DE2332852A1

DE2332852A1 - Servoeinrichtung fuer die regelung der antriebsgeschwindigkeit eines magnetbandes

Info

Publication number: DE2332852A1
Application number: DE2332852A
Authority: DE
Inventors: John Paul Mantey
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1972-06-29
Filing date: 1973-06-28
Publication date: 1974-01-17
Also published as: FR2191190B1; JPS5242367B2; US3809335A; GB1404676A; JPS4944721A; FR2191190A1; BE801723A

Description

4 Böblingen, 25. Juni 1973

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Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y. 10504

Amtl. Aktenzeichen: Neuanmeldung

Aktenzeichen der Anmelderin: BO 972 009

Servoeinrichtung für die Regelung der Antriebsgeschwindigkeit eines Magnetbandes

Die Erfindung betrifft eine Servoeinrichtung für die Regelung der Antriebsgeschwindigkeit eines Magnetbandes durch Signale, die durch Messung der Geschwindigkeit und der Zugspannung des Magnetbandes während des Bandtransports abgeleitet und an Vergleichsschaltungen mit vorgegebenen Signalwerten verglichen werden, mit einer Steuerschaltung zur Erzeugung von Steuersignalen, durch welche die Antriebe der beiden Bandwickelrollen des Magnetbandgerätes differentiell geregelt werden.

Es wurde bereits vorgeschlagen (Patentanmeldung P 22 54 901.5), die Antriebsgeschwindigkeit eines Magnetbandes im Bereich der Arbeitsspalten der Magnetköpfe, die für die Aufzeichnung/Abfühlung von Signalen bestimmt sind, dadurch zu regeln, daß die · Antriebe der beiden Bandwickelrollen des Magnetbandes differentiell geregelt werden. Eine besondere Bandtransportrolle ist bei diesen Einrichtungen nicht vorgesehen. Für den Betrieb des Magnetbandgerätes ist es notwendig, die Geschwindigkeit des Magnetbandes im Bereich der Magnetköpfe mit hoher Genauigkeit konstant zu halten. In bekannter Weise erfolgt die Regelung durch Signale, die durch Messung der Geschwindigkeit und der Zugspannung des Magnetbandes in Bandtransportrichtung abgeleitet und an einer Vergleichsschaltung mit vorgegebenen Signalwerten

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verglichen werden. Die Ausgangssignale der Vergleichsschaltung werden einer Steuerschaltung zugeführt, welche die beiden Antriebe der Bandwickelmotoren zur Aufrechterhaltung von vorgegebenen Werten der Bandgeschwindigkeit und der Bandzugspannung differentiell regelt. Zur Durchführung der Regelung werden Eingangsleitungen der Vergleichsschaltung vorgegebene Signalwerte der Bandgeschwindigkeit und der Bandzugspannung zugeführt.

Durch die bekannte Einrichtung ist es möglich, die für die Aufzeichnung/Abfühlung von Signalen erforderliche Transportgeschwindigkeit eines Magnetbandes ohne die Anwendung einer besonderen Bandtransportrolle genau einzuhalten. Da jedoch Magnetbandgeräte, die für die Aufzeichnung/Abfühlung von Datensignalen bestimmt sind, im Start/Stop-Betrieb mit einer großen Anzahl von Antriebsunterbrechungen und Antriebsumkehrungen benützt werden, benötigen Einrichtungen dieser Art erhebliche Betriebszeiten für den Anlauf des Magnetbandes bis zum Erreichen der Nenngeschwindigkeit und für die Abbremsung bis zum Stillsetzen des Bandtransports. Diese Betriebszeiten für die positive bzw. negative Beschleunigung der Antriebe der Bandwickelrollen sind erforderlich, weil die Bandwickelrollen im Gegensatz zu den Bandantriebsrollen von Magnetbandgeräten herkömmlicher Art eine bestimmte Massenträgheit aufweisen. Bei Magnetbandgeräten der genannten Art können die für die Aufzeichnung/Abfühlung von Datensignalen erforderlichen Betriebszeiten nur erreicht werden, wenn es gelingt, die Betriebszeiten für das Anlaufen/Bremsen des Bandtransports erheblich zu verkürzen.

