DE3035473C2

DE3035473C2 -

Info

Publication number: DE3035473C2
Application number: DE3035473A
Authority: DE
Inventors: Christian Velizy Fr Maury
Original assignee: Bull SAS
Current assignee: Bull SAS
Priority date: 1979-09-21
Filing date: 1980-09-19
Publication date: 1990-01-11
Also published as: IT8024763A0; SE440956B; DE3035473A1; US4379256A; GB2060940B; NL8004389A; FR2466081A1; FR2466081B1; IT1132971B; JPS5674869A; GB2060940A; JPS63867B2; SE8006552L

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Messen der Bewegungsgeschwindigkeit eines beweglichen Systems relativ zu einem Aufzeichnungsträger, nach dem Ober begriff des Patentanspruchs 1.

In Datenverarbeitungssystemen verwendet man mehr und mehr magnetische Plattenspeicher wegen ihrer großen Speicherkapa zität und der relativ kurzen Zugriffszeit der magnetischen Lese-/Schreibköpfe, um zu einer an einem beliebigen Punkte der Platte befindlichen Information zu gelangen.

Zur Positionierung der Lese-/Schreibköpfe über einer Ziel spur benötigt man leistungsfähige Steuer- und Regeleinrich tungen. Eine Vorrichtung zur Steuerung des Spurzugriffs bei einem Magnetplattenspeicher ist in der DE-OS 22 29 395 be schrieben. Eine der in einer solchen Vorrichtung ausgewerte ten Größen ist die Bewertungsgeschwindigkeit des relativ zu dem Aufzeichnungsträger beweglichen Systems, an welchem der Lese-/Schreibkopf befestigt ist. Um diese Größe abzuleiten, wird bei der bekannten Vorrichtung ein Servo-Magnetkopf ver wendet, dessen beim Überqueren von Servospuren gelieferten Signale nach der Zeit differenziert werden. Die Flankensteil heit der vom Servo-Magnetkopf gelieferten Impulse und die zwischen diesen Impulsen liegenden Zeitintervalle sind ein Maß für die radiale Geschwindigkeit des Servo-Magnetkopfes. Die Notwendigkeit, einen Servo-Magnetkopf und Servospuren zusätzlich zu den Aufzeichnungsspuren vorzusehen, trägt aber zur Komplexität des gesamten Systems erheblich bei.

Aus der DE-OS 27 14 445 ist ein Magnetplattenspeicher be kannt, dessen Aufzeichnungsträger so organisiert sind, daß die Adressen der Informationsspuren in je einer zugeordneten Referenzzone aufgezeichnet sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Verwendung eines solchen Aufzeichnungsträgers eine Messung der Bewe gungsgeschwindigkeit des beweglichen Systems mit einfachsten Mitteln zu erzielen, insbesondere ohne Verwendung von zu sätzlichen Servospuren oder Servo-Magnetköpfen.

Diese Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen Einrichtung er findungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patent anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Un teransprüchen angegeben.

Die Geschwindigkeitsmeßeinrichtung nach der Erfindung findet eine bevorzugte Anwendung bei Einrichtungen zur Durchführung eines Verfahrens zum Verstellen eines beweglichen Systems relativ zu einem Aufzeichnungsträger, mit folgenden Beson derheiten:

Die Bewegung des Systems folgt einer nichtlinearen Differen tialgleichung des Typs

worin ε₁=AD _f-ADL _j, C₂ eine Konstante und f ( e₁) eine nichtlineare wachsende Funktion von ε₁ ist. Das Verfahren umfaßt folgende Schritte:

1. Man berechnet den Abstand ε₁ zu bestimmten Abtastzeit punkten.
2. Man bestimmt die entsprechende Funktion f ( ε₁).
3. Man berechnet zu denselben Zeitpunkten die jeweilige Geschwindigkeit als Funktion der Differenz der Adressenwerte, die zu durch ein Zeitintervall bestimm ter Dauer zu auseinanderliegenden Abtastzeitpunkten gele sen werden.
4. Man berechnet die Sollbeschleunigung
5. Man mißt die Beschleunigung .
6. Man berechnet die Differenz ( γ _c- ), wobei Strom und/ oder Spannung im Antrieb des Systems eine Funktion die ser Differenz ist.

Die Geschwindigkeitsmeßeinrichtung gemäß der Erfindung reali siert das oben unter 3 dargelegte Teilverfahren.

Einzelheiten einer bevorzugten Ausführungsform werden unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen erläutert.

In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 in den Fig. 1a bis 1e die Verteilung der Infor mationen auf einer Seite eines magnetischen Auf zeichnungsträgers in Form einer Magnetplatte,

Fig. 2 in den Fig. 2a, 2b und 2c die Aufzeichnung der Spuradressen einer Seite einer Magnetplatte in einer Referenzzone dieser selben Seite,

Fig. 3 ein Blockdiagramm der Geschwindigkeitsmeßeinrich tung gemäß der Erfindung als Teil einer Verstell einrichtung für das bewegliche System relativ zu einem Aufzeichnungsträger,

Fig. 4 die Funktion f ( e₁) des Adressenabstandes ε₁,

Fig. 5 die Abhängigkeit der Geschwindigkeitsänderung des beweglichen Systems von der Zeit,

Fig. 6 ein detailliertes Blockdiagramm der Geschwindig keitsmeßeinrichtung,

Fig. 7 die Präzision, mit welcher die Adresse ADL _j einer Spur der Ordnungszahl j bestimmt wird, und

Fig. 8 die Approximation der Geschwindigkeitsschätzwerte für das bewegliche System.

