DE2901705A1

DE2901705A1 - Digitale servoschaltung

Info

Publication number: DE2901705A1
Application number: DE19792901705
Authority: DE
Inventors: Hitoshi Sakamoto
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1978-01-17
Filing date: 1979-01-17
Publication date: 1979-07-26
Also published as: SE7900423L; IT1111000B; AU4313479A; SE447615B; GB2012999A; FR2414820A1; US4254367A; GB2012999B; FR2414820B1; CA1135381A; NL7900376A; AU515771B2; IT7919328A0; AT380984B; DE2901705C2; ATA35479A

Description

Sony Corp. TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER S78P155

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine Servoschaltung, mit der sich über einen vergleichsweise großen Drehzahlbereich die Geschwindigkeit eines drehenden Teils auf digitale Weise überwachen läßt.

Servoschaltungen für Elektromotoren werden beispielsweise in Video-Bandgeräten (VTR-Geräten) oder dergleichen eingesetzt. Da für diese VTR-Geräte sehr hohe Anforderungen an die zeitliche Stabilität der zu verarbeitenden Videosignale gestellt werden, muß auch die Servoschaltung in der Lage sein, kleinste Drehzahlabweichungen auszugleichen. Unter diesem Gesichtspunkt einer hohen Genauigkeit, aber auch aus Stabilitäts- und Kostengründen ist es wünschenswert, diese Servoschaltung in digitaler Schaltkreistechnik auszulegen.

Bei der Digitalisierung solcher Servo-Schaltungen für VTR- oder ähnliche Geräte ist es üblich, den von analogen Schaltkreisen prinzipiell bekannten Aufbau entsprechend zu übernehmen. Die Fig. 1 zeigt ein Beispiel einer bekannten digitalen Servoschaltung, die einen digitalen Drehzahl-

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detektor 10 und einen digitalen Phasendetektor 12 aufweist, die jeweils mit einem Digital/Analog-Wandler (D/A-Wandler) 11 bzw. 13 verbunden sind. Ein Frequenzgenerator 16 (im folgenden FG) erzeugt ein der Drehzahl eines Elektromotors 14 entsprechendes Signal, das durch das Servosystem überwacht werden soll. Das Signal des FGs 16 beaufschlagt den Drehzahldetektor 10, dessen Ausgangssignal durch den DA-Wandler 11 in ein Analogsignal χ umgesetzt wird, das auf

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einen Verknüpftngspunkt 18 gelangt. Andererseits liefert ein

Pulsgenerator 20 (im folgenden PG) ein der momentanen Winkel- oder Phasenposition des Motors 14 entsprechendes Signal, das im digitalen Phasendetektor 12 gegen ein an einer Klemme 22 zugeführtes Referenzpulssignal verglichen wird. Ein durch den Phasendetektor 12 ermitteltes Fehlersignal wird durch den D/A-Wandler 13 in ein Analogsignal y umgesetzt, von dem am Verknüpfungspunkt 18 das Signal χ abgezogen wird. Der Ausgang des Verknüpfungspunkts 18 speist über eine Motortreiberschaltung 24 den Motor 14, dessen Drehzahl damit überwacht ist.

Bei der digitalisierten Servoschaltung nach Fig. 1 ist lediglich jedes aus einem üblichen Analogschaltkreis übernommene Element durch ein entsprechendes digitales Schaltkreiselement ersetzt oder um ein solches ergänzt. Der Vorteil ist, daß die Addition oder Subtraktion von Signalen leicht in Form einer analogen Spannung oder eines analogen Stromwerts erfolgen kann. Zur Bestimmung der Schaltkreiskonstanten ist dies günstig. Andererseits müssen die mit den Digitdlelementen verbundenen D/A-Wandler vergleichsweise extremen Anforderungen genügen, wenn ein großer Abtast- oder Dynamikbereich insbesondere durch den Phasendetektor erfaßt werden soll und ein rasches Ansprechverhalten des Gesamtsystems erwünscht ist. Dies läßt sich aus folgendem ersehen:

Ist der maximale Arbeitsbereich des D/A-Wandlers 13 größer als der des D/A-Wandlers 11, so besteht die Möglichkeit, daß die Servoschaltung im Obergangsbereich sich "unnormal" verhält und instabil wird. Insbesondere, wenn der phasendetektor 12 ein Fehlersignal liefert, das zu groß ist, um vom Ausgangswert des Drehzahldetektors 10 subtrahiert zu werden, tritt leicht der Fall ein, daß das System in

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Schwingung gerät oder in eine Einstellbedingung, die außerhalb des möglichen Regelbereichs liegt. Der D/A-Wandler 11 in der Servoschaltung nach Fig. 1 muß damit einen sehr weiten Dynamikbereich oder einen großen Auflösungsbereich haben, um stabile Betriebsbedingungen gewährleisten zu können.

