DE2814376C2

DE2814376C2 - Verfahren zur Bandantriebssteuerung in einem Magnetbandspeicher und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE2814376C2
Application number: DE2814376A
Authority: DE
Inventors: John Jacob Eige; Arvind Motibhai Patel; Spencer Donald San Jose Calif. Roberts
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1977-05-19
Filing date: 1978-04-04
Publication date: 1984-05-17
Also published as: SU786937A3; JPS53144307A; PT67931A; CA1097799A; ES469977A1; FR2391528A1; PT67931B; IL54435A0; CH630196A5; GB1588908A; JPS5920178B2; US4125881A; DE2814376A1; FR2391528B1

Description

Umdrehung markieren, wird der Wert fur den Bandradius auf jeder Spule bestimmt und während des Bandablaufs wegen der Radiusänderungen stetig nachgeführt. Während des Betriebes werden einer Tabelle mit gespeicherten Trägheitswerten in Abhängigkeit von vorausbestimmten Bandradien laufend diese Werte entnommen. Basierend auf diesen Trägheitswerten werden für jeden Motor Speiseströme berechnet, durch die vorgegebene Anlauf- und Bremsbewegungen des Bandes bewirkt und die Geschwindigkeit sowie die Bandzugkraft während des Schreib- oder Lesevorganges konstant gehalten werden, aber auch das Band während einer Halte- und Sperrperiode am Weiterrutschen gehindert wird. Zur Fehlerberechnung der Geschwindigkeit ist ein Zähler vorgesehen, der mit einem Bezugswert voreingestellt, von Taktimpulsen herabgezählt und mit jedem Impuls des Bandtachometers rückgestellt wird, wobei der Zählerstand beim Rückstellen den Geschwindigkeitsfehler angibt. Diese Anordnung arbeitet zufriedenstellend bei Bandbeschleunigungen bis zu etwa 10 m/s². Wird die Beschleunigung aber auf den lOfachen Wert erhöht, dann kann an der Laufrolle des Tachometers ein Bandschlupf auftreten. Dies hat den Verlust der genauen Steuerung für Bandzugkraft und Bandgeschwindigkeit zur Folge.

In der US-Patentschrift 37 64 087 wird ebenfalls eine Steuereinrichtung für die Bandbewegung von Spule zu Spule beschrieben. Diese Einrichtung benutzt für jede Spule einen Antriebsmotor und erfordert keine Bandpufferspeicherung und keinen Tachometer im Bandpfad. Die Antriebsmotoren werden jedoch in selektiver Art betrieben, und ein Tachometer ist nur mit der Achse der Aufnahmespule gekoppelt, wobei der Tachometer pro Umdrehung einen Impuls abgibt. Diese Impulse gelangen zur Speicherung in einen Zähler, wo sie als laufende Anzeige für den Bandradius auf der betreffenden Spule verfügbar sind.

Einer weiteren US-Patentschrift 39 84 868 ist zu entnehmen, daß Ungenauigkeiten der Geschwindigkeitssteuerung, wie sie in einer Einrichtung gemäß der Beschreibung in der Patentschrift 37 64 087 durch Banddickenänderungen und Abweichungen im Nabendurchmesser entstehen können, während eines Aufzeichnungsvorganges (aber nicht beim Lesen) durch Ausnutzung des Abstandes von Schreib- und Lesespalt in üblichen Wandlerköpfen vermieden wurden. Hierbei läßt sich nämlich ein Wert für die wirkliche Bandgeschwindigkeit während des Aufzeichnens ermitteln. Daraus werden Korrekturimpulse abgeleitet, die dem Zähler zur Verkleinerung oder Erhöhung seines Zählerstandes zugeführt werden. Das resultierende Ausgangssignal dieses linearen Korrekturschaltkreises ergibt ein genaueres Motorsteuersignal, das der wirklichen Bandgeschwindigkeit entspricht. Allerdings wird jeweils nur eine Spule angetrieben, und es sind keine Einrichtungen für die Steuerung oder Regelung der Bandzugkraft oder der Beschleunigung vorgesehen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei einem Bandspeicher der eingangs genannten Art ein Verfahren nebst einer Einrichtung zur Durchführung des Ver- ι fahrens nebst einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, durch welches die Beherrschung der Bandbewegung auch bei großer Beschleunigung und ohne Bandschlupf durch Eliminierung eines Laufrollen-Tachometers gewährleistet ist. Gleichzeitig · wird durch Bestimmung und Ableitung möglichst geeigneter Maßgrößen für die Antriebssteuerung eine hohe Konstanz von Bandgeschwindigkeit und Bandzugkraft während des Schreib-/Lesebetriebes angestrebt sowie die absolute Ruhelage des Bandes nach einem Haltebefehl.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sowie vorteilhafte Einrichtungen zur Durchführung des Verfahrens sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Ein Vorschlag gemäß der älteren Patentanmeldung P 27 30 134.4 betrifft ferner ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kontrolle und Steuerung des Überspulens von Material von einer Geber- auf eine Empfangerspule. Dabei werden die Drehzahlen beider Spulen gemessen und unabhängig von Richtung und Geschwindigkeit das Verhältnis dieser Meßwerte gebildet Dazu sind jeder Spulenachse zwei identische Drehzahlgeber zugeordnet. Die Meßwerte der Drehzahlgeber werden einem Mikroprozessor zugeführt, der aus ihnen in eicsr Divisionschaltung das Verhältnis bildet. Dieses Verhältnissignal wird zusamrr.ui mit freigegebenen Stamminformationen über untersciredliche Bänder zum einen zu Signalen für die Steuerung des Bandgerätes verwendet und zum anderen für die Anzeige über beispielsweise die bereits verbrauchte oder noch vorhandene Bandlänge bzw. die entsprechenden Bandlaufzeiten. In einer Multiplikationsschaltung und einer Subtraktionsschaltung werden das Drehverhältnis mit einer eine Stamminformation der verwendeten unterschiedlichen Bänder darstellenden Kontiante sowie ein vom Drehzahlverhältnis abhängiger Faktor der Motorspeisespannung ermittelt, der in einer Subtraktionsschaltung von der maximalen Speisespannung des Motors bzw. der Motoren subtrahiert wird. Die Art der Bestimmung der für die Antriebssteuerung maßgeblichen Maßgrößen sowie die für den Motorstrom zuständigen Faktoren sind dabei unterschiedlich.