Es ist ferner bekannt (Control Engineering, September 1970, Seite 76-77 und Juni 1971, Seite 59-61), die Servoschaltung für den Antrieb eines Personenaufzugs derart auszubilden, daß der Aufzugsbetrieb in optimalen Betriebszeiten durchgeführt werden kann. Zu diesem Zweck ist es bekannt, beim Anlauf des Aufzugs dessen Beschleunigung abhängig von der Wegstrecke funktional zu ändern, bis der Aufzug seine Nenngeschwindigkeit erreicht hat. Die Beschleunigungsfunktion ergibt sich durch eine fort-

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laufende Integration der an der Aufzugsbewegung gemessenen
^T;erte der Ist-Geschwindigkeit, der Ist-Beschleunigung und der
Seilzugspannung, die mit den erreichten Aufzugspositionen verglichen werden. In dieser Weise kann unter Berücksichtigung
der Massenträgheit der Aufzugselemente eine optimale Einstellgeschwindigkeit des Aufzugs erreicht werden, ohne daß sich unzulässig hohe Werte der Zugspannung und der Geschwindigkeit
ergeben. Bei dieser Einrichtung bekannter Art wirkt die Servoschaltung nur auf einen Antrieb, so daß eine Steuerschaltung,
durch welche zwei verschiedene, auf ein gemeinsames Transportelenent wirkende Antriebe differentiell geregelt werden, nicht erforderlich ist.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Antriebsgeschwindigkeit eines Magnetbandes, das zwischen zwei Bandwickelrollen durch zwei verschiedene, den Bandwickelrollen einzeln
zugeordnete Antriebsmotoren transportiert wird, so zu regeln,
daß das Beschleunigen/Bremsen des Magnetbandes zwischen Stillstand und Nenngeschwindigkeit bei möglichst kurzen Betriebszeiten durchgeführt werden kann.

Servoeinrichtungen der bekannten Art werden gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch verbessert, daß dem Magnetbandgerät ein
Zähler zur Zählung einer Anzahl von proportional der Lauflänge des Magnetbandes erzeugten Impulsen zugeordnet ist, und daß der Ausgang des Zählers und eine Start/Stop-Signale für den Antrieb des Magnetbandes anzeigende Leitung mit Eingängen der Vergleichsschaltung verbunden sind.

Die genannte Servoeinrichtung für die Regelung der Antriebsgeschwindigkeit eines Magnetbandes hat den Vorteil, daß ohne die Anwendung einer besonderen Bandantriebsrolle die für den Betrieb eines Magnetbandes erforderlichen Transportgeschwindigkeiten
bei sehr kurzen Zugriffszeiten für das Aufzeichnen/Abfühlen von Datensignalen erreicht werden können.

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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand von Abbildungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 die Gesamtanordnung für die Regelung der Antriebsgeschwindigkeit eines Magnetbandes in Form eines Blockschaltbilds,

Fig. 2 die Schaltelemente von im Blockschaltbild der

Fig. 1 enthaltenen Vergleichs- und Steuerschaltungen ,

Fig. 3 die Kurvenverläufe der bei Start/Stop-Perioden

erzeugten Servosignale für die Beschleunigung/ Bremsung des Bandantriebs,

Fig. 4 die Kurvenverläufe der bei Start/Stop-Perioden

erzeugten Servosignale für die Erzeugung der Bandspannungs-Referenz,

Fig. 5 die Gleichungen für die Erzeugung der Signalspannungen e, und e_, die an den Ausgängen der im Blockschaltbild der Fig. 1 enthaltenen Steuerschaltung erzeugt werden.

