DE2638800B2 - Servoregelung der stillsetzung eines magnetbandes an einer durch einen adressenbefehl gegebenen einstellposition - Google Patents
Servoregelung der stillsetzung eines magnetbandes an einer durch einen adressenbefehl gegebenen einstellpositionInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Servoregelung der Stillsetzung eines Magnetbandes an einer durch einen
Adressenbefehl gegebenen Einstellposition durch einen Digitalzähler, dessen Zählerstand abhängig von der
Differenz der Adresse und Länge und Richtung des Vorschubs des Magnetbandes in zwei Zählrichtungen
änderbar ist, und der durch einen D/A-Wandler über einen Operationsverstärker mit dem Bandantrieb
verbunden ist.
Es ist bekannt (Journal Brit. IRE, September 1963, Seiten 199-202), den Elektromotor für die Positionierung
eines Einstellgliedes so in einem Servosystem anzuordnen, daß er durch einen Operationsverstärker
gesteuert wird, dem Analogspannungen zugeführt werden, die der gewünschten Einstellposition und der
zurückgelegten Weglänge des Einstellgliedes entsprechen. Durch das Servosystem wird das Einstellglied an
einer gewählten Position dann stillgesetzt, wenn durch die Summierung der dem Operationsverstärker zugeführten
Spannungs-Analogwerte ein vorgegebener Endbetrag erreicht wird.
Es ist ferner bekannt (US-PS 29 26 335), die Länge und die Richtung des Transportweges eines Magnetbandes
durch Magnetbandmarkierungen zu erfassen, die am Magnetband abgefühlt und durch einen Richtungsdetektor
einem in zwei Richtungen einstellbaren Digitalzähler zugeführt werden.
Durch die bekannten Einrichtungen ist es möglich, für
die Positionierung eines Einstellgliedes erforderliche Meßdaten mit vorgegebenen Positionierungsdaten so
zu vergleichen, daß eine möglichst genaue Positionierung des Einstellgliedes bzw. des Magnetbandes
durchgeführt werden kann. Es wird jedoch vorausgesetzt, daß die Betriebswerte während der ganzen Dauer
der Einstellvorgänge konstant bleiben. Diese Voraussetzung ist jedoch nicht gegeben bei einem Magnetbandgerät,
dessen Auflaufspule für den Vorschub des
Magnetbandes um eine vorgegebene Bandlängc angetrieben werden soll. Für den Vorschub des Magnetbandes
ist ein Antriebssignal erforderlich, da;: die Auflaufspule zunächst beschleunigt, bis das Magnetband
die Hälfte der Vorschublänge zurückgelegt hat. Nach diesem Zeitpunkt wird das Magnetband gebremst,
si damit das Ende der Vorschublänge, das einer gewünschten
Einstelladresse entspricht, möglichst genau an der Magnetkopfposition stillgesetzt wird. Das Trägheitsmoment
der anzutreibenden Auflaufspule ist abhängig vom Spulendurchmesser, der durch die Menge des aufgespulten
Bandes erheblich verändert wird. Dadurch ergeben sich für ein konstantes Antriebsmoment Belastungsänderungen,
durch welche die Vorschublängen des einzustellenden Magnetbandes und damit die einzustellenden
Adressenpositionen geändert werden.
Durch die Anwendung eines Operationsverstärkers in den Servosystemen der bekannten Einrichtungen,
dessen Verstärkungsgrad von der Vorschublänge des Magnetbandes funktional abhängig gemacht wird,
können Änderungen der Betriebswerte wie z.B. des Trägheitsmomentes der Auflaufspule und des Reibungswiderstandes
der Antriebselemente berücksichtigt werden. Es besteht jedoch die Schwierigkeit, daß das
Magnetband am Ende der Vorschublänge im Bereich der Adressenposition Pendelungen ausführt, die bei
einer bestimmten Restgeschwindigkeit so lange durch geführt werden, bis eine endgültige Stillsetzung erfolgt.
Diese Auswirkungen bekannter Servosysteme sind nachteilig bei einem Magnetbandgerät für die Aufzeichnung/Abfühlung
von Digitalsignalen durch einen Drehmagnetkopf, durch den am Magnetband in einem
schiefen Winkel zur Bandtransportrichtung verlaufende Signalspuren abgetastet werden. Bei Magnetbandgeräten
dieser Art ist es erforderlich, das Magnetband schrittweise mit hoher Geschwindigkeit in die Spurlage
des Drehmagnetkopfes einzustellen. Es ist notwendig, die Einstellschritte mit großer Geschwindigkeit durchzuführen,
ohne daß sich an den Einstellpositionen Pendelungen ergeben, die den Betriebsablauf erheblich
verzögern.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Servoregeiung der Stillsetzung eines Magnetbandes an
einer durch einen Adressenbefehl gegebenen Einstellposition so durchzuführen, daß die Adressenposition des
Magnetbandes mit großer Genauigkeit in einer sehr kurzen Einstellzeit erreicht werden kann.