Die Fig. 2 zeigt eine andere herkömmliche Servoschaltung mit einem Digitaladdierer 26, der die digitalen Ausgangssignale der Detektoren 10 und 12 miteinander addiert. Dieser Addierer 26 ersetzt die D/A-Wandler 10 und 13 in Fig. 1. Das Ausgangssignal des Drehzahldetektors 10 wird vom Ausgangssignal des Phasendetektors 12 abgezogen und der Ausgang des Addierers 26 wird durch einen D/A-Wandler 28 in ein Analogsignal umgesetzt, das über die Motortreiberschaltung 24 den Motor 14 beaufschlagt.

Auch bei der Schaltung nach Fig. 2 ergeben sich ähnliche Probleme, wie sie oben in Verbindung mit Fig. 1 erläutert wurden, d.h. in anderen Worten, das System muß die Bedingung m > η befriedigen, wobei die Anzahl der Bits oder Binärziffern im Ausgang des Drehzahldetektors 10 mit m und die des Phasendetektors 12 mit η bezeichnet sind. Wird eine höhere Einstellgeschwindigkeit oder kurze Regelzeitkonstante verlangt, so muß die Anzahl der Binärziffernstellen η erhöht werden und entsprechendes gilt auch für die Anzahl m der vom Drehzahldetektor 10 gelieferten Bits. Die Kapazitäten des Drehzahldetektors und des Addierers müssen dann erheblich erweitert werden.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine digitale Servoschaltung insbesondere für VTR-Geräte zu schaffen, die

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sich durch einen großen Dynamikbereich auszeichnen und sich mit vergleichsweise billigen Digitalbausteinen verwirklichen läßt.

Die erfindungsgemäße Lösung ist im Patentanspruch 1 angegeben.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Die erfindungsgemäße Servoschaltung zeichnet sich durch rasches Ansprechverhalten und insbesondere dadurch

aus, daß sich der Dynamikbereich erheblich größer ist als bei bekannten Digital- oder Semi-Digitalschaltungen für Regelzwecke der hier inrede stehenden Art. 15

Die erfindungsgemäße digitale Servoschaltung dient in erster Linie zur überwachung der Drehgeschwindigkeit und/ oder Phase eines durch einen Elektromotor angetriebenen bewegbaren Glieds. Die Schaltung enthält Einrichtungen zur Erzeugung eines Pulssignals, dessen Wiederholungsfolge sich in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des durch den Motor angetriebenen Glieds ändert. Ein n-stelliger Zähler erfaßt ein Bezugstaktsignal während eines Intervalls, das der Wiederholungsfolge des Impulssignals entspricht. Eine Verriegelungs- oder Zwischenspeicherschaltung hält die unteren m-stelligen Ausgangssignale des Zählers fest (m<n)_|und eine überwachungsschaltung kontrolliert das m-stellige Ausgangssignal der Verriegelungsschaltung und hält letzteres auf einem vorgeschriebenen Minimumpegel, wenn der n-stellige Ausgang des Zählers unter einem vorgeschriebenen Wert liegt und auf einem Maximumpegel, wenn der n-stellige Ausgang einen zweiten vorgegebenen Wert überschreitet. Das m-stellige

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Ausgangssignal der Verriegelungsschaltung wird über einen D/A-Wandler in ein entsprechendes Analogsignal umgesetzt, das den Motortreiber speist.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten werden nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnung in beispielsweiser Ausführungsform näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 und 2 in Blockbilddarstellung bereits erläuterte digitale Servoschaltungen nach dem Stand der

Technik;
Fig. 3 das Prinzip-Blockschaltbild einer Servoschal-

tung mit erfindungsgemäßen Merkmalen;

Fig. 4 ein vollständiges Blockschaltbild einer erfin— dungsgemäßen Servoschaltung in Anwendung auf

einen Regelkreis für den Bandantrieb eines VTR-Geräts und
Fig. 5 und 6 graphische Schaubildcr zur Erläuterung der

Arbeitsweise der Servoschaltung nach Fig. 4. 20

Zur Erleichterung der Übersicht sind bei der nachfolgenden Beschreibung die gleichen Bezugshinweise verwendet wie bei den bereits erläuterten Figuren 1 und 2, soweit vergleichbare Elemente vorliegen.
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Zunächst wird das Prinzip der Erfindung anhand des Blockschaltbilds der Fig. 3 erläutert:

Die Drehgeschwindigkeit eines Gegenstands, etwa des Motors 14, die überwacht werden soll, wird durch 'den FG 16 bzw. den PG (oder CTL) 20 erfaßt. Der Ausgang des FGs 16 speist den Drehzahldetektor 10, der ein dem Ausgang des FGs 16 entsprechendes Digitalsignal liefert, das durch den

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D/A-Wandler 11 in ein entsprechendes Analogsignal J umgesetzt wird, welches über die Motortreiberschaltung 24 den Motor 14 speist. Andererseits wird der Ausgang des PGs 20 im Phasendetektor 12 gegen ein an der Klemme 22 anliegendes Bezugspulssignal verglichen. Der Phasendetektor 12 liefert ein einem Phasendetektor entsprechendes Digitalsignal K, das den Drehzahldetektor TO beaufschlagt und innerhalb bestimmter Grenzwerte als "Schiebesignal" bezeichnet wird, was weiter unten noch in Einzelheiten erläutert werden wird.