Zum besseren Verständnis von Aufbau und Funktion der Ein stelleinrichtung für ein bewegliches System relativ zu einem Aufzeichnungsträger erscheint es zweckmäßig, anhand der Fig. 1a bis 1e und 2a bis 2c in Erinnerung zu rufen, wie einer seits die Information auf der Oberfläche eines magneti schen Aufzeichnungsträgers, vorzugsweise einer Magnetplatte (Fig. 1a bis 1e), verteilt sind und wie andererseits in einer Referenzzone dieser Magnetplatte die Informationen aufgezeichnet sind (Fig. 2a, 2b und 2c).

Die Fig. 1a zeigt hierzu eine Seite einer Magnetplatte D, welche sich im Sinne des Pfeiles F dreht. Die für Aufzeich nungen geeignete Oberfläche liegt zwischen den Kreisen d 1 und d 2. Einer derartigen Platte ist ein (nicht dargestell ter) einziger Lese-/Schreibkopf TEL zugeordnet. Vereinba rungsgemäß ist die Platte in n gleiche Kreissektoren S₀, S₁, S _i . . . S _n-1 unterteilt. Wie aus Fig. 1b zu ersehen, ist je der Sektor S _i unterteilt in zwei Bereiche SAD _i und SDO _i, in denen einerseits die Adressen der Spuren und andererseits die "Verarbeitungsdaten", also die Daten, die durch das ange schlossene Informationsverarbeitungssystem verarbeitet wer den sollen, das mit dem Plattenspeicher, der die Magnetplat te D enthält, verbunden ist, enthalten sind.

Die Oberfläche des Bereiches SAD _i ist sehr viel kleiner als die des Bereiches SDO _i.

Die Fig. 1c und 1d zeigen im einzelnen die Art, wie die Bereiche SAD _i der Sektoren S _i aufgebaut sind, in Form einer vergrößerten Ansicht des Bereiches SAD _i des Sektors S _i im Inneren des Kreises C (Fig. 1a).

Jeder Bereich SAD _i eines Sektors S _i ist in N Zonen ZRP _{i 0} . . . ZRP _ÿ . . . ZRP _iN-1 (wobei N die Anzahl der magnetischen Spuren der Magnetplatte D darstellt) unterteilt.

In den Fig. 1c und 1d sind aus Übersichtlichkeitsgründen nur die fünf ersten Zonen ZRP _{i 0} bis ZRP _{i 4} darstellt.

Die Grenzen zwischen den verschiedenen Zonen ZRP _ÿ sind Kreisbögen Ax _j der Spuren des magnetischen Aufzeichnungsträ gers. Dabei ist jeder magnetischen Aufzeichnungsspur der Ordnungszahl j der Achse Ax _j die Zone ZRP _ÿ zugeordnet. Folglich ist der Aufzeichnungsspur der Ordnungszahl 0 die Referenzzone ZRP _{i 0}, der Spur der Ordnungszahl 1 die Refe renzzone ZRP _{i 1} usw. zugeordnet.

Es sei daran erinnert, daß die magnetischen Schreib- und/oder Leseköpfe einen Magnetkreis mit Spule und Luftspalt aufwei sen. Um die "Verarbeitungsdaten" einer Spur der Ordnungszahl j der Magnetachse Ax _j durch einen magnetischen Lesekopf TEL mit einem Maximum an Präzision zu lesen, muß der Lesekopf dieser Achse während der für das Lesen von diesen Daten not wendigen Zeit fest zugeordnet bleiben, was heißt, daß sein Luftspalt genau auf der Achse Ax _j als Grenze zwischen den beiden Referenzzonen ZRP _ÿ und ZRP _{i (j+1)} zentriert werden muß. Man sagt deshalb auch, daß der magnetische Lese-/ Schreibkopf TEL über beiden Zonen schwebt.

Zur Vereinfachung der Fig. 1d sind die Referenzzonen ZRP _ÿ rechteckig dargestellt. Jede dieser Zonen enthält die Adres se der Spur (Achse), mit welcher sie verbunden ist. Wie aus Fig. 1d zu ersehen, enthält die Zone ZRP _{i 0} die Adresse der Spur der Ordnungszahl 0, die Zone ZRP _{i 1} die Adresse der Spur der Ordnungszahl 1, die Zone ZRP _{i 2} die Adresse der Ordnungs zahl 2 usw.

Die Adresse der Spuren ist in einem reflektierten Binärcode, genannt GRAY-Code, geschrieben. Ein derartiger Code ist bei spielsweise in dem Buch von H. Soubies-Camy, veröffentlicht von Dunod 1961, auf den Seiten 253 und 254 beschrieben. Fig. 1e zeigt ein Beispiel der Wiedergabe von zwei aufeinander folgenden Adressen, wie den Adressen der Spuren 124 und 125, im GRAY-Code.

Daraus ist der Grundaufbau des GRAY-Codes zu ersehen, näm lich, daß zwei aufeinanderfolgende Adressen sich nur durch ein einziges Bit unterscheiden. Dementsprechend unterschei den sich die zwei Adressen 124 und 125, die im GRAY-Code geschrieben sind, durch das letzte Bit, das bei der Adresse 124=0 und bei der Adresse 125=1 ist.

In der Fig. 2a ist eine Referenzzone ZRP _ÿ eines Sektors S _i wiedergegeben, wobei die Bewegungsrichtung der Platte D durch den Pfeil F angezeigt ist. Dabei ist die Adresse jeder Spur in einem Abschnitt PAD enthalten. Der Rest der Zone ent hält vorwiegend Steuerinformationen zur Steuerung des Kopfes TEL auf der Achse Ax _j der Spuren der Ordnungszahl j.

Der Referenzzone ZRP _ÿ geht eine Zone ZB _ÿ voraus, die soge nannte "Leerzone", die diese von dem Bereich SDO _i des Sek tors S _i, der die Verarbeitungsinformationen enthält, trennt.

Die magnetische Induktion in der Zone ZB _ÿ ist einheitlich und beispielsweise negativ, wie in der Fig. 2a dargestellt.

