DE2238774C3

DE2238774C3 - Magnetband-Datenspeicher mit einem Schrittmotor

Info

Publication number: DE2238774C3
Application number: DE2238774A
Authority: DE
Inventors: Toshio Katagiri; Isamu Yao Matsuda; Shoji Shijonawate Omiya; Tokuji Suga
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1971-08-07
Filing date: 1972-08-07
Publication date: 1980-02-28
Also published as: GB1403386A; CA1006976A; DE2238774A1; US3792335A; DE2238774B2

Description

2. Datenspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler (C₄) mit einer Dekodierschaltung (D₃) zur Umwandlung der Zählwertsignale des Zählers in Antriebsimpulse für den Schrittmotor verbunden ist, und daß die Dekodierschaltung bei jeder Zählwertänderung zwischen einphasigem und zweiphasigem Speisungszustand des Motors (M) umschaltet.

3. Datenspeicher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Anlaufphase und in einphasigem Speisungszustand des Schrittmotors (M) die Dekodierschaltung (D₃) ein Steuersignal (<?) an den Oszillator [OSC) abgibt, das den Abstand der Impulse auf einen an den Schrittmotor angepaßten Wert (i„) ausdehnt.

4. Datenspeicher" nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Endphase der Zähler (C₄) zur Rückwärtszählung eines einzigen Impulses umgeschaltet wird.

5. Datenspeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Endphase der Schrittmotor (M) im einphasigen Speisungszustand zum Stehen gebracht wird.

6. Datenspeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der Abstandsänderungen bzw. der Zählrichtungsänderungen durch vom Oszillator (OSC) gespeiste Zähler (C₂, C₃) in Abhängigkeit von der Oszillatorimpulsnummer erfolgt.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Datenspeicher nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die einzelnen auf dem Magnetband aufgezeichneten Daten, die beispielsweise aus 10 Bits bestehen können, müssen zwischen sich einen ausreichend großen Abstand aufweisen, so daß das Magnetband jeweils zwischen zwei solchen Daten-Auf zeichnungen zum Stehen gebracht und aus dem Stillstand wieder auf die erforderliche gleichmäßige Geschwindigkeit beschleunigt werden kann, um die nächste Information aufzunehmen oder wiederzugeben. Während des Einschreib- oder Auslesevorgangs muß die Laufgeschwindigkeit des Magnetbandes gleichmäßig sein.

Es ist sowohl für-große Datenspeicher mit Magnetträger, die etwa als Hilfsspeicher für einen großen

ίο Rechner dienen können, als auch für Kassetten-Datenspeicher bekannt (US-PS 3185 364 und 3154730), als Motor einen Gleichstrommotor mit geregelter Drehzahl zu verwenden, die mit Hilfe eines Tachometers gemessen und mit Hilfe eines geschlos-

senen Regelkreises zunächst gleichmäßig stark beschleunigt, dann auf konstantem Wert gehalten und dann gleichmäßig stark gebremst wird. Die Einbauten für eine den Erfordernissen voll gerecht werdende Drehzahlregelung erweisen sich jedoch vor allem bei

ao kleinen Datenspeichern, wie es die Kassettenrekorder sind, als räumlich ungünstig.

Für einen trägheitsarmen Gleichstrommotor ist es bekannt (AFIPS Conference Proceedings, Vol.28, 1966, S. 323 bis 333, insbesondere Fig. 2 bis 4),

»5 einen Gleichstrommotor mit einem Rotor in Form einer gedruckten Schaltung zu verwenden. Hiermit sind Beschleunigungs- und Verzögerungsstrecken von jeweils 0,002" erzielbar, zwischen denen der Aufzeichnungsbereich für die Daten der gegebenen Länge

von 0,001" liegt. Das Intervall zum Durchlaufen dieser Strecken dauert 2,25 ms. Zur Durchführung einer phasenexakten Geschwindigkeitsregelung ist es hierbei bekannt (AFIPS a. a. O., Fig. 8, 9), auf dem Magnetband in kurzen konstanten Abständen fest aufgezeichnete Taktsignale auszunutzen, die durch einen Wiedergabekopf abgegriffen und mit dem Oszillatorausgang eines die Phase angebenden Taktoszillators im Datenrekorder mit Hilfe von Flip-Flop-Schaltungen verglichen wird.

Diese drehzahlgeregelten Gleichstommotoren haden Nachteil, daß sie, wenn nicht ein erheblicher überdimensionierter Aufwand getrieben wird, aufgrund von Trägheiten und Überschwingungen keinen idealen Drehzahlverlauf ergeben und trotzdem der Raumbedarf sich ungünstig bemerkbar macht. Dieser Raumbedarf wird um so höher, je exakter zur besseren Bandausnutzung die Drehzahlregelung des im Bedarfsfall intervallweise laufenden Motors funktionieren soll.

