DE2638800C3 - Servoregelung der Stillsetzung eines Magnetbandes an einer durch einen Adressenbefehl gegebenen Einstellposition - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Servoregelung der Stillsetzung eines Magnetbandes an eir.er 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 deir durch einen D/A-Wandler über einen Operationsverstärker mit den Bandantrieb verbunden ist

Es ist bekannt (Journal Brit IRE, September 1963, >^r> Seiten 199-202), den Elektromotor für aie 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 to 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 -ti 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 Vorausset- ho zung ist jedoch nicht gegeben bei einem Magnetbandgerät, dessen Auflaufspule für den Vorschub des Magnetbandes um eine vorgegebene Bandlänge angetrieben werden soll. Für den Vorschub des Magnetbandes ist ein Antriebssignal erforderlich, das die Auflaufspule zunächst beschleunigt, bis das Magnetband die Hälfte der Vorschiiblänge zurückgelegt hat. Nach diesem Zeitpunkt wird das Magnetband gebremst, 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 einzust eilenden 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 durchgeführt 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 Servoregelung der Stillsetzung eines Magnetbandes an einer durch einen Adressenbefehl gegebenen Ektstellposition 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, PendeliLigen 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,

Fig. 2 die Darstellung des am Drehmagnetkopf 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 Operationsverstärkers,

Fig.7 der durch Flußdiagramm dargestellte Betriebsablauf des in F i g. 4 dargestellten Blockschaltbildes,

F i g. 8A und 8B die vom Vorschub des Magnetbandes in Vorwärts/Rückwärts-Richtung ableitbar, Richtung und Länge des Bandtransports erfassenden Servosigna-Ie,

Fig. 9A —9G Diagramme der im Servosystem verwendeten Digitalzähler und D/A-Wandler,

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 F i g. 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 17 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 Signa! 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 wird.

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 Fig.3 zeigt einen Ausschnitt des Magnetbandes 10. Darin sind zwei der zahlreichen, schräg verlaufenden Datenspuren 11, 12 und zwei spezielle Servomarken 23 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 Fig.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 isc nur als allgemeiner Finweis aufzufassen, da das besondere Format des Ditenfeldes 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 Fig. I auf die Lage der Marken 25, 26 auf der Servospur 27 anspricht, daraus ein Fehiersignal 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 Kopf 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.

Zum Verständnis der vorliegenden Erfindung genügt es, sich nur grundsätzlich mit dem Weg des Magnetbandes in Fig. 1 zu befassen. Eine umfassendere Beschreibung mit Berücksichtigung aller Elemente von F i g. 1 ist in der amerikanischen Patentschrift Nr. 38 64 739 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 die Geschwindigkeit als auch die Umdreh'jngsrichtung 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 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 Aufzeichnungsträgers 10 größer. Ist 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 An'rieb der Spule 14 dazu genügt, das Magnetband 10 ohne Unter- und/oder Oberschießen des gewählten Zieles von einer Datenspur zu einer anderen zu verschieben.

In der Fig.4 sind der motorische Antrieb 31, dei Dämpfungsregler 80, die Stop-Sperrschaltung 45, der Bcwegungssignalgeber 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 Tachometer über die Leitung 42 zwei Signale ab. Die Fig.8A und 8B zeigen das vom Tachon.etei abgegebene Doppelsignal Φ 1 und Φ 2. Die 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 iirpulse um, welche Weglängen darstellen, um die sich der Antrieb 31 weiterbewegt hat. Eine detailliertere Beschreibung des Richtungsdetektors 85 ist in einem Artikel »Logical Molten and Direction Detection« im IBM Technical Disclosure Bulletin, Bd. 14, Nr. 12, Seite 3672, im Mai 1972 veröffentlicht worden.

Wie die F i g. 8A zeigt, gibt der Richtungsdetektor 85 über die Ausgangsleitung 88 bei jedem Übergang der Signale Φ\ und Φ 2 einen »Rückwärtsw-ImDuls ab.