Die Erfindung wird anhand eines durch die Zeichnung erläuterten Ausführungsbeispiels beschneien.

Die Figur zeigt im Blockschaltbild die Einrichtung zur Steuerung der Speicherbandbewegung in einem Magnetbandspeicher.

a) Theoretische Grundlagen

In der genannten US-Patentschrift 40 15 799 ist die folgende als Gleichung (1) bezeichnete Beziehung für den Motorstrom J_n,, der für den Antrieb einer einzelnen Bandspule mit der gewünschten tangentialen Bandbeschleunigung b benötigt wird, abgeleitet worden:

-C₂

T,+ T

Jl)

RJ

(1)

F-R

⁺ K_T '

Darin bedeuten:

Kj = Drehmomentkonstante eines Gleichstrom-Servomotors mit Permanentmagnet (verfügbares Drehmoment bezogen auf Erregerstrom),

C₂ = Konstanten zur Berechnung der Bandträghei»,

J₀ = Trägheitsmoment einer leeren Bandspule,

R = äußerster Bandradius auf der Spule,

F- = gewünschte Bandzugkraft,

T, = Drehmomentbelastung des Motors durch

viskose Reibung,
T, = Drehmomentbelastung des Motors durch

trockene Reibung.

Die Gleichung (1) bildet die Grundlage für den Steuer-Algorithmus zum Antrieb beider Spulen. Der Motorstrom I_m wird in die folgenden drei Komponenten unterteilt, die zur Erzeugung von Beschleunigung (I_b) und Zugkraft (/.) sowie zur Überwindung des Reibungswiderstandes (/„.) nötig sind:

(3)

wobei

I\T \ α η

I. =

L. =

*r. ■*	Λ	T₁
K	T
I

Wie in der obengenannten US-Patentschrift wird zwecks Steuerung der Geschwindigkeit des Bandes in der Gleichung (3) für den Strom /_b die Beschleunigung b proportional zum Fehler der Tachometerperiode gesetzt. Das bedeutet:

= b_m

(n -

(6)

worin:

b_max = maximal benötigte Beschleunigung,

η = Anzahl vom zwischen zwei sich folgenden Linien des Präzisionstachometers gezählten Taktperioden,

n_ref = Bezugswert der für die geforderte Bandgeschwindigkeit v_rtf gezählten Taktperioden,
e_Um = Servofehler (n-n_rrj, bei dem die Beschleunigung ihren höchsten Wert erreicht.

Alternativ wird die Beschleunigung b zwecks Steuerung der Bandlage proportional zum Lagefehler gesetzt.

beschriebenen analog sind. Vorhandene Unterschiede werden nachstehend beschrieben.

b) Einrichtung des Bandsteuergerätes

Wie aus der Figur ersichtlich umfaßt die Bandsteuereinrichtung zur Ausführung der vorliegenden Erfindung zwei Motoren 1, 2, welche je eine Spule 3, 4 in einem Bandgerät antreiben. In diesem Gerät läuft das Speicherband 5 üblicherweise von der Spule 4. Ein Bandbewegungsfühler, beispielsweise ein Tachometer?, gibt nach dem Zurücklegen eines verhältnismäßig großen, vorgewählten Drehwinkels, der im vorliegenden Beispiel 360° beträgt, also einmal pro Umdrehung der Achse der Spule 4 einen einzelnen Impuls ab. Ein weiterer Bandbewegungsfühler, vorzugsweise ein Zweiphasen-Präzisionstachometer 8 mit einer großen Anzahl /Vfeiner, gleichmäßig über den Umfang verteilter Teilstriche, erzeugt /Vimpuise während jeder Umdrehung der Spule 3.

