DE4021800A1 - Controlling positioning unit e.g. for machine tool - by continuous comparison of actual and target positions, deriving control voltage from filtered step generated control curve - Google Patents

Controlling positioning unit e.g. for machine tool - by continuous comparison of actual and target positions, deriving control voltage from filtered step generated control curve

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DE4021800A1
DE4021800A1 DE19904021800 DE4021800A DE4021800A1 DE 4021800 A1 DE4021800 A1 DE 4021800A1 DE 19904021800 DE19904021800 DE 19904021800 DE 4021800 A DE4021800 A DE 4021800A DE 4021800 A1 DE4021800 A1 DE 4021800A1
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Abstract

The method of controlling a positioning unit (2) of an automatic machine, e.g. a machine tool, from a starting position to a target position involves continuous comparison of the instantaneous position (xa) of the positioning unit as the actual value with the target position (xn) and using a demand value curve dependent on their difference to derive the control unit current. The positioning unit is accelerated using maximum current up to a defined limit speed and decelerated at the end of the positioning process. Sampled values of the step generated curve are filtered (52) to round off steps and processed to generate a control voltage. USE/ADVANTAGE - Method enables further reduction in mean positioning time to be achieved with improved elimination of unwanted mechanical vibrations.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Steuern einer Positioniereinheit eines Automaten gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie auf eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.The invention relates to a method for controlling a Positioning unit of a machine according to the preamble of Claim 1 and a device for implementation this procedure.

Auf einer Reihe von Gebieten der Technik ist eine Vielzahl von Anwendungsfällen gegeben, bei denen eine positionierbare Einheit in einem vorgegebenen Koordinatensystem von einer momentanen Istlage möglichst schnell und zugleich präzise in eine neue Lage, als momentane Sollage zu bezeichnen, transportiert werden soll, um in dieser Zielposition eine vorgegebene Funktion auszuführen. Beispiele für derartige Anwendungen finden sich bei Werkzeugmaschinen, insbesondere programmgesteuerten Automaten, wie Bohr- und Fräswerken, bei Geräten der Robotik, wie Manipulatoren, bei sogenannten X/Y-Schlitten, bei Bestückungsautomaten oder auch in der Lasertechnik, wo ein Laserstrahl, wie z. B. beim Laserschweißen, präzise relativ zu dem zu bearbeitenden Werkstück positioniert werden muß.In a number of areas of technology is a variety of Use cases where a positionable unit in a given coordinate system from a current one Actual position as quickly as possible and at the same time precisely in a new one Able to be referred to as the current target position to perform a given function in this target position. Examples of such applications can be found at Machine tools, in particular program-controlled machines, such as drilling and milling machines, in robotic devices such as manipulators, with so-called X / Y slides, with automatic placement machines or even in laser technology, where a laser beam like e.g. B. in laser welding, precise relative to that to be machined Workpiece must be positioned.

Ohne daß diese Aufzählung von Anwendungsfällen abschließend sein könnte, wird aus ihr jedoch bereits deutlich, daß in diesen Anwendungsfällen immer wieder die vergleichbare Aufgabe zu lösen ist, in einem vorgegebenen Koordinatensystem, bei vorgegebenem Raster eine verstellbare Positioniereinheit möglichst schnell und präzise von einer bekannten Momentanposition in eine definierte Zielposition zu steuern. Dabei kann das Koordinatensystem lediglich linear, aber auch zwei- oder dreidimensional sein.Without this list of use cases conclusive However, it is already clear from it that in these Use cases again and again the comparable task is to solve, in a given coordinate system, with a given Grid an adjustable positioning unit if possible quickly and precisely from a known current position to one control defined target position. The coordinate system only linear, but also two- or three-dimensional be.

Detaillierte Erläuterungen können nicht für alle Anwendungsfälle dargestellt werden, deshalb wird im folgenden auf eine spezielle Anwendung Bezug genommen, um diese Problemstellung genauer zu erläutern. Ein weiterer, zugleich auch spezielle Randbedingungen in typischer Weise aufzeigender Anwendungsfall findet sich nämlich bei Magnetplattenspeichern. Dort wird eine Magnetköpfe tragende Positioniereinheit bezüglich eines Magnetplattenstapels auf vorgegebene Spuren der Magnetplatten eingestellt, um Schreib- bzw. Lesevorgänge auszuführen. Die Bezugnahme auf diesen Anwendungsfall hat den weiteren Vorteil, daß die Positionierung hier, bei zulässig vereinfachender Betrachtung, im Grund eindimensional erfolgt und sich damit das Prinzip leichter darstellen läßt.Detailed explanations cannot be given for all applications are shown, therefore in the following is a special  Application referred to this problem more closely to explain. Another, at the same time also special boundary conditions typical use case namely with magnetic disk storage. There is a magnetic head supporting positioning unit with respect to a magnetic disk stack set to predetermined tracks on the magnetic disks, to carry out write or read operations. The reference on this use case has the further advantage that the positioning here, with a permissibly simplified view, basically done one-dimensionally and thus the principle easier to display.

Bei Magnetplattenspeichern ist die mittlere Zugriffszeit bekanntlich neben der Speicherkapazität eines der wesentlichen Leistungskriterien. Dabei bestimmten die Spurdichte und die mittlere Zugriffszeit, wobei diese die reine Positionierzeit und die Einschwingzeit auf eine ausgewählte Spur einschließen möge, den Aufbau der Positioniereinheit und das Positionierverfahren. So gleichen sich beispielsweise bei der Gruppe leistungsfähiger 5¼″-Magnetplattenspeicher die konventionellen Positionierverfahren darin, daß man ein von der Spurdistanz abhängiges Geschwindigkeitsprofil, d. h., eine bestimmte Geschwindigkeit als Funktion der beim Positioniervorgang zurückgelegten Wegstrecke, als Sollwertkurve vorgibt und den Ablauf des Positioniervorganges danach regelt. Eine Analyse des Positioniervorganges auf dieser Grundlage ist beispielsweise in "Magnetic Recording", Vol. II, herausgegeben von C. D. Mee und E. D. Daniel, McGraw Hill Verlag, 1988, im Kapitel 2.3.5 beschrieben. Mit dieser Sollwertvorgabe in Form eines Geschwindigkeitsprofils sind Zugriffszeiten etwa um 20 ms durchaus noch beherrschbar.The average access time is known for magnetic disk storage in addition to the storage capacity one of the essential Performance criteria. The track density and the average access time, this being the pure positioning time and include settling time on a selected track may, the structure of the positioning unit and the positioning process. For example, the group is more efficient 5¼ ″ magnetic disk storage the conventional Positioning procedure in that one depends on the track distance Speed profile, d. that is, a certain speed as a function of the distance covered during the positioning process Distance, as a setpoint curve and the sequence of the positioning process then regulates. An analysis of the positioning process on this basis, for example, in "Magnetic Recording ", Vol. II, edited by C. D. Mee and E. D. Daniel, McGraw Hill Verlag, 1988, described in chapter 2.3.5. With this setpoint specification in the form of a speed profile access times of around 20 ms are still manageable.

Will man dagegen die Positionierzeiten wesentlich weiter herabsetzen, d. h., im Mittel 14 ms und weniger erreichen, hat man vor allem zwei Möglichkeiten: Man kann die Positioniereinheit so aufbauen, daß damit höhere Maximalgeschwindigkeit und größere Beschleunigung möglich wird. Mit konventionellen Positionierverfahren sind aber auch diesen Möglichkeiten Grenzen gesetzt. Dem Fachmann leuchtet unmittelbar ein, daß das Ziel, trotz höherer Maximalgeschwindigkeit der Positioniereinheit mindestens so genau auf die Zielspur einzufahren wie bei konventionellen Magnetplattenspeichern, nur mit einer entsprechenden Erhöhung des "Dynamikbereiches" der Geschwindigkeitsregelung realisierbar ist. Dafür sind aber konventionelle Standardschaltkreise, die für die Anwendung bei Positionierverfahren von Magnetplattenspeichern entwickelt wurden, nicht mehr geeignet.If, on the other hand, you want to significantly reduce the positioning times, d. that is, you have to reach an average of 14 ms and less Above all, two options: You can use the positioning unit so build that higher maximum speed and greater Acceleration becomes possible. With conventional positioning processes there are also limits to these possibilities.  One skilled in the art immediately understands that the goal, despite the higher maximum speed of the positioning unit Drive into the target lane at least as precisely as with conventional ones Magnetic disk storage, only with an appropriate one Increasing the "dynamic range" of the speed control is feasible. But there are conventional standard circuits, for use in positioning procedures of magnetic disk storage were no longer suitable.