Es ist auch bekannt, für den Antrieb an Stelle drehzahlgeregelter Gleichstrommotoren gesteuerte Motoren zu verwenden, beispielsweise (deutsche Offenlegungsschrift 19 50 556) einen selbstanlaufenden Synchronmotor mit sich am Ständer und am Läufer gegenüberstehenden Zähnen, der mit sinusförmigem Wechselstrom insbesondere von Netzfrequenz gespeist wird, oder (deutsche Offenlegungsschrift 20 38 002) ein ähnlich aufgebauter Schrittmotor, der mit einer Folge von Antriebsimpulsen insbesondere von einer Wiederholungsfrequenz von 400 Hz gespeist wird. Während einerseits die niedrige Periodenzahl des technischen Wechselstroms eine mangelhafte Kontinuität der Antriebsbewegung zur Folge haben kann, sofern nicht sehr große Schwungmassen und ein sehr groß dimensionierter Antrieb vorhanden sind, ergibt andererseits die hohe Impulsfrequenz Schwierigkeiten vor allem am Beginn der Antriebsbewegung, an dem bei möglichst schnei-

lein Start doch die gegenseitige Zuordnung der Impulse zur Rotorstellung des Motors nicht verlorengehen darf.

Aus einem Informationsheft der Firma Gerhard Berger, Lahr, aus dem Jahre 1970 über Berger Motoren, Seite 13 ist es bekannt, bei Schrittmotoren die Impulsfrequenz eines Impulsgebers, der Flipflops zur Aussteuerung der Motorströme steuert, von einem kleinen auf den Maximalwert zu steigern.

An den über die Antriebswelle erfolgenden Antrieb des Magnetbandes werden die Anforderungen gestellt, daß in den jeweiligen Anlaufphasen vor der einzelnen Datengruppenaufzeichnung und in der Bremsphase danach möglichst wenig Zeit und Bandlänge verbraucht werden. Ein Hindernis in dieser Hinsicht stellen Uberschwingvorgänge dar. Schwingungen um die synchrone Drehzahl müssen abgeebbt sein, bevor die Dateneinschreibung bzw. -auslesung beginnen kann, und Drehschwingungen um den Stillstandspunkt nach dem Abbremsen müssen abgeklungen sein, bevor das Band für einen weiteren Einschreib- oder Auslesevorgang wieder beschleunigt werden kann. Solche anhaltenden Uberschwingvorgänge verschlechtern also die mögliche Ausnutzung des Datenspeichers und stellen zudem eine starke mechanische Beanspruchung des Magnetbandes dar. Sie treten verstärkt bei einem andererseits erwünschten starken Anzugsmoment und starken Bremsmomenten auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Charakteristik des Antriebs so zu gestalten, daß trotz starkem Anzugsmoment und starkem Bremsmoment die Uberschwingvorgänge in möglichst vernachlässigbaren Grenzen gehalten werden können.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Datenspeicher der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Der Rotor läßt sich damit sehr schön in den synchronen Umlauf ziehen bzw. stillsetzen, ohne daß eine übermäßige Beschleunigung bzw. Verzögerung zu erheblichen Überschwingvorgängen führt und ohne daß die dem stationären Lauf zugrunde gelegte Frequenz der Antriebsimpulse kritisch ist, da in den schwierigen Phasen der Beschleunigung und der Verzögerung eine jeweils angepaßte Frequenz und Impulsdauer erhalten werden. Die Zuordnung der jeweiligen Impulsnummer zur jeweiligen Winkellage kann hierdurch mit Sicherheit beibehalten werden.

Durch die kurzzeitige Rückwärtszählung des Zählers wird erreicht, daß die während des antreibenden Betriebs herrschende synchrone Rotorsteliung mit einem nacheilenden, motorischen Lastwinke' durch das kurzzeitige Rückschalten und dann wieder Vorwärtsschreiten tier synchronen Feldstellung und eine dieser synchronen Feldstellung gleiche oder möglicherweise sojiar vorauseilende Rotorstelllung, also mit geneiatorisChem Lastwinkel, geändert wird. Hierdurch erg'bt sich eine sehr schnelle Bremsung mit im we*ent'icheh überschwingungsfreiem Einlaufen in die verbleibende Ruhestellung. Die ideale Weite des Zurücksehnten^ hängt von der Größe des Lastwinkels im alt reibenden Betrieb ab, der jedoch nicht größer seih kan'l als der Winkel zwischen zwei benachbarten WinKellagen, so daß ein Rückwärtszählen um einen einzigen Impuls stets zu einem günstigen, im allgemeinen ein Bremsmoment bewirkenden Ergebnis führt.

Beim einphasigen Betrieb sind stets nur die für eine einzige Winkellage zuständigen Wicklungen erregt, beim zweiphasigen Betrieb sind gleichzeitig die Wicklungen für zwei Winkellagen erregt, wie an sich bekannt ist (japanischer Aufsatz »Schrittmotor« von Nozomu Nishimura in »View of Electronics«, herausgegeben von Seibundo Shinkosha, Dezember 1969, S. 135 bis 140). Bei einem 1- bis 2phasigen Beirieb wechseln diese beiden Betriebsarten in schneller Folge ab, so daß sich also die Erregungszuslände für benachbarte Winkellagen kurzzeitig überlappen, wodurch eine verbesserte Stetigkeit des Laufs erzielt werden kann. Unter dieser Voraussetzung ergibt sich die Möglichkeit, in der Anfangsphase und der End-

*5 phase des Intervalls einen optimierten Betrieb zu erzielen. Insbesondere kann der Motor immer einphasig zum Stehen gebracht werden, außerdem kann während der Anfangsphase für die Dauer der einphasigen Erregung ein wiederum abweichender Os-

^a° zillator-Impulsabstand gewählt werden, der sich entsprechend den Eigenschaften des gesamten Antriebs empirisch als günstig erweist.