Es wird nun angenommen, daß das Band 5 von der Spule 3 auf einen üblichen »Vorwärts«-Befehl vorwärtsbewegt wird. Wie dargestellt werden die Impulse des Tachometers 8 über eine Leitung 9 einem Zähler 10 zugeführt und darin temporär gespeichert. Vorteilhafterweise ist dieser Zähler eine programmierbare Logikschaltung. Bei jedem Impuls, der vom Tachometer 7 über t'x Verbindung 11 dem genannten Zähler zugeführt wird, erfolgt eine Ausgabe des darin gespeicherten

jo Impulszählstandes über die Leitung 12.

c) Berechnung der Bandraüien beider Spulen

Ausgehend von dieser Zählstandausgabe JV₃ werden die Erregerströme für die Motoren 1,2 gesteuert. Doch zuerst muß der Bandradius für beide Spulen 3,4 berechnet werden. Dieselbe Bandlänge, die einem Umfang der Spule 4 entspricht, überspannt auch die JV₃ Tachometer-Teilstriche der Spule 3, welche am Tachometer 8 insgesamt JV solcher Striche aufweist:

²'⁷"*⁴ ⁼{-Ύ)'^2π'^Κ}

was ergibt:

= b„

- ΛΓ)

(7)

worin

50

.ν = gemessene Lage des Bandes, dargestellt durch auf- oder abgezählte Präzisionstachometer-Linien,
(„τ = Bezugslage.

Darin ist A₃ und A₄ je der Bandradius auf der Spule 3 bzw. 4. Die Gesamtmenge Band auf den beiden Spulen ist natürlich konstant, aber während des Transports von der einen zur anderen Spule wird sich die Verteilung ändern. Aus der Geometrie ergibt sich folgende Gleichung, die trotz ändernden Radien A₃ und R₄ stets gültig

Der benötigte Strom /. zur Erzeugung der Zugkraft ist gemäß Gleichung (4) proportional dem Bandradius. Vom Strom I_w zur Überwindung des Reibungswiderstandes wird angenommen, daß er einen vorbestimm- 60 oder ten, konstanten Wert hat. Wie in der US-Patentschrift 40 15 788 wird sein Vorzeichen je nach festgestellter Bewegungsrichtung umgeschaltet, so daß er stets die Wirkung des Reibungswiderstandes auf den Antrieb worin aufhebt. Während der Lagesteuerung wird der Wert /„ « gleich Null.

Die Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung benützt Algorithmen die jenen, im Abschnitt a) π {R\ - Rf) + π (R² ₄ - Λ?) = π {R² _m - Rj)

R]+ Ri = Ri + R)

= innerster Bandradius = Nabenradius der Spule, = maximaler Bandradius, wenn das ganze Band auf einer Spule aufgewickelt ist.

Wenn der größte mögliche Bandradius R_m bekannt oder, wie später noch gezeigt wird, berechnet ist, dann wird die rechte Seite der Gleichung (9) zu einer konstanten C². Diese »Radiuskonstante« C ist wie folgt definiert:

+ R²

Durch Substitution der Gleichungen (8) und (10) in der Gleichung (9) kann ein Radius aus dem ermittelten und oben genannten Zählstand N₃ abgeleitet werden.

R_} -

Λ4 =

R₃ =

Rj oder gleich dem Nabenradius und
R_m ist der unbekannte größte Bandradius.

Λ4 - Ä, -

N₁

R_m-N₃

woraus sich ergibt

R₃ = R_m =

jRrN

Die Radiuskonstante C kann aufgrund
Gleichung (10) ausgedrückt werden als:

C =

+ 1

d) Geschwindigkeitssteuerung

InR₃ N-T-v_m

(13)

worin:

A₃ = Bandradius auf der Spule 3,
N = Anzahl der Teilstriche des Tachometers 8,

T = zeitliche Länge einer Taktperiode,
^vnf ~ (geforderte) Bezugsgeschwindigkeit des
Bandes.

Durch Einsetzen von R₃ aus Gleichung (11) in Gleichung (13) kann der Wert fur /indirekt aus dem Zählstand N₃ und der Konstanten C ermittelt werden, da die Werte N, T und v_re/ für ein bestimmtes Antriebsgerät feststehende Größen darstellen:

Ist der größte Randradius nicht bekannt, beispielsweise wenn eine Anzahl Spulen verschiedene Bandlängen aufweisen, dann kann dieser durch folgende Anfangsprozedur ermittelt werden, vorausgesetzt die Nabenradien beider Spulen 3, 4 sind bekannt und gleich, und die Gesamtzahl der Teilstriche am Tachometer 8 ist bekannt. Das Band 5 wird in das Antriebsgerät eingesetzt, wobei das ganze Band auf die Spule 3 gewickelt wird. Somit ist:

Nun werden beiden Motoren kleine Erregerströme zugeführt, so daß das Band die Spule 4 zu umschlingen beginnt und der Tachometer 7 eine vollständige Umdrehung ausführt, während der Tachometer 8 Impulse für N₃ gezählte Teilstriche abgibt. Mit Hilfe der Gleichung (8) kann nun R_m bzw. R₃ wie folgt errechnet werden:

Die Bandgeschwindigkeit am Schreib-/Lesekopf6 vorbei wird nach einem hier zu beschreibenden neuartigen Verfahren gesteuert. Der Bezugswert der Taktperioden n_Ttf, der in Gleichung (6) zur Berechnung der Beschleunigung während der Geschwindigkeitssteuerung benötigt wird, beträgt:

"rej

1π- C
N-T-v,,

(14)

1 +

Aus der Gleichung (13) ist zu ersehen, daß dieser Bezugswert der Taktperioden nicht konstant ist, sondern proportional zum Radius R_} sich ändert. Diese Proportionalität ist eine Folge davon, daß der Präzisions-Tachometer auf der Achse der Spule 3 angebracht ist und nicht auf jener einer Laufrolle unterwegs am Pfad des Speicherbandes.