Die genannte Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, daß der Operationsverstärker
eine nichtlineare Verstärkung aufweist, die durch einen
Rückkopplungswiderstand änderbar ist, der zur Vergrößerung/Verkleinerung des Verstärkungsgrades bei
»Überschießen/Unterschießen« der Einstellposition um eine vorgegebene Bandlänge innerhalb einer vorgegebenen
Zeitdauer durch einen Schalter eines vom Digitalzähler gesteuerten Dämpfungsreglers aus/eingeschaltet
wird.
Durch die genannte Maßnahme ist es möglich, Pendelungen des Magnetbandes an einer Adressenposition
einzugrenzen und mit Hilfe der Verstärkungsregelung des Operationsverstärkers in kurzer Zeit abklingen
zu lassen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand von Abbildungen näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 die Darstellung eines mit Drehmagnetkopf betriebenen Magnetbandgerätes, dessen Bandvorschub
durch den Antrieb einer Auflaufspule gesteuert wird,
F i g. 2 die Darstellung des aiii Di ehiViägneikupf des
Magnetbandgerätes geführten Magnetbandes,
Fig. 3 ein Ausschnitt des im Magnetbandgerät verwendeten Magnetbandes mit der Anordnung von
Daten- und Servospuren,
F i g. 4 ein Blockschaltbild des für die Stillsetzung des Magnetbandes verwendeten Servosystems,
fig.5 Schaltelemente eines im Blockschaltbild der F i g. 4 verwendeten Dämpfungsreglers,
Fig.6 die Schaltungsanordnung eines im Blockschaltbild
der Fig.4 verwendeten Operationsveraär-
Fig.7 der durch Flußdiagramm dargestellte Betriebsablauf
des in F i g. 4 dargestellten Blockschaltbil-
F i g. 8A und 8B die vom Vorschub des Magnetbandes in Vorwärts/Rückwärts-Richtung ableitbar, Richtung
und Länge des Bandtransports erfassenden Servosigna-
Fig.9A.-9G Diagramme der im Servosystem
verwendeten Digitalzähler und D/A-Wan^ler,
Fig. 10A- IOD der zeitabhängige Verlauf der Ausgangsspannung
des D/A-Wandlers bei verschiedenen Dämpfungen des Servosystems,
F i g. 11A -11C der zeitabhängige Verlauf der Bandantriebsspannung
bei verschiedenen Verstärkungsgraden des Operationsverstärkers, der im Servosystem
gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Das Magnetband 10 des in Fig. 1 dargestellten Magnetbandgerätes wird von der Ablaufspule 13 zur
Auflaufspule 14 transportiert. Zwischen den beiden Bandspulen ist die Schreib/Lesestation 15 angeordnet,
an welcher das Magnetband gemäß der Darstellung nach Fig.2 einen Führungszylinder wendelförmig
umschlingt und dadurch über einen Drehmagnetkopf 1? transportiert wird, der am Umfang eines Rotors 16
angeordnet ist. Der Transportweg des Magnetbandes 10 führt auch durch eine Vakuumsäule 18, welche
Schwankungen der am Magnetband auftretenden Zugkräfte ausgleicht. Eine Bandschleife 19 befindet sich
in der Säule und deren Lage wird von einem nicht dargestellten Lagefühler überwacht. Der Lagefühler
gibt ein Signal an die Bandlage-Servosteuerung 20 ab und steuert dadurch den Antriebsmotor 21 der
Ablaufspule. Auf diese Weise wird die Bandschleife 19 in der Optimallage gehalten, während das Band schrittweise
von der Ablaufspule 13 zur Auflaufspule 14 transportiert w-rd.
Während das Magnetband abläuft, wird es an den Auflaufgestellen 22,23 und 24 durch Luftlager getragen.
Die Längskanten des Bandes werden vor allem an den Auflagestellen 23 und 24 durch nachgiebige Elemente
geführt. Die F i g. 3 zeigt einen Ausschnitt des Magnetbandes 10. Darin sind zwei der zahlreichen,
schräg verlaufenden Datenspuren 11, 12 und zwei spezielle Servomarken 25 und 26 der Servospur 27
eingezeichnet. Diese zwei Marken dienen der Kennzeichnung der Mittellinie der jeweiligen Datenspur 11
bzw. 12. Wenn der Bandabschnitt auf der Spindel die richtige Lage einnimmt, dann ist der Kopf träger-Rotor
16 von F i g. 2 genau mit einer der Datenspuren ausgerichtet, so daß seine Bahn mit dieser Spur
übereinstimmt. Der Magnetkopf bewegt sich mit konstanter Geschwindigkeit, gesteuert durch den Motor
des Rotorantriebs 28.