Dazu kommt als weitere Einschränkung, daß auch eine Erhöhung der zulässigen Beschleunigung nicht ohne weiteres realisierbar ist. Dies würde zunächst bedeuten, was im Hinblick auf eine zeitoptimale Lösung der Positionieraufgabe an sich vernünftig erscheint, den Strom zur Beschleunigung des Antriebes der Positioniereinheit so schnell wie möglich anzulegen. Versucht man aber, das Ziel auf diese Weise zu erreichen, wird man erkennen, daß plötzliche Änderungen der Beschleunigung der Positioniereinheit unmittelbar mechanische Schwingungen anregen, d. h., die Einschwingzeit verlängern und z. B. auch Betriebsgeräusche hervorrufen.Another limitation is that there is also an increase the permissible acceleration is not easily achievable is. This would mean, first of all, what in terms of a time-optimal solution of the positioning task itself reasonable appears, the current to accelerate the drive of the positioning unit to invest as soon as possible. One tries but to achieve the goal in this way you will see that sudden changes in the acceleration of the positioning unit directly stimulate mechanical vibrations, d. i.e., the Extend settling time and z. B. also cause operating noise.

Dazu ist aus der internationalen Patentanmeldung WO 88/02 913 bereits bekannt, trotz des Zieles einer zeitoptimalen Positionierung statt eines Geschwindigkeitsprofils ein Beschleunigungsprofil für die Positioniereinheit derart vorzugeben, daß sich die Beschleunigung bzw. Verzögerung vorzugsweise nur linear ändert.For this purpose, from international patent application WO 88/02 913 already known, despite the goal of optimal positioning an acceleration profile instead of a speed profile to specify for the positioning unit such that the acceleration or deceleration is preferably only linear changes.

Bei diesem bekannten Positionierverfahren werden drei Gruppen von Positioniervorgängen in Abhängigkeit von der auftretenden Spurdistanz unterschieden. Bei Positioniervorgängen unterhalb einer bestimmten Spurdistanz erreicht die Positioniereinheit noch nicht die maximal vorgegebene Beschleunigung. In diesem Fall wird die Positioniereinheit im ersten Viertel der Positionierzeit linear beschleunigt, danach kehrt die Änderung der Beschleunigung ihre Richtung um, so daß bei drei Vierteln der Positionierzeit die größte Verzögerung auftritt, die danach linear bis zum Ende des Positioniervorganges wieder abfällt. Der Beschleunigungsverlauf über der Zeit entspricht daher zwei zur Zeitachse symmetrisch liegenden, unmittelbar aneinandergesetzten Dreiecken.In this known positioning method, three groups are used of positioning processes depending on the occurring Distinguished track distance. When positioning below the positioning unit reaches a certain track distance not yet the maximum specified acceleration. In this The positioning unit falls in the first quarter of the positioning time accelerated linearly, then the change in acceleration returns their direction around so that at three quarters of the positioning time  the greatest delay occurs, which is linear thereafter drops again until the end of the positioning process. The Acceleration curve over time therefore corresponds to two Time axis symmetrical, directly placed next to each other Triangles.

In einer zweiten Gruppe von Positioniervorgängen über mittlere Spurdistanzen wird zwar die maximale Beschleunigung bzw. Verzögerung noch nicht, jedoch aber die maximale Geschwindigkeit der Positioniereinheit erreicht. Das Beschleunigungsprofil enthält daher zusätzlich Teilstücke mit konstanter Beschleunigung bzw. Verzögerung und entspricht zwei bezüglich der Zeitachse symmetrisch zueinander liegenden Trapezen, die unmittelbar aneinandergesetzt sind.In a second group of positioning operations over medium Track distances become the maximum acceleration or deceleration not yet, but the maximum speed of the Positioning unit reached. The acceleration profile contains therefore additional sections with constant acceleration or Delay and corresponds to two symmetrical with respect to the time axis mutually trapezoids, which are placed directly next to each other are.

Bei der dritten Gruppe von Positioniervorgängen über große Spurdistanzen wird schließlich zwischenzeitlich auch die Grenzgeschwindigkeit der Positioniereinheit erreicht. Das Beschleunigungsprofil entspricht dann zwei symmetrisch zur Zeitachse liegenden Trapezen, die in einem zeitlichen Abstand voneinander liegen.In the third group of positioning operations over large In the meantime, track speeds will also become the limit speed the positioning unit is reached. The acceleration profile then corresponds to two symmetrical to the time axis lying trapezoids that are spaced apart from each other lie.

In allen diesen Fällen ist der Beschleunigungsanteil des Gesamtprofils bei umgekehrten Vorzeichen identisch mit dem Verzögerungsanteil, d. h., die Sollwertkurve ist punktsymmetrisch. Diese Symmetrie erleichtert wesentlich die Ermittlung des jeweiligen Sollwerprofils unter Echtzeitbedingungen ebenso wie die Vorgabe, daß sich bei allen Positioniervorgängen die Beschleunigung bzw. die Verzögerung mit einer fest vorgegebenen Steigung linear ändert.In all of these cases, the acceleration portion of the overall profile with the opposite sign identical to the delay component, d. that is, the setpoint curve is point symmetrical. This symmetry makes it much easier to determine each one Setpoint profile under real-time conditions as well the requirement that the acceleration is in all positioning processes or the delay with a fixed predetermined Slope changes linearly.

Es ist zwar einzusehen, daß diese Vorgehensweise dazu beiträgt, die Betriebsgeräusche zu reduzieren, da Extremwerte für Änderungen der Beschleunigung voraussetzungsgemäß vermieden werden. Es ist auch einzusehen, daß mit dem bekannten Verfahren Einschwingzeiten der Positioniereinheit über der Zielspur verkürzt und daher mittlere Zugriffszeiten trotz der im Vergleich zu geschwindigkeitsmaximierten Positionierverfahren nicht mehr zeitoptimalen Sollwertvorgabe erreicht werden können, die gleich oder sogar besser sind als bei diesen älteren konventionellen Verfahren. Bei näherer Betrachtung ist es aber dennoch unmittelbar einleuchtend, daß auch mit diesem bekannten Verfahren die Aufgabe, die Zugriffszeit bei Verringerung der Betriebsgeräusche zu reduzieren, noch nicht optimal gelöst ist. Jedes der geschilderten Beschleunigungsprofile enthält mehr oder minder viele Unstetigkeitsstellen der zeitlichen Ableitung dieser Beschleunigungsfunktion, die immer noch Anlaß für die Anregung mechanischer Schwingungen und damit für das Erzeugen von Betriebsgeräuschen sind, obwohl durch den graduellen Anstieg und Abfall der Beschleunigung bzw. Verzögerung eine Verlängerung der Positionierzeit in Kauf genommen wird.It can be seen that this approach helps reduce the operating noise because extreme values for changes the acceleration can be avoided as required. It can also be seen that settling times with the known method the positioning unit over the target track shortened and therefore average access times despite the speed-maximized compared to  Positioning process no longer optimal Setpoint specification can be achieved the same or even better than these older conventional ones Method. On closer inspection, however, it is still immediate obvious that even with this known method the task of access time while reducing operating noise to reduce, has not yet been optimally resolved. Each of the acceleration profiles described contains more or less Many discontinuities in the time derivative of this acceleration function, which are still the reason for the excitation mechanical vibrations and thus for the generation of operating noises are, though due to the gradual increase and Decrease in acceleration or deceleration an extension the positioning time is accepted.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das bei weiterer Reduzierung der mittleren Positionierzeit Ursachen für die Erzeugung von unerwünschten mechanischen Schwingungen besser als bisher eliminiert sowie eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens anzugeben, die bei kostengünstigem Aufbau eine hohe Flexibilität zur Anpassung an jeweilige Anwendungsfälle aufweist.The present invention is therefore based on the object to create a process of the type mentioned that at further reduction in the mean positioning time causes for the generation of unwanted mechanical vibrations better as previously eliminated and a facility for implementation to specify this procedure with inexpensive construction a high degree of flexibility to adapt to the respective application having.