Insgesamt ergibt sich durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen die günstige Möglichkeit, eine sichere,

rein elektronische und gegebenenfalls auch in integrierter Bauweise erstellbare Steuerung zu erzielen, die insbesondere für Kassetten-Datenspeicher mit ihren beschränkten Raumverhältnissen von erheblichem Wert ist.

Die Erfindung wird in der folgenden Beschreibung erläutert. Auf der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht, und zwar zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des mechanischen Aufbaus eines erfindungsgemäßen Datenspei-

chers,

Fig. 2 eine elektrische Blockschaltung des Datenspeichers nach Fig. I,

Fig. 3a und 3 b Signalwellenformen zur Erläuterung des Aufzeichnungsvorgangs,

Fig. 4 Signal wellenform zur Erläuterung des Wiedergabevorgangs,

Fig. 5 Signal wellenformen zur Erläuterung der Startcharakteristik des Schrittmotors und

Fig. 6a und 6b Signalwellenformen zur Erläuterung der Stoppcharakteristik des Schrittmotors.

Fig. 1 zeigt die wesentlichen Teile eines Datenspeichers mit einer ein Magnetband enthaltenden Kassette 101, einer Basisplatte 102, einem Magnetkopf 103 für

die Aufzeichnung und Wiedergabe, einem eine Klemmrolle 110 tragenden Arm 104, der mittels einer Feder 111 in eine Richtung gedrückt wird, einem Schlitten 105, auf dem der Arm 104 und der Magnetkopf 103 befestigt sind, einem Elektromagneten 112 zum Verschieben des Schlittens 105, einem Schrittmotor 106, dessen Welle koaxial mit einer Bandantriebsache 107 verläuft, und mit Spulenmotoren 108 und 109, die beide gewöhnliche Gleichstrommotoren sind. Die folgende Erläuterung geschieht unter der Voraussetzung, daß die Kassette 101 auf die Basisplatte 102 aufgelegt und der Elektromagnet 112 erregt ist, so daß der Magnetkopf 103 und die Klemmrolle 110 gegen das Magnetband in der Kassette 101 gedruckt werden.

Fig. 2 zeigt Klemmen WD_x und WD₂, die jeweils Signale für die Spuren 1 und 2, d. h. die Kanäle 1 und 2 auf dem Magnetband empfangen. Die Figur zeigt ferner Aufzeichnungsverstärker WA_x und WA₂, Aufzeichnungs- und Wiedergabeköpfe H_x und H₂, Wieder-

gabeverstärker RA₁ und /?Λ₂, Wiedergabe-Ausgangstore G₁ und G₂, die durch einen an eine Lesebefehlseingangsklemme RCM gelegten Eingang gesteuert werden, ferner eine Einschreibbefehlseingangsklemme WCM zum Empfang eines Signals, das die Aufzeichnungsverstärker WA₁ und WA₂ betätigt, Auslesesignal-Ausgangsklemmen RD₁ und RD₂, eine Eingangsklemme STA, die ein Startsignal zum Ingangsetzen des Datenspeichers empfängt, eine Eingangsklemme VLW für ein Signal zum Steuern der Datenlange, das später beschrieben wird, eine Ausgangsklemme WCL für ein Schreibzeitgebersignal, Flip-Flop-Schaltungen FF, bis FF₄, einen Impuls-Zähler C₁ mit Teilverhältnis 3: 1, einen 4-Bit-Binär-Zähler C₂, einen 2-Bit-Binär-Zähler C₃, einen 3-Bit-Vorwärts- und Rückwärts-Zähler C₄, jeweils mit den Zählern C₂, C₃ bzw. C₄ verbundene Dekodierschaltungen D₁, D₂ und D₃, von denen die Decodierschaltung D₃ so eingerichtet ist, daß sie den Motor M im Ein- bzw. Zweiphasenbetrieb antreibt, Und-Torschaltungen G₁ bis G₆ und C-J₀, Oder-Torschaltungen G₇ bis G₉, Inverter J₁ und I₂, einen Oszillatorkreis OSC, dessen Schwingungsfrequenz sich in Abhängigkeit von den an Eingangsklemmen A bis D empfangenen Signalen ändert, d. h. der so ausgebildet ist, daß eine darin vorgesehene Decodiereinrichtung die mit dem Emitter eines Unijunction-Transistors verbundenen Widerstände umschaltet, und jeweils mit den Spulen AiC₁ bis MC₁ des Schrittmotors M verbundene Antriebsverstärker MA₁ bis MA₁₁.

