DE2452020A1

DE2452020A1 - Steuer- bzw. regelanordnung

Info

Publication number: DE2452020A1
Application number: DE19742452020
Authority: DE
Inventors: John Cuda; Frank J Sordello
Original assignee: Information Storage Systems Inc
Current assignee: Information Storage Systems Inc
Priority date: 1973-11-05
Filing date: 1974-11-02
Publication date: 1975-07-03
Also published as: FR2250178B1; DE2452020C3; JPS5078784A; IT1025435B; JPS5428084B2; CA1040740A; US3864740A; DE2452020B2; NL7414441A; FR2250178A1; GB1440302A

Description

zum Patentgesuch

der Firma Information Storage Systems Inc.

Io435 North Tantau, Cupertino, Californien 95ol4, USA.

betreffend:

"Steuer- bzw. Regelanordnung"

Die Erfindung betrifft eine Steuer- bzw. Regelanordnung für das genaue Positionieren eines Wandlers relativ zu einem Aufzeichnungsmedium durch Erfassung von Signalen mit gleicher Amplitude von zwei benachbarten Steuerspuren.

In Schnellzugriffsspeichern ist es erforderlich, einen Wandler auf einer gewünschten Datenspur auf einem Aufzeichnungsmedium mit hoher Genauigkeit zu positionieren, da bei den gegenwärtig üblichen Anlagen die Datenspur nur cirka l/lo mm oder weniger dick ist und die Datenspuren selber nicht mehr als etwa l/lo mm breit sind. In solchen Datenaufzeichnungssystemen, etwa einem Magnetplattenspeicher, werden die Daten in konzentrischen kreisrunden Spuren auf der Oberfläche von Scheiben aufgezeichnet, wobei

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der Wandler radial versetzt wird zum Positionieren bezüglich der Datenspuren. Bevor es üblich wurde, daß die Datenspuren so schaml wurden, daß mehr Daten auf einer gegebenen Speicherfläche Platz fanden, wurde der Wandler üblicherweise positioniert durch Verwendung irgendeines mechanischen Steuersystems, das verbunden wurde mit der Wandler-Positioniereinrichtung. Mit zunehmender Speicherdichte hat sich jedoch gezeigt, daß die mechanische Steuerung nicht mehr befriedigt infolge der Systemtoleranzen. Beispielsweise sind bei Plattenspeichern die Plattenstapel auswechselbar,und die mechanischen Toleranzen innerhalb des Systems erfordern Verbesserungen bezüglich des Regelsystems zur genauen Positionierung des Wandlers.

Es hat sich demgemäß eine sogenannte "Track-Following"- oder Sprufolgermethode durchgesetzt zur Erfassung der Wandlerposition. In einem solchen System werden voraufgezeichnete Spuren auf einem Aufzeichnungsmedium positioniert, womit die direkte Erfassung der Position des Wandlers relativ zu dem Medium ermöglicht wird. Beispielsweise offenbart US-PS 3 4o4 392 ein Beispiel eines solchen Spurverfolgungs-Steuer-oder -Regelsystems. (Es handelt sich bei der Erfindung um eine Mischform zwischen einem Steuer- und einem Regelsystem: zwar werden Steuerspuren verwendet, die schließlich den Wandlerantrieb steuern, wobei jedoch eine Rückmeldung erfolgt, so daß auch ein geschlossener Regelkreis vorliegt). In der erwähnten Druckschrift werden zwei Frequenzen gewählt, um Steuerspuren beidseits von Datenspuren zu schaffen,und die Frequenzen werden getrennt mittels elektronischer Filter zur Erzeugung eines Steuersignals. In dieser Ausführungsform ist zwingend, daß die Frequenzdifferenz zwischen den beiden Steuerspuren hinreichend groß isfc, damit eine wirksame elektronische Filterung erfolgen kann zum Trennen der Signale, da der Wandler beide Steuerspursignale gleichzeitig ausliest. Zusätzlich muß man sicherstellen, daß eine Frequenz keine harmonische der anderen ist, weil sonst offensichtlich

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bei der Signaltrennung Probleme entstehen.