Bei einem Verfahren der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 beschriebenen Merkmale gelöst.In a method of the type mentioned at the outset, this task by those described in the characterizing part of claim 1 Features solved.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß es damit gelingt, die Beschleunigung für den Antrieb der Positioniereinheit im gesamten Verlauf der Sollwertkurve "weich", d. h. mit anderen Worten, ohne Unstetigkeitsstellen verrundet vorzugeben. Es wird aber nicht etwa ein linearer Anstieg der Beschleunigung bzw. Verzögerung in Kauf genommen, sondern es wird vielmehr zur Zeitoptimierung angestrebt, durch eine entsprechende Stromvorgabe maximale Beschleunigungs- bzw. Verzögerungswerte möglichst schnell zu erreichen. Dies trägt zur Verkürzung der mittleren Positionierzeit ebenso bei wie die Verrundung des Beschleunigungsprofils am Ende eines Positioniervorganges, die bei optimiertem Einschwingverhalten der Positioniereinheit ein möglichst genaues Einfahren über die Zielposition gestattet. Mit anderen Worten, das Positionierverfahren beruht auf einer Sollwertkurve, die bis auf die Verrundung zeitoptimal vorgegeben ist und dennoch auch hinsichtlich des Einschwingens auf die Zielposition optimiert ist.A major advantage of the solution according to the invention is in that it succeeds in accelerating the drive the positioning unit in the entire course of the setpoint curve "soft", i.e. H. in other words, without discontinuities to be rounded off. But it won't be a linear increase the acceleration or deceleration accepted, rather, the aim is rather to optimize time by a corresponding current specification maximum acceleration or To achieve deceleration values as quickly as possible. This carries  to shorten the mean positioning time as well as the rounding of the acceleration profile at the end of a positioning process, which with optimized transient response of the Positioning unit as accurate a retraction as possible Target position allowed. In other words, the positioning process is based on a setpoint curve that is rounded off is set in a time-optimized manner and yet also with regard to settling to the target position is optimized.

Wie Weiterbildungen der Erfindung zeigen, nach denen der Positioniervorgang unabhängig von der jeweiligen Positionierdistanz immer in drei Zeitintervalle eingeteilt wird, ist es möglich, alle Positioniervorgänge ohne Fallunterscheidung nach einem einheitlichen Positionierverfahren zu regeln. Es ist unmittelbar einzusehen, daß damit die von der jeweiligen Wegstrecke, d. h., der Positionierdistanz, abhängige Ermittlung eines bestimmten Profils als Sollwertvorgabe entscheidend zu vereinfachen ist. Dies erhöht die Flexibilität des erfindungsgemäßen Verfahrens bei reduziertem Aufwand und trägt zur Verkürzung der Rechenzeit bei, was bei unter Echtzeitbedingungen ablaufenden Vorgängen von ganz entscheidener Bedeutung ist.As further developments of the invention show, after which the positioning process regardless of the respective positioning distance is always divided into three time intervals, it is possible all positioning operations without case distinction after one to regulate uniform positioning procedures. It is immediate to see that this means that the distance d. that is, the positioning distance, dependent determination of a certain one To simplify profiles as a setpoint is. This increases the flexibility of the invention Procedure with reduced effort and helps to shorten the time Computing time at what is happening under real-time conditions Operations is of crucial importance.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin begründet, daß dieses auch in der Lage ist, die in der Ansteuerung für den Antrieb der Positioniereinheit liegenden Reserven, d. h., den Einfluß der Gegen-EMK, voll zu nutzen. Dies bedeutet mit anderen Worten die Loslösung des Sollwertprofils von der bei konventionellen Positionierverfahren aus Vereinfachungsgründen vorgegebenen Punktsymmetrie. Die Loslösung von der Punktsymmetrie resultiert praktisch in einem in bezug auf das Beschleunigungsintervall verkürzten Verzögerungsintervall und nutzt damit eine weitere Einflußgröße, die zur Reduzierung der mittleren Positionierzeit beiträgt.Another significant advantage of the method according to the invention is based on the fact that this is also able to in the control for the drive of the positioning unit Reserves, d. that is, to make full use of the influence of the back EMF. In other words, this means detaching the setpoint profile of that with conventional positioning methods point symmetry given for reasons of simplification. The detachment the point symmetry practically results in an in shortened deceleration interval with respect to the acceleration interval and thus uses a further influencing variable, which is used for Reduction of the average positioning time contributes.

Wie eine weitere Weiterbildung der Erfindung gemäß Patentanspruch 7 zeigt, ist dieses Verfahren unter Verwendung eines handelsüblichen Signalprozessors in der Lage, den Regelungsvorgang unter Echtzeitbedingungen durchzuführen, ohne daß die von der jeweiligen Positionierdistanz abhängigen Verläufe des Sollwertprofils vorher bereits fest, beispielsweise in einem Sollwertspeicher, vorgegeben sind. Daher bedarf es bei einer Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens keiner spezialisierten, bisher auf dem Markt nicht erhältlichen integrierten Schaltkreise. Das Verfahren läßt sich vielmehr allein mit Hilfe konventioneller Bausteine realisieren, wobei ein konventioneller, im Hinblick auf bestimmte Additions- und Multiplikationsvorgänge optimierter Signalprozessor mit seinen Eigenschaften voll genutzt wird. Auch diese Möglichkeit trägt dazu bei, das erfindungsgemäße Verfahren in einer Vielzahl von Anwendungsfällen mit Vorteil einzusetzen, da sich die Anpassung an den jeweiligen Anwendungsfall relativ einfach durchführen läßt. Bei diesen Anpassungen spielt es - vom Prinzip ausgehend - keinen wesentlichen Unterschied, ob der Positioniervorgang längs einer linearen Wegstrecke, also eindimensional, oder mehrdimensional erfolgt. Beim Positionieren in einem zweidimensionalen oder räumlichen Koordinatensystem werden die Verfahrensschritte lediglich für jede vorgegebenen Koordinatenrichtung durchgeführt.How a further development of the invention according to claim 7 shows, this method is using a commercial signal processor capable of the control process  to perform under real time conditions without that of the respective positioning distance-dependent profiles of the setpoint profile previously fixed, for example in a setpoint memory, are specified. Therefore, there is a need for a facility to carry out this procedure no specialized, integrated so far not available on the market Circuits. Rather, the method can be used alone realize conventional building blocks, whereby a conventional, with regard to certain addition and multiplication processes optimized signal processor with its properties is fully used. This possibility also contributes to the The inventive method in a variety of applications use with advantage, since the adaptation to the respective Use case can be carried out relatively easily. At These adjustments - based on the principle - play none significant difference whether the positioning process along a linear path, i.e. one-dimensional or multi-dimensional he follows. When positioning in a two-dimensional or spatial coordinate system are the procedural steps only performed for each given coordinate direction.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei wird aus Gründen der Übersichtlichkeit bevorzugt auf einen Anwendungsfall bei einem Magnetplattenspeicher Bezug genommen, da der Positionierung in diesem Fall im wesentlichen ein eindimensionales Koordinatensystem zugrundeliegt. Es zeigtExemplary embodiments of the invention are described below the drawing explained in more detail. This is done for reasons of clarity preferably for an application in a magnetic disk storage Referenced because of the positioning in in this case essentially a one-dimensional coordinate system underlying. It shows

Fig. 1 schematisch in einem Blockschaltbild eine Steuereinheit für einen Magnetplattenspeicher mit einem Istwertgeber und einem Sollwertgeber, in dem für jeden Positioniervorgang Sollwerte für die Durchführung der Regelung generiert werden, Fig. 1 shows schematically in a block diagram of a control unit for a magnetic disk storage with an actual value and a setpoint generator in which target values are generated for performing the control for each positioning operation,

Fig. 2a bis 2c schematisch in Form von Impulsdiagrammen das Prinzip eines Geschwindigkeitsprofils, eines entsprechenden Stromprofils für den Antrieb der Positioniereinheit sowie ein Profil für die Klemmenspannung an einer Antriebsspule der Positioniereinheit, FIGS. 2a to 2c schematically in the form of timing diagrams, the principle of a velocity profile of a corresponding current profile for the drive of the positioning unit, as well as a profile for the terminal voltage to a drive coil of the positioning unit,

Fig. 3 ein Ersatzschaltbild für den Antrieb der Positioniereinheit, Fig. 3 is an equivalent circuit diagram for the drive of the positioning unit,