Dieser Schrittmotor M besteht aus zwei Einzelmotoren, von denen der eine die Spulen AiC₁ und MC₂ und der andere die Spulen MC₃ und MC₄ aufweist. Die beiden Einzelmotoren sitzen hintereinander auf einer gemeinsamen Achse und sind in ihrem Stator um 90 elektrisch gegeneinander versetzt. Der Motor ist im Einphasenbetrieb betreibbar, bei dem abwechselnd und umlaufend jeweils eine der Spulen AiC₁, AfC₂, AZC₃ und AZC₄ gespeist ist, oder im Zweiphasenbetrieb, in dem jeweils zwei Spulen der verschiedenen Einzelmotoren erregt sind, also beispielsweise gleichzeitig AZC₁ und AZC₃, dann AZC₃ und AZC₂, dann AZC₂ und AZC₄, dann AZC₄ und AZC₁, dann AZC₁ und MC₃ usw. für eine Umdrehung im Gegenuhrzeigersinn. Schließlich ist noch ein Ein-/Zwei-Phasen-Betrieb möglich, den man sich durch Verkürzung der Speisungsphasen der einzelnen Wicklung aus dem Zweiphasenbetrieb entstanden denken kann, wobei also die Überlappungszeiten nicht die volle Wicklungsspeisungsdauer decken und beispielsweise folgende Speisungsfolge auftritt: AZC₁, dann AZC₁ und AZC₃, dann MC₃, dann MC₃ und AZC₂, dann AZC₂, dann MC₂ und MC_it dann MC_A und AZC₁, dann AZC₁ usw. für eine Drehung im Uhrzeigersinn. Beim beschriebenen Beispiel ist derEin-/Zwei-Phasen-Betrieb angewandt, der eine gute Anlauf charakteristik und einen stetigen Lauf ergibt, für das Anhalten des Motors wird jedoch der Einphasenbetrieb bevorzugt, der zu einem geringeren "Überschwingen neigt. Beim beschriebenen Beispiel bleibt der Motor deshalb stets nur bei einphasiger Speisung stehen.

Im Überblick betrachtet, ergibt sich durch die Schaltung nach Fig. 2 eine Speisung des Motors so, daß während der Anlaufphase im Ein-/Zwei-Phasen-Betrieb die einphasigen Speisungszustände ausgedehnt werden, bis sodann nach einer Zeit, zu der angenommen werden kann, daß die synchrone Drehzahl in der synchronen Stellung unter Einstellung des von der Belastung abhängigen Lastwinkels, also der stationäre Lauf erreicht ist, das Einschreiben oder Auslesen begonnen wird. Für das Einschreiben oder Auslesen ist eine vorgegebene Zeitspanne vorgesehen, die jedoch beim Einschreiben durch Anlegen eines äußeren Impulses und- beim Auslesen durch das Andauern des ausgelesenen Signals verlängert werden kann. Zum Ende des Auslesens erfolgt zunächst ein Rückschritt der schrittweisen Erregung des Schrittmotors so, daß

ίο die Erregung um den Lastwinkel, um den der Rotor der Erregung nacheilt, zurückschreitet, und sodann werden die weiteren Speisungszustände ausgedehnt und in ihrer Frequenz erniedrigt, so daß sich auch die synchrone Drehzahl erniedrigi, bis dann der Motor unter bleibender Speisung einer einzigen Wicklung in der dieser Wicklung entsprechenden Winkellage stehenbleibt.

Im einzelnen arbeitet die in Fig. 2 dargestellte Schaltung wie folgt:

1. Einschreibvorgang

Auf die Fig. 3a und 3b wird Bezug genommen. Wenn ein Startimpuls an die Klemme STA gegeben

^a5 wird, wird der Flip-Flop FF₁ auf Betrieb umgeschaltet. Dadurch werden der Oszillator OSC und die Zähler C₁ und C₂ aus ihrem Ruhezustand gelöst, so daß der Oszillator OSC mit einer Periode von Z₁ zu schwingen beginnt. Der Ausgang des Oszillators OSC wird mit Hilfe des Zählers C₁ frequenzgeteilt (siehe das Diagramm C₁ in Fig. 3a) und dann den Zählern C₂ und C₁ zugeleitet. Der Zähler C₄ zählt die Eingangsimpulse. Der Ausgang der Decodierschaltung D₃ ändert sich in Abhängigkeit von dem gezählten Wert, so daß ein an den Motor M zu gebendes Antriebsimpulssignal erzeugt wird, um den Motor AZ in Gang zu setzen.