wenn der Motor 31 rückwärts d. h. im Gegenuhrzeigersinn läuft. Wenn er aber gemäß Fig.8B vorwärts, also im Uhrzeigersinn, läuft, dann erzeugt der Richtungsdetektor 85 »Vorwärts«-Impulse 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 Slop-Sperrvorzeichcn 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 !08 gibt ?.n 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 r.^n 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-Sperrzähler 90 eingegeben worden ist. Aus der Fig.9B geht hervor, daß gleichzeitig das Vorzeichen negativ ist. Während der Motor 31 rückwärts im 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 heirvorgeht. in diesem Zeitpunkt wechselt jetzt das Vorzeichen des Zählers von negativ zu positiv. Der Digital/Analogwandler setzt nun. wie bereits erwähnt, den Zählerstand des Stop-Sperrzählers in .Spannungspegel um. Die Drehrichtung des Motors ist durch das Stop-Sperrvor zeichen bestimmt, wenn der Spannungspegel nicht NuI ist. Die Fig.9G zeigt, wie sich die Ausgangsspannung des Digital/Analogwandlers vermindert, wenn dei Zählstand des Stop-Sperrzählers sinkt, bis der Null punkt erreicht ist. Von da an ändert sich die Spannung die dem Motor zugeführt wird, und zwar derart, dal: eine Antriebskraft in der entgegengesetzten Richtung erzeugt wird. Wenn auch in der bildlichen Darstellung nur ein geringer Zählstand angedeutet Ist, so kann doch die vorliegende Schaltungsanordnung für die F.ingabt jeder gewünschten Zahl ausgelegt werden.

Die Ausgangsspannung des Digital/Analogwandler? ist in Wirklichkeit aus kleinen Spannungsschrittcr zusammengesetzt, aber zur Vereinfachung der Bc Schreibung wird sie beispielsweise in Fig. 10 als eine stetige Linie dargestellt. Wenn im Zähler zum Zählstanc noch ein negatives Vorzeichen vorliegt, dann wird irr Digital/Analogwandler eine positive Spannung erzeugt In einem Verstäiker der Motorsteuerung wird diese Spannung dem Verstärkungsgrad entsprechend erhöhl und als positive Spannung an den Motor gelegt. Diese Erregung veranlaßt den Motor rückwärts zu laufen wodurch das Tachometer Impulse erzeugt. Dci Richtungsdetektor übernimmt diese Impulse unc erzeugt seinerseits sogenannte »Rückwärtsw-Impulse d. h. Impuke. welche den Stop-Sperrzähler zum Abwärtszählen veranlassen, bis er den Zählstand NuI erreicht hat (dargestellt in F i g. 10A).

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«-Impulsc empfängt, die ihn zum Aufv-irtszählen veranlasser (dargestellt in Fig. !0B). Dadurch ergibt sich für den Motor eine negative Speisespannung. Während nun der Motor immer noch in Rückwärtsrichtung ausläuft, steigt 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«-lmpulse veranlassen den Zähler, abwärts zu zählen, bis der Stand Null ist (siehe Fig. 10C). Je nach der vorhandenen Dämpfung in der Anordnung kann der Zyklus de:; Überschießens sich mehrere Male wiederholen (siehe Fig. 10')), bis schließlich die Stabilisierung eintritt.

Die Fig. HA, 11B und HC zeigen das Verhalten verschiedener Anordnungen mit verschieden großer Verstärkung. In Fig. 1IA ist das Verhalten einer Anordnung mit kleiner Verstärkung dargestellt, welche die gewünschte Lage zwar erreicht, aber dies nur mit Überschießen. Die Fig. HB zeigt das Verhalten einer Anordnung mit großer Verstärkung, welche die gewünschte Lage ohne Überschießen erreicht, dazu aber verhältnismäßig mehr Zeit braucht. Schließlich kann in Fig. HC das Verhalten einer Anlage mit mittlerer Verstärkung und wenig Überschießen betrachtet werden.

In der F i g. 5 ist nun eine Logikschaltung 114 und eine Vergleichsschaltung 116 abgebildet, weiche beide im Dämpfungsregler 80 von F i g. 4 eingeglie Jen sind. Die Logikschaltung 114 ermittelt, wann der Antrieb 31 sich vorwärts bewegt, d. h. wann dieser einen Vorwärtsschritt macht. Sie gibt auch einen Impuls ab, wenn das erste Unter- oder Überschießen des Antriebs 31 festgestellt wird. Um diese Funktionen zu erfüllen, wird

die bistabile Kippschaltung 118 als erstes Speicherelement eingestellt, wenn iin ihrer Eingangsleitung 120 ein »VorwärtSM-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 gen,/inten 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 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. 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-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.

War das Schwingen des Motors 31 ein Unterschießen. dann wird das vierte UND-Glied 162 betätigt. Dazu muß das Signal auf der Eingangsleilung 158 die

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 Unterschießen festgestellt und ein entsprechendes Signal über den Ausgang 136 abgegeben werden. Damit man aber nur das erste Maximum des Über- oder UnterscLeßens 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 /weiten 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 Speichcrelemcntes 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, wenn 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 Ober- 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 Speichereiementes 150 erscheint auf der Verstärkungsregelleitung 82. Wie später noch erklärt werden wird, werden die Signale auf der genannten Regelleitung 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 Fig.5 ein Signal ausgegeben, wenn das das dritte UND-Glied 154 betätigte. Mit anderen 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 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 betrachten. Es steht dem Fachmann frei, logische Kombinationen mit positiven oder negativen Signalen zu wählen, um die gewünschten Funktionen zu erfüllen.