Das in Fig. 1 dargestellte breite Magnetband 12 wird in einstellbaren Transportrichtungen wahlweise zwischen den beiden Bandwickelrollen 10 und 13 transportiert, denen die Bandwickelmotoren 11 und 14 zugeordnet sind. Am Rand des Magnetbandes 12 ist eine Taktsignalspur 15 aufgezeichnet, die durch den Magnetkopf 19 abgefühlt wird. Die vom Magnetkopf 19 abgefühlten Impulse ergeben eine Geschwindigkeitsanzeige. Sie werden den Eingängen des Zählers 28 und der Frequenzvergleichsschaltung 20 zugeführt. Der Abfühlkopf 22 bewirkt durch elektromagnetische, mechanische oder pneumatische Mittel eine Anzeige der zwischen den beiden

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Bandwickelrollen vorhandenen Zugspannung des Magnetbandes, die über die Leitung 24 einem Eingang der Vergleichsschaltung 23 zugeführt wird.

Der Abfühlkopf 22 1st parallel neben den Daten-Magnetköpfen 25 angeordnet, um die Zugspannung des Magnetbandes an der Stelle der Aufzeichnung/Abfühlung von Daten anzuzeigen. Der Abfühlkopf 22 und der Magnetkopf 19, der die Taktsignalspur 15 abfühlt, könnten als eine einzige Kopfeinheit ausgeführt sein.

Durch den HF-Oszillator 26 werden Signale konstanter Frequenz erzeugt, die einem zweiten Eingang der Frequenz-Vergleichsschaltung 20 zugeführt werden. Durch einen Vergleich der vom Magnetkopf 19 und der vom Oszillator 26 abgefühlten Signalfrequenzen wird durch die Frequenz-Vergleichsschaltung 2O die Ist-Geschwindigkeit des Magnetbandes 12 festgestellt, deren Signalwert über die Leitung 27 einem Eingang der Vergleichsschaltung 23 zugeführt wird. Diese erhält ferner über die Eingangsleitung 24 den Ist-Wert der Zugspannung, über die Eingangsleitung 27 den Ist-Wert der Bandgeschwindigkeit und über die Eingangsleitung 29 den Ist-Wert der Position des Magnetbandes 12. Als weitere Eingangssignale erhalt die Vergleichsschaltung 23 an der Eingangsleitung 30 Start/Stop-Signale, an der Eingangsleitung 81 Zugspannungs-Referenz-Signale und an der Eingangsleitung 31 Vorwärts/Rückwärts-Einstellsignale. Die Eingangssignale der Vergleichsschaltung sind normalerweise binär codiert.

Die in Fig. 1 enthaltene Vergleichsschaltung 23 bildet einen Teil der Darstellung nach Fig. 2. Bei der in Flg. 2 dargestellten Schaltung ist das in Fig. 1 an der Eingangsleitung 31 zugeführte Vorwärts/Rückwärts-Signal aus Gründen der Vereinfachung weggelassen. Das Signal hat die Funktion, das Magnetband 12 entweder in Transportrichtung "Vorwärts" oder "Rückwärts" zu transportieren. Die in Fig. 2 dargestellte Vergleichsschaltung 23 ist dazu geeignet, ein an der Eingangsleitung 3O zugeführtes Start/Stop-Signal durch aufeinanderfolgende Integration so zu ändern, daß

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Referenz s^iale für das Beschleunigen/Abbremsen, die Geschwindigkeit, die Position und die Zugspannung des Magnetbandes erzeugt werden. Außerdem bewirkt die Vergleichschaltung 23 einen Vergleich oder eine Summierung, um diese Bezugssignale mit ähnlichen Signalen zu vergleichen, welche die Ist-Werte darstellen, um aus dem Vergleich Fehlersignale abzuleiten. Die Bezugssignale (Beschleunigung, Geschwindigkeit und Zugspannung) und die Fehlersignale (Beschleunigung, Geschwindigkeit, Zugspannung und Position) der Vergleichsschaltung 23 werden als Eingangssignale über die Leitungen 33 bis 39 der Steuerschaltung 32 zugeführt, um in dieser Steuerelemente ^Ki~^Kig ^zu gewichten.