Wenn mit Geschwindigkeitssteuerung gearbeitet wird, dann wird ein Modusschalter 13 entsprechend eingestellt, während die Impulse des Präzisionstachometers 8 einen Taktfehlerzähler 14 weiterschalten. Taktimpulse η werden mit hoher Frequenz über eine Leitung 15 dem Zähler 14 ebenfalls zugeführt. Es sei angenommen: n^= 200 Taktimpulse pro Impuls des Präzi-

jo sionstachometers. Der Zähler wird auf -200 voreingestellt und dann durch jeden Taktimpuls um eine Einheit erhöht, bis der Zählstand über eine Leitung 16 durch einen Impuls des Präzisionstachometers auf der Verbindungsleitung 9 ausgegeben wird. Der Zähler wird gleichzeitig auf den Stand -200 zurückgestellt.

Der Zähler 14 ist so eingerichtet, daß er die algebraische Differenz zwischen π und n_r<f feststellen kann. Wenn also im Zähler 14 der Zählstand der Taktimpulse η im Zeitpunkt des Weiterschaltens gleich dem angestrebten Wert n^ist, dann entspricht die Zeit zur Erzeugung dieser η Taktimpulse genau dem geforderten Zeitraum zwischen zwei Schaltsignalen auf der Leitung 9, weshalb der Zählstand für Taktfehler (n-n,^) beim Weiterschalten gleich Null ist. Wenn der Schaltimpuls beispielsweise nach 190 oder 210 Taktimpulsen auftritt dann lautet der auf Leitung 16 ausgegebene Zählstand -10 bzw. +10.

Das Vorzeichen des Taktfehler-Zählstandes ist somit negativ oder positiv, je nachdem, ob die wirkliche Zeitdauer zwischen Impulsen des Präzisionstachometers kürzer oder länger als die gewünschte Zeitspanne ist. Der Erregerstrom zur Beschleunigung der Spulenantriebsmotoren 1, 2 ist proportional diesem Taktfehler-Zählstand (n—n_r<f). Der maximale Erregerstrom für die Beschleunigung wird zugeführt, wenn der ermittelte Taktfehler-Zählstrom (n-n^) einen vorbestimmten Bruchteil des Takt-Bezugswertes n_r<f übersteigt. Dieser Schwellenwert des Fehlerzählstandes wird mit e,_lm bezeichnet Der genannte Zählstand {n—n_Tj) wird einem Begrenzer 17 zugeleitet, welch letzterer, beispielsweise während des Anlaufs, die Größe des Zählstandes auf den Wert e_Um begrenzt.

Der Geschwindigkeitsüberschuß während eines Anlaufs hängt vom Wert der Fehlergrenze e_lim ab. Bei vermindertem Wert e,_im erhöht sich der Geschwindigkeitsüberschuß. Vergrößert man e,_im auf einen höheren Bruchteil von n_rff, so braucht das Band mehr Zeit, um auf Geschwindigkeit zu kommen. Für die höchste, in-

teressierende Beschleunigung wurde mit einem Wert e_nm von etwa 25 % von n_ref die beste Erfahrung gemacht. Dies bedeutet:

e_lim = -f- (15)

Der Beschleunigungsstrom für jeden Motor 1,2 kann aus Gleichung (3) nach Einsetzen der Gleichungen (6) und (15) wie folgt abgeleitet werden:

ⁿrrf

-Ό

und

■ Λ / Ri-C-. ι \

"max I /-> ·*3 *-2 ·Ό \ ι

—— ( C₁ _■ + —-) (η - n,_rj

τ- /l„r \ K₁ K) J

Zur Vereinfachung werden die Ausdrücke, welche mit dem Taktfehler (n-n_rr/) in den Gleichungen (16) multipliziert werden, nachstehend neu geschrieben:

4 -

Rj-C₁ J₀

Die bisherigen Gleichungen (16) schreibt man nun:

/_M = R/a (n - n_rrf)

und

(n-

Die beiden Faktoren R_/4 und Ay₃ werden als »Radiusfaktoren« bezeichnet weil sie Funktionen des Bandradius darstellen. Zur Errechnung von Beschleunigungsströmen werden sie mit dem Taktfehler multipliziert.

Durch Analyse und Simulation ist festgestellt worden, daß die Zählung N_} der Teilstriche des Präzisionstachometers zu ihrer Darstellung eine größere Anzahl Bits benötigt als der Bezugswert n_Tlf. Letzterer wiederum übertrifft darin die Radien A₃, R₄ und die Radiusfaktoren R_n und R_/A. Es ist daher rationell, die genaueste Zahl /V₃ auf der Leitung 12 (siehe Figur) zur Auffindung der nächstgenauen Zahl n^-in einer Festwertspeichertabelle 18 einzusetzen, /^seinerseits wird dann zur Indexierung von vier einzelnen Tabellen 19, 20,21, 22 im Festwertspeicher verwendet, um die Werte der wenigstgenauen Zahlen A₃, R₄, R_n und R_/4 aufzufinden. Es ist zu beachten, daß jeder dieser vier Werte auch eine Funktion der Radiuskonstanten C darstellt. C ist entweder bekannt oder wird von TV₃ und der bekannten Größe R₁, dem Nabenradius der Spule 4, und N, der Gesamtzahl der Teilstriche des Präzisionstachometers 8 wie in Abschnitt c) beschrieben, abgeleitet

Aufgrund einer Transposition der Gleichung (13) sind die Werte von A₃ eindeutig durch die Größe n_rlf indexiert und in der Tabelle 19 untergebracht. Desgleichen enthält die Tabelle 20 die Werte von R₄ indexien. durch n_rlf, da auch R₄ proportional zu n^- ist, wie aus einer Substitution der Gleichungen (13) und (14) in der Gleichung (8) hervorgeht. Die in der Tabelle 21 gespeicherten Werte f*ir R_n können mit n_ref indexiert werden, weil R_n eine Funktion von n_rff und R₃ ist, wie aus der Gleichung (17) zu ersehen ist, und weil gemäß Gleichung (13) auch R) eine Funktion von n_re) ist.

