DE2126138C3 - Regelanordnung zum Positionleren eines massebehafteten Körpers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Regelanordnung zum Positionieren eines massebehafteten Körpers mittels eines Stellantriebs entsprechend einem Soll-Positionssignal, mit einem Ist-Positionssignalerzeuger und einem Regler für die Bildung eines Regelsignals, sovie mit einem Steuersehaltkreis für die periodische Änderung des den Stellantrieb speisenden Stellsignals in Abhängigkeit von der absoluten Größe des Regelsignals. Eine solche Regelanordnung ist aus der US-PS 31 10 851 bekannt

Positions- oder Stellungsregler finden z. B. Anwendung, wenn die Magnetköpfe eines Datenspeichers, bestehend aus einer oder mehreren Magnetplatten, auf denen die Daten in konzentrischen Spuren aufgezeichnet werden, radial bezüglich der Plattenachse auf eine bestimmte Datenspur zu positionieren sind. Diese Positionierung soll einerseits schnell, andererseits sehr genau erfolgen, was im allgemeinen eine hohe Verstärkung im Regelkreis zur Voraussetzung hat Regelkreise mit hoher Verstärkung neigen jedoch zu Regelschwingungen, was im hier betrachteten Falle die Folge hat daß die Magnetköpfe ständig um die Sollposition schwingen und dabei gegebenenfalls unangenehme Tonschwingungen erzeugen.

Um diesen Nachteil zu vermeiden, hat man dem (als langsam veränderliche Gleichgröße zu betrachtenden) Regelsignal ein hochfrequentes »Zittern« überlagert, der seinerseits proportional der absoluten Größe des Signals ist Auf diese Weise verringert sich das Stellsignal umso mehr, je näher der Körper der Sollposition ist.

Das Prinzip der getasteten Regelung ist an sich aus dem »Kleinen Handbuch Technischer Regelvorgänge« von O ρ ρ e 11,4. Auflage, 1967, S. 561; bis 565 bekannt Dort wird jedoch nicht das Stellsignal periodisch abgeschaltet, sondern das Fehlersignal wird periodisch erfaßt, während das Stellsignal auf einem zuletzt festgelegten Wert gehalten wird, bis ein neues Fehlersignal eine Veränderung hervorruft.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die Schwingungen ^nes servegeregelten beweglichen ©liedes m begrenzen, nachdem es einmal nahe der Adressenposition angelangt ist

Bei einer Anordnung der eingangs genannten Gattung wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der bei Abfall des Regelsignals auf einen vorgegebenen Minimalwert betätigte Steuersehaltkreis

als Unterbrecher (30) für die Speisung des SteDantriebs

(22, 14) ausgebildet ist und der Körper in den Spei-

_k sungspausen nur der Massenträgheit unterworfen

' r bleibt

Die dabei gegebenenfalls sich ergebende Verzöge-

*S rung der Positionierung ist minimal, wogegen die Re-

' gelsehwingungen völlig ausgeschaltet werden, während bei der bekannten Lösung noch ein geringfügiges »Zittern« um die Sollposition verbleibt
Bevorzugte Weiterbildungen des Gegenstandes der

μ Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Regelanordnung gemäß der Erfindung wird nachstehend im einzelnen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert;

F i g. 1 stellt schematisch eine Regelanordnung gemäß oer Erfindung dar, wobei auf den Anwendungsfall eines Plattenspeichers eingegangen ist;
F i g. 2 ist ein Vergleichsdiagramm, und
Fig.3 zeigt die Charakteristik des verwendeten

Verstärkers.

In F i g. 1 ist eine Anordnung zum Positionieren von Lese-ZSchreibköpfen 10 in bezug auf einen Stapel von Scheiben 11 dargestellt welche um die vertikale Welle 12 umlaufen. Um die Köpfe zu verschieben, ist ein Linearmotor 14 mit einem Kopfträger 15 verbunden und wird entsprechend der gewünschten Bewegung der Köpfe in Positionen nahe verschiedenen Bereichen der rotierenden Scheiben gespeist; der Motor 14 dient als Stellglied des Regelkreises. Daten sind sowohl auf dem oberen wie auch auf den unteren Flächen der Scheiben in kreisförmigen, konzentrischen Spuren aufgezeichnet, von denen jede durch eine Adresse bezeichnet ist so daß die Daten wieder ausgehoben werden können. Um die Position der Köpfe zu regeln, ist ein Register 16 für Ist-Adressen vorgesehen, dem Informationen bezüglich der 1st-Position der Köpfe zugeführt werden. Einem Register 17 für Soll-Positionen bzw. Adressen wird die Position der auszulesenden oder aufzuzeichnenden Daten zugeführt. Die von diesen Registern erzeugten Signale werden durch eine Summierstelle 18 einem Differenzzähler 19 zugeführt der ein Signal erzeugt welches den Abstand angibt um den die Köpfe in die Nähe der Soll-Position bewegt werden müssen, und dieser Abstand kann als Ausgangsfehler der Position der Köpfe bezeichnet werden. Das Signal des Differenzzählers wird einem Digital-Analog-Umsetzer 20 zugeführt und das resultierende analoge Signal speist über eine Summierslelle 21 und einen Verstärker 22 den Motor 14.

