DE2254901A1

DE2254901A1 - Servoeinrichtung fuer die regelung der antriebsgeschwindigkeit der bandwickelrollen eines magnetbandgeraetes

Info

Publication number: DE2254901A1
Application number: DE19722254901
Authority: DE
Inventors: William Burl Phillips
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1971-11-15
Filing date: 1972-11-09
Publication date: 1973-05-17
Also published as: IT969825B; CA995333A; DE2254901C2; GB1372139A; FR2161564A5; JPS4860609A

Description

Aktenzeichen der Anmelderin: BO 970 061

Servoeinrichtung für die Regelung der Antriebsgeschwindigkeit der Bandwickelrollen eines Magnetbandgerätes

Die Erfindung betrifft eine Servoeinrichtung für die Regelung der Antriebsgeschwindigkeit der Bandwickelrollen eines Magnetbandgerätes , dessen Magnetband an Magnetköpfen für die Aufzeichnung/ Abfühlung von Daten mit einer Relativgeschwindigkeit transportiert wird, mit Konstanthaltung der Geschwindigkeit und der Zugspannung des Magnetbandes durch Regelsignale, die durch Messung der Geschwindigkeit und der Zugspannung des Magnetbandes in Bandtransportrichtung abgeleitet und an einer Vergleichsschaltung mit vorgegebenen Signalwerten verglichen werden.

Es ist bekannt (US-PS 3 606 201), Magnetbandgeräte hoher Transportgeschwindigkeit derart auszubilden, daß die für die Aufzeich nung/Abfüh lung von Daten erforderliche Relativgeschwindigkeit zwischen Magnetkopf und Magnetband nicht durch eine besondere Bandantriebsrolle, sondern ausschließlich durch den Antrieb der Bandwickelrollen des Magnetbandes erreicht wird. Für den Betrieb des Magnetbandgerätes ist es erforderlich, die Bandgeschwindigkeit im Bereich der Magnetköpfe auch ohne die Einwirkung einer besonderen Bandtransportrolle und ohne die Verwendung von besonderen yakuumkammern, die in bekannten Ein-

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richtungen beiderseits der Bandtransportrolle angeordnet sind, die Geschwindigkeit des Magnetbandes mit hoher Genauigkeit konstant zu halten. Für die genannte Betriebsweise ist in der bekannten Einrichtung eine Servo-Schaltung vorgesehen, durch welche die Antriebe der Bandwickelrollen des Magnetbandes differentiell geregelt werden. Die Regelung erfolgt durch Signale, die durch Messung der Geschwindigkeit und der Zugspannung des Magnetbandes in Bandtransportrichtung abgeleitet und an einer Vergleichsschaltung mit vorgegebenen Signalwerten verglichen werden. In der bekannten Einrichtung erfolgt die Messung der Geschwindigkeit durch ein Tachometerdynamo, der durch eine mit dem Magnetband in Eingriff stehende Reibrolle angetrieben wird. Die Messung der Zugspannung ergibt sich durch die Auslenkung eines Federelementes, das ebenfalls mit einer Umlenkrolle des Magnetbandes in Eingriff steht. Somit werden für die bekannte Einrichtung mechanisch wirkende Meßeinrichtungen benützt, deren Anzeigewerte durch nachgeordnete Elemente in elektrische Analogsignale umgesetzt werden. Die mechanisch wirkenden Abtastelemente haben den Nachteil, daß ihre Arbeitskennlinien durch Temperatur, Druck und Feuchtigkeit der umgebenden Atmosphäre beieinflußt werden. Außerdem können die Anzeigewerte des Magnetbandes nicht unmittelbar im Bereich der für die Aufzeichnung/Abfühlung von Daten bestimmten Magnetköpfe abgefühlt werden.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Servoeinrichtung für die Regelung der Antriebsgeschwindigkeit der Bandwickelrollen eines Magnetbandes so auszubilden, daß Regelsignale abgeleitet werden, die von störenden Nebeneinv/irkungen nicht beeinflußt werden, so daß sie während der ganzen Betriebszpit eines Magnetbandgerätes die Bandtransportgeschwimligkeit im Bereich der Daten-Magnetköpfe genau konstant halten.