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Der Drehzahldetektor 10 enthält einen Zähler, der die Anzahl von Bezugstaktimpulsen in Intervallen zählt, die durch die vom FG 16 gelieferten Impulse vorgegeben sind. Das Digitalsignal K beaufschlagt als Ladesignal den Zähler. Der Zähler ist so gesteuert, daß er das einem Minimumpegel entsprechende Ausgangssignal liefert, wenn das Zählergebnis kleiner ist als ein erster vorgegebener Wert; er liefert ein anderes einem Maximumpegel entsprechendes Ausgangssignal, wenn das Zählergebnis über einem zweiten vorgegebenen Wert liegt. Ermittelt der Zähler dagegen ein Zählresultat innerhalb des Bereichs zwischen dem vorgegebenen ersten und dem vorgegebenen zweiten Wert, so liefert er linear sich ändernde Ausgangswerte. Gelangt das Digitalsignal K auf den Ladeeingang des Zählers, so wird der linear sich ändernde Bereich der Ausgangswerte des Zählers in Aufwärts- oder Abwärtsrichtung entsprechend den Änderungen des Signals K verschoben. Dies bedeutet, daß zur Regelung des Motors 14 der Phasenfehler im Drehzahlservosystem addiert wird.

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Der maximale Arbeitsbereich des Phasendetektors 12, d.h. die Anzahl von Bits oder Ziffernstellen im Digital-

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signal K können größer gewählt werden alsjene des Digitalsignals vom Drehzahldetektor 10. Wird beispielsweise während der Übergangszeit, also etwa beim Hochlaufen des Motors 14 durch den Phasendetektor 12 ein großes Ausgangssignal K geliefert, so wird der lineare Arbeitsbereich des Drehzahldetektors 10 in Abwärtsrichtung verschoben. Als Folge davon liefert der D/A-Wandler 11 ein dem Maximumpegel entsprechendes Digitalsignal, was zu einer raschen Beschleunigung des Motors führt. Hat die Drehgeschwindigkeit des Motors sich ausreichend erhöht, so wird der lineare Arbeitsbereich des Drehzahldetektors 10 erreicht. Jetzt wird unter Regelbedingung der Drehzahlservoschleife die Phase des Motors ein-■ gestellt, bis entsprechend dem Signal K ein bestimmter gewünschter Punkt eingestellt ist. Instabile Betriebsbedingungen, wie sie bei den Servoschaltungen der Fig. 1 und 2 insbesondere bei starken Drehzahländerungen auftreten können, lassen sich mit der erfindungsgemäßen Servoschaltung sicher verhindern, auch dann, wenn große Fehleramplituden bei der Drehzahl oder Phase beispielsweise während der Übergangszeit vorliegen.

Die Einzelheiten einer erfindungsgemäßen Servoschaltung, deren Prinzip in Fig. 3 dargestellt ist, wird nachfolgend unter Bezug auf die Fig. 4 in Anwendung auf den Bandantrieb eines VTR-Geräts erläutert:

Die Bandantriebsregelung soll einen stabilen Transport eines Magnetbands gewährleisten, um eine einwandfreie Bildwiedergabe beispielsweise von einem Video-Magnetband sicherzustellen. Zu diesem Zweck wird ein auf dem Band aufgezeichnetes Kontrollsignal (CTL-Signal) ausgelesen. Das Servosystem soll insbesondere die Bandendgeschwindig-

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keit bei normalen Bandtransport überwachen und einen möglichst großen Dynamikbereich aufweisen, um die BiIdrasterung, also die genau vorgeschriebene Bildfolge bei möglichst kurzen Regelkonstanten einzustellen. 5

Die Bandantriebs-Servoschaltung der Fig. 4 umfaßt als wesentliche Baugruppen eine Drehzahlregelschaltung 100, eine Phasenregelschaltung 102 und einen Taktimpulsgenerator 104.