Die beispielhafte Darstellung der Fig. 3 ist nur als
allgemeiner Hinweis aufzufassen, da das besondere Format des Datenfeldes in der Datenspur 11 und 12
sowie der Servodaten in der Spur 27 für die vorliegende Erfindung nicht von Bedeutung ist. Es genügt zu wissen,
daß der Kopf/Spur-Ausrichtfehlerdetektor 29 in F i g. 1 auf die Lage der Marken 25, 26 auf der Servospur 27
anspricht, daraus ein Fehlersignal für die Kopf/Spur-Ausrichtung ableitet und auf der Leitung 30 abgibt.
Einzelheiten der Schaltungsanordnung des Detektors 29 sind hier nicht von Belang, da sie beispielsweise auch
vom Format der Servospur 27 abhängig sind. Im weiteren kann die Detektorschaltung ihre Eingangsinformation
von einem stationären Κορί beziehen, der die
■) Servospur liest, oder statt dessen vom rotierenden Kopf
selber, der beim Ein- und/oder Auslaufen an der Bandkante die Servospur liest. Brauchbare Anordnungen
dieser Art sind in den amerikanischen Patentschriften Nr. 36 66 897 und 38 45 500 zu finden.
ίο Zum Verständnis der vorliegenden Erfindung genügt
es, sich nur grundsätzlich mit dem Weg des Magnetbandes in F i g. 1 zu befassen. Eine umfassendere Beschreibung
mit Berücksichtigung aller Elemente von F i g. 1 ist in der amerikanischen Patentschrift Nr. 38 64 739
r> gegeben. Die vorliegende Darstellung zeigt, daß die Aufnahmespule 14 von einem Gleichstrommotor 31
angetrieben ist. Dessen Antriebswelle ist mit einem Bewegungssignalgeber 32 verbunden, der seine Signale
über die Leitung 42 abgibt. Diese Signale geben sowohl
:ii die Geschwindigkeit als auch die Umdrehungsrichtung
des Antriebs 31 an und werden einem Dämpfungsregler 80 zugeführt. Dieser erhält aber auch Datensignale von
der Stop-Sperrschaltung 45 und liefert selber Verstärkungsregelsignale
an seinem Ausgang 82 ab. Die
2) Verstärkungsregelsignale ihrerseits werden über ein
nichtlineares Regelelement 180 der Motorsteuerung 81 zugeführt, welche an ihrem Ausgang über die Leitung 87
entsprechende Steuerströme an den Antriebsmotor 31 abgibt. Wie noch zu erklären sein wird, vergrößern oder
verkleinern diese Steuerströme auf der Leitung 87 die Erregung des Antriebsmotors 31.
Der Motor 31 treibt die Aufnahmespule 14 in beiden Drehrichtungen an. Dreht sich die Spule 14 im
Uhrzeigersinn, dann wird der Radius des Aufzeich-
Ii nungsträgers 10 größer. 1st die Drehrichtung umgekehrt,
so wird der betreffende Radius kleiner. Die Spule 14 mit dem aufgewickelten Magnetband 10 bildet also
eine veränderliche Belastung. Dieser Umstand verlangt, daß die Steuerströme auf der Leitung 87 dynamisch so
eingestellt werden, daß die Erregung des Motors 31 beim Antrieb der Spule 14 dazu genügt, das Magnetband
10 ohne Unter- und/oder Überschießen des gewählten Zieles von einer Datenspur zu einer anderen
zu verschieben.
In der Fig.4 sind der motorische Antrieb 31, der
Dämpfungsregler 80, die Stop-Sperrschaltung 45, der Bewegungssignalgeber 32 und die Motorsteuerung 81 in
der Form eines Blockdiagramms dargestellt. In der bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung ist
der Bewegungssignalgeber 32 ein gewöhnliches zweiphasiges Digital-Tachometer. Wenn der Motor 31 sich
dreht, gibt dieses Tachomeier über die Leitung 42 zwei Signale ab. Die Fig.8A und 8B zeigen das vom
Tachometer abgegebene Doppelsignal Φ 1 und Φ 2. Die
η Beziehungen zwischen Φ 1 und Φ 2 sind, je nachdem ob
der Motor vorwärts oder rückwärts läuft, verschieden.
In der Fig.4 schließt die Stop-Sperrschaltung 45 einen Richtungsdetektor 85 ein. Letzterer wandelt die
Tachometersignale in Impulse um, welche Weglängen
bo darstellen, um die sich der Antrieb 31 weiterbewegt hat.
Eine detailliertere Beschreibung des Richtungsdetektors 85 ist in einem Artikel »Logical Motion and
Direction Detection« im IBM Technical Disclosure Bulletin, Bd. 14, Nr. 12, Seite 3672, im Mai 1972
b5 veröffentlicht worden.