Die Abhängigkeit der Motorspeisung vom im Zähler C₄ erreichten Zähl wert ist folgendermaßen:
Der Zähler C₄ ist ein Drei- Bit-Aufwärts-Abwärts-Zähler, der nur dann als Abwärtszähler arbeitet, wenn von der Klemme c der Dekodierschaltung D₂ ein Impuls eingeht, andernfalls arbeitet er als Vorwärtszähler. Die Leitung vom Zähler C₄ zur Dekodierschaltung D₃ besteht aus drei Drähten, die jeweils

⁴S einem der drei Bits des Zählers C₄ entsprechen. Diese drei Bits zeigen zusammen einen Zählwert von 0 bis 7 in binärer Form an, wobei Null = 000; 1 = 100; 2 = 010; ...; 7 = 111. Je nach dem Zählwert entstehen Ausgangssignale an den Klemmen α bis e der Dekodierschaltung D₃, und zwar bei α für die Zählwerte 7,0,1; bei b für 3,4,5; bei c für 1,2,3; bei d für 5,6,7; und bei e für 2,6. Bei einem umlaufenden Aufwärtszähien des Zählers C₄, anfangend mit 0, ergibt sich also eine Ausgangssignalfolge a — ac — c (e)

— bc — b — bd — d (e) — da — a —

Wenn also nun nach dem Loslaufen des Oszillators OSC der Zähler C₂, der von Anfang an ein Signal an seiner Klemme α abgibt, zwei Impulse gezählt hat, erscheint an der Klemme d der Decodierschaltung D₁

ein Anzeigesignal, um anzuzeigen, daß zwei Impulse gezählt worden sind. An der Klemme e der Decodierschaltung D₃ erscheint ein Signal, wenn Strom ausschließlich durch die Spulen MC₃ oder AiC₄ des im Ein-/Zwei-Phasenbetrieb arbeitenden Motors M ge-

⁶S zogen wird, d. h. bei einer Einphasenspeisung, bei der nur einer der Einzelmotoren erregt ist

Die Signale werden an den Oszillator OSC gegeben, dessen Schwingungsperiode auf I₂ verlängert wird.

Wenn der Zähler C₂ vier Impulse gezählt hat, wird ein Ausgang von der Klemme e der Decodierschaltung ZJ₁ geliefert, während zu dieser Zeit kein Ausgang von der Klemme e der Decodierschaltung ZJ₃ abgegeben wird. Daher nimmt der Oszillator OSC die Schwingung mit einer Periode I₂ in Abhängigkeit von der Kombination der Ausgänge wieder auf. Wenn nach dem zweiten Impuls, jedoch nicht nach dem vierten Impuls ein Ausgang an der Klemme e der Decodierschallung D₃ erscheint, wird die Schwingungsperiode des Oszillators OSC zu einer Periode I₂, die sich von I₂ unterscheidet. Das Umschalten auf die Periode I₂', die sich von u nur geringfügig unterscheidet, dient einem weicheren Anlauf des Motors unter Berücksichtigung des Winkelversatzes zwischen den beiden Einzelmotoren des Schrittmotors.

Wenn der Zähler C₂ sechs Impulse gezählt hat, erscheint ein Ausgang an der Klemme/der Decodierschaltung ZJ₁. Dieser Ausgang öffnet zusammen mit einem Ausgang des Impuls-Zählers C₁ mit Teilverhältnis 3 : I das Tor G₆, so daß der Flip-Flop FF₃ eingeschaltet wird, wodurch der F⁷Hp-FlOp FF₄ aus seinem Rückslellzustand gelöst wird.

Der Flip-Flop FF₄ hefen dann ein durch Frequenzteilung der Impulse vom Oszillator OSC erhaltenes Einschreibzeitgebersignal an die Klemme WCL. Das Einschreiben von Daten auf dem Magnetband erfolgt unter Steuerung mit diesem Zeitgebersignal. Darüberhinaus ist das Zeitgebersignal mit dem Ausgang des Oszillators OSC synchronisiert, d. h. mit der Schrittperiode des Schrittmotors M, und der Zeitpunkt, an dem das Zeitgebersignal zum ersten Mal an die Klemme WCL geliefert wird, liegt nach einer vorbestimmten Zahl von Schritten nach Beginn des Arbeitens des Schrittmotors M, so daß selbst bei einer Änderung der Schwingungsperiode des Oszillators OSC die Stellungen der auf dem Magnetband aufgezeichneten Signale in bezug zueinander unverändert bleiben. Wenn der Zähler C₂ dreizehn Impulse gezählt hat, liefert die Decodierschaltung ZJ₁ einen Ausgang nicht mehr an die Klemme a, sondern an die Klemme b. Das Tor C₃, das bisher durch den Ausgang von der Klemme α der Decodierschaltung ZJ₁ geöffnet worden war, um den Ausgang des Zählers C₁ zum Zähler C₂ hinüberzuführen, wird nun durch den Ausgang der Klemme b der Decodierschaltung ZJ₁ offen gehalten. Wenn zu dieser Zeit kein Eingang an der Klemme VL W erscheint, werden die Tore C₃ und C₄ geöffnet und der Flip-Flop FF₃ wird zurückgestellt, so daß nur zehn der Schreibzeitgeberimpulse (die einem Zeichen entsprechen) und nicht mehr geliefert werden. Wenn andererseits ein Eingang an die Klemme VL W gelangt, wird keines der Tore G₄ und C₃ geöffnet, so daß kein Impuls an den Zähler C₂ gegeben wird. Gleichzeitig wird das Tor G₁₀ geöffnet, so daß der Flip-Flop FF₃ eingeschaltet wird und die Schreibzeitgeberimpulse fortlaufend geliefert werden. Demnach kann die Datenlänge eines Zeichens aus so vielen Bits wie gewünscht, z. B. mehr als 10 Bits bestehen. Dies ist insofern sehr vorteilhaft, als der in Betracht gezogene Datenrekorder beispielsweise mit einem Kleinrechner verbunden werden kann, bei dem ein Wort aus 16 Bits besteht.