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Die Drehzahlregelschaltung 100 enthält vier voreinstellbare 4-stellige Zähler 106, 108, 110 und 112, die in dieser Reihenfolge in Serie geschaltet sind. Jeder Zähler weist einen Ladeeingang LO auf, an denen Ladeimpulse von einem Ladeimpuls-Generator 114 aus zugeführt werden sowie eine Takteingangsklemme CK, an der Taktimpulse des Taktimpulsgenerators 104 anliegen. Der Taktimpulsgenerator kann einen Kristalloszillator mit einer Schwingungsfrequenz von 14,31818 MHz aufweisen, d.h. dem Vierfachen der Frequenz des FarbhiIfsträgers beim NTSC-Farbfernsehsystern. Der Ausgang des Oszillators ist - wie nachfolgend beschrieben durch ein FG-Signal synchronisiert. Ein Frequenzgenerator FG enthält als wesentliches Element beispielsweise 105 Zähne, die an der Welle des nicht gezeigten Bandantriebsmotors ausgebildet sind. Das Ausgangssignal des Frequenzgenerators FG gelangt über Anschlüsse 116 und 118 auf einen Slice-Differenzverstärker 120, der das Ausgangssignal des FG (FG-Signal) in eine Bezugs- oder Nullinie schneidende Impulse umsetzt. Die Frequenz dieser Impulse wird durch einen Frequenzteiler 122 um den Faktor 1/2 unersetzt und das Ausgangssignal (1/2 FG-Signal) gelangt auf die Dateneingangsklemme D eines D-Flip-Flops 124. Andererseits

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speisen die Taktimpulse vom Oszillator 104 die Taktklemme CK des Flip-Flops 124. Am Ausgang Q des Flip-Flops 124 erscheint damit ein durch die Taktimpulse von halber Frequenz des FG-Signals synchronisiertes Signal. Dieses synchronisierte Signal speist den Ladeimpulsgenerator 114, der die Ladeimpulse unter Bezug auf die Vorderflanke des synchronisierten Signals liefert.

Die Zähler 106 bis 112 weisen eine gesamte Zählkapazitat von 16 Bit auf. Diese Zähler werden durch von der Phasenüberwachungsschaltung 102 über die Leitungen 126 zugeführte Daten zum Zeitpunkt jedes am betreffenden Ladeeingang LO zugeführten Ladeimpuls gesetzt oder voreingestellt. Die Zähler 106 bis 112 zählen die vom Oszillator 104 gelieferten Taktimpulse. Der zweite, dritte bzw. vierte Zähler 108, 110 bzw. 112 weist jeweils eine Maximum-Ausgangsklemme MAX auf, die den Wert "1" zeigt, wenn das in jedem Zähler erfaßte Resultat den Maximalwert erreicht, d.h. (1111). Die Ausgänge der Kleranen MAX des dritten und vierten Zählers 110 bzw. 112 gelangen auf ein UND-Glied 128, dessen Ausgang eine Eingangsklemme eines NAND-Glieds 130 und die Dateneingangsklemme D eines D-Flip-Flops 132 beaufschlagt. Der Ausgang an der Klemme MAX des Zählers 108 und die Ausgänge der beiden oberen Ziffernstellen des ersten Zählers 106 beaufschlagen jeweils die anderen Eingänge des NAND-Glieds 130. Der Ausgang des NAND-Glieds 130 speist die eine Eingangsklemme eines UND-Glieds 134. Das Taktimpulssignal vom Oszillator 104 gelangt auf die andere Eingangsklemme des UND-Glieds 134, dessen Ausgang den Takteingang der Zähler beaufschlagt. An der Takteingangsklemme CK des D-Flip-Flops 132 liegt das 1/2-FG-Signals vom Flip-Flop 124.

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Die Drehzahlüberwachungsschaltung 100 umfaßt weiterhin eine erste und eine zweite 4-Bit-Verriegelungsschaltung 136 bzw. 138. Diesen Verriegelungs- oder Zwischenspeicherschaltungen werden die niedriger signifikanten 8-Bit-Ausgangssignale der Zähler 106 bis 112 zugeführt. Der 8-Bit-Ausgang der Verriegelungsschaltungen 136 und speist einen D/A-Wandler 140, dessen Ausgang über die Motortreiberschaltung den Bandantriebsmotor speist. Den Verriegelungsschaltungen 136 und 138 wird am jeweiligen Takteingang CK das 1/2-FG-Signal zugeführt, während die Räumklemmen CR dieser Verriegelungsschaltungen durch den Ausgang an der Q-Klemme des Flip-Flops 132 beaufschlagt sind.

Das UND-Glied 128, das NAND-Glied 130, das D-Flip-Flop 132 sowie das UND-Glied 134 dienen als Steuerelemente zur Festlegung des Arbeitsbereichs der Zähler 106 bis 112. Die überwachungsschaltung fixiert die Ausgänge der Verriegelungs schaltungen auf einen Minimumwert, soweit ein Zählzustand vorliegt, der kleiner ist als der Zählwert,der sich ergibt, wenn die oberen acht Bits der Zähler 106 bis 112 auf hoch schalten ("1"); sie fixieren die Ausgänge der Verriegelungsschaltungen andererseits auf einen Maximalwert, sofern ein Zählwert größer ist als der Zählzustand, bei dem die oberen 14 Bits der Zähler 106 bis 112 auf "hoch" schalten, während die Ausgänge der restlichen zwei Bits oder Ziffernstellen auf Pegel "niedrig" verbleiben. Der minimale Zählzustand läßt sich dadurch festlegen, daß der Q-Ausgang des Flip-Flops 132 jeder der Räumklemmen CR der Verriegelungs schaltungen zugeführt wird. Der maximale Zählzustand wird dadurch bestimmt, daß der Ausgang des NAND-Glieds 130 auf den Eingang des UND-Glieds 134 gelangt.