Zum Aufzeichnen der Informationen auf einer Magnetplatte wird in jeder Spur der Platte eine Folge von kleinen magne tischen Gebieten gebildet (deren Dimensionen in der Größen ordnung von einigen µm liegen), die von variabler Länge und über die ganze Länge der Spur verteilt sind. Sie tragen eine Magnetisierung jeweils gleicher Größe und entgegengesetzter Richtung parallel zur Oberseite der Platte.

Der Anfang der Referenzzone ZRP _ÿ wird durch eine Grenze DZ _ÿ angezeigt. Diese ist gebildet durch eine Änderung der magnetischen Flußrichtung innerhalb der Zone ZB _ÿ, wo die Induktion negativ ist, und der ersten magnetischen Domäne DM₁ der Zone ZRP _ÿ, wo die magnetische Induktion positiv ist.

In der folgenden Beschreibung wird eine Änderung der Fluß richtung als magnetischer Wechsel bezeichnet, der positiv oder negativ sein kann.

Der Bereich PAD, der die Adressen enthält, setzt sich aus m Elementarzellen (12 im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2a) gleicher Länge L zusammen, nämlich den Zellen C₀, C₁ . . ., C _k . . ., C₁₁, wobei jede Zelle ein Bit der Adresse enthält. Jedes Bit B _k der Adresse, welches in einer Zelle enthalten ist, wird definiert durch die Anwesenheit oder Abwesenheit eines doppelten magnetischen Wechsels, wobei der erste magne tische Wechsel T _1k den umgekehrten Sinn zu dem zweiten Wech sel T _1k hat. Beispielsweise ist der erste Wechsel T _1k posi tiv (siehe Fig. 2b), während der zweite Wechsel T _2k negativ ist. Die Codierung der Adressen-Bits ADE _j einer Spur der Ordnungszahl j, die in einer Referenzzone ZRP _ÿ enthalten ist, ist beispielsweise derart gewählt, daß das Bit B _k gleich eins ist im Falle der Anwesenheit eines doppelten magneti schen Wechsels, während es bei seiner Abwesenheit gleich null ist. Diese Abwesenheit zeigt sich durch eine einheitliche magnetische Induktion, z. B. negativ, in dieser Zelle, die diesen Bit enthält (vgl. Fig. 2b).

Die Fig. 2c zeigt das durch den Magnetkopf TEL gewonnene Analogsignal, wenn eine Zelle Z _k vor diesem vorbeiläuft.

Wenn das Bit B _k gleich eins ist, setzt sich das durch den Kopf TEL abgetastete Signal aus zwei Analogimpulsen wech selnden Vorzeichens zusammen, deren Amplituden gleich groß sind und den Absolutwert AMP annehmen. Wenn das Bit B _k gleich null ist, bleibt die Spannung des Signals, das der Kopf TEL abgibt, ebenfalls null. Wie aus der Fig. 3 zu er sehen, die eine Geschwindigkeitsmeßeinrichtung für ein be wegliches System über einem Aufzeichnungsträger zeigt, trägt das bewegliche System SYSMOB einen Lese-/Schreibkopf TEL über einen Träger CHAR, mit dem er eine mechanische Einheit bildet. Der Aufzeichnungsträger ist eine Magnetplatte D.

Die Geschwindigkeitsmeßeinrichtung ist Teil des Systems SYSMOB, dessen Aufgabe es ist, den Lese-/Schreibkopf TEL in einer einzigen Bewegung in der kürzest möglichen Zeit von einer Ausgangsspur A zu einer Zielspur B der Adresse AD _f zu bewegen. Die Bewegung des Kopfes TEL wird durch die nicht lineare Differentialgleichung zweiter Ordnung (1), wie sie weiter oben definiert wurde, mit den Größen f ( ε₁), ε₁ und C₂ bestimmt.

Man setzt ε₂=dε₁/dt=-v, wobei die Geschwindigkeit des Kopfes TEL ist und ε₃=d²ε₁/dt²=-γ die Beschleu nigung des Kopfes TEL ist.

Das Verfahren zum Versetzen des beweglichen Systems SYSMOB relativ zur Oberfläche der Magnetplatte D enthält folgende Schritte:

1. Man bestimmt die Adresse ADL _j und berechnet den Abstand ε₁ zu genau bestimmten Abtastzeitpunkten, die einheit lich durch Zeitintervalle von T Sekunden voneinander ge trennt sind.
2. Man bestimmt die entsprechende Funktion f ( ε₁) zu diesen selben Zeitpunkten, wobei die Funktion f ( e₁) eine bekann te, im voraus genau festgelegte Funktion ist.
3. Man berechnet zu diesen selben Zeitpunkten die Ge schwindigkeit v als Funktion der Differenz der Adressen ADL (nT+k₀T)-ADL (nT), welche zu den Abtastzeitpunk ten t _n=nT und t _{k 0}+k₀T gelesen werden, wobei n und k₀ ganze Zahlen sind.
4. Man berechnet den Sollwert γ c/C₂=(f( ε₁)-v) =f( ε₁)+ε₂.
5. Man mißt die Beschleunigung und teilt diese durch C₂.
6. Man berechnet die Differenz (-γ _c)/C₂=Δ (ε₃)/C₂= Δ (γ | C₂).
7. Man legt an die Spule des elektrodynamischen Antriebs ML eine Spannung an, deren Größe von der genannten Diffe renz abhängt.