Wenn andererseits das an die Klemme WLC gelegte Signal unterbrochen wird, nachdem eine gewünschte Anzahl von Schreibzeitgeberimpulsen erhalten worden ist, arbeitet die Schaltung normal weiter.

Wenn die Lieferung des Schreibzeitgebersignals aufhört und der Zähler C₂ fünfzehn Impulse gezählt hat, erscheint kein Ausgang an der Klemme b der Decodierschaltung ZJ₁ und das Tor G₃ wird geschlossen, so daß der Zähler C₂ zu zählen aufhört. Ein Ausgangssignal erscheint an der Klemme c der Decodierschaltung D₁, und dieses Ausgangssignal wird über das Tor G₅ an den Flip-Flop FF₂ geleitet, der hierdurch auf Betrieb umgeschaltet wird. Infolgedessen wird der Zähler C₃ aus seinem Rückstellzustand gelöst und beginnt zu zählen. Ausgangsimpulse von der ersten Stufe des Zählers C₄ werden an den Eingang des Zählers C₃ gegeben, und wenn vom Zähler C der zweite Impuls dieser Ausgangsimpulse empfangen worden ist, erscheint ein Ausgangssignal an der Klemme c der Decodierschalturg D₂ und gelangt daher an die Klemme »DOWN« des Zählers C₄, so daß dieser Zähler nun in umgekehrter Richtung zählt, während der Ausgang weiter an der Klemme c der Decodierschaltung D₂ anliegt

^ao Daher ist der Erregungszustand des Motors M beim achtzehnten Impuls der gleiche wie beim sechzehnten Impuls. Wenn der Zähler C₃ das Zählen des zweiten Impulses beendet hat, verschwindet das Ausgangssignal an der Klemme c der Decodierschaltung D₂,

während ein Ausgangssignal an der Klemme b der Decodierschaltung D₂ erscheint. Infolgedessen wird die Schwingungsperiode des Oszillators OSC langer und beträgt dann i₃. Wenn der Zähler C₃ das Zählen des dritten Impulses beendet hat, verschwindet das Ausgangssignal an der Klemme b der Decodierschaltung D₂, während ein Ausgangssignal an der Klemme α dieser Decodierschaltung erscheint. Dementsprechend werden die beiden Flip-Flops FF₁ und FF₂ zurückgestellt und die Zähler C₁, C₂ und C₃ werden ebenfalls alle zurückgestellt, so daß das Einschreiben eines Worts vollständig ist und der Stromkreis in seinen ursprünglichen Zustand zurückkehrt. Wie oben beschrieben, ist das Ausgangssignal an der Klemme a

des Zählers C₄, d. h. die Eingangsimpulse am Zähler C₃, wie oben beschrieben, das Ausgangssignal der ersten Stufe des Zählers C₄ und dient zur Feststellung, ob der 1- bis 2-Phasen-Motor M im Einphasenbetrieb oder im Zweiphasenbetrieb arbeitet. Bei dieser Ausführungsform ist die Schaltung so ausgebildet, daß Impulse erzeugt werden, wenn der Motor M im Zweiphasenbetrieb arbeitet. Daher wird der Motor, wenn er außer Betrieb gesetzt wird, sobald der Zähler C₃ eine volle Zählung gezählt hat, immer im Einphasenbetrieb gestoppt.

2. Auslesevorgang

Es wird ein Signal an die Lesebefehls-Eingangsklemme RCM gegeben. Da während der Wiedergabe kein Signal an die Einschreibbefehls-Eingangsklemme WCM gegeben wird, sind das Tor G₅ und der Flip-Flop FF₄ immer gesperrt, während die Tore G₁ und G₂ offen sind und das auf dem Magnetband gespeicherte Signal ausgelesen wird.

Es wird auf Fig. 4 Bezug genommen. Ein Startsignal wird wie beim Einschreibvorgang an die Klemme STA gegeben, um den Flip-Flop FF₁ auf Betrieb umzuschalten, wodurch der Oszillator mit einer Periode Z₁ zu schwingen beginnt. Die folgenden Schritte dieses Vorgangs sind die gleichen wie beim Einschxeibvorgang, bis der Zähler C₂ sechs Impulse vom Zähler C₁ gezählt hat.