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Wie die graphische Darstellung der Fig. 6 erkennen läßt, werden die Verriegelungsschaltungen 136 bzw. 138 durch die Vorderflanke· des Synchronisierungssignals vom Flip-Flop 124 getriggert, so daß die unteren acht Ziffernstellen oder Bits der Zähler festgehalten werden.

Damit besteht keine Möglichkeit, die Ausgänge der Zähler auf einen zufälligen Zeitpunkt zu verriegeln. Dementsprechend können auch die Ausgänge der Zähler während einer Übergangsbedingung, beispielsweise beim Hochlaufen des Bandantriebsmotors nicht übertragen werden, während der sich ihr Zählzustand ändert.

Der durch den Ladeimpulsgenerator 114 gelieferte Ladeimpuls tritt unmittelbar nach dem Verriegelungsimpuls (1/2 FG-Signal) auf, wie die Fig. 6D erkennen läßt. Die Zählschaltung wird durch ein 9-Bit-Datensignal beaufschlagt, dessen Mittelwert (100000000) beträgt. Die Zählschaltung wird in Abhängigkeit vom Ladeimpuls auf einen Anfangszustand eingestellt. Die oberen sieben Bits der Ladeimpulse des Zählers werden bei dieser Ausführungsform auf (1001 111) festgesetzt. Die Zählschaltung wird damit als Ausgangszustand wie folgt eingestellt (1001 1110 0000 0000 + Daten). Der mittlere Voreinstellwert des Ausgangszustands wird auf die Binärzahl (1001 1111 0000 0000) festgelegt, die der Dezimalzahl 40 704 entspricht.

Da die Ausgänge der Klemmen MAX des dritten und vierten Zählers 110 und 112 auf das UND-Glied 128 gelangen, schaltet dessen Ausgang auf hoch, d.h. "1", wenn die Ausgänge der Zählschaltung den Gesamtwert (1111 1111 xxxx xxxx) ausweisen. Der Ausgang "1" des UND-Glieds 128 beaufschlagt über das Flip-Flop 132 die Räumklemmen CR der Verriegelungs-

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schaltungen 136 und 138 um das Ausgangssignal des UND-Glieds 128 mit dem 1/2 FG-Signal zu synchronisieren. Als Folge davon gibt der Ausgang "1" des UND-Glieds 128 die Räumbedingung für die Verriegelungsschaltungen frei. Die Ausgänge der Verriegelungsschaltungen sind damit nur wirksam, wenn die Zählschaltung den Zählzustand (1111 1111 xxxx xxxx) erreicht bzw. überschreitet. Der Betriebs- oder Arbeitsbereich (das "Fenster") des D/A-Wandlers 140 in der Drehzahlregelschleife wird damit auf einen Bereich festgelegt, bei dem die oberen Bits oder Ziffernstellen der Zählschaltung den Zählzustand (1111 1111 xxxx xxxx) erreicht haben.

Der hohe Ausgangspegel des UND-Glieds 128 gelangt außerdem auf das NAND-Glied 130, das durch den Ausgang an der Klemme MAX des zweiten Zählers 108 sowie durch die Ausgänge der dritten und vierten Ziffernstelle des ersten Zählers beaufschlagt ist. Am Ausgang des NAND-Glieds 130 erscheint damit ein negiertes oder inhibiertes Signal mit Niedrigpegel "0", wenn die Ausgänge der Zählschaltung den Zählzustand (11111 11111 1111 1100) erreichen. Dieses inhibierte Signal "0" gelangt auf das UND-Glied 134, welches Tor damit geschlossen wird. Dies verhindert, daß die Zählschaltung beim Beginn der Drehung des Bandantriebsmotors überläuft. Der Grund, warum die Zählschaltung bei Erreichen des Zählwerts (1111 1111 1111 1111) nicht angehalten oder

gesperrt wird, besteht darin, daß zwei zusätzliche Zählschritte aufgrund einer möglichen gewissen Verzögerung berücksichtigt werden müssen, die in der Schaltung vom Zeitpunkt der Erfassung des betreffenden Zählzustands bis zum Anhalten des Zählers auftritt, da die Pulsperiode der Taktimpulse (bspw. 70 nsec) für Shottky-TTL-Schaltkreise niedriger Versorgungsspannung zu kurz ist, wie sie

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im allgemeinen für Zähler der hier vorliegenden Art verwendet werden.