Die genannte Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, daß über einer in der Mitte den Mannetbander, angeordneten Servospur ein Magnetkopf angeordnet ist, der an der Vergleichsschaltung mit einem Eingang zur Anzeige der Geschwindigkeit und mit einem Eingang zur Anzeiqe der Zugspannung ilnr; Maunetbandes verbunden ist, und daß ein Ausgang der Vergleichsthaltung, elγϊr

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einen Fehler der Bandgeschwindigkeit anzeigt, und ein Ausgang der Vergleichsschaltung, der einen Fehler der Bandspannung anzeigt, mit einer Steuerschaltung verbunden sind, die Ausgänge aufweist, die mit den Antriebsmotoren der Bandwickelrollen verbunden sind.

Durch den genannten Lösungsweg ergibt sich die Möglichkeit, unmittelbar im Bereich der für die Aufzeichnung/Abfühlung der Daten bestimmten Magnetköpfen die Messung der Bandgeschwindigkeit durch das Differenzieren von Abfühlsignalen und die Messung der Zxigspannung des Magnetbandes durch den Signalpegel zu bestimmen, der sich aus den AbstandsSchwankungen des Magnetbandes im Bereich des Arbeitsspaltes eines zur Messung bestimmten Magnetkopfes ergibt.

Die Erfindung wird anhand von Zeichnungen näher erläutert:

Fig. 1 zeigt die gesamte Anordnung einer Servoeinrichtung für die Regelung der Antriebsgeschwindigkeit der Bandwickelrollen eines Magnetbandes;

Fig. 2 zeigt eine Anordnung der für die Aufzeichnung/

Abfühlung von Daten bestimmten Magnetköpfen und der für die Daten- und Servo-Signale bestimmten Spurbereiche des Magnetbandes;

Fig. 3 zeigt eine vereinfachte Darstellung der Servoeinrichtung;

Fig. 4 zeigt die Abhängigkeit der Antriebssteuerung

der BandwickelroIlen von Relativwerten der an der Vergleichsschaltung abgeleiteten Regelsignalen in Form eines Flächendiagramms, dessen Koordinaten durch Geschwindigkeit und Zugspannung des Magnetbandes bestimmt werden.

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Die in Fig. 1 dargestellte Abwickelrolle 10 des Magnetbandes wird durch den Antriebsmotor 11 wahlweise in Vorwärts- oder Rückwärts-Richtung angetrieben. An der Abwickelrolle ist ein verhältnismäßig breites Magnetband 12 aufgewickelt. Die Aufwickelrolle 13 des Magnetbandes wird durch den Antriebsmotor 14 wahlweise in Vorwärts- oder Rückwärts-Richtung angetrieben.

Am Magnetband 10 sind die für die Datenaufzeichnung bestimmten Spurbereiche A und B beiderseits der in der Mitte des Magnetbandes angeordneten Spurbereiche 15 für die Servospuren 16, und 18 angeordnet. In den Servospuren sind Servosignale konstanter Frequenz aufgezeichnet.

über der Servo-Magnetspur 15 ist ein Servo-Magnetkopf 19 fest angeordnet. Durch die Relativgeschwindigkeit zwischen Magnetband 12 und dem Servo-Magnetkopf 19 werden in diesem Servos1-gnale konstanter Frequenz erzeugt, welche die Geschwindigkeit des Magnetbandes anzeigen. Das die Geschwindigkeit des Magnetbandes anzeigende Signal wird über den Leiter 21 einem Eingang der Vergleichsschaltung 20 zugeführt.

Der Servo-Magnetkopf 19 enthält ferner ein Abfühlelement, das fortlaufend die Zugspannung des Magnetbandes in dessen Transportrichtung anzeigt. Diese Signale werden vom Servo-Magnetkopf

19 Über den Leiter 22 zu einem Eingang der Vergleichsschaltung

20 übertragen. Die Konstruktionsart des Abfühlelementes, das die Zugspannung des Magnetbandes anzeigt, wird nicht näher erläutert. Es ist als Magnetkopf ausgebildet, der auf einem Luftlager über dem Magnetband schwebend angeordnet sein kann.

Der Servo-Magnetkopf 19 ist in Transportrichtung des Magnetbandes von dem Magnetkopf 32, der für die Aufzeichnung/Abflhlung von Daten bestimmt ist, in einem Abstand angeordnet* Da die Transportgeschwindigkeit des Magnetbandes 12 im Bereich des Daten-Magnetkopfes zu diesem stets eine konstante Relativgesehwindigkeit aufweisen soll, ist es notwendig, die Regelsignale zur

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Aufrechterhaltung konstanter Geschwindigkeitswerte des Magnetbandes möglichst nahe am Daten-Magnetkopf abzuftihlen. In dieser Weise können über die Leitungen 21 und 22 die zur Regelauswertung bestmöglichst geeigneten Regelsignale und über die Leitung 41 genau anzeigende Fehlersignale für die Positionierung des Daten-Magnetkopfes 40 abgeleitet werden.