Gleicherweise können auch die in Tabelle 22 für Rj₄ gespeicherten Werte durch n,.^ermittelt werden, da laut Gleichung (17) R_f4 eine Funktion von Λ₄ und /I_n^ ist. R₄ ist proportional zu A₃ und /V₃, wie die Gleichung (8) zeigt. Dabei ist R₃ gemäß Gleichung (13) eine Funktion ίο von n_rrf und JV₃, wie die Gleichung (14) ebenfalls beweist. Es ist zu beachten, daß die Tabellen 18 und 22 im Festwertspeicher unter Ausnützung eines Rechner- ~ ⁿ"P Programms durch eine Rechnerlogik 23 vorausberechnet sind. Dabei hat man R₃, R₄, R_n, Rj₄ und n_rcj mit (16) 15 Bezug auf alle möglichen Teilstrichzahlen JV₃ aufgrund der Gleichungen (8), (10), (11), (13) und (17) ermittelt.

e) Lagesteuerung

Bei dieser Beiriebsari wird die Lage des Bandes auf Verschiebung überwacht. Der Modusschalter 13 wird auf Lagesteuerung eingestellt und eine mit x,_rf bezeichnete Eingangsleitung zu einem Auf-/Ab-Lagefehlerzähler 24 auf Null gesetzt, um die gewünschte Lage zu markieren, in der das Band 5 festgehalten werden soll.

Der Zähler 24 wird über einen Zweig der Leitung 9 mit Impulsen des Präzisionstachometers 8 gespeist und ist daher richtungsempfindlich. Verschiebt sich die Bandlage in der einen oder anderen Richtung genügendem einen oder mehr Tachometerimpulse χ zu erzeugen,

jo dann gibt der Zähler über die Leitung 25 einen Lagefehler-Zählstand (x_r<f - x) aus, dessen Zahl und Vorzeichen die Verschiebung in Größe und Richtung anzeigt. Dieser Fehlerzählstand wird durch einen Begrenzer 26 auf eine vorbestimmte Größe, z. B. 20 Impulse, begrenzt. Die Steuerung zum Anhalten und Festlegen des Bandes ist somit von seinem Radius auf der Spule unabhängig.

0 Steuerung der Lückenbreite und des Vorrückens

Wenn durch die Steuerung die Breite einer Lücke zwischen zwei Datenblöcken eingehalten wfden soll oder während des Bandvorschubes vor Beginn einer Bremsphase, ist es notwendig, das Band 5 um eine genau bemessene Strecke zu verschieben. Wenn die Teilung des Präzisionstachometers 8 mit den yVTeilstrichen verhältnismäßig grob ist, dann werden beim Durchlauf einer Datenblocklücke nur wenige dieser Teilstriche abgetastet. So eine Lücke muß jedoch die richtige Länge innerhalb enger Toleranzen erhalten. Dies kann durch

so Verwenden einer Kombination von gezählten Teilstrichen des Präzisionstachometers und gezählten Taktperioden gemäß folgendem Beispiel geschehen.

Nachdem das letzte Byte eines Datenblocks aufgezeichnet ist, werden im Zähler 27 Taktperioden η gezählt, bis ein Impuls des Präzisionstachometers auf der Leitung 9 erscheint. Dieser Taktperioden-Zählstand wird nun in einem Register 28 gespeichert. Der Rücksetzzähler 29 wird jetzt auf Null zurückgestellt, worauf er mit dem Auf-/Ab-Zählen von Impulsen des Präzisionstachometers unabhängig vom Bandspulenradius beginnt.

Während derselben Zeit fährt der Zähler 27 fort, Taktperioden zu zählen. Wenn früh genug, d. h. wenn die Anzahl Taktperioden eine vorgewählte Zahl erreicht, ein neuer Befehl beispielsweise zwecks Aufzeichnung eines weiteren Datenblocks eintrifft, dann kann mit dem Aufzeichnen des neuen Blocks begonnen werden. Diese vorgewählte Zahl entspricht genau der Zeit für

den Durchlauf der einer normierten Lücke zwischen zwei Datenbiöcken entsprechenden Bandlänge bei Nenngeschwindigkeit. Trifft der neue Befehl jedoch nicht rechtzeitig ein, um das Aufzeichnen ohne weiteres fortzusetzen, dann wird ein »Zurücksetzen« notwendig. Der Rücksetzzähler 29 wird dazu verwendet, um nach dem Zurücksetzen mit voller Vorwärtsgeschwindigkeit wieder auf denselben Tachometer-Teilstrich zurückzugelangen. Die Taktperiodenzählung im Zähler 27 wird zu diesem Zweck auf die im Register 28 gespeicherte Zahl voreingestellt. Dann werden die Taktperioden gezählt bis die voreingestellte Zahl erreicht ist und dann beginnt die Aufzeichnung des neuen Datenblocks.

g) Zugkraftsteuerung

Die Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung benutzt ein digitales Zugkraft-Steuerverfahren im offenen Schaltkreis, wie es in der US-Patentschrift 40 15 799 beschrieben ist. Dabei wird in jedem Spulenantriebsmotor Zugkraft durch ein dem Bandradius auf der betreffenden Spule 3, 4 proportionales Drehmoment erzeugt.