Wenn jedoch die Frequenzen hinreichend unterschiedlich sind, daß sie wirksam elektronisch gefiltert werden können, ergibt sich die Wahrscheinlichkeit, daß die Signale durch Faktoren gedämpft werden, die nicht abhängig sind allein von der Nähe zu der Datenspur. Mit anderen Worten liest der Wandler normalerweise ein Signal aus, das ein Größe besitzt direkt proportional dem seitlichen Abstand zwischen dem Wandler und der Steuerspur, welches Signal es dem Steuersystem ermöglicht, den Wandler auf einen Nullpunkt zwischen den Steuerspuren zu positionieren. Wenn andere Faktoren die Amplitude der Steuerfrequenz daämpfen, und ein daraus sich ergebendes fehlerhaftes Signal dem Regelsystem zugeführt wird, erfolgt eine fehlerhafte Positionierung des Wnadlers, was zu einer Bewegung des Wandlers weiter weg von dem Nullpunkt führen kann.

Es gibt eine Anzahl von Gründen, aus denen eine Dämpfung des Signals resultieren kann,wenn sich die Frequenz der Steuerspuren erhdiich unterscheide. Diese Gründe umfassen Faktoren wie (1) die Aufzeichnungscharakteristik des Kopfes ändert sich mit der Frequenz und damit ändert sich auch die Signalamplitude von den aufgezeichnete^ Steuerspuren mit der Freqäunz? (2) die Spielhöhe des Kopfes ändert sich und demgemäß werden die Signale in unterschiedlichem Maße abhängig von der Frequenz gedämpft; (3) die Rücklesecharakteristik des Auslese-Aufzeichnungskopfes ist unterschiedlich für beide Frequenzen; (4) die Magnetischen Kennwerte des Aufzeichnungsmediums ändernsich mit der Frequenz; (5) die elektronischen Kennwerte des Schaltkreises ändern sich mit der Frequenz und (6) Änderungen in der Relativgeschwindigkeit zwischen dem Aufzeichnungsmedium und dem Kopf könenn die Frequenz des Auslesesignals so weit ändern, daß die elektionischen

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Filter,die frequenzabhängig sind, nicht mehr nichtig abgestimmt erscheinen.

Es hat sich demgemäß gezeigt, daß durch Verwendung von Steuersignalen, die sich um einen großen Frequenzbereich unterscheiden, daß Regelsystem nicht mit hoher Genauigkeit arbeiten kann. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demgemäß, eine Spurfolger- bzw. Regelanordung zu schaffen, bei der die oben angedeuteten Schwierigkeiten eliminiert werden.

Die erfindungsgemäß vorgesehene Lösung ist in dem beigefügten Patentanspruch 1 definiert. Weitere Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, wozu auf die beigefügte Zeichnung verwiesen wird.

Die Zeichnung stellt in Diagrammform eine Regelanordnung gemäß der Erfindung dar.

Man erkennt einen Wandler Io, der radial über die Oberfläche eines Aufzeichnungsmediums oder einer umlaufenden Scheibe 11 geführt werden kann«, um Daten auf die magnetische eberfläche oder Beschichtung (nicht dargestellt) dieser Scheibe aufzuzeichnen oder auszulesen« Der Wandler ist an einem Arm 12 befestigt^ der von einem Aktuator 13 positioniert wird. "Durch richtige Erregung des Aktaators wird der Arm in einer Richtung parallel sar Oberfläche der Scheibe 11 bewegt, zxm Positionieren des Wandlers im d©a allgemeinen Bereich einer vorgewählten Äraf^eiehaiiagspositioa= Die Erregung des Äktuators 13 wird bewirkt durch ©iiaoia Söswierverstärker 14, der im Ansprechem ataf ©in Signal arbeitet„ das von einer

üblicherweise ist @ia@ Mehrzahl -von »laöfeadoa Seheiben ähalch der Scfaeiba 11 ^orgesefesa,? die alle g©SR@iasam um dieselbe Äehse roötieresio Für jeete Ssheibeaoborflleh© ist ein

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Wandler vorgesehen, für die Aufzeichnung und das Auslesen, von Information. In einer solchen Anlage sind alle Wandler für gemeinsame Betätigung durch den Aktuator 13 montiert. Der eine Wandler Io und die Oberfläche der Scheibe 11 sind ausgewählt für das Lidern von Steuersignalen für das Positionieren aller. Wandler relativ zu der zugeordneten Scheibenfläche. Zwar ist die insoweit beschriebene Vorrichtung, die in der Zeichnung nicht mit dargestellt ist, nicht erforderlich für den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, jedoch handelt es sich dabei um die bevorzugte Ausführungsform der gegenwärtigen Technik.