Fig. 4a und 4b, 4c und 4d bzw. 4e und 4f jeweils die Gegenüberstellung eines betimmten Beschleunigungsprofils und ein diesem entsprechendes Amplitudenspektrum bei Zugrundelegung einer typischen mechanischen Übertragungsfunktion zur Erläuterung der Anregung mechanischer Schwingungen und von Betriebsgeräuschen, FIGS. 4a and 4b, 4c and 4d and 4e and 4f respectively, the comparison of a dog world acceleration profile and a corresponding this amplitude spectrum at the basis of a typical mechanical transmission function for explaining the excitation of mechanical vibrations and operational noises

Fig. 5 das Ersatzschaltbild für ein FIR-Filter, Fig. 5 shows the equivalent circuit diagram for a FIR filter,

Fig. 6 in Form von Impulsdiagrammen eine Sprungfunktion sowie eine dieser Sprungfunktion entsprechende Filterantwort eines FIR-Filters, Fig. 6 corresponding in form of pulse diagrams a step function and a step function of this filter response of an FIR filter,

Fig. 7 ein Blockschaltbild für einen Sollwertgeber gemäß Fig. 1, Fig. 7 is a block diagram for a target value generator of FIG. 1,

Fig. 8 in Form eines Impulsdiagramms ein Beispiel für ein Strom- bzw. Beschleunigungsprofil, wie es beispielsweise für alle Positioniervorgänge zunächst ermittelt wird, Fig. 8 in the form of a timing diagram of an example of a current or acceleration profile, as for example, initially determined for all positioning,

Fig. 9 eine Ausführungsform für einen Sollwertgeber in fest verdrahteter Schaltungstechnik, Fig. 9 shows an embodiment of a setpoint generator in hard-wired circuitry,

Fig. 10a bis 10c in verschiedenen Impulsdiagrammen jeweils Ausführungsformen für ein Beschleunigungsprofil, ein Geschwindigkeitsprofil bzw. ein Wegprofil, das mit dem Sollwertgeber von Fig. 9 nach Vorgabe eines Beschleunigungsprofils gemäß Fig. 8 abgeleitet wird, FIG. 10a to 10c in different pulse diagrams each embodiments for an acceleration profile, a velocity profile and a path profile, which is derived with the set value transmitter of Fig. 9 after setting an acceleration profile of FIG. 8,

Fig. 11 schematisch in einem Blockschaltbild eine weitere Ausführungsform einer Einrichtung zur Durchführung des Positionierverfahrens unter Verwendung eines Signalprozessors, Fig. 11 shows diagrammatically in a block diagram of another embodiment of a device for implementing the positioning method using a signal processor,

Fig. 12 schematisch in einem Blockschaltbild die unter Steuerung des Signalprozessors ablaufenden Vorgänge zur Umformung des in Fig. 8 dargestellten Beschleunigungs- bzw. Stromprofils in ein Profil gemäß Fig. 10a und Fig. 12 shows diagrammatically in a block diagram of the processes taking place under control of the signal processor processes the adjustment of the in Fig. 8 represented acceleration or current profile in a profile of FIG. 10a and

Fig. 13 ein Ablaufdiagramm für die durch den Signalprozessor ausgeführten Steuer- bzw. Rechenvorgänge. Fig. 13 is a flowchart for the control or computing operations performed by the signal processor.

In Fig. 1 ist zur Erläuterung eines Positionierverfahrens für einen Magnetplattenspeicher in einem Blockschaltbild schematisch eine Gerätesteuerung 1 dargestellt, über die der Magnetplattenspeicher mit seiner Umwelt in Verbindung tritt. So steuert die Gerätesteuerung den Datentransfer vom und zum Magnetplattenspeicher und - was im vorliegenden Fall von wesentlicherem Interesse ist - löst auch Spurwechsel aus, wenn ein Schreib- bzw. Lesevorgang in einer anderen Spur des Magnetplattenspeichers fortgesetzt werden soll. Derartige Gerätesteuerungen sind allgemein bekannt. Es bedarf daher hier keiner näheren Erläuterung, weil diese Gerätesteuerung bei einem vorzunehmenden Spurwechsel lediglich eine Distanzadresse ADR, die eine entsprechende Sprungweite in Form der Zahl der zu überlaufenden Aufzeichnungsspuren und die jeweilige Richtung sowie ein Startsignal START abgibt, das den Beginn der Spurwechseloperation definiert.In FIG. 1, a device control 1 is shown schematically in a block diagram to explain a positioning method for a magnetic disk storage device, via which the magnetic disk storage device connects to its environment. The device controller controls the data transfer from and to the magnetic disk storage and - which is of more important interest in the present case - also triggers a lane change if a writing or reading process is to be continued in another track of the magnetic disk storage. Such device controls are generally known. There is therefore no need for any further explanation here, because when a lane change is to be carried out, this device control merely provides a distance address ADR which outputs a corresponding jump distance in the form of the number of recording tracks to be overrun and the respective direction and a start signal START which defines the start of the lane change operation.

In Fig. 1 ist weiterhin schematisch eine Positioniereinheit 2 für den Magnetplattenspeicher dargestellt, die als Drehpositionierer ausgebildet sein soll. Drehpositionierer für Magnetplattenspeicher sind insbesondere für 5¼″- oder 3½″-Plattenspeicher allgemein gebräuchlich, so daß auch zu dieser Baueinheit keine detaillierte Schilderung erforderlich erscheint. Hier sei deshalb nur darauf verwiesen, daß konventionelle Drehpositionierer ein Schwenkstück aufweisen, das im Plattenspeichergehäuse drehbeweglich gelagert ist. Das Schwenkstück trägt einerseits über eine Mehrzahl von radial abstehenden Tragarmen eine entsprechende Mehrzahl von zueinander exakt ausgerichteten Magnetkopfsystemen, die bei einer Schwenkbewegung des Schwenkstückes über ihnen jeweils zugeordnete Oberflächen der Speicherplatten des Magnetplattenspeichers gemeinsam einschwenken. Angetrieben wird das Schwenkstück durch eine Magnetantriebsspule, der ein entsprechender Spulenstrom über einen gesteuerten Leistungsregler zugeführt wird. Die Magnetantriebsspule ist von einem System von Permanentmagneten umgeben, so daß sie sich in Abhängigkeit von dem Spulenstrom bewegt und damit das Schwenkstück auslenkt. In Fig. 1 ist eine derartige Antriebseinrichtung 201 der Positioniereinheit 2 lediglich schematisch angedeutet.In Fig. 1, a positioning unit 2 for the magnetic disk memory is also shown schematically, which is to be designed as a rotary positioner. Rotary positioners for magnetic disk storage are particularly common for 5¼ ″ or 3½ ″ disk storage, so that no detailed description appears necessary for this unit either. It should therefore only be pointed out here that conventional rotary positioners have a swivel piece which is rotatably mounted in the disk storage housing. On the one hand, the swivel piece carries, via a plurality of radially protruding support arms, a corresponding plurality of magnetic head systems which are precisely aligned with one another and, when the swivel piece swivels, pivot in together over the surfaces of the storage disks of the magnetic disk storage assigned to them. The swivel piece is driven by a magnetic drive coil, to which a corresponding coil current is fed via a controlled power controller. The magnetic drive coil is surrounded by a system of permanent magnets, so that it moves in dependence on the coil current and thus deflects the swivel piece. Such a drive device 201 of the positioning unit 2 is only indicated schematically in FIG. 1.

Üblicherweise ist eine Schreib/Leseelektronik 202, die insbesondere den Magnetkopfsystemen zugeordnete Schreib- bzw. Leseverstärker enthält, unmittelbar auch in der Positioniereinheit 2 angeordnet. Hier ist angenommen, daß diese Schreib/Leseelektronik 202 zusätzlich auch eine Auswerteelektronik zum Aufbereiten, Gleichrichten und selektiven Vergleichen von Servolesesignalen umfaßt. Sie ist damit in der Lage, diese aufbereiteten Lesesignale RS einem Phasenregelkreis 3 zuzuführen, mit dem Konventionell bei Magnetplattenspeichern aus diesen Lesesignalen RS eine davon abhängige interne Taktimpulsfolge CLK abgeleitet wird, die die Zeitbasis für alle geräteinternen Steuerungsabläufe bildet und aus Gründen der Einfachheit beispielsweise auch für die Steuerung der Regelvorgänge beim Positionieren herangezogen wird.Typically, write / read electronics 202 , which in particular contains write or read amplifiers assigned to the magnetic head systems, are also arranged directly in the positioning unit 2 . It is assumed here that this read / write electronics 202 additionally also includes evaluation electronics for processing, rectifying and selectively comparing servo signals. It is thus able to feed these prepared read signals RS to a phase-locked loop 3 , with which, in the case of magnetic disk memories, a dependent internal clock pulse sequence CLK is derived from these read signals RS, which forms the time basis for all internal control processes and, for reasons of simplicity, also for example the control of the control processes when positioning is used.