Aber dem offenen Schaltkreis wird nun ein geschlossener Zugkraft-Regelkreis überlagert, um eine genauere Steuerung zu erzielen, die zum Einhalten engerer Grenzen bei Zugkraftschwankungen befähigt ist. Diese Steuerung innerhalb knapper Grenzen ist deshalb notwendig, weil bei großer Beschleunigung Änderungen des Trägheits- und Drehmoments den offenen Schaltkreis unwirksam werden lassen.

Die hier dargestellte Einrichtung mit geschlossenem Regelkreis arbeitet mit Analogsignalen, könnte aber falls erwünscht auf digitale Operation umgestellt werden. Ein Zugkraftfühler 30 am Pfad des Bandes 5 mißt diese auf das Band einwirkende Kraft mit beliebigen Mitteln. Das Ausführungsbeispiel zeigt einen Fühler, der aus einer Leeriäufiolle 3i getragen von einem schwenkbaren Arm 32 besteht, den eine Feder 33 zwecks Berührung der Rolle mit dem Band vorspannt. Die Schwenkbewegungen des Arms 32 mit der Rolle 31 werden in geeigneter Weise beispielsweise durch einen nicht dargestellten linearen Differentialwandler erfaßt, wie dies Fachleuten bekannt ist, um eine die wirkende Zugkraft darstellende Größe Z„ abzugeben.

In einem Summierer 34 wird wie ersichtlich die der Zugkraft Z_w entsprechende Spannung von einer Bezugsspannung abgezogen, die einer gewünschten Zug- bzw. Bezugskraft Z_rff entspricht. Dies ergibt auf der Leitung 35 ein Zugkraft-Fehlersignal Z_n^ - Z_K. Dieses Signal durchläuft zur Stabilisierung ein Filter 36 bzw. ein Phasenkompensationsnetzwerk und wird danach wie gezeigt differentiell in beiden Leistungsverstärkern 37, 38 summiert.

Arbeitsweise der Steuerschaltung

Vor dem Anlauf muß die Radiuskonstante C berechnet werden. Dies kann so geschehen, daß man von Hand in eine Programmlogik 39 den Wert R₁ für den Nabenradius der Spule 4 und die Gesamtzahl iVder Teilstriche des Präzisionstachometers 8 eingibt. Dann wird ein Schalter 40 geschlossen und die Spulenantriebsmotoren 1, 2 unter Strom gesetzt. Nach Beendigung der ersten Bandumschlingung auf der Spule 4 wird die Radiuskonstante C, falls nicht schon bekannt, berechnet. Dann ermittelt die Recnnerlogik 23 die Werte, welche in den Tabellen 18-22 gespeichert werden.

Wenn Band von der Spule 3 auf die Spule 4 übertragen wird, dann wird die Zahl N₃ der gezählten Präzisionstachometerimpulse am Ende jedes Impulses vom Tachometer 7 nach je einer Umdrehung (s. Abschnitt b) auf der Leitung 12 weitergeschaltet. Die Zahl N₃ und die Radiuskonstante Cdienen wiederholt zur Ableitung eines Wertes für η,_φ der proportional der si;h hindernden Zahl N₁ ist, die sich ihrerseits mit dem Bandradius auf der Spule 3 ändert. Dieser Wert η,# wird dann zur Indexierung der Tabellen 19,20,21 und 22 im Festwertspeicher benutzt, um daraus entsprechende Zahlenwerte fur R₃, R₄, Rf₃ und R_f4 zu entnehmen.

Der Wert für n_rtf wird auch dem Taktfehlerzähler 14 zugeleitet, der Taktimpulse zählt, bis ein Impuls des Präzisionstachometers auf Leitung 9 den Taktfehler-Zählstand (n - n_r(f) über leitung 16 ausgibt. Der Taktfehler-Zählstand ist ein Maß für den Geschwindigkeitsfehler. Während der Beschleunigung aus dem Stillstand ist der Geschwindigkeitsfehler anfänglich 100%. Aber der Taktfehler-Zählstand (« - n_rtf) wird durch den Begrenzer 17 auf den Wert e_llm von beispielsweise 25 % des Wertes für /!,^begrenzt. Eine vorbestimmte maximale und stetige Beschleunigung wird den Motoren verliehen, bis die Bandgeschwindigkeit sich auf einen Wert erhöht hat, für welchen der Geschwindigkeitsfehlei kleiner ist als die genannten 25%. Danach wird der beschleunigende Erregerstrom proportional zum Geschwindigkeitsfehler, der sich proportional dem Taktfehler-Zählstand (n - n_rif) vermindert und bei " ⁼ ⁿrrf gleich Null wird. Dieser Taktfehler-Zählstand wandelt sich durch den Modusschalter 13 und von der Geschwindigkeitsfunktion ausgelöst einfach in ein Fehlersignal, das zwei identischen Multipliziereinrichtungen 41, 42 zugeführt wird. Letztere empfangen zudem die Äy-Werte aus den Tabellen 21 und 22 des Festwertspeichers. Die Multiplizierer 41, 42 vervielfachen den Fehlersignalwert mit den Radiusfaktoren R₁₃ und Ä_/4 für die betreffenden Spulen 3 bzw. 4, um darauf passende Werte der Beschieunigungsströrne l_b3 und /₆₄ zu errechnen.
Ein Addierer 43 addiert algebraisch die Werte von /_H, /_r3 von der Tabelle 19 basierend auf dem derzeitigen Radius A₃ und /„. aus einer Richtungslogik 44 stammend. Die Logik 44 wird mit den zweiphasigen Impulsen des Präzisionstachometer gespeist und lieVirt ein positives oder negatives Ausgangssignal, das vom Umdrehungssinn der Spule 3,4 gegen die bzw. mit den Uhrzeigern abhängig ist. Analog dazu addiert der Addierer 45 die Werte von /_M, L₄ aus der Tabelle 20 basierend auf dem wirklichen Radius A₄ und I_w aus der Richtungslogik 44.

