschalters 39 mit Hilfe eines monostabilen Flip-Flops 4Q verlängert, so daß auch nach dem Unterschreiten des Grenzwertes die Wirkung des Spannungsteilers zwischen den Verstärkern 26 und 27 erhalten bleibt und die Spannung bei 14 langsamer als bei geöffnetem Schalter 34 ansteigt.
Mit der beschriebenen Anordnung ist es möglich, die Drehzahl des Kapstanmotors in weiten Grenzen, beispielsweise im Bereich l : 1000 kontinuierlich zu regeln. Hierbei ist es jedoch wünschenswert, dem Bedienorgan, also dem Potentiometer 25 eine derartige Charakteristik zu geben, daß die Drehzahl des ii.otors in allen Teilen des erwähnten Bereichs bequem genau einstellbar ist. Für das Potentiometer 25, welches mit den beiden Enden an je eine positive und negative@ Spannung angeschlossen ist, ergäbe sich damit die Forderung einer von der Mitte ausgehend symetriischen exponentiellen Kennlinie. Da derartige Potentiometer für andere Zwecke der Technik derzeit nicht gebraucht werden und deshalb nicht ohne weiteres erhältlich sind, ist gemäß einer weiteren Weiterbildüng der Erfindung das lineare Potentiometer 25 mechanisch mit einem weiteren linearen Potential meter 41 gekoppelt. Dieses Potentiometer 4t verfügt über einen Mittelabgriff und ist elektrisch über seinen Schleifer mit dem.Schleifer des Potentiometer 25 verbunden, während die Endkontakte des Potentiometers 41 ohne Anschluß bleiben.
Bei der - telstellung ergibt sich für die Schleifer eine Spannung mit dem Wert O Volt. Bewegen sich die Schleifer in Richtung des einen oder anderen Endes, so ist die kleine Abweichung von der .ittelstellung der Widerstand zwischen dem Schleifer des Potentiometers 41 und dessen Mittelanzapfung sehr klein, so daß die vom Potentiometer 25 aufgrund des jeweiligen Widers tandverh ält nisses abzugebende Spannung praktisch kurzgeschlossen wird. Mit zunehincnder Abweichung der Schleifstellung von der Mittelstellung wird jedoch der Innenwiderstand des Potentiometers 25, der ja durch die Parallelschaltung der beiden Teilwiderstände gebildet ist, geringer, während der Widerstand zwischen Schleifer und Mittelanzapfung des Potentiometers 41 größer wird.
Daraus ergibt sich daß die dem Verstärker 26 zugeführte Spannung bei Betätigung des Potentiometers 25 aus der Mittelstellung heraus zunächst langsam und dann steiler ansteigt.

Claims

- Patentansprüche

öl System zur Drehzahlsteuerung des Kapstanmotors eines Magnetbandgerätes, insbesondere beim Unlspulen, wobei ein Signal von einem dem Kapstan zugeordneten Tachogenerator abgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Signal über einen Widerstand (17) dem Eingang eines als integrator geschalteten Operationsverst ärkers (19) zugeführt ist und daß über einen weiteren Widerstand (22) dem gleichen Eingang des Operationsverstärkers eine Steuerspannung zugeleitet ist und daß der Ausgang des Operationsverstärkers (l9) über einen Leistungsverstärker (23) mit dem Kapstanmotor (2) verbunden ist.
2. System nach Anspruch t, dadurch gekennzeichnet, daß vom Tachogenerator Impulse a bgenomn.'e n werden, deren Frequenz proportional zur Drehzahl ist.
3. System nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß vom Tachogenerator eine der Drehzahl proportionale Spannung abgenommen wird.
4. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Tachugenerator über zwei Ausgänge verfügt, an denen Ii;'puls abnehmbar sind, deren Frequenz proportional zur Drehzahl und deren Phasenlage etwa um 900 gegeneinander verschoben ist.
5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dereine Ausgang des Tachogenerators einerseits Illit (lel Eingan einer monostabilen Kippschaltung und andererseits mit dem D-Eingang eines D-Flip-Flops verbunden ist, dass der andere Ausgang des Iachogc--ncrators an den Takteingang des D-Flip-Flops angeschlossen ist, daß der Ausgang des D-Flip-Flops mit je einem Eingang einer UND-Schaltung verbunden ist und daß die Ausgangssignale der monostabilen Kippstufe den anderen Eingängen der UND-Schaltung zugeführt sind, daß der Ausgang der einen UND-Schaltung über einen Widerstand und der Ausgang der anderen UND-Schaltung über @ eine Schaltung zur Polaritätsumkehr und einen Widerstand mit dem Eingang des Operationsverstärkers verbunden ist.
6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnets daß zur Begrenzung der Beschleunigung des Magnetbandes in die Zuführung der Steuerspannung zur Integratiousscha ltung eine weitere Integrationsschaltung eingefügt ist.
7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeicllnet daß die weitere Integrationsschaltung aus zwei Operat ionsverstärker besteht, von denen der erste mit dem Eingang des zweiten, der Ausgang des zweiten er einen Kondensator mit dem Eingang des zweiten und direkt mit einem Eingang des ersten Operationsverstärkers verbunden ist, und daß die Steuerspannung einem weiteren Eingang des ersten Operationsverstärkers zugeführt ist.
8. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von den die @ Wickelmotore durchfließenden Strömen ein Signal abgeleitet wird, welches die durch den Antrieb des Kapstan-@ motors vorgegebene Beschleunigung begrenzt, wenn der 5 trog mindestens in einem der Wickelmotore einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.
9 System nach den Ansprüchen 6 und 8, dadurch gekennzeichnetI, daß der Anstieg der Steuerspannung in der weiteren Integrationsschaltung vermindert wird, wenn der Strom mindestens eines tickelmot ors den vorgegebenen Grenzwert übersteigt .
10. Systejiì nach Ansprüchen 6 und- 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Steuerung der Wickelmotore mittels Impuls@ breitensteuerung der Anstieg der Steuerspannung in der Integrationsschaltung vermindert wird, wenn sich das Tastverhältnis des Stromes mindestens eines der Wickelmotore ders Wert "Eins" nähert.
11. System nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schwellwerteinrichtung vorgesehen ist, deren Ausgangssignal zur Steuerung zwei elektronischen Schaltern zugeführt ist, daß der erste elektronische Schalter ein Potentiometer, welches zur Einstellung der Steuerspannung vorgesehen ist, kurzschließt und der zweite elektronische Schalter das Teilerverhältnis eines zwischen dem ersten und dem zweiten Operationsverstärker angeordneten Spannungsteilers herabsetzt-, wenn der Strom durch einen der Wickelmotore. den vorgegebenen Grenzwert überschreitet.
12. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang der Schwellwert-Einrichtung und dem zweiten elektronisch-en Schalter eine Impulsverlängerungsschaltung eingefügt ist.
13. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung der Steuerspannung ein Potentiometer vorgesehen ist ,- dessen Enden mit gegenüber festem Potential jeweils positiver und negativer Spannung beaufschlagt sind, daß der Schleifer des Potetioeters, welcher gleichzeitig den Ausgang bildet, mit dem Schleifer eines weiteren Potentiometers verbunden ist und daß das weitere Potentiometer über einen Mittelabgriff, welcher mit festem Potential verbunden ist, verfügt.

L e e r s e i t e