Die verschiedenen notwendigen Aufbauelemente der Einrich tung zur Versetzung des Systems SYSMOB einschließlich der Geschwindigkeitsmeßeinrichtung gemäß der Erfindung sind (vgl. Fig. 3):

- der elektrodynamische Antrieb ML
- der Adressen-Steuerkreis GESTAD, der die Adressen AD _f liefert,
- der Subtrahierer SOUS, der die Größe ε₁ ermittelt,
- der Generator GF für die Funktion f (ε₁),
- die Geschwindigkeitsmeßeinrichtung MESVIT gemäß der Er findung, die den Wert ε₂=-v bestimmt,
- den Addiervergleicher ADCOMP, der einen Vergleich durch führt zwischen der Sollwertbeschleunigung γ _c und der ge messenen Beschleunigung , wobei letztere proportional zur Intensität i des Stromes in der Spule des elektro dynamischen Antriebs ML ist,
- den Generator ALIM für die Stromversorgung der Spule des Antriebs ML.

Die Geschwindigkeitsmeßeinrichtung MESVIT gemäß der Erfin dung enthält:

- Bestimmungsglieder CIRCAD für die gelesene Adresse ADL _j,
- einen Rechner CALVIT zur Bestimmung der gemessenen Ge schwindigkeit v _m,
- eine Kompensationseinrichtung COMPRET zum Kompensieren der abgeschätzten mittleren Verzögerung R der gemessenen Geschwindigkeit v _m gegenüber der tatsächlichen Geschwin digkeit v des Kopfes TEL,
- den Addierer ADDV.

Die Bestimmungsglieder CIRCAD führen folgende Funktionen aus:

a) sie empfangen das Analogsignal ST, das von dem magneti schen Lese-/Schreibkopf TEL kommt, jedesmal wenn die Ma gnetwechsel der in dem Abschnitt PAD einer Zone ZRP _ÿ enthaltenen Informationen vor diesem vorbeilaufen, wobei das Signal ST zusammengesetzt ist aus einer Folge von Analogimpulsen;
b) sie formen dieses empfangene Signal in eine Folge von lo gischen Impulsen um, welche die im GRAY-Code ausgedrückte Adresse ADG _j den Spur mit der Ordnungszahl j für die Re ferenzzone ZRP _ÿ bilden;
c) sie setzen dann die Adresse ADG _j um in eine Adresse ADL _j, die in einem gewichteten Binärcode ausgedrückt wird, wie er beispielsweise in dem vorgenannten Buch von H. Soubies- Camy beschrieben ist;
d) sie liefern an den Subtrahierer SOUS und an den Geschwin digkeitsrechner CALVIT auf parallelen Leitungen die Adres se ADL _j mit einer Abtastfrequenz F=1/T, wobei die Peri ode der Abtastung T gleich der Zeit ist, die für den Durchlauf von zwei Abschnitten PAD zweier Referenzzonen ZRP _ÿ und ZRP _(i+1)j ein und derselben Spur der Ordnungs zahl j benötigt wird. Die Adressen ADL _j werden also durch die Bestimmungsglieder CIRCAD alle T Sekunden empfangen.

Der Rechner CALVIT bestimmt die gemessene Geschwindigkeit v _m auf folgende Weise:

Es sei angenommen, daß ADL (nT) und ADL (nT+k₀T) die durch die Bestimmungsglieder CIRCAD zu den Zeitpunkten t _n=nT und t _{k 0}=(nt+k₀T) gelesenen Adressen ADL _j sind.

Man bekommt dann ADL (nT+k₀T)=lq, wobei l eine ganze Zahl ist und q ein Bruchteil der Aufzeichnungs spurbreite ist.

Alle Spuren der Platte haben im wesentlichen dieselbe Breite lq (vgl. Fig. 1d und 7). Man hat dann q=f × lp mit 0<f<1. q stellt die Präzision dar, mit welcher man eine Adresse be stimmt, also in dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel eine halbe Spurbreite. Mit anderen Worten bedeutet dies, daß, wenn eine Adresse ADL _j einer Spur der Ordnungszahl j gelesen wird, der Magnetkopf TEL auf dieser Spur der Ordnungszahl j mit der Genauigkeit einer halben Spurbreite angeordnet ist.

Die Größe lq stellt dann die Strecke dar, die der Kopf TEL während eines Zeitintervalles von (k₀ × T) Sekunden durch laufen wird.

Der Rechner CALVIT bestimmt die Meßgeschwindigkeit v _m gemäß der Formel v _m=lq/k₀T; die Geschwindigkeit v _m ist ein Si gnal, dessen Vorzeichen wechselt und das als Analogsignal zum Addierer ADDV gelangt.

Aus Gründen, welche mehr im Detail im folgenden erläutert werden, ist die errechnete Meßgeschwindigkeit zum Zeitpunkt t _ko=(nT+k₀T) nicht gleich der tatsächlichen Geschwindig keuit v des Magnetkopfes TEL zu diesem Zeitpunkt, sondern gleich der Geschwindigkeit des Magnetkopfes zum Zeitpunkt ((nT+k₀T)-R), wobei R gleich (k₀+1) T/2 ist.

Die Kompensationseinrichtung COMPRET kompensiert die Auswir kungen der mittleren Verzögerung R auf den Geschwindigkeits meßwert v _m; sie empfängt das Signal und gibt ein Kompensa tionssignal γ _F ab. Wenn man die Größe (v _m+γ _F )= als ge schätzte Geschwindigkeit und die Größe Δ v als die Geschwin digkeitsabweichung v- =v-v _m-γ _F bezeichnet, so ist die Charakteristik der Einrichtung COMPRET so ausgelegt, daß diese Geschwindigkeitsabweichung Δ v minimal wird, so daß man sagen kann, daß die geschätzte Geschwindigkeit etwa gleich der tatsächlichen Geschwindigkeit v des magnetischen Lese-/ Schreibkopfes TEL ist. Dieses Resultat wird für einen Wert von γ _F= × G erhalten, wobei G eine Übertragungsfunktion der Einrichtung COMPRET ist, die vorzugsweise aus einem Fil ter besteht.

Das Signal γ _F ist ein Analogsignal, das mit geändertem Vor zeichen dem Addierer ADDV zugeführt wird. An dessen Ausgang erhält man das Analogsignal -(v _m+γ _F)=- , welches dem Addier-Vergleicher ADCOMP zugeführt wird.