Das dem Motor 14 zugeführte Stellsighal wird durch

ein zweites Signal beeinflußt, das durch den Übertrager 24 erzeugt wird, der die Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung des Kopfträgers abtastet und mit dem Tachometer 25 an die Summierstelle 21 ein Signal abgibt, das die Höhe des Speisesignals zur Beschleuni-

⁶S gühg oder Bremsung der Köpfe bei deren Bewegung in die Soll-Position verändert.

Um zu erläutern, Wie die Regelanordnung die Lese-Schreibköpfe in die endgültige Soll-Position bewegt,

ist in F i g. 2 der Ausgangsfehler (welcher den Abstand angibt, um den die Köpfe bewegt werden müssen, um sie aus der Ist-Position in die Soll-Position zu bewegen) über der Zeit aufgetragen, EKe ausgezogene Linie 26 gibt an, wie eine insoweit beschriebene Regelanordnung die Köpfe bewegen würde. Die Köpfe werden dabei während der ersten 60% ihres Weges schnell in Richtung der Soll-Position bewegt, wonach dat. Eingangssignal für den Regelverstärker sich verringert, da sich die Köpfe der Soll-Position nähern. Bei ungefähr 4 msec in dem Diagramm befindet sich der Kopf in der Soll-Position. Indessen ergeben sich auf Grund der Trägheit der Köpfe und des ganzen Mechanismus, auf Grund von Federkonstanten verschiedene mechanische Resonanzeffekte. Derartige Resonanzbedingungen rufen unerwünschte Schwankungen hervor, die die Regelanordnung auszuregem versucht Dabei können sich Schwingungen der Köpfe mit fortschreitender Zeit wegen der Resonanzfrequenzen der Köpfe und des ganzen Mechanismus aufschaukeln. Die Schwingung der Köpfe, die sich dabei ergibt, kann wie beschrieben zu einem störenden hörbaren Signal führen.

Bei bekannten Vorrichtungen wurde vorgeschlagen, daß eine Totzone in der Regelanordnung vorgesehen werden soll. Wenn sich beispielsweise die Köpfe auf 20% der Soll-Position nähern, wird die Regelung dazu gebracht daß sie reagiert, als befänden sich die Köpfe in der Soll-Position, womit die weitere Bewegung der Köpfe in Richtung der Soll-Position eingestellt wird. Eine derartige Bewegung der Köpfe ist durch die gestrichelte Linie 27 angedeutet Die Regelverstärkung während der anfänglichen Kopfbewegung, ausgehend von dem 100%-Fehlersignal, ist dabei etwas geringer als die Verstärkung bei einer Regelanordnung ohne Totzone. Dies rührt daher, daß die Köpfe eigentlich in die 20%-Position bewegt werden, und da das Motorantriebssignal (Stellsignal) proportional dem Fehlersignal ist, wird die Verstärkung herabgesetzt um dem kleineren Fehlersignal angepaßt zu werden. Die Köpfe erreichen die durch die gestrichelte Linie 25 angedeutete Datenposition nach ungefähr 13 msec ohne Totzone in dem System und bei etwa 2Ji msec, wenn eine Totzone vorgesehen ist Es wird also ein Nachteil durch die Totzone in Kauf genommen, obwohl andererseits die Schwingung aer Köpfe um die Nullage verhindert wird. Eine derartige Schwingung ergibt sich nicht da die durchschnittliche Verstärkung des Regelkreises in der Totzone Null ist Die Totzone verursacht einen unbestimmten Positionierungsfehler, welcher der Breite der Totzone entspricht Gemäß F i g. 3 wird das normale Motorantriebssignal durch die unterbrochene Linie 22a angedeutet; indessen stellt mit Totzone die durchgehende Linie 226 das Stellsignal Eo dar, welches dem Motor 14 entsprechend dem vom Verstärker aufgenommenen Eingangssignal En zugeführt wird.

Es ist bei der Regelanordnung zwar ein Totzonen-Zustand vorgesehen, doch wird dieser einmal ausgeschaltet in einer Periode, die kleiner ist als diejenige Zeitdauer, welche der Regelkreis benötigt, um eine Resonanzschwingung für den gerade positionierten Kör- te per zu erreichen. Ein derartiger intermittierender Totzonen-Zustand wird erreicht, indem ein Oszillatorsignal von dem Oszillator 30 (F i g. 1 »IMS«) an den Verstärker 22 abgegeben wird, welches die Totzone intermittierend unterbricht Auf diese Weise wird die Verstär- ⁶S kung im Regelkreis solange wenig herabgesetzt, wie das Fehlersignal groß bleibt; indessen wird die Verstärkung beträchtlich herabgesetzt, obwohl sie noch auf einem diskreten Wert bleibt, wenn sich der Körper der Soll-Position nähert