Der Vergleichsschaltung 20 wird am Eingang 23 ein Steuersignal vorgegebener Größe, zugeführt, das den Sollwert der Zugspannung des Magnetbandes angibt. In gleicher Weise wird der Vergleichsschaltung 20 über den Eingang 24 ein Steuersignal zugeführt, das den Sollwert der Transportgeschwindigkeit des Magnetbandes angibt. Diese Steuersignale sind während eines Vorganges der Aufzeichnung/Abfühlung von Daten am Magnetband konstant. Die Steuersignale können bei Start/Stop des Magnetbandes nach einem bestimmten Programm verändert werden.

Die Vergleichsschaltung 20 dient dazu, die Ist-Werte der Transportgeschwindigkeit und der Zugspannung des Magnetbandes festzustellen und mit Soll-Werten zu vergleichen, um über Ausgangsleitungen 26 und 27 Fehlersignale zu Eingängen der Steuerschaltung 25 zu übertragen. Die an der Steuerschaltung 25 eingangsseitig zugeführten Fehlersignale der Zugspannung und der Transportgeschwindigkeit des Magnetbandes werden durch die Logig der Steuerschaltung in Ausgangssignale umgesetzt, um den Motorverstärkern 28 und 29 Steuersignale für die Beschleunigung bzw. Bremsung der Antriebsmotoren 11 und 14 der Bandwickelrollen 10 und 13 zu übertragen.

Die Erzeugung der Regelsignale wird anhand der Fig. 3 näher erläutert, durch deren Abbildung der Antrieb des Magnetbandes und der Abwickelrolle 10 zur Aufwickelrolle 13 mit zugeordneten Antriebsmotoren 11 und 14 dargestellt wird. Der Teil des Magnetbandes, der sich jeweils unmittelbar im Bereich des Magnetkopfes 50 befindet, bewegt sich mit einer Transportgeschwindigkeit, die durch den Vektor 30 dargestellt wird. Der im Bereich des Magnet-

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kopfes 50 befindliche Teil des Magnetbandes drückt auf diesen mit einer Kraft, die von der Zugspannung des Magnetbandes abhängt. Die Zugspannung des Magnetbandes wird demnach dargestellt durch den Vektor 31. Die Ist-Werte von Geschwindigkeit und Zugspannung des Magnetbandes 12 werden vom Magnetkopf 50 abgefühlt und in Form von Analogsignalen über die Leitungen 51 und 52 übertragen. Diese Leiter entsprechen den in Fig. 1 dargestellten Leitern 21 und 22, deren Signale über die Vergleichsschaltung 2O der Steuerschaltung 2t zugeführt werden.

Im Ausführungsbeispiel wird der Antriebsmotor 11 gesteuert, um ein Drehmoment in Rückwärts-Drehrichtung von -0,01 m/kg zu erzeugen, wenn das Magnetband an der Wickelrolle 10 abläuft. Der Antriebsmotor 14 wird gesteuert, um ein Drehmoment von +0,Ol m/kg zu erzeugen, wenn das Magnetband an der Wickelrolle 13 zuläuft. Diese besonderen Werte von Drehmomenten erzeugen im Bereich des Magnetkopfes 50 eine Zugspannung, die dem Sollwert der in Fig. der Vergleichsschaltung 20 am Eingang 23 zugeführten Steuerspannung entspricht. Die Beschleunigung der beiden Antriebsmotoren erzeugt am Magnetkopf 50 eine Bandgeschwindigkeit, die dem Soll-Wert der Bandtransportgeschwindigkeit entspricht, der der Vergleichsschaltung 20 über den Eingang 24 als Steuersignal zugeführt wird. Wenn die in Fig. 3 dargestellten Vektorgrößen von ihren Soll-Werten abweichen, ergeben sich Änderungen der Antriebserregungen der Motoren 11 bzw. 14 gemäß der Darstellung nach Fig. 4.