Der Subtrahierer SOUS empfängt die Adresse ADL _j und die Adresse AD _f der Spur B. Diese letztere wird von der Adres sensteuerschaltung GESTAD des Informationsverarbeitungs systems empfangen, zu welchem der Plattenspeicher gehört. Sie ist in demselben gewichteten Binärcode wie die Adresse ADL _j ausgedrückt.

Der Subtrahierer SOUS berechnet den Adressenabstand ε₁= AD _f-ADL _j. Es ist klar, daß der Subtrahierer SOUS, welcher eine neue Adresse ADL _j alle T Sekunden empfängt, einen neuen Wert von ε₁ alle T Sekunden errechnet. Der Adressenabstand ε₁ wird zum Funktionsgenerator GF übertragen, der den Wert der nichtlinearen Funktion f ( ε₁) entsprechend dem Wert von ε₁ an den Addierer-Vergleicher ADCOMP abgibt. Der Wert von f (ε₁) wird als Analogsignal ausgegeben.

Die Fig. 4 zeigt die Funktion f ( ε₁) des Adressenabstandes ε₁. Man sieht, daß die Änderung der Funktion f ( ε₁) sehr groß für kleine Werte von ε₁ (der Differentialquotient df (ε₁)/d ε₁ ist groß) und viel kleiner für große Werte von ε₁ (Differentialquotient klein) ist.

Der Addier-Vergleicher ADCOMP empfängt einerseits die Signa le -(v _m+γ _F) und f ( ε₁), d. h. die Sollbeschleunigung γ c, wenn f ( ε₁)-(v _m+γ _F)=f ( e₁)-v=f ( ε₁)+ε₂=-ε₃/C₂= γ c/C₂ ist, und andererseits ein Signal ₃/C₂, welches von der gemessenen Beschleunigung =- ₃ abgeleitet wird, eine Größe, die proportional dem Strom i in der Spule des An triebs ML ist. Für die Messung von genügt es, den Strom in der Spule zu messen. Am Ausgang des Addier-Vergleichers ADCOMP erhält man ein Signal (γ c- )/C₂=( ₃-ε₃)/C₂= Δ(ε₃/C₂), das die Versorgungsstromquelle ALIM steuert.

Wenn Δ(ε₃/C₂) positiv ist, gibt die Versorgungsstromquelle ALIM eine Spannung - U₀ an die Spule des elektrodynamischen Antriebs ML ab.

Die Fig. 5 zeigt, wie sich die Geschwindigkeit des bewegli chen Systems SYSMOB während der Versetzung zwischen den Spu ren A und B entwickelt.

Die Fig. 5 zeigt auch, daß zwischen den Punkten A und B entsprechend den Spuren A und B, d. h. zwischen den Zeitpunk ten t _A und t _B, die Kurve T₁ der Geschwindigkeitsänderung im wesentlichen exponentiell verläuft und die Geschwindigkeit unterhalb eines Geschwindigkeitswertes V _M verbleibt; für ausreichend große Werte von e₁ gilt um jeden Abszissenwert ε _1i (siehe gleichzeitig Fig. 4):

f ( ε₁)=a+αε₁ (2) mit α=df (ε₁)/d ε₁, wobei α sehr klein ist.

Man sieht auch, daß die Bewegung des beweglichen Systems im wesentlichen bestimmt ist durch eine Differentialgleichung der Form:

ε₂+1/C₂ d ε₂/dt=konstant (3).

Die Lösung ist:

ε₂=B₁ (1-e ^-C2^t) (4).

Mit anderen Worten kann man sagen, daß zwischen den Spuren A und C eine Geschwindigkeitsregelung des beweglichen Systems SYSMOB erfolgt. Wenn der Kopf TEL sich der Spur B nähert (die Adressenabweichung e₁ wird sehr gering), ist die durch Gleichung (2) gegebene Näherung nicht mehr gültig, und die Bewegung des beweglichen Systems SYSMOB unterliegt einer Korrektur nach der linearen Differentialgleichung zweiter Ordnung (1).

Die Geschwindigkeitskurve des beweglichen Systems SYSMOB ist dann die Kurve T₂ ab dem Punkt C (Zeitpunkt t _C); man sagt dann, daß das System SYSMOB längs eines Weges entsprechend der nichtlinearen Differentialgleichung zweiter Ordnung (1) gleitet.

In der Fig. 4 ist auch die Geschwindigkeitsänderung in Ab hängigkeit von der Zeit dargestellt, wenn der Kopf TEL zwi schen einer Spur A′ und einer Spur B versetzt wird, wobei der Abstand zwischen diesen Spuren größer sein soll als der Abstand zwischen den Spuren A und B. Die Veränderung der Geschwindigkeit ist durch die Kurve Γ′₁ (zwischen den Punkten A′ und C′) und durch die Kurve Γ′₂ (zwischen den Punkten C′ und B) gegeben.

Während des zweiten Bewegungsabschnittes, d. h. zwischen den Punkten C und B oder C′ und B (übertragen auf die Kurven Γ₂ und Γ′₂), wird die Versorgungsspannung U für die Spule des Antriebs ML, welche in der Fig. 6 durch die Kurve Γ′₃ in gestrichelter Linie dargestellt ist, durch eine Folge von positiven und negativen Impulsen veränderbarer Länge gebil det. Der mittlere Wert ist durch die Kurve Γ₃ in einer aus gezogenen Linie wiedergegeben. Wenn die Spannung U₀ positiv ist, ist der mittlere Wert der Spannung U zwischen den Zeit punkten t _C (oder t′ _C) und t _B negativ.