Die Steuer- oder.Regelspur oder vorgewählte Position 16 wird definiert durch die benachbarten aufgezeichneten zyklischen Wellenformen F, und F₂, die schematisch in.der Zeichnung dargestellt sind, und mittels des Wanders Io auf der Scheibenfläche aufgezeichnet sind und wieder ausgelesen werden. Der Wandler umfaßt eine Spule 17, die an einen Breitwandverstärker 19 angeschlossen ist, sowie eine Mittelanzapfung 18. Durch magnetische Wechselwirkung zwischen den Spule und den magnetisch aufgezeichneten Wellenformen auf der Scheibenoberfläche wird ein Steuersignal in der Spule erzeugt, in Abhängigkeit von den Wellenformen auf dem magnteischen Scheibenmaterial. Die Signale umfassen die zyklischen Signale, erzeugt durch die Summe der Signale F, und F₂, welche die Spuren lokalisieren. Die Steuerspuren werden in konzentrischen Kreisen auf der Scheibenfläche längs Strecken aufgezeichnet, die etwa fünf Millizoll (reichlich l/lo mm) oder weniger breit sind. Wegen der geringen Abmessung der Steuerspuren und wegen des kleinen Abstandes zwischen benachbarten Steuerspuren, muß der Wandler sehr genau positioniert werden dSür das richtige Aufzeichnen und Auslesen der Informationsdaten, die auf den anderen, nicht dargestellten, Scheibenflächen aufgezeichnet sind. Diesem Zweck dient die vorlegende Erfindung.

Gemäß vorliegender Erfindung ist eine Regelanordnung vorgesehen für die genaue Erfassung der relativen Position zwischen einem Wandler und einem Aufzeichnungsmedium, wobei eine Steuerspur durch voraufgezeichnete Wellenformen markiert ist, und zwar eine beidseits jeder Spur. Solehe Wellenformen haben ähnliche, jedoch unterschiedliche Frequenzen und einen solchen Abstand, daß, wenn der Wandler nähe der Spur positioniert ist, ein Steuersignal im Ansprechen auf (Jede Wellenform, das charakteristisch ist, für die Wandlerposition ausgelesen wird. Schaltkreise sind vorgesehen zur Modulation des Signals, Zweckes Erzeugung eines Differenzsignals, das resultiert, wenn das Modulationssignal und jedes Steuerwellenformsignal multipliziert werden, und zum Erfassen der Amplitude von jedem Differenzsignal, wobei man die relative Position des Wandlers und der Datenspur erfaßt. Durch übertragung dieses Differenzsignals zum Summierverstärker 14, kann der Aktuator in richtiger Weise angesteuert werden zum Bewegen des Kopfes in eine Position über der Datenspur.

Demgemäß haben die Wellenformen F, und F₂ unterschiedliche, jedoch ähnliche Frequenzen,und Modulatoren 24 und 25 üblicher Bauart werden verwendet, um Signaleingänge für erste und zweite Kanäle oder Schaltkreise zu schaffen, indem man das Wandlersignal vom Verstärker 19 empfängt, das herrührt von der Addition der Wellenformen F, und F₂ · Ein Modulationssignal von einem phasenverriegelten Oszillator 26 wird vorgesehen zum Erzeugen erster und zweiter Signale JE₁ bzw. f, gleicher Höhe, die vorzugsweise nahe, jedoch nicht notwendigerweise genau gliech sind den Frequenzen der Steuersignale F, und F₂, die ursprünglich aufg^eichnet wurden, um die Datenspur zu markieren. In der bevorzugten Ausführungsform ist der phasenverriegelte Oszillator verriegät mit der Drehung der Scheibe 11, so daß Änderungen der Drezahl der Scheibe 11, die sonst zu einer Frequenzänderung der Steuersignale I₁ und £₂ führen würden, auch zu einer entsprechenden Änderung.; der Signale F, und F₂ führen zum Ausbalancieren jeglicher Einflüsse auf das Regelsystem.

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Es verbleibt demnach die Funktion der Trennung der Steuersignale F, unf F₂, wonach die Amplitude jedes Signals erfaßt wird für die richtige Steuerung der Regelanlage. Die ri-ative Amplitude jedes Steuersignal F, und F₂ gibt die Richtung an, An der die augenblickliche Wandlerposition sich von der gewünschten Position unterscheidet, die am Nullpunkt zwischen den Steuerspuren liegt; d.h., das Signal F₁ oder F, # das die größte Amplitude bsitzt, gibt an, daß die Versetzung des Wandlers vom Nullpunkt in der Richtung liegt, die diese voraufgezeichnete Wellenform hat. Durch Zuführ des gesamten Wandlersignals zum Modulator 24 des zusammen mit einem Frequenzsignal fl, wird demgemäß das Wandlersignal so moduliert, daß der Modulator resultierende Signale liefert gleich dem doppelten der Steuerfrequenz F, (oder F- + f.), ein Signal f. + F₂, ein Signal f, minus F₂ und ein Signal von Gleichspannungspegel (oder F- - f,). Die mathematische Ableitung dieser Signale folgt später.