Die Fig. 4 zeigt die verschiedenen Arten der Erregungsänderungen der Antriebsmotoren 14 und 11 abhängig von den am Ausgang der Vergleichsschaltung 20 auftretenden Fehlersignalen der Zugspannung und der Transportgeschwindigkeit des Magnetbandes. Eine aus den beiden Fehlersignalen resultierende Xnderungsgröße für die Antriebssteuerung der Motoren ergibt sich durch die Lage des aus Zugspannung und Bandgeschwindigkeit gebildeten resultierenden Fehlervektors in einem der Quadranten Q₁, Q₂, Q₃ oder Q₄. Die Größe des Vektors wird bestimmt durch die in Fig. 1 dargestellte

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Steuerschaltung 25. Die Darstellung nach Figi 4 wird betrachtet im Zusammenhang mit der Darstellung nach Fig. 3, in welcher das Magnetband von der Abwickelrolle 10 zur Aufwickelrolle transportiert wird. In dieser Anordnung bestimmt das Differential des Vorwärts-Drehmoments des Motors 10 und des Rückwärts-Drehmoments des Motors 11 die Größe des die Zugspannung des Magnetbandes darstellenden Vektors 31. Die zeitabhängige Beschleunigung dieser beiden Motoren bestimmt die Größe des die Bandgeschwindigkeit darstellenden Vektors 30.

Wie aus Fig. 4 hervorgeht, ergeben Ist-Werte von Zugspannung und Geschwindigkeit des Magnetbandes, die größer sind als die Soll-Werte eine Differentialsteuerung der Antriebsmotoren 11 und 14 gemäß den Angaben im ersten Qudranten des Diagramms. Die verschieden bemessenen Ermäßigungen der Antriebsenergie für die Motoren 11 und 14 bewirkt eine Ermäßigung des in Fig. 3 dargestellten Vektors 31 der Zugspannung des Magnetbandes. Die Herabsetzung der Antriebsenergie bewirkt auch eine Ermäßigung des Vektors 30 der Geschwindigkeit des Magnetbandes, das zwischen den Wickelrollen 10 und 13 transportiert wird. Wenn dagegen durch den Magnetkopf 50 Ist-Werte von Zugspannung und Geschwindikeit des Magnetbandes festgestellt werden, die kleiner sind als die Soll-Werte, bewirkt die Steuerschaltung 25 eine Zunahme der Antriebsenergie der Antriebsmotoren 11 und 14 gemäß den Angaben im dritten Quadranten des Diagramms. Wenn der erforderliche Steuerbefehl im zweiten Qudranten liegt, hat das Magnetband einen hohen Ist-Wert der Zugspannung und einen kleinen Ist-Wert der Geschwindigkeit. In diesem Fall wird die Antriebsenergie für den Motor 11 herabgesetzt und die Antriebsenergie für den Motor 14 wird erhöht. Wenn der Steuerbefehl dieser Motoren im vierten Quadranten liegt, hat das Magnetband einen niedrigen Ist-Wert der Zugspannung und einen hohen Ist-Wert der Geschwindigkeit. Dadurch wird die Antriebsenergie des Motors 11 erhöht und die Antriebsenergie des Motos 14 wird herabgesetzt.

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Für ein bestimmtes Magnetbandgerät ist die Masse des Magnetbandes in dem Abschnitt zwischen den beiden Bandwickelrollen bekannt. Wenn die Geschwindigkeit des Magnetbandes in diesem Bandabschnitt ohne Änderung der Zugspannung erhöht werden soll, werden die beiden Antriebsmotoren der Bandwickelrollen durch die Steuerschaltung 25 so gesteuert, daß die beiden Enden dieser Bandlänge gleichmäßig auf den neuen Geschwindigkeitswert beschleunigt werden. Wenn dagegen die Zugspannung des Magnetbandes in den Bandabschnitt bei gleichbleibender Bandgeschwindigkeit erhöht werden soll, werden die Enden des Bandabschnitts verschieden beschleunigt und anschließend auf den neuen Geschwindigkeitswert gebremst, um die Zugspannung des Magnetbandes ohne Änderung der Bandgeschwindigkeit zu änderen.

Die durch die Vergleichsschaltung 20 festgestellten Fehlerwerte der Zugspannung und der Geschwindigkeit des Magnetbandes werden durch die Steuerschaltung 25 in bestimmte Steuerbefehle für die Antriebe der beiden Motoren 11 und 14 umgesetzt. Das Maß der Umsetzung hängt ab von den Charakteristika der beiden Antriebsmotoren 11 und 14, der Abwickelrolle 11 und der Aufwickelrolle 13 sowie den Mitteln der Bandführung zwischen den beiden Wickelrollen.