so Die Ausgangsgrößen I_m3 und /_m4 der Addierer 43, 45 stellen Digitalwerte geeigneter Ströme für die Motoren der Spulen 3 bzw. 4 dar. Diese Digitalwerte werden durch entsprechende Digital/Analogwandler 46, 47 in analoge Signale umgesetzt und über Filter 48,49 je an einen Verstärker 37 bzw. 38 geführt. Diesen Verstärker werden auch die gefilterten, analogen Signale des Summierers 34 für die Aufrechterhaltung der richtigen Zugkräfte, wie in Abschnitt g) beschrieben, zugeführt. So sollen die Spulenantriebsmotoren mit geeigneten Strömen gespeist werden, um Beschleunigung und Bandzugkraft unter Anpassung an die sich ändernden Radien auf den Spulen konstant zu halten.

Wenn das Band für einen Schreib- oder Lesevorgang angehalten wird, dann wird der Modusschalter 13 auf Lagesteuerung eingestellt, wie dies in Abschnitt e) beschrieben worden ist. Das Fehlersignal stellt nun Lagefehler dar, die vom Lagefehlerzähler 24 berechnet und vom Begrenzer 26 auf einen Maximalwert begrenzt

13

sind. Diese Fehlerzahl wird den Multipiizieremrichtungen 41,42 zugeleitet, worauf die Ausgangssignale für /₄, L und I_K gleich wie während der Geschwindigkeitssteuerung addiert, umgewandelt, gefiltert und verstärkt werden, um die Mctorströme zu steuern und dadurch das Band gegen Verschiebung festzuhalten.

Zusammenfassend ist festzuhalten, daß in der erfindungsgemäßen Einrichtung der Taktbezugswert n_r# sich in Anpassung an die wechselnden Spulenradien ändert Er wird dazu benutzt, die Bandgeschwindigkeit am Schreib-ZLesekopf konstant zu halten. Auch die Beschleunigung wird unabhängig von Spulenradien konstant gehalten. Falls nicht bekannt, kann die träge Masse des Speicherbandes im Gerät berechnet werden, wobei ein Zweiphasen-Präzisionstachometer auf einer Spulemchse und auf der anderen ein Tachometer mit nur einem Impuls pro Umdrehung benötigt wird. Im Gegensatz hierzu benutzte die Einrichtung gemäß der mehrfach genannten US-Patentschrift einen konstanten R.eferenz-Zählstand. Auf dem Bandpfad befand sich gleichzeitig ein genauer Tachometer zur Messung der wirklichen Bandgeschwindigkeit am Schreio-/Lesekopf. Dabei konnte aber Bandschlupf an diesem Tachometer entstehen, was bei hoher Beschleunigung zu entsprechenden Steuerfehlern führen konnte. Die vorliegende Erfindung könnte statt der Tabellen im Festwertspeicher auch einen rechnenden Mikroprozessor oder andere Logik benutzen und die Quadratwurzelfunktionen durch Parabelfunktionen annähern, ohne vom Prinzip abzuweichen oder schlechtere Resultate zu erzielen, x