Wie die F i g. 8A zeigt, gibt der Richtungsdetektor 85 über die Ausgangsleitung 88 bei jedem Übergang der
Signale Φ 1 und Φ 2 einen »Rückwärts«-Impuls ab.
wenn der Motor 31 rückwärts d. h. im Gegenuhrzeigersinn läuft. Wenn er aber gemäß F i g. 8B vorwärts, also
im Uhrzeigersinn, läuft, dann erzeugt der Richtungsdetektor 85 »Vorwärts«-lmpulse auf der Leitung 86. Wie
noch erläutert werden wird, bewirken die Impulse auf der Leitung 86, daß der Stop-Sperrzähler 90 aufwärts
zählt, und jene auf der Leitung 88, daß derselbe Zähler 90 abwärts zählt.
Der Stop-Sperrzähler 90 ist eine konventionelle auf oder abzählende Vorrichtung. Die Steuerung erfolgt so,
daß nie unter Null gezählt wird. Der Zähler erzeugt ein Zeichenbit, das als Stop-Sperrvorze'jhen auf der
Leitung 91 erscheint sowie weitere Impulse als Resultate des Auf- und Abzählens. Diese Impulse
erscheinen auf der Datenleitung 92 und gleichzeitig gibt der Zähler 90 über die Leitung 94 bestimmte
Binärsignale an den Dämpfungsregler 80 ab. Außerdem gelangt Richtungsinformation des Richtungsdetektors
85 über die Leitung 96 an den Dämpfungsregler 80. Über den Eingang 98 wird dem Stop-Sperrzähler 90
eine vorgegebene Zahl eingegeben, wie noch zu erläutern sein wird. Eine Befehlsleitung 100 dient dazu,
dem Dämpfungsregler 80 einen Schrittbefehl zuzuführen, und über eine weitere Leitung 102 erhält der Regler
Taktinformation. Die auf der Datenleitung 92 erscheinenden Signale stellen Zahlen dar, welche die Spannung
angeben, die dem Antriebsmotor 31 zugeführt werden soll. Der Digital/Analogwandler 104 setzt die genannten
Zahlen in äquivalente Spannungspegel um, die auf der Leitung 106 erscheinen. Diese Spannungspegel werden
mit weiteren Steuersignalen vom Anschluß 110 einer üblichen Summenschaltung 108 eingegeben. Die eben
erwähnten Steuersignale sind für das Verständnis der vorliegenden Erfindung unwichtig und werden daher
nicht näher erläutert. Die Summenschaltung 108 gibt an ihrem Ausgang 112 ein Fehlersignal ab, das zusammen
mit dem Verstärkungsregelsignal am Ausgang 82 des Dämpfungsreglers 80 der Erregung der Motorsteuerung
81 dient.
Die Motorsteuerung wird von einem nichtlinearen Schaltkreis 180 gesteuert, dem das Fehlersignal des
Ausgangs 112 sowie das Verstärkungsregelsignal des Dämpfungsreglers 80 zugeführt werden. Dank der
Nichtlinearität dieses Schaltkreises verändert sich der Ausgangspegel der Motorsteuerung 81 derart, daß bei
ansteigender Verstärkung das Überschießen des motorischen Antriebs 31 vermindert wird. Der Anfang der
Erregerspannung ist dabei noch unverändert, während sich die höhere Verstärkung vor allem auf den letzten
Teil auswirkt.
In der F i g. 9 sind nun die gegenseitigen Beziehungen zwischen dem Stop-Sperrzähler und dem Digital/Analogwandler
mit den zugehörigen Steuerimpulsen graphisch dargestellt. Das Diagramm von Fig.9A zeigt,
daß über den Eingang 98 die Zahl »Vier« in den Stop-Spcrrzähler 90 eingegeben worden ist. Ais der
Fig. 9B geht hervor, daß gleichzeitig das Vorzeichen
negativ ist. Während der Motor 31 rückwärts zu drehen beginnt, gibt der Richtungsdetektor 85 einen Impuls ab.
Letzterer veranlaßt den Zähler abwärts zu zählen, worauf dieser seinen Zählstand auf »Drei« herabsetzt.
Dieser Vorgang wiederholt sich, bis der Zählstand gleich Null ist. Theoretisch müßte der Motor angehalten
werden, aber er dreht weiter rückwärts und der Zähler beginnt aufwärts zu zählen, wie aus F i g. 9E hervorgeht.
In diesem Zeilpunkt wechselt jei/.t das Vorzeichen des
Zählers von negativ zu positiv. Der Digital/Analogwancilcr setzt nun, wie bereits erwiilini, den Zählerstand
des Stop-Sperrzählers in Spannungspegel um. Die Drehrichtung des Motors ist durch das Stop-Sperrvorzeichen
bestimmt, wenn der Spannungspegel nicht Null ist. Die F i g. 9G zeigt, wie sich die Ausgangsspannung
•j des Digital/Analogwandlers vermindert, wenn der Zählstand des Stop-Sperrzählers sinkt, bis der Nullpunkt
erreicht ist. Von da an ändert sich die Spannung, die dem Motor zugeführt wird, und zwar derart, daß
eine Antriebskraft in der entgegengesetzten Richtung
ίο erzeugt wird. Wenn auch in der bildlichen Darstellung
nur ein geringer Zählstand angedeutet ist, so kann doch die vorliegende Schaltungsanordnung für die Eingabe
jeder gewünschten Zahl ausgelegt werden.