Das Start/Stop-Signal und das Zugspannung-Referenzsignal der Vergleichsschaltung 23 werden über Leitungen 82 und 83 der Steuerschaltung 32 zugeführt. Diese enthält die Schaltkomponenten K₁-K₁₈, die eine Gewichtung der an den Leitungen 33 bis 39 zugeführten Signale bewirken. Die Umkehrung der Drehrichtungen der Bandwickelmotoren 11 und 14 wird erreicht durch Polaritätsumkehrungen des Start/Stop-Signals. Wenn die Antriebskennlinien der Bandbewegung in den beiden Bewegungsrichtungen verschieden sind, ist es notwendig, den ersten Satz von Schaltkomponenten K₁-K₁₈ für die Gewichtung der Signale zu ergänzen durch einen zweiten Satz von Schaltkomponenten. Die Ausgangssignale e. und e₂ werden den Bandwickelmotoren 11 und 14 über die Motorverstärker 42 und 43 zugeführt. Die Erzeugung dieser Signale durch die Steuerschaltungen 32 wird anhand der in Fig. 5 dargestellten Gleichungen erläutert.

Durch einen ersten Spannungszustand des Start/Stop-Signals, das der Vergleichsschaltung 23 über Leitung 30 zugeführt wird, ergibt sich eine Beschleunigung des Magnetbandes 12 von der Ruhelage bis Nenngeschwindigkeit, und durch den zweiten Spannungszustand des Start/Stop-Signals an der Leitung 30 ergibt sich eine Bremsung des Magnetbandes von der Nenngeschwindigkeit bis zur Stillsetzung.

Die in Fig. 2 dargestellte Eingangs leitung 30 bewirkt durch den

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ersten Spannungzustand des Start/Stop-Signals die Einschaltung eines monostabilen Multivibrators 52, dessen Rechteck-Ausgangsspannung durch die Schaltung 53 differenziert wird, um an Leitung 50 ein Startsignal zu erzeugen. Die Vorderflanke des Startsignals 54 ist anhand der Kurve A in Fig. 3 dargestellt. Die Integrierschaltung 55 bewirkt eine Integration des an der Ausgangsleitung 56 auftretenden Signals in der Form, wie dies durch die Kurve B zwischen den Punkten 57 und 58 in Fig. 3 dargestellt ist. Diese Darstellung zeigt das die Beschleunigung/Bremsung darstellende Bezugssignal. Nach dem Punkt 58 bleibt das Bezugssignal bis zur Rückstellung des monostabilen Multivibrators konstant. Bei der Rückstellung dieser Schaltung wird der in Fig. 3 dargestellte Impuls 59 der Kurve A erzeugt. Zu diesem Zeitpunkt erreicht die Kurve B des an der Leitung 56 auftretenden Signals den Nullwert 60.

Das Bezugssignal für die Beschleunigung/Bremsung, das in Flg. durch die Kurve B dargestellt ist, wird durch die in Fig. 2 dargestellte Integrierschaltung 61 integriert, um an die Leitung 62 ein Bezugssignal für die Geschwindigkeit abzugeben, das anhand der Kurve C in Fig. 3 dargestellt ist. Wie aus dem Kurvenverlauf hervorgeht, erreicht dieses Signal am Punkt 63 einen konstanten Wert, der berechnet wird, um die Nenngeschwindigkeit des Bandes aufrechtzuerhalten.