Gemäß der Erfindung wird die Differenz zwischen den beiden Signalen £. - F₂ als Steuersignal verwendet. Diese Auswahl beruht darauf, daß die Signale, welche asl Summe der Signale f^ + F₁ und■f₁ +F₂ resultieren sehr nähe in der Frequenz beinander liegen und deshalb schwierig auszufiltern sind. Die Gleichspannungskomponente des Signals ist nicht vorhersehbar, weil die Amplitude sich erheblich ändern kann, wenn die Frequenz im Oszillator sich ändert, und man kann auch nicht die Phasenlage vorhersagen zwischen den Signalen, welche dem BeMddulator zugeführt werden, welche Phasenlage ebenfalls den Gleichspannungssignalpegel beeinflussen kann.

Die arithmetische Ableitung der Signale ist die folgende/ die beiden Steuerwellenformen seien f., und f₂, d.h. gleich der Modulationsfrequenz, dann ist das Wandlerableeesignal gleich:

(I)(A₁ Cos (2r fjt) + A₂ Cos (2|Vf₂t) (K Cos 2^^) - Kanal 1 (2Vf ^t) + A₂ Cos (2^f₂t) (K Cos 2i?-f₂t) -Kanal 2,

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A₁ und A₂ Konstanten sind, welche die Amplitude der Steuersignalkomponenten von f.. bzw. f₂ repräsentieren , und

K konstant ist und die Ampliteude des Multiplikationsoder Modulationssignals repräsentiert.

Durch Zuordnung von W₁ = 2 f., und W₂ = 2 f₂ ergeben sich:

(1) KA₁ Cos 2Wjt + KA₁ + KA₂ Cos (W₂ + W₁)t f KA₂ Cos (W₃-W₁J

(2) KA COS (W₂ +W₁Jt₊ KA₁ COS (W₁ -W₂Jt₊ KA, _{Cqs +}

^ 2

A _{2 1 1 1 2} , _Cqs

Für jeden Kanal resultieren Signale mit den folgenden Frequenzen;

(1) 2 f., f, - f» / f, + f₂, und eine Gleichspannung oder ein

Niederfrequenter Term

^fl " ^Fl' ^{falls f}l ^ ^Fl

(2) 2£₂, f₂ ~ f,r f₂ -#· f-,ι und ein Gleichspannungs- oder

niderfrequenter Term

- ^f2 * ^F2' ^{falls f}2 * ^F2 ·

Um demgemäß das Differenzsignal im ersten Kreis auszusondern, der anspricht·auf f. mintts f₂, ist der Tiefpassfilter 26^s vorgesehen, um aus d@m Sigaal die hochfrequenten Signal aus- zufiltom, entsprechend der Summe der Freqöensenj, und das Hochpassfilter 28 wird verwendet, vm die komponente aus dea Signal aaszt

Ia d@r gleichen Weis© ist der sw©ite ICreis mit dem Modulator alt einem Tiefpassfilter· 27 uaei ©inem Soehpassfüter 29 irer- sehen sam Äusfiltern ämz Gleichspannösuf «ad der Äreguesiskomponentea des Sigaals^ wobei siaa sehli@Slich das Differsnzsignal erhält_o

Danach kann durch Verwendung von üblichen Spitzendetektoren 3o bzw. 31 im ersten bzw. zielten Kreis die Amplitude der _t Differenzsignale entsprechend f - f₂ und f₂ - f. für jeden Kreis erfaßt werden, welche Signale repräsentativ sind für die Amplitude der ursprünglichen modulierten Steuersignale F. bzw. P₂ / wie sie durch den Wandler erfaßt wurden. Die Amplitude der Signale am Ausgang des Summierverstärker s 19 repräsentiert, wie oben angedeutet, nicht nur die Richtung, in der der Wandler gegenüber dem Mullpunkt oder Zentrum der Datenspur versetzt ist, sondern auch das Maß, um den sich die Wandlerposition von diesem Nullpunkt unterscheidet, wegen der relativen Amplituden/Ler Signale, die im wesentlichen mit der seitlichen Versetzung des Wandlers von jedem Steuersignal moduliert wurden. Durch Erfassung der Spitzenwerte der Differenzsignale kann demgemäß ein Signalpegel erfaßt werden, der dem Summierverstärker zugeführt wird, und dieses Signal bewirkt dann die Positionierung des Wandlers. Durch Zufuhr zum Aktuator 13 kann dieser in solcher Weise erregt werden, daß er den Wandler in eine, bezüglich der Datenspur zentrierte Position,fewegt.