Die Bestimmungsglieder CIRCAD enthalten folgende Schaltglie der, wie aus Fig. 4 zu ersehen:

- den Schwellwertkreis GS,
- den Registerumcodierer TRANSCOD,
- den Abtastgenerator ECHANT, welcher die Abtastimpulse alle T Sekunden liefert, d. h. die Abtastzeitpunkte definiert.

Der Schwellwertkreis GS empfängt das Signal ST und formt die Folge von Analogimpulsen, die dieses Signal bilden, in eine Folge von Logikimpulsen mit Hilfe von zwei Schwellwerten S₁ und S₂ um. Es sei unterstellt, daß der Absolutwert der mitt leren Amplitude der durch den Kopf TEL zur Darstellung der Signale gelieferten Bits "1" (Abwesenheit eines doppelten Wechsels, siehe Fig. 2) gleich AMP ist. Man hat dann bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung:

S₁=0,25 × AMP (5) und
S₂=0,75 × AMP (5′).

Die Bewertung der Bits durch den Kreis GS ist wie folgt (siehe Fig. 7):

Man betrachtet zwei benachbarte Referenzzonen ZRP _ÿ und ZRP _{i (j+1)}, wobei die Adressen der Spuren entsprechend in den Abschnitten PAD dieser Zonen ADE _j bzw. ADE _j+1 aufgezeichnet sind, und man betrachtet zwei Zellen desselben Ranges k im Inneren dieser beiden Zonen, beispielsweise die Zellen C _kj und C _{k (j+1)}. Die Bits entsprechen diesen beiden Zellen sind B _kj bzw. B _{k (j+1)}. Wenn die Adressen ADE _j und ADE _j+1 in einem GRAY-Code aufgezeichnet sind, ergeben sich drei Fälle:

Fall 1

Die beiden Bits B _kj und B _{k (j+1)} sind null. Die Spannung des Signals ST ist null damit unterhalb der Schwelle S₁. Der Schaltkreis GS gibt dann als Signal eine "logische Null" ab, wenn der Lesekopf TEL sich aus der Lage POS₁, wo sein Luft spalt der Zone ZRP _ÿ zugeordnet ist (siehe Fig. 8, wo der Luftspalt dargestellt ist unter einem Rechteck, dessen Länge sehr viel größer ist als seine Breite), in die Lage POS₃ be wegt, wo dieser Luftspalt oberhalb der Zone ZRP _{i (j+1)} liegt, wobei die Position POS₂ durchlaufen wird, bei welcher dieser Luftspalt beide Zonen überprüft, d. h. auf die Mittellinie Ax _j der Spur der Ordnungszahl j zentriert ist.

Fall 2

Die beiden Bits B _kj und B _{k (j+1)} sind gleich eins. Die Span nung des Signals ST hat einen negativen Amplitudenwert, der gleich AMP ist, d. h. unterhalb von S₂ liegt. Der Schaltkreis GS liefert dann eine "logische Eins", welche anzeigt, daß der Lesekopf TEL sich zwischen den Positionen POS₁ und POS₃ (siehe ebenfalls Fig. 8) befindet.

Fall 3

B _kj ist gleich null und B _{k (j+1)} ist gleich eins. Die beiden Adressen ADE _j und ADE _j+1 unterscheiden sich durch ein einzi ges Bit.

Dieser dritte Fall ereignet sich nur, wenn sich die beiden Adressen ADE _j und ADE _j+1 durch ein einziges Bit desselben Ranges in zwei benachbarten Referenzzonen unterscheiden. Man betrachtet dann die Entwicklung des Absolutwertes der Ampli tude des Signals ST (siehe Fig. 8). Die Entfernung zwischen den Positionen POS₁ und POS₃ ist gleich der Breite einer Zone ZRP _ÿ, die ihrerseits gleich der Breite lp einer Spur ist. Es ist klar, daß, wenn der Kopf TEL sich gleichmäßig zwischen POS₁ und POS₃ bewegt, der Absolutwert der Amplitu de des Signals sich kontinuierlich von 0 bis 100% von AMP ändert. Man sagt, daß in diesem dritten Fall das Signal dop peldeutig ist und daß es einem "Doppeldeutigkeitsbit" ent spricht, wobei die Amplitude der Doppeldeutigkeit sich än dert als Funktion der Lage x, die durch den Kopf zwischen den Positionen POS₁ und POS₃ eingenommen wird. Die Amplitude sei mit A (x) bezeichnet. Man sieht, daß, wenn x unterhalb lp/4 ist, A (x) kleiner als 0,25 AMP=S₁ ist.

Andererseits sieht man, daß, wenn x größer als 3 lp/4 ist, A (x) größer wird als 0,75 AMP=S₂.

Schließlich, wenn A (x) zwischen S₁ und S₂ liegt, d. h. zwi schen 0,25 AMP und 0,75 AMP, hat man lp/4< × <3 lp/4.

Der Schwellwertkreis GS liefert eine im GRAY-Code gelesene Adresse, nämlich die Adresse ADG _j oder ADG _j+1, an das Umco dierungsregister TRANSCOD, in einer bestimmten Abtastfolge, die vom Generator GEN bestimmt wird, zum Umcodieren der in einem GRAY-Code gelieferten Adresse ADG _j in einen gewichte ten Binärcode. Das Register TRANSCOD liefert somit alle T Sekunden auf parallelen Leitungen die Adresse ADL _j. Diese Adresse wird dem Subtrahierer SOUS und dem Geschwindigkeits rechner CALVIT zugeführt.

Es wird eine binäre Wichtung a _-1 (j) nach der Überführung der in einem GRAY-Code gelesenen Adresse ADG _j in eine in einem gewichteten Binärcode gelesenen Adresse ADL _j definiert:

Man kann jede Lage des Kopfes in bezug auf die ihn zugeord nete Oberfläche der Platte durch eine in Halbschritten (hal be Breite der Spur) quantifizierte Adresse darstellen. Folg lich, wenn man annimmt, daß die Ordnungszahl j=124 (angenom men der Kopf bewegt sich von der Spur 124 zur Spur 125) und x<lp/4 ist, d. h. wenn A (x) unterhalb von S₁ ist, so nimmt man an, daß der Kopf TEL die Position 124 eingenommen hat.