Die Servoschaltung zeichnet sich vor allem dadurch aus, daß Fehlfunktionen oder ein falsches Betriebsverhalten aufgrund eines Überlaufs in der Zählschaltung vollständig verhindert sind, obgleich einige wenige Bits beim vollständigen Zählwert unberücksichtigt bleiben können.

Die graphische Darstellung der Fig. 5 verdeutlicht das Betriebsverhalten der Drehzahlüberwachungsschaltung 100. Ein Pegel A entspricht dem Zählwert (1111 1111 1111 1100), das heißt der Dezimalzahl 65532. Ist der Pegel A erreicht, so liefert das NAND-Glied 130 das Sperrsignal zum UND-Glied 134, das damit die Zufuhr von Taktimpulsen zur Zählschaltung unterbricht. Andererseits entspricht ein Pegel B dem Zählzustand (1111 1111 0000 0000), das heißt der Dezimalzahl 65280. Bei Erreichen des Pegels B gibt der Ausgang des D-Flip-Flops 132 die Räumbedingung für die Verriegelungsschaltungen frei. Der Abstand zwischen den Zählwerten A und B entspricht dem Bereich oder dem "Fenster" innerhalb dessen die Zählerausgangsdaten der niedrigeren acht Binärziffernstellen sich verändern, die das Ausgangssignal des D/A-Wandlers bestimmen .

Der mittlere Pegel C des Fensters zwischen den Pegeln A und B entspricht dem Binärwert (1111 1111 1000 0000), das heißt der Dezimalzahl· 65408. Wie oben beschrieben, wird die Zählschaltung auf den mittleren Voreinstellwert (1001 1111 0000 0000), das heißt auf eine Dezimalzahl 40 704 voreingestellt. Der Zählwert X zur Mitte des Fensters wird entsprechend der nachfolgenden Gleichung bestimmt:

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65408 = mittlerer Einstellwert + X .

Dies führt zu X_Q = 24704. Der Zählwert 24704 entspricht einer Impulsdauer von 579,59 Hz auf der Basis von Taktimpulsen mit einer Frequenz von 14,31818 MHz, wie sie bei dieser Ausführungsform vorgesehen sind. In anderen Worten: Die Impulsdauer von 579,59 Hz wird benötigt, um 24 704 Impulse einer Taktimpulsfolge zu zählen, die eine Frequenz von 14,31818 MHz aufweist. Da die Zählschaltung unmittelbar nach dem Verriegeln durch die Führungskante des 1/2 FG-Signals voreingestellt wird, wie die Fig. 6D zeigt, wird die Mittenfrequenz des FG-Signals auf 579,59 χ 2 Hz festgelegt. Unter der oben angegebenen Annahme, daß am FG 105 Abtastzähne vorhanden sind, wird die Drehfrequenz der Welle des Bandantriebs auf 11 040 Upm geregelt. Sinkt die Drehgeschwindigkeit des Bandantriebsmotors ab, so wird die Dauer bis zur Verriegelung · verlängert, so daß sich der Zählwert in der Zählschaltung erhöhen kann. Als Folge davon wird der Motor über das Ausgangssignal des D/A-Wandlers 140 beschleunigt. Die Drehzahl-Rückkoppr—igsschleife wirkt also so, daß die Motordrehgeschwindigkeit konstant gehalten wird.

Obgleich sich über den 8-Bit-D/A-Wandler eine relativ grobe Auflösung ergibt, führt dies doch zu einer bemerkenswert sehr hohen Genauigkeit, wie sich aus dem Betriebsdiagramm der Fig. 5 ersehen läßt. Irgendwelche Zitter- oder Flattererscheinungen aufgrund eines Quantisierungsfehlers treten praktisch nicht auf.

Der maximale Arbeitsbereich der Drehzahlregelschleife wird + 128/24704 = +^ 0,5 %. Es besteht also die Möglichkeit, daß die Drehzahlregelschleife beim Beginn eines raschen Bildwechsel aus dem Regelbereich herausläuft.

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Diese Möglichkeit zu einer Fehlfunktion wird jedoch im Zusammenwirken mit der Phasenregelschaltung 102 beseitigt. Die Phasenregelschaltung 102 ändert die der Zählschaltung innerhalb der Drehzahlregelschaltung zuzuführenden Voreinstelldaten. Der Mitten- oder Bezugswert der Daten (der Mitteneinstellwert) beträgt (1 0000 0000), das heißt dezimal der Zahl 256 und die Daten ändern sich von (0 0000 0000) bis zu (1 1111 1111), das heißt dezimal zwischen 0 und 512. Der betriebsmäßige Bezugs- oder Mittenpunkt der Drehzahlregelschaltung 100 verschiebt sich also um +_ 256/24704, das heißt um etwa 1 % entsprechend der Änderung der Voreinstelldaten. Tritt also ein Phasenfehler, d.h. eine Verschiebung der Voreinstelldaten von mehr als ;+ 128/24704 kurzzeitig auf, so läuft die Drehzahlregelschaltung aus dem linearen Regelbereich heraus. Dies führt jedoch nicht zu den üblichen Übergangs- oder Überschwingphänomenen aufgrund eines zu großen Fehlers, wie dies bei den bekannten Servosystemen nach den Fig. 1 und 2 der Fall ist.