Um den Betrieb der Vorrichtung zu erläutern, ist das unterbrochene Totzonensignal durch die Rechteckwel-Ie 30 dargestellt in diesem Fall beträgt die Impulsdauer 0£ msec Wenn sieb die Köpfe daher in der 100%'Fehlersignalposition bei vollständig abgeschalteter Totzone, wie dargestellt, befinden, bewegen sie sich wie bei einem Regelkreis ohne Totzone bis zu dem Punkt A Zu diesem Zeitpunkt wird die Totzone eingeschaltet und die durchschnittliche Verstärkung herabgesetzt da das Antriebssignal für den Motor proportional dem Fehlersignal ist und zu diesem Zeitpunkt das Fehlersignal 4urch den Unterschied zwischen der Ist-Position der Köpfe und der 20%-Totzonen-Position angezeigt wird. Vom Punkt A bis zum Punkt B verläuft daher die strichpunktierte Kurve 28 parallel der Kurve 27, welche das Signal bei voller Totzone angibt Beim Punkt B wird die Totzone wieder ausgeschaltet und die Verstärkung läuft wieder parallel der Kurve 26. Danach wird am Punkt C die Totzone wieder eingeschaltet und die Kurve nähert sich der Neigung der Kurve 27. Es ist ersichtlich, daß die Verstärkung bis herab zu einem Fehler von 40% sehr wenig gegenüber der Verstärkung ohne Totzone beeinträchtigt wird. Der Regelkreis arbeitet wieder bis zum Punkt D, zu welchem Zeitpunkt der Totzonen-Zustand bei der 20%-Position abgeschaltet ist die durch den Punkt £ dargestellt ist; zu diesem Zeitpunkt wird die Totzone wieder eingeschaltet und kein Signal an den Antriebsmotor abgegeben, da die Position der Köpfe an der Totzonen-Position vorbei gelangt ist In diesem Punkt wird der Körper jedoch durch die Trägheit bis zum Punkt F weiterbewegt, wo die Totzone wieder eingeschaltet wird und das Fehlersignal eine Beschleunigung der Köpfe in die Null-Position bewirkt Dies wiederholt sich jedesmal, wenn die Totzone ausgeschaltet wird, bis allmählich der Regelkreis den Kopf über der gewünschten Adresse bzw. Position ausrichtet

Durch die Erfindung wird eine Regelanordnung geschaffen, bei der der Vorteil einer Totzone vorhanden ist unter der Voraussetzung, daß die Austastzeit der Totzone zu kurz ist, um den Aufbau von Schwingungen in dem Regelkreis zu ermöglichen. Deshalb verhindert die Verwendung der intermittierenden Totzone Schwingungen im Regelkreis, während die Köpfe sich auch dann noch weiter der Soll-Position nähern, wenn sie einmal den Totzonen-Bereich erreicht haben. Daher werden sie schließlich in das Zentrum der Datenadresse bewegt, und das ausgeprägteste Signal wird danach von der Datenspur ausgelesen.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht den Zusatz eines einzigen Univibrators 31 (F i g. 1) vor, um den Oszillator 30 anzusteuern. Im Betrieb wird der Univibrator durch ein Signal zurückgestellt, das eine Änderung in der Soll-Position anzeigt, was bedeutet, daß die Lese-/Schreibköpfe 10 in eine neue Position bewegt werden müssen. Der Univibrator dient dazu, den Oszillator nach einem vorbestimmten Zeitintervall inaktiv zu machen. In diesem Fall betätigt der Univibrator den Oszillator nach einer Verzögerung von einigen Millisekunden. Durch diese Anordnung wirkt die Regelanordnung anfangs linear, um die Köpfe in der durch die Kurve 26 (F i g. 2) angegebenen Weise anzu-. treiben, da in dem Verstärker keine Totzone existiert Nachdem eine hinreichende Zeitpanne vergangen ist, um den Köpfen zu gestatten, daß sie nahe an die Datenspur gelangen, wird der Univibrator wieder betätigt

Claims (4)

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   * Patentansprüche:

   !.Regelanordnung zum Positionieren eines massebehafteten Körpers mittels eines Stellantriebs entsprechend einem Soll-PositionssignaL mit einem Ist-.Positionssignalerzeuger und einem Regler für die .Bildung eines Regelsignals, sowie mit einem Steuerschaltkreis für die periodische Änderung des den Stellantrieb speisenden Stellsignals in Abhängigkeit von der absoluten Größe des Regelsignals, dadurch gekennzeichnet» daß der be3,Abfall des Regelsignals auf einen vorgegebenen Minimalwert betätigte Steuersehaltkreis als Unterbrecher (30) für die Speisung dies Stellantriebs (22,14) ausgebildet ist und der Körper in den Speisungspausen nur der Massenträgheit unterworfen bleibt
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Verstärker (22), der dem Stellantrieb vorgeschaltet ist
3. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß der Verstärker (22) von dem Steuerschaltkreis (30,31) angesteuert ist
4. 4. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen dem Steuersehaltkreis bei Vorgabe eines neuen Soll-Positionssignals stillsetzenden Schalter (31).