Daneben soll diese Schreib/Leseelektronik 202 in Form der Auswerteelektronik auch Schalteinrichtungen aufweisen, die aus den gelesenen Servosignalen Positionsfehlersignale PES erzeugen. Diese bilden üblicherweise die Steuersignale für die Spurverfolgung bei Magnetplattenspeichern. Wie schematisch angedeutet, haben die Positionsfehlersignale hier einen sägezahnförmigen Verlauf, deren Nullstellen auftreten, wenn die Positioniereinheit 2 im Verlauf eines Spurwechsels fortlaufend Aufzeichnungsspuren kreuzt.In addition, this read / write electronics 202 in the form of the evaluation electronics should also have switching devices which generate position error signals PES from the read servo signals. These usually form the control signals for tracking in magnetic disk memories. As indicated schematically, the position error signals here have a sawtooth-shaped course, the zeros of which occur when the positioning unit 2 continuously crosses recording tracks in the course of a track change.

All die vorstehend beschriebenen Einheiten werden bei konventionellen Magnetplattenspeichern in den verschiedensten Ausführungsformen eingesetzt und sind daher in der Fachwelt durchwegs allgemein bekannt. Über die vorstehende Einführung hinausgehend bedarf es daher keiner weiteren Detailschilderung, die lediglich die Übersichtlichkeit erschweren könnte. All of the units described above are conventional Magnetic disk storage in a wide variety of embodiments used and are therefore consistently in the professional world well known. Beyond the introduction above Therefore, no further detailed description is required, which is only the clarity could complicate.  

Im folgenden soll aber zunächst der Positioniervorgang bei einem Magnetplattenspeicher im Hinblick auf das zu beschreibende Positionierverfahren grundsätzlich betrachtet werden. Der Magnetplattenspeicher ist ein Speicher mit wahlfreiem Zugriff, d. h., das Positioniersystem muß bei jedem Spurwechsel auf jede beliebige Spur der Magnetspeicherplatten einstellbar sein. Weiterhin soll grundsätzlich jeder Positioniervorgang zeitoptimal ablaufen, da die mittlere Positionierzeit bei Magnetplattenspeichern ein wesentliches Leistungskriterium ist. In der Antriebseinrichtung 201 der Positioniereinheit 2 steht eine vorgegebene Versorgungsspannung Vs zur Verfügung, die optimal genutzt werden soll, um im Prinzip in der Beschleunigungsphase der Magnetantriebsspule der Positioniereinrichtung 2 maximalen Beschleunigungsstrom so lange zuzuführen, bis die vorgegebene Maximalgeschwindigkeit der Positioniereinheit 2 erreicht ist. Diese Geschwindigkeit wird gehalten, bis die Bremsphase einsetzt, in der die Positioniereinheit 2 mit maximalem Bremsstrom abgebremst wird, bis sie möglichst exakt in die Zielspur einläuft. Naturgemäß setzt die Bremsphase bei kurzen Wegstrecken, d. h., kleinen Spurdistanzen, bereits ein, bevor die Maximalgeschwindigkeit erreicht wird.In the following, however, the positioning process in a magnetic disk memory is to be considered in principle with regard to the positioning method to be described. The magnetic disk memory is a memory with random access, ie the positioning system must be adjustable to any track on the magnetic disk each time a track is changed. In addition, every positioning process should always run optimally, since the average positioning time is a key performance criterion for magnetic disk memories. A predetermined supply voltage V s is available in the drive device 201 of the positioning unit 2 and is to be used optimally in order to supply the positioning device 2 with maximum acceleration current in principle in the acceleration phase of the magnetic drive coil until the predetermined maximum speed of the positioning unit 2 is reached. This speed is maintained until the braking phase begins, in which the positioning unit 2 is braked with the maximum braking current, until it enters the target track as precisely as possible. Naturally, the braking phase starts at short distances, ie short track distances, before the maximum speed is reached.

Diese theoretische Betrachtung verdeutlicht, daß für jede Spurdistanz ein spezifisches Geschwindigkeitsprofil vi(t) zugrundegelegt werden kann, um den Positioniervorgang optimal durchzuführen.This theoretical consideration makes it clear that a specific speed profile v i (t) can be used as a basis for each track distance in order to optimally carry out the positioning process.

Ein Geschwindigkeitsprofil vi(t) ist in Fig. 2a dargestellt, Fig. 2b zeigt eine entsprechende Stromkurve i(t), d. h., eine Kurve, die dem zeitlichen Verlauf des der Magnetantriebsspule in der Antriebseinrichtung 201 als Steuergröße zugeführten Stromes entspricht, und Fig. 2c verdeutlicht den entsprechenden Verlauf der Klemmenspannung V(t) an der Antriebseinrichtung 201 der Positioniereinheit 2.A speed profile v i (t) is shown in FIG. 2a, FIG. 2b shows a corresponding current curve i (t), that is to say a curve which corresponds to the time profile of the current supplied to the magnetic drive coil in the drive device 201 as a control variable, and FIG . 2c shows the corresponding curve of the terminal voltage V (t) to the drive means 201 of the positioning unit. 2

In Verbindung mit einem in Fig. 3 dargestellten Ersatzschaltbild für die Antriebseinrichtung 201 sollen zunächst die Einflüsse erläutert werden, die sich aus dem Aufbau der Antriebseinrichtung in der Praxis ergeben. Fig. 3 zeigt eine zwischen der Versorgungsspannung Vs und Masse angeordnete Serienschaltung einer Stromquelle 203 und einer Magnetantriebsspule 204 der Antriebseinrichtung 201. In der Praxis ist die Stromquelle 203 durch einen Leistungsverstärker realisiert, dem eine Steuerspannung zum Einstellen des Spulenstromes i(t) zugeführt wird. Dieser Leistungsverstärker hat einen vorgegebenen Eigenbedarf, der als Spannungsabfall wirksam wird. Außerdem braucht man, um während des Positioniervorganges regeln zu können, eine gewisse Spannungsreserve. Diese beiden Einflußgrößen sind in Fig. 2c als Teilspannung V₁ angegeben. Das Ersatzschaltbild der Magnetantriebsspule 204 verdeutlicht den ohmschen Widerstand 205 und den induktiven Widerstand 206 der Magnetantriebsspule, die durch die Dimensionierung der Spule 204 vorgegeben sind. Schließlich ist in Form einer Spannungsquelle 207 der Einfluß der Gegen-EMK angedeutet, die sich als linear von der Geschwindigkeit und der Motorkonstante K der Magnetantriebsspule 204 abhängiger Spannungsbeitrag aufbaut.In connection with an equivalent circuit diagram for the drive device 201 shown in FIG. 3, the influences which result from the structure of the drive device in practice are to be explained first. FIG. 3 shows a series connection of a current source 203 and a magnetic drive coil 204 of the drive device 201 arranged between the supply voltage V s and ground. In practice, the current source 203 is implemented by a power amplifier, to which a control voltage for setting the coil current i (t) is supplied. This power amplifier has a predetermined own requirement, which is effective as a voltage drop. You also need a certain voltage reserve to be able to regulate during the positioning process. These two influencing variables are indicated in Fig. 2c as partial voltage V₁. The equivalent circuit diagram of the magnetic drive coil 204 illustrates the ohmic resistor 205 and the inductive resistor 206 of the magnetic drive coil, which are predetermined by the dimensioning of the coil 204 . Finally, the influence of the back emf is indicated in the form of a voltage source 207 , which builds up as a voltage contribution that is linearly dependent on the speed and the motor constant K of the magnet drive coil 204 .