Wie oben erwähnt, wird der Betriebsbereich für Beschleunigung oder Verzögerung bis auf _+ 1 % erweitert, da sich die Lage des oben erläuterten "Fensters" um +_ 1 % verschieben kann. Der Arbeitsbereich kann damit breiter sein als der der Drehzahlregelschleife ohne aus dem durch die Regelung festgehaltenen Bereich herauszulaufen.

Zurück zur Schaltung nach Fig. 4: Ein zur Phasenabtastung dienender 9-Bit-Zähler besteht aus zwei voreinstellbaren 4-Bit-Zählern 142 und 144 sowie einem D-Flip-Flop 146. Dieser Zählschaltung wird an den Takteingangsklemmen CK ein Taktsignal zugeführt, das aus der unterteilung des Taktimpulses von 14,31818 MHz vom Oszillator 104 um den

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Faktor 1/40 über einen Frequenzteiler 148 erhalten wird.

Ein Bezugs-Bildsignal V, das aus dem Video-Signal abgetrennt oder durch einen Synchronsignalgenerator geliefert wird, speist an einer Klemme 140 eine Verzögerungsschaltung 152. Diese Verzögerungsschaltung 152 verzögert das Bildsignal V um 1/2-Bildzeit und gibt das Ausgangssignal an ein D-Flip-Flop 156 ab, das an einer Klemme 154 durch ein Bezugs-Bildsignal F synchronisiert wird. Ein Bezugs-überwachungsimpuls (CTL-Impuls) mit halber Bildfrequenz tritt an der Ausgangsklemme Q des Flip-Flops 156 auf.

Bei der Wiedergabe betätigt der (Bezugs-)CTL-Impuls einen CTL-Impulsgenerator 160, so daß über einen CTL-Magnetkopf entsprechend einem an einer Klemme 158 zugeführten Aufzeichnungsbefehl (REC-Befehlssignal) ein Aufzeichnungsstrom fließt. Das REC-Befehlssignal von der Klemme 158 gelangt auf eine 9-Bit-Verriegelungsschaltung, die aus 4-Bit-Verriegelungsgliedern 163 und 164 sowie einem D-Flip-Flop 166 besteht. Das REC-Befehlssignal hält die Ausgänge der Verriegelungsglieder 163 und 164 auf Niedrigpegel "0" und den Ausgang des Flip-Flops 166 auf Hochpegel "1". Als Folge davon wird der Wert der über die Leitung 126 der Drehzahlregelschaltung zuzuführenden Voreinstelldaten auf (1 0000 0000) gehalten, so daß während der Aufzeichnungsbetriebs die Mitte des Fensters auf einem festen Wert verbleibt.

Bei Wiedergabebetrieb wird das vom CTL-Magnetkopf 162 abgegriffene CTL-Signal durch einen CTL-Impulsverstärker 168 angehoben, dessen Ausgang durch einen monostabilen Multivibrator 170 diskriminiert wird. Der Ausgang des

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Multivibrators 170 speist als Phasensignal die Takteingangsklemme der 9-Bit-Verriegelungsschaltung mit den Verriegelungsgliedern 163 und 164 sowie dem Flip-Flop 164.

Das (Bezugs-)CTL-Signal vom Flip-Flop 156 gelangt auf die Ladeklemmen LO der Zähler 142 und 144 sowie auf den Rücksetzeingang des Flip-Flops 146. Dementsprechend werden die Inhalte aller Zähler im Augenblick des 1/2-Tastpunkts im Ausgangssignal des Flip-Flops 156 im Zustand "0" gehalten. Die Zählschaltung beginnt von der Taktflanke des (Bezugs-) CTL-Signals aus zu zählen. Diese Zählschaltung enthält ein

ι/ η

UND-Glied 172, dessen Ausgang auf hoch umschaltet, wenn die Ausgänge der oberen fünf Bits innerhalb des 9-Bit-Ausgangs der Zählschaltung auf Hochpegel umschalten. Der Ausgang des UND-Glieds 172 beaufschlagt die Aktivierungsklemme ENA des Zählers 142, so daß die Zählbereitschaftsbedxngung des Zählers aufgehoben ist. Die Zählschaltung kann also nicht überlaufen.