In der F i g. 6 ist nun die Verstärkungsregelung dargestellt, welche auf den Antriebsmotor 31 einwirkt. Der Motor 31 wird über die Motorsteuerung 81 gespeist. Der darin enthaltene Leistungsverstärker wird seinerseits vom Operationsverstärker 166 gesleuert. 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 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 Verstärkungseinstellung besteht.

Parallel zum Operationsverstärker 166 ist eine Zenerdiode geschaltet, wodurch die Kombination einschließlich des regelbaren Gegenkopplungswiderstandes zu einem nichtlinearen Schaltkreis 180 wird. Dieser erlaubt es, die Signalamplitude bzw. die Verstärkung bis zum Knotenpunkt 168 in gewünschter Weise zu erhöhen, ohne ein unzulässiges Schwingen des Antriebes 31 zu verursachen. Bei dieser Anordnung wird, falls am Antrieb 31 ein Überschießen auftritt, die Lage durch Erhöhung der Verstärkung im Versorgungsweg zur Motorsteuerung 81 korrigiert. Die in der bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendete Zenerdiode kann natürlich durch beliebige, bekannte nichtlineare Schaltungskomponenten ersetzt werden.

Das Zuschalten der Widerstände 172, 174 als Gegenkopplung zwischen dem Ausgangsknoten 168 und dem Eingang 112 des Operationsverstärkers 166

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 Dämpfungsreglt" 80 für den nächsten Schritt eine geringere Verstärkung fordert, dann bewirkt das Signal auf der Regelleiturig 82, daß der Schalter 178 geschlossen wird. Bei geschlossenem Schalter 178 ist die Verstärkung geringer und erreicht den theoretischen Wert:

Λ 170

R 172
RI72

R174
RI74

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:

«174
R170 '

In der Fig. 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 31 nach der Ausführung eines Schrittbefehls festgestellt. Die Größe dieses Über- und Unterschießens wird dann mit einem vorbestimmten Bezugswert verglichen. Liegt diese Größe unter dem vorbestimmten 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-Sperrzähu-r 90 eine Zahl zwischen 56 und 80 in digitaler Form eingegeben. Diese Zahl erscheint auch auf der Datenk-itung 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 »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 »Abwärts«-7.ählininiils<v 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 verwendet. Der Stop-Sperrzähler 90 fährt nun fort abwärtszu/ählen 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 Vorzeichen im Zähler von negativ zu positiv gewechselt hat.

Ein Drehrichtungswechsel des Motors erfolgt dann, wenn er den höchsten Punkt des Überschießens erreicht hat (siehe Fig. 1 IA). An diesem Punkt wird die Größe des Überschießens durch Abfragen des Stop-Sperrzählers 90 über Stand und Vorzeichen gemessen. Diese Information gelangt jetzt an das dritte UND-Glied 154 der Vergleichsschaltung 116. Ist die Zahl im Stop-Sperrzähler 3 oder mehr, ist das Zähler-Vorzeichen positiv und führt der Antriebsmotor 31 einen Vorwärtsschritt aus, dann erscheint auf der Leitung 156 ein Signal, das Überschießen anzeigt. Das Überschießen bewirkt die Einstellung der dritten bistabilen Kippschaltung 150, wodurch die Verstärkungsregelleitung 82 mit einem Signal beaufschlagt wird. In der Folge wird der Schalter 178 geöffnet, so daß der wirksame Widerstand in der Gegenkopplungsschleife vergrößert wird. Die Verstärkung bis zum Knoten 168 wird daher erhöht und vom Leistungsverstärker in der Motorsteuerung 81 mehr Energie an den Antriebsmotor 31 abgegeben. Diese erhöhte Verstärkung im Versorgungsweg zum Motor 31 wird während der Ausführung des nächsten Schrittbefehls das Überschießen des Antriebs auf ein Kleinstmaß herabsetzen.

Hierzu 6 Blatt Zcichnunecn

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Servoregelung der Stillsetzung eines Magnetbandes an einer durch einen Adressenbefehl gegebenen ί Einstellposition 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 (173!) änderbar ist, der zur Vergröße- π 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 Dämp- >o fungsreglers (80) aus/eingeschaltet wird.