Wenn die Auslesung der am Magnetband gespeicherten Information durch den Magnetkopf beginnt,

sobald der siebente Impuls vom Zähler C₁ geliefert worden ist, wie in Fig. 4 veranschaulicht, wird das wiedergegebene Signal nicht nur an die Ausgangsklemmen RD₁ und RD₂, sondern auch über das Tor C₇ an den Flip-Flopp FF₂ gegeben. Dadurch wird der Flip-Flop FF₂ auf Betrieb umgeschaltet, wodurch der Rückstellzustand des Zählers C₃ ausgelöst wird. Da jedoch der Zähler C₃ auch durch das wiedergegebene Signal selbst über das Tor C₉ zurückgestellt wird, bleibt dieser Zähler so lange zurückgestellt, als das wiedergegebene Signal andauert. Wenn das wiedergegebene Signal beendet ist, beginnt der Zähler C₃ mit seiner fortlaufenden Zählung. Der Zähler C₃ zählt die von der Klemme a des Zählers C₄ kommenden Impulse, und nachdem er den zweiten Impuls gezählt hat, veranlaßt er die Decodierschaltung D₂, an ihrer Klemme c ein Signal zu liefern, durch das der Zählvorgang im Zähler C₄ umgekehrt wird. Nachdem der Zähler C₃ den dritten Impuls gezählt hat, wird ein Rückstellimpuls von der Klemme α der Decodierschaltung D₂ an den Flip-Flop FF₁ gegeben, woraufhin ein Wort vollständig ausgelesen worden ist. Diese Arbeitsschritte sind die gleichen wie beim Einschreibvorgang. Daher ist die Stopstellung des Motors beim Auslesen immer der beim Einschreiben voraus, d. h. sie liegt näher an der bereits ausgelesenen Information. Dies verhindert, daß die Stoppstellung bei der Auslesung hinter der beim Einschreiben liegt und dadurch ein Teil der folgenden auf dem Magnetband gespeicherten Daten ausgelassen wird.

Darüberhinaus treten selbst dann, wenn das wiedergegebene Signal abgegeben wird, sobald nicht nur sieben, sondern zehn oder mehr impulse vom Zähler C₁ geliefert worden sind, keine Schwierigkeiten auf, da der Zähler C₂ nach Zählen von fünfzehn Impulsen stehenbleibt, während der Zähler C₃ nicht zu arbeiten beginnt, solange er das wiedergegebene Signal erhält.

Im Folgenden wird nun die Wirkung der Änderung der Schwingungsperiode, also des Impulsabstands in zeitlicher Übereinstimmung mit dem zweiten und vierten Impuls beschrieben.

Wenn ein Schrittmotor durch Antriebsimpulse mit einer konstanten Periode angetrieben wird, wie bei α in Fig. 5 dargestellt, tritt normalerweise in der Einschwingzeit des Schrittmotors beim Start ein Überschwingen auf, wie durch Kurveb in Fig. 5 veranschaulicht. Deshalb ist das Verfahren des Antriebs eines Schrittmotors durch ein konstantes Impulssignal nicht für einen Fall geeignet, bei dem das gleichmäßige Ablaufen des Magnetbandes von größter Wichtigkeit ist. Wenn das irnpulsiriiervall während der Einschwingzeit länger ist als die Normalperiode, wie bei c in Fig. 5 dargestellt, zeigt der Motor einen gleichmäßigen Start, wie durch Kurve dm Fig. 5 veranschaulicht. Das Antriebsdrehmoment ist bei einer Zweiphasen-Erregung größer als bei einer Einphcsen-Erregung. Die Beschleunigung des Motors wird geringer, wenn die Zeitspanne im Einphasenbetrieb länger gemacht wird, während sie ansteigt, wenn die Zeitspanne im Zweiphasenbetrieb länger gemacht wird.

Daher kann die Beschleunigung lediglich durch Steuern der Impulsdauer in einer der beiden Betriebsarten, d. h. der Einphasenbetriebszeit bzw. der Zweiphasenbelriebszeit, gesteuert werden. Da es in diesem Fall notwendig ist, das Überschwingphänomen zu verhindern, muß die Einphasen-Periode länger gemacht werden. Wie oben beschrieben, stoppt der Motor bei Einphasenbetrieb, wobei die Einphasenperiode nach dem zweiten und vierten Impuls eintritt, wie Fig. 5c zeigt. Demnach kann durch Verlängern der Einphasenzeit nach dem zweiten und vierten Impuls ein gleichmäßiger Lauf des Motors erzielt werden. Auch die Steuerung der Beschleunigung kann erleichtert werden. Der Schrittmotor besteht, wie beschrieben, im wesentlichen aus einer Vielzahl von Einzelmotoren, die jeweils in einem bestimmten konstanten Winkel in bezug zueinander winkelverschoben miteinander verbunden sind. Es ist unvermeidlich, daß die Verschiebungswinkel zwischen den Einzelmotoren auf Grund der Genauigkeitsgrenzen bei der Herstellung und dem Zusammenbau ungleich sind. Eine solche Ungleichheit der Verschiebungswinkel verursacht eine Ungleich-

iS mäßigkeii im Drehmoment während der Anlaufzeit. Deshalb kann der Motor durch Verändern der Einphasenbetriebsperiode I₂ für die jeweiligen Einzelmotoren gleichmäßiger in Gang gesetzt werden. In diesem Fall kann die Einphasenperiode t₂ in Abhängig-

ao keit davon geändert werden, welcher der den Schrittmotor bildenden Einzelmotoren zuerst angetrieben wird. In der Praxis wird die Zeit /₂ dadurch verändert, daß man feststellt, welcher der Einzelmotoren in zeitlicher Übereinstimmung mit dem zweiten und vierten