Wenn x<3 lp/4 ist, d. h. wenn A (x) größer ist als S₂, befin det sich der Kopf TEL auf der Spur 125.

Wenn lp/4 kleiner als x und x kleiner als 3 lp/4 ist, so nimmt der Kopf die Lage 124+1/2 ein.

Unter diesen Bedingungen wird die Lage des Kopfes TEL auf der Platte durch die Adresse ADL _j ausgedrückt, so daß:

ADL _j = a _-1 (j) s ^-1 + a₀ (j) 2⁰ + a₁ (j) 2¹ + . . . a _n (j) 2ⁿ

mit a₁ (j), a ₂ (j) . . . a _n (j) e {0,1} (7)

Wichtung 2^-1 = lp/2.

Wenn, wie weiter oben beschrieben, die durch den Kopf TEL eingenommene Endlage genau über der Mittelachse Ax _f der Adressenspur AD _f liegt, gilt:

AD _f = 1.2^-1 + a₀ (f) 2⁰ + . . . a _n (f) 2ⁿ

mit a₀ (f), a₁ (f) . . . a _n (f) zugehörig zu {0,1} (8)

Man kann dann den Abstand in Binärform berechnen:

ε₁ = AD _f - ADL _j, ausgedrückt in Halbschritten in folgender Art:

ε₁=ε _1-1 (j) · 2^-1 + ε₁₀ (j) · 2⁰ + ε₁₁ (j) 2¹ + . . . ε _1n (j) 2ⁿ

mit ε _1i (j) ε {0,1} (9)

Die Präzision der Bestimmung der Kopfposition und des Ab standes ε₁ ist gleich lp/2=q.

Der Geschwindigkeitsrechner CALVIT umfaßt (siehe Fig. 7):

- den Umlaufspeicher MEMOCIRC,
- den Subtrahierer-Dividierer SUBDIV,
- die Sperreinrichtung BLOC und
- den Digital-Analogkonverter CDAN.

Der Umlaufspeicher MEMOCIRC empfängt alle T Sekunden die Adresse ADL (nT+k 8T) und liefert die Adresse ADL (nT) dem Subtrahierdividierer SUBDIV. Dieser empfängt gleichzeitig die Adresse ADL (nT+k₀T). Der Umlaufspeicher behält alle Werte der gelesenen Adresse zwischen den Zeitpunkten (nT) und (nT+k 8T), d. h. die Adressen ADL (nT), ADL (nT+T), ADL (nT+2T), . . . ADL (nT+k₀T).

Der Subtrahier-Dividierer SUBDIV berechnet die Geschwin digkeit v _m durch Bestimmen der Differenz ADL (nT+k 8T) -ADL (nT) durch Dividieren des Wertes k₀T (durchgeführte Operationen zu jedem Abtastzeitpunkt, d. h. alle T Sekunden).

Die Blockiereinrichtung BLOC hält den Wert von v _m=ADL (nT+k₀T) - ADL (nT)/k₀T während eines Zeitintervalls von T Sekunden.

Die Bestimmung der mittleren Abschätzverzögerung R, die in Fig. 9 veranschaulicht ist, basiert auf folgendem Prinzip:

Das Zeitintervall, das die Zeitpunkte nT und nT+k₀T trennt, sei ein Zeitintervall k₀T und ist ausreichend klein (einige Millisekunden), um die Veränderung der tatsächlichen Ge schwindigkeit v des Kopfes TEL während dieses Zeitinterval les als lineare Zeitfunktion ansehen zu können. Den entspre chenden Ablauf zeigt die Kurve Γ₄ in der Fig. 9. Dabei sind durch die Punkte t₀, t₁, t₂, t₃, t₄, t₅, t₆ usw. Zeitpunkte nT, nT+T, nT+2T, nT+3T, nT+4T, nT+5T, nT+6T usw. be zeichnet, wobei k₀ gleich 4.

Zum Zeitpunkt t₄ berechnet der Subtrahier-Dividierer SUBDIV den Wert v _{m 1} = (ADL (nT+4T) - ADl (nT))/4T. Dieser Wert wird während T Sekunden durch die Blockiereinrichtung BLOC zwi schen den Zeitpunkten t₄ und t₅ gehalten. Zum Zeitpunkt t₅ wird der Wert (ADL (nT+5T) - ADL (nT+T))/4T=v _{m 2} berech net. Dieser Wert wird während T Sekunden zwischen den Zeit punkten t₅ und t₆ gehalten. Ebenso berechnet man zum Zeit punkt t₆ den Wert v _{m 3}=(ADL (nT+6T) - ADL (nT+2T))/4T, der ebenfalls T Sekunden zwischen den Zeitpunkten t₅ und t₆ gehalten wird. Die Werte v _{m 1}, v _{m 2}, v _{m 3} stellen deshalb die zu den Zeitpunkten t₄, t₅ und t₆ gemessenen Geschwindigkei ten dar. Es ist klar, daß die Bestimmung der gemessenen Ge schwindigkeit v _m auch für frühere Zeitpunkte als t₄, sowie für nachfolgende Zeitpunkte von t₆ identisch mit derjenigen ist, wie sie beschrieben wurde. Die dargestellte Kurve der Änderung der gemessenen Geschwindigkeit v _m als Funktion der Zeit ist die Kurve Γ₅. Die Änderung der mittleren Geschwin digkeit v _m hat als repräsentative Kurve Γ₆.