Patentansprüche

Io

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Claims

Patentansprüche

\\y Steuer- oder Regelanordnung für die Positionierung eines Wandlers relativ zu einem Speichermedium zum Auslesen von Information, die auf dem Medium gespeichert ist, gekennzeichnet durch: einen Positionieraktüator (13) , der erregbar ist für die Bewegung des Wandlers (lo), in vorgewählte Aufzeichnungspositionen relativ zu dem Speichermedium, das relativbeweglich ist zu dem Wandler zwecks Transfer von Information zwischen Medium und Wandler,

durch eine Mehrzahl von seitlich in geringem Abstand liegenden ersten und zweiten Steuerwellenformen (F₁, F₂), die auf dem Medium (11) derart aufgezeichnet sind, daß ein Paar der ersten und zweiten Steuerwellenformen eine vorgewählte Position auf dem Medium identifiziert, und wobei die ersten und zweiten Wellen, formen bei unterschiedlichen, jedoch ähnlichen zwischen Frequenzen liegen, wobei eine Bewegung des Wandlers in eine Position nahe der vorgewählten Position den Wandler ein Positionssignal erzeugen läßt, das von der Ablesung beider Steuerwellenforntensignale resultiert, und die Höhe jedes solchen Wellenformsignals repräsentativ für die Position des Wandlers relativ zu dieser Wellefosm,

durch erste (24, 26', 28, 3o) und zweite (25, 27, 29, 31) Signaleübertragungskanäle, denen das Positionssignal von dem Wandler zugeführt ist, und die jeweils Modulatoren (24, 25) umfassen zum Mischen zyklischer Signale,

durch Schaltkreise (26,) zum Speisen der Modulatoren (24, 25) mit ersten und zweiten Modulationssignalen (f,, f~), mit Frequenzen, ähnlich den Frequenzen der ersten bzw.

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zweiten Wellenform zur Erzeugung eines Differenzsignals, resultierend aus der Subtraktion des Positionssignals und des Modulationssignals in jedem Kanal, wobei jedes Differenzsignal eine Größe hat, die repräsentativ ist für. die Relativposition des Wandlers zu einer der Steuerwellenformen (F, bzw. F₃),

durch in jedem der Kanäle vorgesehene Schaltkreise (3o, 31) zur Erfassung des Differenzsignals in jedem Kanal,

und durch einen Schaltkreis (14) zum Ansteuern des Aktuators (13) in Abhängigkeit von der Höhe der Differenzsignale, zwecks Bewegung des Wandlers in die vorgewählte Position zwischen den beiden Steuerwellenformen (F-, F₃) .

Steuer- oder Regelanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Modulator (24, 25) jedes Kanals ausgebildet ist für die Erzeugung einer Mehrzahl von resultierenden FrequenzSignalen, einschließlich eines Differenzsignals, desse η Frequenz gleich ist der Differenz zwischen dem Modulationssignal, das dem Modulator zugeführt wird, und dem zyklischen Wellenformsignal, von abweichender Frequenz bezüglich des Modulationssignals, wobei jedes Differenzsignal eine Amplitude hat, die repräsentativ ist für die Relative Position des Wandlers, bezüglich der betreffenden Steuerwellenform,daß in jedem Kanal Filterschaltkreise (26', 27, 28, 29) vorgesehen sind, zum Ausfiltern des Differenzsignals bei Unterdrückung der übrigen resultierenden Frequenzsignale, wobei das Differenzsignal eine Höhe besitzt, die repräsentativ ist für die Größe eines der zyklischen Wellenformsignale der vorgewählten Position, nahe welcher der Wandler positioniert ist.

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3. Steuer - oder Regelanordnung nach Anspruch 1 oder ^ 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der Modulationssignale variierbar ist in Abhängigkeit von Änderungen der Geschwindigkeit der Relativbewegung zwischen Wandler und Aufzeichnungsmedium.

4. Steuer- oder Regelanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein phasenverriegelter Oszillator (26) vorgesehen ist zur Erzeugung des Modulationssignals in Abhängigkeit von der Geschwindigketi der Selativbewegung zwischen Wandler und Speichermedium.

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