»5 Impuls auf der Basis der Ausgänge an der Klemme d der Decodierschaltung D₁ und an der Klemme e der Decodierschaltung D₃ in Betrieb gesetzt wird, da der Schrittmotor, wie oben beschrieben, im Einphasenbetrieb stoppt.

Im Folgenden wird nun das Ausschalten des Schrittmotors beschrieben. Das bei Ausschalten des Motors auftretende Nachlaufphänomen beeinflußt die Einschreib- und Auslesegeschwindigkeit des schrillweise arbeitenden Datenspeichers sehr stark.

Fig. 6a zeigt ein herkömmliches Antriebsverfahren, bei dem die Schrittimpulse jeweils zu den Zeitpunkten P₁ bis p₁₀ an den Motor gegeben werden, wobei I₁ eine Schrittperiode bei normaler Motordrehung und /₂ eine Periode ist, die zum gleichmäßigen Ingangsetzen

4» des Motors länger als Z₁ gemacht worden ist. Da die Zeitpunkte/3, bis/J₁₀ — die gemäß gewähltem Beispiel von den Zeitpunkten P₁ bis ^₁₈ bzw. p₂₀ nach Fig. 3 und 4 unterschiedlich sind — der Reihe nach erreicht werden, steigt die Schrittposition des Motors, d. h. die Winkellage des Rotors an diesen Zeitpunkten um einen konstanten Winkel ψ schrittweise an. Die treppenförmige, in ausgezogener Linie dargestellte Kurve zeigt ideale Schrittpositionen des Motors in bezug auf die Schrittimpulse. In der Praxis ist jedoch der Rotor auf Grund seines Beharrungsvermögens und der mit ihm verbundenen Lasi nicht frei von umiaufverzögerungen, die einen Lastwinkel ergeben, um den der Rotor hinter den durch die jeweilige Erregung bestimmten Winkellagen nacheilt Dieser Zustand ist im gleichen Koordinatensystem durch eine gestrichelte Linie bezeichnet. Wenn die Impulsgruppe zu den Zeitpunkten P₁ bis p₁₀ mit der Periode Z₁ endet, fährt der eine gewisse Umlaufverlangsamung aufweisende Rotor noch für einige Zeit fort, sich mit einer konstanten

Geschwindigkeit zu drehen. Erst wenn die Rotorposition 10 φ überschritten hat, wird die Bremskraft angelegt. Infolgedessen wird ein starkes Überschwingen verursacht. Fig. 6b zeigt das Bremsverhalten des Schrittmotors bei einer Steuerung nach Fig. 2 bis 4.

⁶S Bei diesem Verfahren wird die Schrittposition am oder nahe dem Zeitpunkt p₁₀ (der dem achten Impuls beim Aufzeichnungsvorgang entspricht) um φ erniedrigt. Am oder nahe dem Zeitpunkt p₁₀ stimmt die Rotor-

stellung fast mit der idealen Schrittposition des Motors überein, woraufhin eine Bremskraft an den Rotor angelegt wird. Daraufhin wird der Rotor auf Grund eines Impulses, der nach einem Intervall /₃ erzeugt worden ist, das länger als I₁ ist, einer allmählich zuneh-

menden Bremskraft unterworfen, so daß kein Nachlaufen verursacht wird. Infolgedessen wird die Zeit vom Ingangsetzen bis zum Stillstand verkürzt, was eine große Verbesserung der Betriebscharakteristik bedeutet.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Datenspeicher mit einem über eine Antriebswelle angetriebenen Magnetband zur Aufnahme und Wiedergabe von Daten gegebener Länge mit Zwischenraum zwischen den Daten, mit einem Schrittmotor, der durch dem Zählwert eines von einem Oszillator gespeisten Zählers entsprechende Antriebsimpulse mit zu den jeweiligen Antriebsimpulsen synchron springenden Winkellagen vorwärts und rückwärts antreibbar ist, wobei innerhalb von durch die Daten gegebener Länge bestimmten Intervallen aufgrund von Trägheiten ein stetiger Umlauf entsteht, und mit einer Schaltung für den Schrittmotor zum Erhöhen des Abslandes der vom Oszillator erzeugten Impulse in der Anlauf- bzw. Endphase gegenüber den Werten im stationären Umlauf, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung in der Anlaufphase einphasige Speisungszustände des im Ein-/ Zwei-Phasenbetrieb betriebenen Schrittmotors (M) zeitlich ausdehnt und in der Endphase den Zähler (C₄) kurzzeitig auf Rückwärtszählung umschaltet.