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Bandantriebssteuerung in einem Magnetbandspeicher, bei dem das Magnetband unter Einhaltung einer konstanten Bandlänge von einer Abwickelspule auf eine Aufhahmespule gewickelt wird, mit Hilfe von Tachometersignalen, die von den beiden Spulen zugeordneten Impulsgebern abgeleitet und über die die Drehzahlen bzw. Drehzahlverhältnisse der beiden Spulen erfaßt werden, dadurch gekennzeichnet, daß aus je einer vollen Umdrehung der Abwickel- bzw. der Aufwickelspule (4,3) eine unterschiedliche Anzahl von Impulsen abgeleitet wird, daß die von der Abwickelspule (3) über einen fein gerasterten Impulsgeber (8) abgeleiteten Signale sowie die von der Aufwickelspule (4) über einen demgegenüber grob geisterten Impulsgeber (7) abgeleiteten Signale einem Zähler (10) zugeführt werden, der bei jedem Impuls des groben Rasters den Zahlerstand (N₃) ausgibt, daß in einer Rechnerlogik (23) die von den jeweiligen Spulenradien abhängigen Faktoren (η,_φ R₃, &., *_/3, */<) ^{der den} Jeweiligen Motorstrom bestimmenden Funktion (Gleichung (I)) errechnet und in Tabellen (18 bis 22) gespeichert werden, daß in einem Taktfehlerzähler (14) die jeweilige Differenz zwischen den innerhalb eines Impulsintervalls des feinen Rasters auftretendem Taktimpulsen(n) und einem Taktbezugswert (n_rtf) gebildet.wird und daß die Werte des Taktfehlerzählers (14; und tie in den Tabellen (18 bis 22) gespeicherten Werte in zwei Multiplizierern (41,42) und zwei Addiere, η (43,45) kombiniert und den Antriebsmotoren (1, 2) der Bandspulen (3, 4) zugeführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Taktbezugswert (n_rti) vom ausgegebenen Zählerstand (/V₃) des Zählers (10) und aus einer Radiuskonstanten (Q abgeleitet wird, die vom größten Radius (RJ auf der einen Spüle (3) bei Beendigung der ersten Bandumschlingung der anderen Spule (4) abhängt, und aus dem ersten Werttabellenspeicher (18) an die weiteren Werttabellenspeicher abgegeben wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Radiuskonstante (C) zusammen mit dem Taktbezugswert (n_rff) mit Hilfe der Rechnerlogik (23) und der Werttabellenspeicher (19 bis 22) wiederholt zur Ableitung und Speicherung von Werten (A₃, A₄, Rp, /?_/4) verwendet wird, die von den Bandradien (R₃, A₄) der beiden Spulen abhängig sind, und daß aus den so ermittelten Werten und den Bandradien Signale (/_m3, /_ra4) abgeleitet werden, die mit dem für den Bandtransport benötigten Erregerstrom jedes Motors (1, 2) entsprechend dem momentanen Bandradius auf der angetriebenen Spule (3, 4) übereinstimmen.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in zwei Werttäbellenspeichern (19, 20) den Bandradien (R₃, Λ₄) auf den beiden Spulen (3,4) proportionale Werte zur Erzeugung bestimmter Zugkräfte und in zwei weiteren Werttabellenspeichern (21, 22) Werte zur Erzeugung bestimmter Beschleunigungskräfte gespeichert werden und daß diese Speicherwerte, indexiert durch die Taktbezugswerte (n_ref), aus dem ersten der Werttabellenspeicher(18) abgerufen werden.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Radiuskonstante (Q, falls nicht im voraus bekannt, abhängig vom größten Bandradius (RJ auf der einen

Spule (3) bei Beendigung der ersten Bandumscblingung der ersten Bandumschlingung der anderen Spule (4) aufgrund des vom Impulszähler (10) ausgegebenen Zählerstandes (N₃) vor Beginn des eigentlichen Betriebes berechnet wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale (n-n_rif) des Taktfehlerzählers (14) über einen Fehlersignalbagrenzer (17) den Multiplizierern (41, 42) zugeleitet werden.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6,

dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausregelung von Zugkraftänderungen die Signale eines am Bandpfad angeordneten Zugkraftfühlers (33) einem Eingang einer Summierschaltung (34) zugeführt werden, deren zweitem Eingang ein Zugkraft-Bezugswert (Z,j) zugeführt wird und deren Ausgang (35) über eine Filterschaltung (36) und Verstärker (37, 38) den Antriebsmotoren (1, 2) zugeleitet wird.

8. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die

Impulsgeber (7, 8) Tachometer sind und daß der zweite Tachometer (8) zur Abgabe zweiphasiger, drehrichtungsabhängiger Impulse eingerichtet und mit seinem Ausgang (9) an eine digitale Schalteinheit (44) angeschlossen ist, deren Richtungslogik zur Abgabe von gegen den Reibungswiderstand gerichteten Signalen (/J über weitere Schalteinheiten (37, 38,43,45 bis 49) mit den Antriebsmotoren (1,2) verbunden ist.

9. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Programmlogik (39) vorgesehen ist, die zur Bestimmung der Radiuskonstanten (Q eingerichtet und mit der Rechnerlogik (25) verbunden ist, die ihrerseits für die Durchführung von Rechenoperationen der den Motorstrom bestimmenden Funktion (Gleichung 1) ausgebildet ist und deren Ausgänge zur Abgabe der Rechenresultate mit den Werttabellenspeichern (18 bis 22) verbunden sind.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bandan-

triebssteuerung in einem Magnetspeicher nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8.
Bei Geräten dieser Art, die ohne Bandpufferspeicher

arbeiten, besteht vor allem das Problem, eine kontrollierte Bewegung des Bandes mit hoher Beschleunigung von der einen Spule zur anderen zu erreichen. Insbesondere ist dabei der Schlupf des Bandes zu vermeiden und die Bandgeschwindigkeit am Schreib-/Lesekopf sowie

bo die Bandzugkraft konstant zu halten,

In der US-Patentschrift 40 15 799, der die DE-OS 48 396 entspricht, ist ein Bandantrieb beschrieben, der einen genau anzeigenden, mit einer im Bandpfad angeordneten Laufrolle verbundenen Tachometer

benutzt. Diese Anordnung dient zur Messung der während einer Achsumdrehung jeder Spule durchlaufenen Bandlänge. Aufgrund der durchgelaufenen Bandlänge zwischen zwei Impulsen, die pro Spulenachse je eine