Will man trotz zunehmender Geschwindigkeit der Positioniereinheit 2 die Klemmenspannung an der Magnetantriebsspule 204 konstant halten, muß man einen Spulenstrom i(t) vorgeben, wie der in Fig. 2b dargestellt ist. Der Spulenstrom i(t) folgt dabei über der Zeit einem exponentiellen Abfall gemäß der Beziehung (1):If the terminal voltage on the magnetic drive coil 204 is to be kept constant despite the increasing speed of the positioning unit 2 , a coil current i (t) must be specified, as is shown in FIG. 2b. The coil current i (t) follows an exponential drop over time according to the relationship (1):

i(t) = I0exp (-K²t/R), (1)i (t) = I 0 exp (-K²t / R), (1)

dabei ist I0 = (Vs-V1) / Rwhere I 0 = (V s -V 1 ) / R

Dabei bedeutet K die Motorkonstante, R den ohmschen Widerstand der Magnetantriebsspule 204, Vs die Versorgungsspannung und V₁ die Teilspannung, die dem Eigenverbrauch des steuernden Leistungsverstärkers 203 und der Regelreserve entspricht.K means the motor constant, R the ohmic resistance of the magnetic drive coil 204 , V s the supply voltage and V₁ the partial voltage, which corresponds to the self-consumption of the controlling power amplifier 203 and the control reserve.

Bei dem hier beschriebenen Positionierverfahren wird dieser Einfluß der Gegen-EMK nutzbringend verwendet. Die Gegen-EMK wirkt beim Beschleunigen bremsend, kann dann aber in der Bremsphase unterstützend eingesetzt werden. Dies allerdings hat zur Folge, daß die Sollwertkurve für den Spulenstrom i(t) unsymmetrisch wird, d. h., daß die Bremsphase kürzer wird als die Beschleunigungsphase.In the positioning process described here, this is Influence of back EMF is used to advantage. The back emf acts as a brake when accelerating, but can then in the braking phase  can be used as a support. However, this has to Consequence that the setpoint curve for the coil current i (t) is asymmetrical will, d. that is, the braking phase becomes shorter than the acceleration phase.

Die Fig. 2a bis 2c verdeutlichen auch als ein Beispiel, daß man zur Steuerung des Positioniervorganges für jede mögliche Spurdistanz ein bestimmtes Profil vorgeben muß, um den Positioniervorgang zeitoptimal auszuführen. Bei einer Mehrzahl von konventionellen Magnetplattenspeichern wird dafür ein trapezförmiges Geschwindigkeitsprofil vi(t) herangezogen. Wenn man aber beispielsweise bei 5¼″-Magnetplattenspeichern heute mittlere Positionierzeiten von weniger als 15 ms anstrebt, so bedeutet das Geschwindigkeiten, die wegen der weiteren Randbedingung, daß möglichst genau auf die Zielspur einzufahren ist, nur mit erheblichem Aufwand steuerungstechnisch zu beherrschen sind. Im vorliegenden Fall wird daher für die Steuerung des Positioniervorganges ein Wegprofil xn(t) in Verbindung mit einer Stromvorgabe in(t) benutzt, wobei letztere die Beschleunigung der Positioniereinheit 2 in der Anfangsphase bzw. deren Verzögerung in der Endphase eines Positioniervorganges bestimmt. FIGS. 2a to 2c also illustrate as an example that to control the positioning process, a specific profile must be specified for each possible track distance in order to carry out the positioning process in an optimally time-efficient manner. In the case of a plurality of conventional magnetic disk memories, a trapezoidal speed profile v i (t) is used for this. But if, for example, with 5¼ ″ magnetic disk storage media today the aim is to achieve average positioning times of less than 15 ms, then this means that the control technology can only be mastered with considerable effort due to the additional constraint that the target track must be approached as precisely as possible. In the present case, therefore, a path profile x n (t) is used for controlling the positioning process in connection with a current specification in (t), the latter determining the acceleration of the positioning unit 2 in the initial phase or its deceleration in the final phase of a positioning process.

Bisher wurde ein weiteres wesentliches Problem nicht detailliert betrachtet, nämlich das Problem der Anregung mechanischer Schwingungen, die sich aus dem oszillierenden Verhalten der Positioniereinheit 2 ergeben. Theoretisch ist erwünscht, an die Antriebseinrichtung 201 der Positioniereinheit 2 möglichst schnell maximalen Strom anzulegen, um bei hohen Beschleunigungen den Positioniervorgang zeitoptimal ablaufen zu lassen. Dies wäre mit einem Stromprofil i(t) bzw. einem entsprechenden Beschleunigungsprofil a(t) mit stufenförmigem Verlauf, wie beispielhaft in Fig. 4a dargestellt, möglich. Bei einer typischen mechanischen Übertragungsfunktion nach dem hier betrachteten Positioniermodell verursacht eine derartige Stromkurve mechanische Schwingungen, deren Amplitudenspektrum, d. h., die Schwingungsamplituden A über der Frequenz f aufgetragen, qualitativ das in Fig. 4b dargestellte Bild ergibt. Das Amplitudenspektrum fällt von einem bei tiefen Frequenzen auftretenden Maximalwert exponentiell ab, hat aber dennoch selbst im Bereich von 10 kHz noch relativ hohe Maximalwerte.So far, another essential problem has not been considered in detail, namely the problem of the excitation of mechanical vibrations that result from the oscillating behavior of the positioning unit 2 . Theoretically, it is desirable to apply maximum current to the drive device 201 of the positioning unit 2 as quickly as possible, in order to allow the positioning process to be carried out in a time-optimized manner at high accelerations. This would be possible with a current profile i (t) or a corresponding acceleration profile a (t) with a step-like course, as shown by way of example in FIG. 4a. In a typical mechanical transfer function according to the positioning model considered here, such a current curve causes mechanical vibrations, the amplitude spectrum of which, ie the vibration amplitudes A plotted against the frequency f, qualitatively produces the image shown in FIG. 4b. The amplitude spectrum drops exponentially from a maximum value occurring at low frequencies, but still has relatively high maximum values even in the range of 10 kHz.

In Fig. 4c ist schematisch eine Stromkurve i(t) bzw. die entsprechende Beschleunigungskurve a(t) dargestellt, die einen stückweise zusammengesetzten linearen Verlauf hat. Das zugehörige, in Fig. 4d dargestellte Amplitudenspektrum A bei der gleichen Übertragungsfunktion zeigt im Vergleich zur Darstellung von Fig. 4b einen wesentlich günstigeren Verlauf, jedoch immerhin auch bei Frequenzen oberhalb von 5 kHz noch nennenswerte Amplitudenwerte. FIG. 4c schematically shows a current curve i (t) or the corresponding acceleration curve a (t), which has a linear course that is pieced together. The associated amplitude spectrum A shown in FIG. 4d with the same transfer function shows a significantly more favorable curve in comparison to the illustration in FIG. 4b, but at least also significant amplitude values at frequencies above 5 kHz.

In Fig. 4e ist nun eine Strom- und Beschleunigungskurve i(t) bzw. a(t) dargestellt, deren Flanken relativ steil ansteigen bzw. abfallen, die aber in den Übergangsbereichen beispielsweise nach einer Kosinus-Funktion gerundet ist. Das zugehörige, in Fig. 4f dargestellte Amplitudenspektrum A zeigt im Vergleich aller Fig. 4b, 4d und 4f die besten Werte. Damit ist überzeugend dargelegt, daß es ganz wesentlich darauf ankommt, die Stromkurve i(t) so auszugestalten, daß alle Übergänge möglichst weich verlaufen, um die Anregung mechanischer Schwingungen, damit Störungen im Positioniervorgang, wie lange Einschwingzeiten und hohe Betriebsgeräusche, zu vermeiden. Anders ausgedrückt, wenn nur zeitliche Änderungen des Stromes bzw. der Beschleunigung die Mechanik zu Schwingungen anregen und es dann gelingt, den Spulenstrom i(t) möglichst oberwellenarm vorzugeben, lassen sich höhere Resonanzen im Amplitudenspektrum vermeiden.In Fig. 4e a current and acceleration curve i (t) and a (t) is now shown, the flanks of rise or fall relatively steeply, but which is rounded in the transition areas, for example, according to a cosine function. The associated amplitude spectrum A shown in FIG. 4f shows the best values in a comparison of all FIGS. 4b, 4d and 4f. This shows convincingly that it is very important to design the current curve i (t) in such a way that all transitions run as smoothly as possible in order to avoid the excitation of mechanical vibrations and thus malfunctions in the positioning process, such as long settling times and high operating noises. In other words, if only changes in the current or acceleration over time excite the mechanics to vibrate and then it is possible to specify the coil current i (t) with as few harmonics as possible, higher resonances in the amplitude spectrum can be avoided.