Andererseits triggert das vom Multivibrator 170 gelieferte wiedergegebene CTL-Signal die 9-Bit-Verriegelungsschaltung, so daß die Ausgänge der Zählschaltung festgehalten werden. Das Zählergebnis des 9-Bit-Zählers gelangt also von der Verriegelungsschaltung über die Leitungen 126 als Voreinstelldaten auf die Zählerkette der Drehzahlregelschaltung.

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Claims

PAT E N TA N WA LTE TER MEER-MÜLLER-STEINMEISTER Beim Europäischen Patentamt zugelassene Vertreter — Professional Representatives boloro the European Patent Office Mandataires agrees pres !'Office europeen des brevets Dipl.-Chem. Dr. N. tar Meer Dipl.-Ing. H. Steinmeister ffi * ^ S.ekerwaU D-aooo München 22 D-4800 Bielefeld S78P155 Mü/vL 17. Januar 1979 SONY CORPORATION 7-35 Kitashinagawa 6-chome, Shinagawa-ku, Tokyo/Japan Digitale Servoschaltung Prioritäten: 17. Januar 1978, Japan, Ser.Nr. 2708/78 17. Januar 1978, Japan, Ser.Nr. 2709/78 PATENTANSPRÜCHE

1.) Digitale Servoschaltung zur Überwachung der Geschwindigkeit und Phase eines durch einen Elektromotor angetriebenen Glieds, gekennzeichnet durch

- einen Impulsgenerator (16), der ein erstes Impulssignal abgibt, dessen Wiederholungsfolge von der Geschwindig-

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ORJGiNAL SNSPECTED

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keit des angetriebenen Glieds abhängt;

- einen voreinstellbaren n-steiligen Zähler (106 bis 112), der während eines der Wiederholungsrate des ersten Impulssignals entsprechenden Intervalls ein Bezugstaktsignal zählt, wobei der Voreinstellwert des Zählers der Momentanposition des angetriebenen Glieds entspricht;

- eine Verriegelungsschaltung (136, 138), die einen niedrigeren m-stelligen Ausgangswert (m< n) des Zählers festhält;

- eine Kontrollschaltung (128, 130, 132, 134), die den m-stelligen Ausgangswert der Verriegelungsschaltung so überwacht, daß letzterer auf einem Minimumpegel verbleibt, wenn der n-stellige Ausgang des Zählers kleiner ist als ein erster vorgegebener Wert (B) und den genannten Ausgangswert auf einem Maximumpegel hält, wenn der n-stellige Ausgang einen vorgegebenen zweiten Wert (A) überschreitet, und

- einen D/A-Wandler (140) zur Umsetzung des m-stelligen Ausgangswerts der Verriegelungsschaltung in ein den Motor antreibendes entsprechendes Analogsignal.

2. Servoschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Kontrollschaltung eine erste Prüfgruppe (128, 132) zur Abfrage der oberen k-Ziffernstellen (k = η - m) des Ausgangs des Zählers enthält _un(j _βχ_η erstes Steuersignal (Z) abgibt, wenn für alle k-Ziffernstellen gleiche Bedingung vorliegt, und das eine zweite Prüfgruppe (128, 130) der Kontrollschaltung aufweist, die mindestens £

höherwertige Ziffernstellen (n>£>k) des Ausgangs des Zählers aufweist und ein zweites Steuersignal liefert, wenn für die t Ziffernstellen die gleiche Bedingung vorliegt.

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3. Servoschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Kontrollschaltung eine erste Torschaltung (136, 138) umfaßt, die das erste Steuersignal (Z) überwacht und die Zuführung der m-Ziffernstellen des Ausgangssignals zum D/A-Wandler (140) verhindert, bis das erste Steuersignal vollständig vorliegt und außerdem eine durch das zweite Steuersignal überwachte zweite Torschaltung

(134) aufweist, die die Zuführung des Bezugstaktsignals zum Zähler unterbricht, wenn das zweite Steuersignal (X) auftritt.

4. Servoschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die erste Torschaltung Verriegelungsglieder (136, 138) aufweist, deren Räumbedingung durch das erste Steuersignal (Z) freischaltbar ist.

5. Servoschaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

- eine Einrichtung zur Erzeugung eines die Momentanposition (Phase) des angetriebenen Glieds identifizierendes zweites Impulssignal;

- einen zweiten J-stelligen Zähler (142, 144), der das Bezugstaktsignal während eines Intervalls zählt, das der Phasendifferenz zwischen einem zweiten der Geschwindigkeit des bewegbaren Glieds entsprechenden Impulssignal und einem Bezugsphasensignal entspricht; und

- eine Einrichtung (163, 164, 166), die das J-stellige Ausgangssignal des zweiten Zählers in jeder Wiederholungsfolge des ersten Impulssignals in die unteren J-Ziffernstellen des ersten Zählers überschreibt.

6. Servoschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zifernstellenanzahl J des

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zweiten Zählers so gewählt ist, daß sie im Bereich n>J>-m liegt.

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