Die Ausgangsspannung des Digital/Analogwandlers
Γ; ist in Wirklichkeit aus kleinen Spannungsschritten
zusammengesetzt, aber zur Vereinfachung der Beschreibung wird sie beispielsweise in Fig. 10 als eine
stetige Linie dargestellt. Wenn im Zähler zum Zählstand noch ein negatives Vorzeichen vorliegt, dann wird im
Digital/Analogwandler eine positive Spannung erzeugt. In einem Verstärker der Motorsteuerung wird diese
Spannung dem Verstärkungsgrad entsprechend erhöht und als positive Spannung an den Motor gelegt. Diese
Erregung veranlaßt den Motor rückwärts zu laufen,
:■"> wodurch das Tachometer Impulse erzeugt. Der
Richtungsdetektor übernimmt diese Impulse und erzeugt seinerseits sogenannte »Rückwärts«Tmpulse.
d. h. Impulse, welche den Stop-Sperrzähler zum Abwärtszählen veranlassen, bis er den Zählstand Null
)(> erreicht hat (dargestellt in F i g. 1 OA).
Das Überschießen entsteht dadurch, daß der Antrieb 31 noch in Bewegung ist, wenn der Zähler den Stand
Null erreicht. Dabei werden weitere Tachometerimpulse erzeugt, aber das Vorzeichen des Stop-Sperrzählers
hat sich nun geändert, weshalb er »Vorwärts«-Impulsp empfängt, die ihn zum Aufwärtszählen veranlassen
(dargestellt in Fig. 10B). Dadurch ergibt sich für den Motor eine negative Speisespannung. Während nun der
Motor immer noch in Rückwärtsrichtung ausläuft, steigt
ίο die Speisespannung, bis er schließlich anhält. Von da an
treibt die negative Spannung den Motor vorwärts, bis die Spannung wieder Null ist. Die erzeugten »Vorwärts«-Impulse
veranlassen den Zähler, abwärts zu zählen, bis der Stand Null ist (siehe F i g. 10C). Je nach
•r> der vorhandenen Dämpfung in der Anordnung kann der
Zyklus des Überschießens sich mehrere Male wiederholen (siehe Fig. 10D), bis schließlich die Stabilisierung
eintritt.
Die Fig. HA, HB und 11C zeigen das Verhalten
ίο verschiedener Anordnungen mit verschieden großer
Verstärkung. In Fig. 11A ist das Verhalten einer Anordnung mit kleiner Verstärkung dargestellt, welche
die gewünschte Lage zwar erreicht, aber dies nur mit Überschießen. Die Fig. 11B zeigt das Verhalten einer
Vi Anordnung mit großer Verstärkung, welche die
gewünschte Lage ohne Überschießen erreicht, dazu aber verhältnismäßig mehr Zeit braucht. Schließlich
kann in Fig. 1 IC das Verhalten einer Anlage mit mittlerer Verstärkung und wenig Überschießen be-
wi trachtet werden.
In der F i g. 5 ist nun eine Logikschaltung 114 und eine
Vergleichsschaltung 116 abgebildet, welche beide im Dämpfungsregler 80 von F i g. 4 eingegliedert sind. Die
Logikschaltung 114 ermittelt, wann der Antrieb M sich
tv. vorwärts bewegt, d.h. wann dieser einen Vorwärtsschritt
macht. Sie gibt auch einen Impuls ab. wenn das erste Unter- oder Überschießen des Antriebs )!
festgestellt wird. Um diese Funktionen zu erfüllen, wird
die bistabile Kippschaltung 118 als erstes Speicherelement eingestellt, wenn an ihrer Eingangsleitung 120 ein
»Vorwärtsw-Schrittbefehl erscheint. Das Signal auf der Leitung 120 ist der Ausgangsimpuls der ersten
UND-Schaltung 122, welche konventionell ausgebildet und mit vier Eingängen ausgerüstet ist. Die Signale an
den genannten Eingängen 124, 126, 128 und 130 bestimmen die Abgabe des Impulses am UND-Ausgang
auf der Leitung 120.