Für diesen Fall gilt angenähert die in Beziehung (2) mathematisch ausgedrückte Übertragungsfunktion für das angenommene Positionierermodell:In this case, approximately the relationship (2) applies mathematically expressed transfer function for the assumed positioner model:

F(s) = x(s) / i(s) = K (Rs2+βs+d)-1 (2)F (s) = x (s) / i (s) = K (Rs 2 + βs + d) -1 (2)

Dabei ist x die auf den Servokopf bezogene Auslenkung, R das Trägheitsmoment der Positioniereinheit 2, β die geschwindigkeitsproportionale Reibung und d eine Rückstellkraft der Positioniereinheit, die beispielsweise auf die flexiblen Leitungszuführungen zurückzuführen ist. Nun kann man annehmen, daß Positionierzeiten in einem Bereich von 1 ms bis maximal 50 ms auftreten. Im Frequenzbereich ausgedrückt, bedeutet dies Grundfrequenzen von 200 Hz bis etwa 1 kHz im Anregungsspektrum. Für diese Frequenzen läßt sich die Beziehung (2) näherungsweise durch eine Beziehung (2a) ausdrücken:Here x is the deflection related to the servo head, R is the moment of inertia of the positioning unit 2 , β is the friction proportional to the speed and d is a restoring force of the positioning unit, which can be attributed, for example, to the flexible cable feeds. Now one can assume that positioning times in a range from 1 ms to a maximum of 50 ms occur. Expressed in the frequency domain, this means fundamental frequencies from 200 Hz to about 1 kHz in the excitation spectrum. For these frequencies, the relationship (2) can be approximately expressed by a relationship (2a):

F(s) = K / Rs² (2a)F (s) = K / Rs² (2a)

Diese Näherungsbeziehung entspricht der Tatsache, daß die Auslenkung der Positioniereinheit 2 proportional zur zweifachen Integration des Stromes in der Magnetantriebsspule 204 ist, solange die Spule nicht übersättigt ist.This approximate relationship corresponds to the fact that the displacement of the positioning unit 2 is proportional to the double integration of the current in the magnetic drive coil 204 , as long as the coil is not oversaturated.

Nun muß man sich verdeutlichen, daß eine derartige, von linearen Teilstücken abweichende Stromkurve i(t) während des Positioniervorganges zur Verfügung gestellt werden muß. Dies ist eine Aufgabe, die analyltisch unter Echtzeitbedingungen bei einem derart komplexen Profil kaum durchführbar ist. Wie oben ausgeführt, kann man aber auf die Verrundung der Stromkurve i(t) nicht verzichten. Nun bietet die Analogtechnik im allgemeinen an, eine Impulsfolge durch Impulsformung, d. h. Filtern, zu verrunden. Wenn dies auch hier möglich wäre, könnte man eine ungerundete Impulsfolge als "hartes" Stromprofil i(t) vorgeben und durch Filtern verrunden. Es mögen die obengenannten Voraussetzungen gelten, daß sich nämlich der Weg x als zweifaches Integral der Beschleunigung a darstellen läßt und daß die Beschleunigung a direkt proportional dem Spulenstrom i ist, d. h., daß lineares, sättigungsfreies Verhalten vorliegt. Weiterhin wird angenommen, daß eine der Antriebseinrichtung 201 der Positioniereinheit 2 zugeführte analoge Steuergröße is(t) der Stromkurve i(t) linear proportional ist. Unter diesen Voraussetzungen wäre es gleichgültig, ob dieser Steuergröße ein bereits gerundetes Stromprofil mit dem dazu passenden Weg x zugrundeliegt oder ob man zunächst ein hartes Stromprofil i(t), wie beispielsweise in Fig. 2b angegeben, mit dem dazugehörigen Weg vorgibt und dann beide in elektrischen Signalen ausgedrückte Funktionen durch gleiche Filter schickt und so verrundet.Now it must be made clear that such a current curve i (t), which differs from linear sections, must be made available during the positioning process. This is a task that is hardly feasible under real-time conditions with such a complex profile. As stated above, the current curve i (t) cannot be rounded. Now analog technology generally offers to round a pulse train by pulse shaping, ie filtering. If this were also possible here, an unrounded pulse sequence could be specified as a "hard" current profile i (t) and rounded off by filtering. The above-mentioned requirements may apply that the path x can be represented as a double integral of the acceleration a and that the acceleration a is directly proportional to the coil current i, ie that there is linear, saturation-free behavior. Furthermore, it is assumed that an analog control variable i s (t) fed to the drive device 201 of the positioning unit 2 is linearly proportional to the current curve i (t). Under these conditions, it would be irrelevant whether this control variable is based on an already rounded current profile with the corresponding path x or whether one first specifies a hard current profile i (t), as indicated for example in FIG. 2b, with the associated path and then both in sends functions expressed in electrical signals through the same filters, thus rounding them off.

Dem steht aber entgegen, daß für eine exakte Positionierung definierte Anfangs- bzw. Endbedingungen gelten, nämlich zu Beginn bzw. am Ende jedes Positioniervorganges von der Positioniereinheit 2 exakt festgelegte Positionen eingenommen werden und dort gleichzeitig jeweils mindestens die ersten und zweiten Ableitungen des Weges nach der Zeit null sein müssen. Denkt man sich die in Betracht gezogene Filterung durch einen Tiefpaß realisiert, so ist sofort einzusehen, daß damit auf jeden Fall die Endbedingung nicht eingehalten werden kann, da nach der Übertragungsfunktion eines solchen Filters ein exponentielles Einlaufen in die Endlage systematisch vorgegeben ist. Dies bedeutet - theoretisch betrachtet -, die Endposition würde exakt erst nach unendlich langer Zeit eingenommen. Übliche analoge Filter bilden daher keine akzeptable Lösung für dieses Problem.This is opposed to the fact that defined starting or end conditions apply to exact positioning, namely that exactly defined positions are taken by the positioning unit 2 at the beginning or at the end of each positioning process and at the same time there at least the first and second derivatives of the path according to the position Time must be zero. If you think of the filtering under consideration as being implemented by means of a low-pass filter, it can immediately be seen that the end condition cannot be met in any case, since an exponential entry into the end position is systematically predetermined according to the transfer function of such a filter. In theory, this means that the end position would only be taken exactly after an infinitely long time. Common analog filters are therefore not an acceptable solution to this problem.

Aus der digitalen Filtertechnik sind allerdings Finite-Impulse- Response-Filter bekannt, die man üblicherweise abgekürzt als FIR-Filter bezeichnet. Eine schaltungstechnische Ausgestaltung eines solchen Filters ist. z. B. in IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol. 23, No. 2, April 1988, Seiten 536 bis 542, beschrieben und im einzelnen diskutiert. Die Kenntnis dieses Filtertyps kann deshalb hier vorausgesetzt werden. In Fig. 5 ist daher nur des besseren Verständnisses wegen ein Ersatzschaltbild für ein derartiges FIR-Filter schematisch dargestellt. Da bei digitalen Filtern die Regeln der z-Transformation anzuwenden sind, bedeutet jeder Block z-1 in diesem Ersatzschaltbild die Verschiebung des Eingangssignals SI um eine Abtastperiode Δt. Mit c0 bis cn sind die Filterkoeffizienten bezeichnet, so daß gemäß Beziehung (3)However, finite impulse response filters are known from digital filter technology, which are commonly referred to as FIR filters. A circuit design of such a filter is. e.g. B. in IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol. 23, No. 2, April 1988, pages 536 to 542, and discussed in detail. Knowledge of this type of filter can therefore be assumed here. Therefore, in FIG. 5 only better understanding is depicted schematically filter FIR because an equivalent circuit diagram for such. Since the rules of the z-transformation are to be applied to digital filters, each block z -1 in this equivalent circuit diagram means the shift of the input signal SI by one sampling period Δt. The filter coefficients are denoted by c 0 to c n , so that according to relationship (3)

F(z-1) = c0+c1z-1+c2z-2+. . .+cnz-n (3)F (z -1 ) = c 0 + c 1 z -1 + c 2 z -2 +. . . + c n z -n (3)

die Übertragungsfunktion F(z-1) des FIR-Filters für ein Filter n-ter Ordnung angegeben werden kann. the transfer function F (z -1 ) of the FIR filter can be specified for an n-order filter.