Das Bezugssignal der Geschwindigkeit am Leiter 62 wird durch die Integrierschaltung 64 integriert, um ein Bezugssignal für die Position des Bandes am Leiter 65 abzugeben. Der Verlauf dieses Bezugssignals für die Geschwindigkeit ist dargestellt anhand der Kurve D der Fig. 3. Die verschiedenen Kurvenformen A-D der Fig. 3 sind in vereinfachter Form gezeigt. Hierzu wird eine lineare Beschleunigung und eine gleichbleibende Nenngeschwindigkeit vorausgesetzt. Das am Leiter 56 auftretende Bezugssignal für die Beschleunigung/Bremsung wird über den Leiter 37 direkt den Schaltkomponenten K_g und K₁₀ für die Gewichtung der Steuerschaltung 32 zugeführt. Jedes Ausgangs-

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signal dieser Schaltkomponenten wird über eine Leitung 66 bzw. 67 der entsprechenden Motorschaltung 40 bzw. 41 zugeführt, um über die Motor-Verstärkerschaltungen 42 und 43 die zugeordneten Bandwickelmotoren 11 und 14 anzutreiben. In entsprechender Weise wird das am Leiter 62 auftretende Bezugssignal für die Geschwindigkeit über den Leiter 35 den Schaltkomponenten K₅ und Kg zugeführt, deren Gewichtung entsprechende Steuersignale an die Motor-Schaltungen 40 und 41 liefert.

Das Bezugssignal für die Bandzugspannung wird der in Fig. 2 dargestellten Vergleichsschaltung 23 über den Leiter 81 zugeführt, Es wird differenziert durch die Differenzierschaltung 68 und anschließend integriert durch die Integrierschaltung 69, um am Leiter 70 ein entsprechendes Ausgangssignal abzugeben.

Die in Fig. 4 dargestellte Kurve A zeigt den Verlauf der an der Leitung 51 auftretenden Signalspannung. Diese wird integriert, um eine Signalspannung des Kurvenverlaufs B zu ergeben, der das Bezugssignal der Bandzugspannung darstellt. Diese wächst an von Punkt 80 bei Anlauf des Magnetbandes bis zum Punkt 81 beim Erreichen der Nenngeschwindigkeit des Magnetbandes. Das Bezugssignal für die Bandzugspannung wird über den Leiter 39 den Schaltkomponenten K.g und Κ., zugeführt, damit diese entsprechende Gewichtungen an die Motor-Schaltungen 41 und 42 weiterleiten.

Die Vergleichsschaltung 23 enthält die Verknüpfungsschaltungen 71, 72, 73 und 74. Diese bewirken eine Verknüpfung der Bezugssignale für die Beschleunigung/Bremsung, die Geschwindigkeit und die Bandzugspannung mit dem Bezugssignal für die Bandposition. In dieser Weise wird das am Leiter 65 auftretende Bezugssignal für die Bandposition mit dem am Leiter 29 auftretenden Signal entgegengesetzter Polarität, das die Ist-Position des Magnetbandes anzeigt, durch die Verknüpfungsschaltung 71 verknüpft, um am Leiter 33 ein Fehlersignal der Bandposition abzugeben. In entsprechender Weise verknüpft die Verknüpfungsschaltung 72

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das am Leiter 62 auftretende Bezugssignal der Geschwindigkeit mit einem am Leiter 27 auftretenden Signal entgegengesetzter Polarität, das den Ist-Wert der Bandgeschwindigkeit anzeigt, um am Leiter 34 ein Fehlersignal abzugeben, das den Fehler der Bandgeschwindigkeit anzeigt. Das am Leiter 27 auftretende Signal, das den Ist-Wert der Bandgeschwindigkeit anzeigt, wird durch die Differenzierschaltung 75 differenziert, um am Leiter 76 ein Signal abzugeben, das den Ist-Wert der Beschleunigung/ Bremsung des Magnetbandes anzeigt. Dieses Signal wird mit einem am Leiter 56 auftretenden Bezugssignal der Beschleunigung/Bremsung verknüpft durch die Verknüpfungsschaltung 73, um am Leiter 36 ein den Fehler der Beschleunigung/Bremsung anzeigendes Fehlersignal abzugeben.

Die Verknüpfungsschaltung 74 verknüpft das am Leiter 70 auftretende, das Bezugssignal der Bandzugspannung anzeigende Signal entgegengesetzter Polarität mit dem am Leiter 24 auftretenden Signal, das den Ist-Wert der Bandzugspannung anzeigt, um am Leiter 38 ein den Fehler der Bandzugspannung anzeigendes Fehlersignal abzugeben.