In der bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung ist das Signal am Eingang 124 ein
Steuersignal, das angibt, wann die Maschine einen Vorwärtsschritt ausführt. Das Signal am Eingang 126 ist
ein Steuersignal, das vom sechsten Bit des Stop-Sperrzählers stammt. Jenes Signal am Eingang 128 stammt
vom siebenten Bit desselben Zählers. Das Signal am Eingang 130 endlich ist ein Steuersignal, welches dann
auftritt, wenn der Motorantrieb sich vorwärts bewegt. Wenn das erste Speicherelement 118 eingestellt ist,
dann erscheint ein Signal auf dessen Ausgangsleitung 132, welches anzeigt, daß der Motor einen Vorwärtsschritt
ausführt. Um das erste Speicherelement 118 zurückzustellen, muß über die Eingangsleitung 134 ein
Steuersignal angelegt werden.
Wenn einmal festgehalten ist, daß der Motor dabei ist, einen Vorwärtsschritt zu tun, dann kann das erste Überoder
Unierschießen festgestellt und ein entsprechendes Signal über den Ausgang 136 abgegeben werden. Damit
man aber nur das erste Maximum des Über- oder Unterschießens erfaßt, wird eine bistabile Kippschaltung
138 als zweites Speicherelement eingestellt. Das Einstellsignal gelangt über die Leitung 140 an das zweite
Speicherelement 138 und stammt von der zweiten logischen UND-Schaltung 142. Letztere ist ein gewöhnliches
UND-Glied mit drei Eingängen. Das erste Eingangssignal zum zweiten UND-Glied 142 wird vom
Ausgang des ersten Speicherelementes 118 abgeleitet. Als zweites Eingangssignal wirkt das Steuersignal auf
der Leitung 134 und das dritte Eingangssignal stammt vom Ausgang einer üblichen ODER-Schaltung 144, die
mit zwei Eingängen ausgerüstet ist. Das ODER-Ausgangssignal erscheint also, wenn einer der beiden
Eingänge ein Signal erhält. Das erste ist ein Zeitsignal, das über die Leitung 146 eintrifft, und das zweite ein
Rückwärtsimpuls, der über die Leitung 149 anlangt, -.ve. ,in ein Richtungswechsel eintritt. Das zweite
Speicherelement 138 wird zurückgestellt, sobald das Ausgangssignal des ersten Speicherelementes abfällt.
Wenn das zweite Speicherelement 138 eingeschaltet wird, dann löst es den Zeitschaltkreis 148 aus, der aus
einer üblichen monostabilen Kippschaltung besteht. In der bevorzugten Ausführung ist der Zeitschaltkreis so
bemessen, daß an seinem Ausgangsanschluß 136 ein Impuls von 30 bis 50 ns Länge abgegeben wird.
Wenn das Über- oder Unterschießen des motorischen
Antriebs 31, d. h. also sein Schwingen, festgestellt worden ist, dann bestimmt die Vergleichsschaltung 116,
ob dieses Schwingen ein Überschießen oder ein Unterschießen ist, und speichert das Ergebnis in der
bistabilen Kippschaltung 150 als drittem Speicherelement. Das Ausgangssignal des dritten Spcicherelemenics
150 erscheint auf der Vcrstärkungsrcgellcitung 82. Wie später noch erklärt werden wird, werden die
Signale auf der genannten Regclleitung 82 zur Steuerung des Verstärkungsgrades in der Motorsteuerung
81 verwendet, welche den Motorantrieb 31 speist.
Das dritte UND-Glied 154 wird betätigt und auf der Leitung 156 in Fi g. 5 ein Signal ausgegeben, wenn das
Schwingen des Motors 31 ein Überschießen war. Das UND-Glied 154 ist in bekannter Art ausgeführt und
besitzt drei Eingänge. Das am ersten Eingang erscheinende Signal stammt vom Zeitschaltkreis 148.
ν Das an der Eingangsleitung 158 erscheinende Signal ist ein Steuersignal, welches das im Stop-Sperrzähler
auftretende Vorzeichen angibt. Das dritte über die Eingangsleitung 160 am UND-Glied 154 erscheinende
Signal ist von einem vorbestimmten Wert im Stop-
K) Sperrzähler abhängig. Wenn der Zählstand im genannten Zähler gleich oder größer ist als der vorbestimmte
Wert, dann gelangt ein Signal auf die Leitung 160. In der bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung
wurde als vorbestimmter Wert die Zahl Drei gewählt.
li War das Schwingendes Motors 31 ein Unterschießen,
dann wird das vierte UND-Glied 162 betätigt. Dazu muß das Signal auf der Eingangsleitung 158 die
entgegengesetzte Polarität jenes Signals haben, welches das dritte UND-Glied 154 betätigte. Mit anderen
.'(ι Worten, wenn das dritte UND-Glied 154 über die
Leitung 156 ein Signal abgibt und daher seine Eingangsleitungen 136, 158 und 160 alle ein positives
Signal führen, so wird das vierte UND-Glied 162 über seine Ausgangsleitung 164 ein Signal abgeben, wenn das
2) Signal auf der Eingangsleitung 158 die entgegengesetzte
Polarität aufweist, d. h. negativ ist, und die übrigen zwei auf den Leitungen 136 und 160 weiterhin positiv sind.