Wie ferner aus den Fig. 1 und 2 hervorgeht, kann das Magnetbandgerät Magnetköpfe 32 bzw. 32 und 33 für die Aufzeichnung/Abfühlung von Daten enthalten, die durch eine Positioniereinrichtung 34 wahlweise in den angegebenen Teilrichtungen 35 im Spurbereich A und B des Magnetbandes 12 eingestellt werden können. '

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, besteht der Magnetkopf 32 aus einem Mehrspur-Magnetkopf, dessen Arbeitsspalten mit einer Anzahl von Datenspuren in den Spurbereichen A und B zusammenarbeitet. Die Einstellung der Magnetköpfe auf ausgewählte Spuren wird erreicht, durch Steuerbefehle, die an den Eingängen 36 und 37 der Steuerschaltung 38 zugeführt werden. Ein Ausgang 39 der Steuerschal-

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tung 38 überträgt den Steuerbefehl zum Einstellantrieb 40, der die gewählte Magnetkopf-Einsteilung der Positioniereinrichtung 34 veranlaßt. Der Servo-Magnetkopf 19 ist über einer Servospur 15 angeordnet, in welcher vorgegebene Servosignale aufgezeichnet sind. Der Servo-Magnetkopf 19 bewirkt die Abfühlung der einzelnen Servospuren 16, 17 und 18 in der Weise, daß die relative Lage dieser Servospuren zu der Stellung des Servo-Magnetkopf es angezeigt wird. Bei Abweichung der Stellung des Servo-Magnetkopfes 19 von einer Soll-Position wird Über den Leiter 41 der Steuerschaltung 38 ein Fehlersignal zugeführt, das die Magnetkopf-Einsteilung der Daten-Magnetköpfe 32 korrigiert.

Gemäß der Darstellung nach Fig. 2 ist über den Spürbereichen A und B des Magnetbandes 12 ein einzelner Mehrspur-Magnetkopf 33 für die Aufzeichnung/Abfühlung von Daten angeordnet, der mit dem Servo-Magnetkopf 19 eine Baueinheit bildet. Der Daten-Magnetkopf 33 ist unterteilt in zwei Magnetkopfeinheiten, die den Spurbereichen A und B entsprechend zugeordnet sind. Jeder der beiden Magnetkopfeinheiten kann für den Speicherbetrieb mit einem der Spurbereiche A und B benutzt werden durch ein Steuersignal an einer der Leitungen 42, 43. Auch für diese Einrichtung können die anhand der Fig. 1 beschriebenen Fehlersignale über entsprechend anzunehmende Leitungen 21, 22 und 41 zur Berichtigung von Zugspannung und Geschwindigkeit des Magnetbandes und der Position der Daten-Magnetköpfe benützt werden. Die Einrichtung gemäB der Fig. 2 bietet den zusätzlichen Vorteil, daß der Servo-Magnetkopf in unmittelbarer Nähe des Daten-Magnetkopfes angeordnet ist, eo daß Änderungen der Zugspannung und der Geschwindigkeit des Magnetbandes direkt im Bereich der Datenaufzeichung erfaßt werden können.

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Claims

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P AT E NT A N SPRÜCHE

Servoeinrichtung für die Regelung der Antriebsgeschwindigkeit der Bandwickelrollen eines Magnetbandgerätes, dessen Magnetband an Magnetköpfen für die Aufzeichnung/ Abfühlung von Daten mit einer Relativgeschwindigkeit transportiert wird, mit Konstanthaltung der Geschwindigkeit und der Zugspannung des Magnetbandes durch Regelsignale, die durch Messung der Geschwindigkeit und der Zugspannung des Magnetbandes in Bandtransportrichtung abgeleitet und an einer Vergleichsschaltung mit vorgegebenen Signalwerten verglichen werden, dadurch gekennzeichnet, daß über einer in der Mitte des Magnetbandes (12) angeordneten Servospur (15) ein Magnetkopf (19) angeordnet ist, der an der Vergleichsschaltung (20) mit einem Eingang (21) zur Anzeige der Geschwindigkeit und mit einem Eingang (22) zur Anzeige der Zugspannung des Magnetbandes verbunden ist, und daß ein Ausgang (26) der Vergleichsschaltung, der einen Fehler der Bandgeschwindigkeit anzeigt, und ein Ausgang (27) der Vergleichsschaltung, der einen Fehler der Bandzugspannung auzeigt, mit einer Steuerschaltung (25) verbunden sind, die Ausgänge aufweist, die mit den Antriebsmotoren (11, 14) der Bandwickelrollen (10, 13) verbunden sind.

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