Die Schaltkomponenten Κ,-Κ.» bewirken in der Steuerschaltung 32 eine Gewichtung der zugeführten Vergleichssignale, um nach einer iterativen Methode eine Optimalisierung der Motorsteuerung herbeizuführen. Solche Verfahren wurden bereits durch die Literatur beschrieben. Diese Schaltelemente bewirken eine Optimalisierung, und die anhand der Fig. 5 beschriebenen Gleichungen erläutern die Signalbildung für die Steuersignale e, und e_, welche die Motorerregung bewirken.

Die anhand der Fig. 5 beschriebene Gleichung β_χ enthält das Bezugssignal für die Geschwindigkeit Sr, ein Bezugssignal für die Beschleunigung Ar, ein Bezugssignal für die Bandzugspannung Tr, ein Start/Stop-Signal C, und ein Bezugssignal C- der Bandzugspannung zusammen mit den Signalen der Schaltkomponenten K₅, Kg, ^K13' ^Kl5 ^{und K}i7* ^D*-^ese fünf Größen der Gleichung e. ergeben

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einen Betriebsablauf, der dem vorgegebenen mathematischen
Modell entspricht. Die aus dem Positionfehler, dem Geschwindigkeitsfehler, dem Beschleunigungsfehler und dem Fehler der Bandzugspannung hervorgehenden Fehlersignale ergeben in Verbindung
mit den Schaltkomponenten K,, K₃, K₇ und K,., welche eine Gewichtung der Signale bewirken, normalerweise nur dynamische
Effekte für die Erregung des Motors 11.

Die anhand der Fig. 5 ferner erläuterte Gleichung e₂ beschreibt die Erregung des Motors 14.

Die genaue Charakteristik der Schaltungkomponenten K.-K.g hängt ab von der mechanischen und der elektrischen Charakteristik des ganzen Band transport sy stems, das aus den Bandwickelrollen 10, und den Bandwickelmotoren 11, 14 besteht.

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ORlGiNAL

Claims

PATENTANSPRÜCHE

Servoeinrichtung für die Regelung der Antriebsgeschwindigkeit eines Magnetbandes durch Signale, die durch Messung der Geschwindigkeit und der Zugspannung des Magnetbandes während des Bandtransports abgeleitet und an Vergleichsschaltungen mit vorgegebenen Signalwerten verglichen werden, mit einer Steuerschaltung zur Erzeugung von Steuersignalen, durch welche die Antriebe der beiden Bandwickelrollen des Magnetbandgerätes differentiell geregelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß dem Magnetbandgerät ein Zähler (28) zur Zählung einer Anzahl von proportional der Lauflänge des Magnetbandes (12) erzeugten Impulsen zugeordnet ist, und daß der Ausgang des Zählers und eine Start/Stop-SignaIe für den Antrieb des Magnetbandes anzeigende Leitung (30) mit Eingängen der Vergleichsschaltung (23) verbunden ist.
2. Servoeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsschaltung (23) aus Differenzierschaltungen (53, 61, 68, 75) und Integrierschaltungen (55, 64, 69) besteht, deren Ausgangssignale durch Verknüpfungsschaltungen (71, 72, 73, 74) mit Bezugssignalen der Bandzugspannung, der Bandgeschwindigkeit," der Beschleunigung/ Bremsung und der Bandposition verbunden sind.
3. Servoeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (32) aus Schaltkomponenten (K₁ bis K.g) besteht, deren Eingangsleitungen mit Ausgängen von Differenzierschaltungen (53, 61), von Integrierschaltungen (55, 69) und Verknüpfungsschaltungen (71, 72, 73, 74) der Vergleichsschaltung (23) verbunden sind, und deren Ausgangsleitungen mit Eingängen einer Motor-Schaltung (40) eines ersten Bandwickelmotors (11) und mit Eingängen einer Motor-Schaltung (41) eines zweiten Bandwickelmotors (14) verbunden sind.

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