Daß hier von Polaritäten der Signale gesprochen wird, ist rein beispielhaft und keineswegs einschränkend zu
in betrachten. Es steht dem Fachmann frei, logische
Kombinationen mit positiven oder negativen Signalen zu wählen, um die gewünschten Funktionen zu erfüllen.
In der Fig.6 ist nun die Verstärkungsregelung
dargestellt, welche auf den Antriebsmotor 31 einwirkt.
r> Der Motor 31 wird über die Motorsteuerung 81 gespeist. Der darin enthaltene Leistungsverstärker wird
seinerseits vom Operationsverstärker 166 gesteuert. Durch Regelung der Verstärkung des Operationsverstärkers
zwischen seinem Eingang und dem Knoten 168 kann die vom genannten Leistungsverstärker für den
Motor 31 verfügbare Leistung gesteuert werden. Theoretisch erreicht diese Verstärkung den Wert:
Gegenkopplungswiderstand geteilt durch Eingangswiderstand der betrachteten Stufe. In der Darstellung
•η der Fig.6 besteht der Eingangswiderstand in erster
Linie aus dem Widerstand 170, während der Gegenkopplungswiderstand entweder nur aus dem Widerstand
174 oder der Parallelschaltung der Widerstände 172 und 174 abhängig von der gewählten Verstärkungs·
>ii einstellung besteht.
Parallel zum Operationsverstärker 166 ist eine Zenerdiode geschaltet, wodurch die Kombinatior
einschließlich des regelbaren Gegenkopplungswider Standes zu einem nichtlinearen Schaltkreis 180 wird
v, Dieser erlaubt es, die Signalamplitudc bzw. di< Verstärkung bis zum Knotenpunkt 168 in gewünschte
Weise zu erhöhen, ohne ein unzulässiges Schwingen de Antriebes 31 zu verursachen. Bei dieser Anordnunj
wird, falls am Antrieb 31 ein Überschießen auftritt, dii
no Lage durch Erhöhung der Verstärkung im Vcrsorgungs
weg zur Motorsteuerung 81 korrigiert. Die in de bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindun]
verwendete Zenerdiode kann natürlich durch beliebigt bekannte nichtlinearc Schaltungskomponcnlcn crsct/
hr. werden.
Das Zuschalten der Widerstände 172, 174 al Gegenkopplung zwischen dem Ausgangsknoten 16
und dem Eingang 112 des Operationsverstärkers 16
709 548/5
ermöglicht also die Änderung der Verstärkung durch Ändern der Werte der Widerstände 172 und 174. Zu
diesem Zweck ist in die Gegenkopplungsschleife der Schalter 178 eingefügt, der in bevorzugter Weise ein
üblicher FET-Schalter sein kann. Dieser wird vom Verstärkungsregelsignal auf der Regelleitung 82 gesteuert.
Wenn beispielsweise nach einem Schrittbefehl der Dämpfungsregler 80 für den nächsten Schritt eine
geringere Verstärkung fordert, dann bewirkt das Signal auf der Regelleitung 82, daß der Schalter 178
geschlossen wird. Bei geschlossenem Schalter 178 ist die Verstärkung geringer und erreicht den theoretischen
Wert:
.R172-K174
Win+ΚΪ74
R170
Verlangt der Dämpfungsregler 80 aber eine größere Verstärkung für den nächsten Schritt, dann bewirkt das
Signal auf der Regelleitung 82 die Öffnung des Schalters 178.
Bei geöffnetem Schalter beträgt die Verstärkung:
R174
R170
R170
In der F i g. 7 ist der Betriebsablauf in der Anordnung graphisch dargestellt. Die beschriebene elektrische
Schaltung wickelt die Schritte 1 bis 4 zwecks Steuerung des Motors ab, wodurch sein Schwingen auf das kleinste
Maß herabgesetzt wird. Während des ersten Schrittes, wird bestimmt, ob der Motor 31 im Begriff steht, einen
Vorwärtsschritt auszuführen. Anschließend wird der Zeitpunkt des größten Über- oder Unterschießens des
Motors ermittelt. Die Größe des Über- oder Unterschießens wird als nächstes gemessen. Darauf folgt die
Entscheidung, ob das Schwingen ein Über- oder ein Unterschießen ist. Danach erfolgt die Verstärkungsregelung,
um das Schwingen auf ein Kleinstmaß zu bringen. Diese ganzen Prüffunktionen werden nach der
Vollendung eines befohlenen Schrittes ausgeführt.
Die Regelung der Verstärkung zur Speisung des motorischen Antriebs 31 wird sodann vor der
Ausführung des nächsten Schrittes vorgenommen.