Wegen der linearen Entwicklung der tatsächlichen Geschwindig keit als Funktion der Zeit ist klar, daß die in oben angezeigter Form zu den Zeitpunkten t₁, t₂, t₃, t₄, t₅, usw. jeweils gemessene Geschwindigkeit v _m gleich der tat sächlichen Geschwindigkeit v ist, die zu den Zeitpunkten (nT+k₀T/2) gemessen wird (siehe Fig. 9 und vergleiche die Kurven Γ₄ und Γ₅). Deshalb ist die zum Zeitpunkt t₄ gemesse ne Geschwindigkeit gleich der tatsächlichen Geschwindigkeit zum Zeitpunkt t₂ mit

t₂ = (t₄ + t 0)/2 = t 0 + (t₄-t 0)/2

= t₀ + k₀T/2 = t₀ + 2T.

Dies folgt daraus, daß bei einer Geschwindigkeitsänderung nach einer linearen Zeitfunktion die mittlere Geschwindig keit zwischen zwei bestimmten Punkten gleich der gemessenen Geschwindigkeit in der Mitte des Zeitintervalles zwischen diesen Punkten ist. Da der mittlere Geschwindigkeitswerts _m über T Sekunden festgehalten wird, ergibt sich klar aus der Fig. 9, daß die mittlere Abschätzverzögerung R gleich k₀T/2+T/2=(k₀+1) T/2 ist.

Der optimale Wert von k₀ wird in folgender Weise bestimmt:

- Man weiß, daß v _m=1q/k₀T und daß die Bestimmungsgenauig keit der Größe lq gleich q ist.

Daraus ergibt sich, daß ein Fehler existiert, der "Quantifi zierungsfehler" ε q genannt wird und bei der Bestimmung der gemessenen Geschwindigkeit v _m gleich q/k₀T auftritt. Zu die sem Quantifizierungsfehler wird ein Fehler ε _R zugefügt, ent sprechend der mittleren Abschätzverzögerung R=(k₀+1) T/2. Man hat dann | ε _R | = | γ | R (tatsächlich ist γ=dv/dt oder dv =γ dt). Sofern man eine Funktion q, genannt "Kostenfunktion", hat, hat man q=e q+ε _R, und man sieht durch Ableitung dieser Funktion, daß ein Wert k₀=1/T × √ (10) exi stiert, der das Minimum der Kostenfunktion q ergibt. In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel findet man k₀=4.

Die in Binärform durch logische Signale ausgedrückte Ge schwindigkeit v _m wird durch den Digital-Analogkonverter CDAN in ein Analogsignal umgewandelt. Dieses Signal wird als Si gnal v _m an den Addierer ADDV abgegeben.

Claims

1. Einrichtung zum Messen der Bewegungsgeschwindigkeit eines relativ zu einem Aufzeichnungsträger beweglichen Sy stems, wobei der Aufzeichnungsträger die Informationen in einer Mehrzahl von Spuren trägt, deren Adressen in je einer zugeordneten Referenzzone aufgezeichnet sind, wobei ferner das bewegliche System mindestens einen Abtastkopf zum Lesen der Informationen und Adressen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß weiter vorgesehen sind

- Bestimmungsglieder (CIRCAD) zum Abtasten der durch den Kopf gelesenen Adressen zu bestimmten, in gleichen Zeitab ständen aufeinanderfolgenden Abtastzeitpunkten;
- Rechenglieder (MESVIT) zur Berchnung der Bewegungsge schwindigkeit v des Systems als Verhältnis der Differenz der an aufeinanderfolgenden Abtastzeitpunkten gelesenen Adressen zu dem zwischen den Abtastzeitpunkten liegenden Zeitabstand;
- eine ein Kompensationssignal γ _F liefernden Kompensations einrichtung (COMPRET) zur Kompensation der mittleren Ver zögerung R der errechneten Meßgeschwindigkeit v _m gegenüber der tatsächlichen Geschwindigkeit v des beweglichen Sy stems; und
- Addierglieder (ADDV) zur Errechnung von v _m+γ _F als ange nähert tatsächliche Geschwindigkeit des beweglichen Sy stems aus der Meßgeschwindigkeit v _m und dem Kompensations signal γ _F.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßgeschwindigkeitsrechner (CALVIT) umfaßt

- Speicherglieder (MEMOCIRC) zum Speichern der gelesenen Adressen sowie
- Rechenglieder (SUBDIV) zum Berechnen der Differenz der ge nannten Adressen und zum Dividieren dieser Differenz durch den Zeitabstand (k₀T), um die Meßgeschwindigkeit v _m zu er halten.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationseinrichtung (COMPRET), der ein Be schleunigungsmeßsignal zugeführt wird, durch ein Übergangs funktionsfilter (G) realisiert ist, das × G abgibt.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn die Adressen der Spuren auf dem Aufzeichnungsträger in einem ersten Primärcode aufgezeichnet sind, die Bestimmungsglieder (CIRCAD) zur Bestimmung der durch den Kopof gelesenen Adresse enthalten:

- einen Schwellwertkreis (GS) zur Transformation der vom Le sekopf gelieferten Folge von Analogimpulsen in eine Folge logischer Impulse zur Wiedergabe der Adresse ADG _j darge stellt in dem genannten ersten Binärcode,
- einen Registerumformer (TRANSCOD) zur Umformung der Adres se ADL _j in die Adresse ADL _j dargestellt in einem zweiten Binärcode und
- einen Abtastgenerator zur Lieferung von Abtastimpulsen und Steuerung des Registerumformers (TRANSCOD) derart, daß dieser die Adressen ADL _j zu den Zeitpunkten liefert, zu welchen der Meßgeschwindigkeitsrechner (CALVIT) die Meßge schwindigkeit v _m berechnet.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichent, daß die in Binärfor, dargestellte und vom Meßgeschwindig keitsrechner (CALVIT) als Folge logischer Signale gelieferte Meßgeschwindigkeit den Addiergliedern (ADDV) als Analogsi gnal zugeführt wird.