Wie bereits angedeutet wird im Betrieb das Überoder Unterschießen des motorischen Antriebs 3! nach
der Ausführung eines Schrittbefehls festgestellt. Die Größe dieses Über- und Unterschießens wird dann mit
einem vorbestimmten Bezugswert verglichen. Liegt diese Größe unter dem verbestimmten Bezugswert,
dann wird keine Korrektur vorgenommen. Liegt die Größe jedoch über dem vorgegebenen Bereich, so wird
die Verstärkung im Speisekreis des motorischen Antriebs 31 angepaßt.
Um dieses Ziel zu erreichen, wird über den Eingang 98 dem Stop-Sperrzähler 90 eine Zahl zwischen 56 und
80 in digitaler Form eingegeben. Diese Zahl erscheint auch auf der Datenleitung 92 und wird durch den
·-, Digital/Analogwandler 104 in eine Analogspannung umgesetzt. Diese Spannung dient der Erregung des in
der Motorsteuerung 81 enthaltenen Leistungsverstärkers, der den motorischen Antrieb 31 speist. Der
Bewegungssignalgeber 32, d. h. das 2-Phasen-Tachometer, gibt über die Ausgangsleitungen 42 Impulse ab,
sobald der Motor 31 zu drehen beginnt. Diese Impulse stellen eine Anzeige der Drehrichtung sowie der
Geschwindigkeit des Motors 31 dar. Der Richtungsdetektor 85 wandelt die Impulse der Leistungen 42 in
i--) »Aufwärts«- oder »Abwärts«-Zählimpulse um. Wäre
beispielsweise im Zähler 90 eine negative Zahl voreingestellt, dann würden die Ausgangssignale des
Richtungsdetektors 85 auf der Leitung 88 erscheinen, d. h. es wären »Abwärtsw-Zählimpulse. Wenn also
solche Impulse auf der Leitung 88 erscheinen, dann fährt der Stop-Sperrzähler 90 fort, seinen Zählstand herabzusetzen.
Gleichzeitig wandelt der Digital/Analogwandler den niedrigeren Zählstand in Spannung um und die neue
Spannung wird zur Speisung des Antriebsmotors 31
2) verwendet. Der Stop-Sperrzähler 90 fährt nun fort
abwärtszuzählen bis der Stand gleich Null ist. Theoretisch sollte der Motor beim Zählstand Null anhalten
Aber dank seiner Trägheit kann er sich in derselben Richtung weiterdrehen, nachdem an dieser Stelle das
ίο Vorzeichen im Zähler von negativ zu positiv gewechseli
hat.
Ein Drehrichtungswechsel des Motors erfolgt dann wenn er den höchsten Punkt des Überschießens erreichi
hat (siehe Fig. 11A). An diesem Punkt wird die Größe
)) des Überschießens durch Abfragen des Stop-Sperrzäh
lers 90 über Stand und Vorzeichen gemessen. Diesf Information gelangt jetzt an das dritte UND-Glied 15<!
der Vergleichsschaltung 116. Ist die Zahl im Stop-Sperr
zähler 3 oder mehr, ist das Zähler-Vorzeichen positiv
und führt der Antriebsmotor 31 einen Vorwärtsschrit aus, dann erscheint auf der Leitung 156 ein Signal, da:
Überschießen anzeigt. Das Überschießen bewirkt die Einstellung der dritten bistabilen Kippschaltung 150
wodurch die Verstärkungsregelleitung 82 mit einen
i") Signal beaufschlagt wird. In der Folge wird der Schalte
178 geöffnet, so daß der wirksame Widerstand in de Gegenkopplungsschleife vergrößert wird. Die Verstär
kung bis zum Knoten 168 wird daher erhöht und von Leistungsverstärker in der Motorsteuerung 81 meh
Energie an den Antriebsmotor 31 abgegeben. Diesi erhöhte Verstärkung im Versorgungsweg zum Motor 3
wird während der Ausführung des nächsten Schiittbc fehls das Überschießen des Antriebs auf ein Klcinstmal
herabsetzen.
Hierzu (i Bliilt Zeichnungen
Claims (1)
- I .Patentanspruch:Servoregelung der Stillsetzung eines Magnetbandes an einer durch einen Adressenbefehl gegebenen "> Einsteüposition durch einen Digitalzähler, dessen Zählerstand abhängig von der Differenz der Adresse und der Länge und Richtung des Vorschubs des Magnetbandes in zwei Zählrichtungen änderbar ist, und der durch einen D/A-Wandler über einen Operationsverstärker mit dem Bandantrieb verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Operationsverstärker (166) eine nichtlineare Verstärkung aufweist, die durch einen Rückkopplungswiderstand (172) änderbar ist, der zur Vergröße- r> rung/Verkleinerung des Verstärkungsgrades bei »Überschießen/Unterschießen« der Einstellposition um eine vorgegebene Bandlänge innerhalb einer vorgegebenen Zeitdauer durch einen Schalter (178) eines vom Digitalzähler (90) gesteuerten Dämpfungsreglers (80) aus/eingeschaltet wird.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
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JP (1) | JPS5229708A (de) |
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