Fig. 6 verdeutlicht schematisch diese Filterfunktion für ein FIR-Filter 5. Ordnung. Mit unterbrochenen Linien ist als Eingangssignal SI ein Rechteckimpuls dargestellt. Die Filterantwort, d. h., das Ausgangssignal SO des FIR-Filters ist der treppenförmige Signalverlauf, der nach einer der Ordnung n des Filters entsprechenden Anzahl n von Abtastperioden Δt exakt mit dem Endwert des Eingangssingals SI übereinstimmt. Fig. 6 schematically illustrates this filter function for an FIR filter 5th order. A broken line pulse is shown with broken lines as the input signal SI. The filter response, that is to say the output signal SO of the FIR filter, is the step-shaped signal curve which, after a number n of sampling periods corresponding to the order n of the filter, corresponds exactly to the end value of the input signal SI.

Damit ist die hier entscheidende Eigenschaft des FIR-Filters illustriert, nach der das FIR-Filter nach endlicher, vorgegebener Zeit exakt auf das Eingangssignal "eingeschwungen" ist. Weiterhin ist unmittelbar einzusehen, daß man es durch eine entsprechende Wahl der Filterkoeffizienten c0 bis cn in der Hand hat, die Filterantwort, d. h., das Ausgangssignal SO, in jeder gewünschten Weise im Verlauf zwischen dem Anfangs- und dem Endwert zu verrunden. Unter Verwendung eines FIR-Filters ist es daher möglich, das Stromprofil "hart" vorzugeben und dennoch zu einer "weichen" Sollwertvorgabe mit einstellbarem Rundungsverlauf unter Einhaltung der geschilderten Randbedingungen zu gelangen.This illustrates the decisive property of the FIR filter, according to which the FIR filter has "settled" precisely on the input signal after a finite, predetermined time. Furthermore, it can be seen immediately that, by selecting the filter coefficients c 0 to c n accordingly, it is possible to round the filter response, ie the output signal SO, in any desired manner between the start and the end value. Using an FIR filter, it is therefore possible to specify the current profile "hard" and still achieve a "soft" setpoint specification with an adjustable rounding curve while observing the boundary conditions described.

Damit sind die Grundlagen für das hier vorliegende Positionierverfahren erläutert. Nunmehr kann, zurückkehrend zur Darstellung von Fig. 1, die Realisierung der vorstehend geschilderten Prinzipien erläutert werden. Das Blockschaltbild zeigt einen Istwertgeber 4, dem das sägezahnförmige Positionsfehlersignal PES zugeführt ist. Dieses Signal weist eine Periode auf, die identisch mit der Spurrasterung ist und besitzt einen Hub, der die zur Verfügung stehende Versorgungsspannung bereits für einen einzigen Spurabstand voll ausschöpft. Diesem Istwertgeber 4 wird von der Gerätesteuerung 1 die Distanzadresse ADR zugeführt, die die Sprungweite für den bevorstehenden Spurwechsel definiert. Ausgelöst durch das ebenfalls von der Gerätesteuerung 1 zugeführte Startsignal START wertet der Istwertgeber 4 das zugeführte Positionsfehlersignal PES in der Weise aus, daß er bei jeder festgestellten Spurkreuzung die Distanzadresse ADR um den Wert "1" verringert. Der jeweils verbleibende aktuelle Rest wird als Wegistwert xa für die noch zurückzulegende Auslenkung der Positioniereinheit 2 ausgegeben.This explains the basics for the positioning procedure here. Now, returning to the illustration of FIG. 1, the implementation of the principles described above can be explained. The block diagram shows an actual value transmitter 4 to which the sawtooth-shaped position error signal PES is fed. This signal has a period that is identical to the track grid and has a stroke that fully utilizes the available supply voltage for a single track distance. The device address 1 supplies this actual value transmitter 4 with the distance address ADR, which defines the jump distance for the upcoming lane change. Triggered by the start signal START, which is also supplied by the device controller 1 , the actual value transmitter 4 evaluates the supplied position error signal PES in such a way that it reduces the distance address ADR by the value "1" for each detected track crossing. The respectively remaining current remainder is output as the actual path value x a for the displacement of the positioning unit 2 which is still to be covered.

Eine mögliche Realisierung für diesen Istwertgeber 4 ist in Fig. 7 dargestellt. Danach weist er einen als Rückwärtszähler ausgebildeten, ladbaren Zähler 41 auf, an dessen Dateneingängen DI die Distanzadresse ADR anliegt und mit Auftreten des Startsignals START geladen wird. Für die Bewertung des Positionsfehlersignals PES ist ein Nulldurchgangsdetektor 42 vorgesehen. Dieser leitet aus dem Positionsfehlersignal eine Rechteckimpulsfolge ab, die als Taktsignal dem Zähler 41 zugeführt wird. Nach jeder Vorderflanke dieses Taktsignals gibt damit der Zähler 41 über Datenausgänge DO eine um "1" erniedrigte Distanzadresse ab. Diese wird einem Addierer 43 zugeführt, an dessen zweiten Eingängen das über einen Analog-Digital-Wandler 44 in einen Binärwert umgesetzte Positionsfehlersignal PES ansteht. Der von dem Addierer 43 ausgegebene Wegistwert xa setzt sich daher aus der noch zurückzulegenden Wegstrecke, ausgedrückt in der Anzahl der noch zu überkreuzenden Spuren, sowie einem Feinabgleichswert zusammen, der der momentanen Ablage von der Spurmitte der zuletzt gekreuzten Spur entspricht. Hiermit ist bereits angedeutet, daß bei dem hier vorliegenden Positionierverfahren, im Gegensatz zu vielen konventionellen Ausführungen bei Magnetplattenspeichern, nicht zwischen Regelungen für eine Spurverfolgung und der Regelung für einen Spurwechsel umgeschaltet wird.A possible implementation for this actual value transmitter 4 is shown in FIG. 7. It then has a loadable counter 41 designed as a down counter, at whose data inputs DI the distance address ADR is present and is loaded when the start signal START occurs. A zero crossing detector 42 is provided for evaluating the position error signal PES. This derives a rectangular pulse sequence from the position error signal, which is supplied to the counter 41 as a clock signal. After each leading edge of this clock signal, the counter 41 thus outputs a distance address reduced by "1" via data outputs DO. This is fed to an adder 43 , at whose second inputs the position error signal PES, which is converted into a binary value via an analog-digital converter 44, is present. The actual path value x a output by the adder 43 is therefore composed of the distance still to be covered, expressed in the number of tracks still to be crossed, and a fine adjustment value which corresponds to the current offset from the center of the track of the last crossed track. This already indicates that, in contrast to many conventional designs in the case of magnetic disk memories, the positioning method here does not switch between control systems for tracking and control systems for changing lanes.

In Fig. 1 ist außerdem ein Sollwertgeber 5 schematisch angedeutet, der Nominalwerte xn und in für die noch zurückzulegende Wegstrecke bzw. für den vorgegebenen Spulenstrom erzeugt. Dieser Sollwertgeber 5 ist - als eine mögliche Ausführungsform - in fest verdrahteter Schaltkreistechnik aufgebaut und weist einen Funktionsgenerator 51 auf, der in Abhängigkeit von dem Wert der ihm zugeführten Distanzadresse ADR nach Zuführen des Startsignals START fortlaufend die dem jeweiligen Positioniervorgang entsprechend ausgebildete, ungerundete Stromvorgabekurve i(t) generiert. Diese ungerundete Stromvorgabekurve wird in Form von Binärwerten einem FIR-Filter 52 zugeführt. Dieses Filter soll von ausreichend hoher Ordnung, beispielsweise 20. Ordnung, sein, um eine in der gewünschten Weise, vorzugsweise kosinusförmig gerundete Filterantwort zu erzeugen, die als nominale Stromvorgabe in in Binärform ausgegeben wird.In Fig. 1, a setpoint generator 5 is also indicated schematically, which generates nominal values x n and i n for the distance still to be covered or for the predetermined coil current. This setpoint generator 5 is - as a possible embodiment - constructed in hard-wired circuit technology and has a function generator 51 which, depending on the value of the distance address ADR supplied to it after the start signal START has been supplied, continuously generates the non-rounded current specification curve i (corresponding to the respective positioning process) t) generated. This unrounded current specification curve is fed to a FIR filter 52 in the form of binary values. This filter should be of a sufficiently high order, for example 20th order, in order to generate a filter response which is rounded in the desired manner, preferably cosine, and which is output in binary form as a nominal current specification i n .

Unter den vorstehend geschilderten Voraussetzungen entspricht die nominale Stromvorgabe in linear einer nominalen Beschleunigung, d. h., der zweiten Ableitung des verbleibenden nominalen Weges xn nach der Zeit. Daher wird die nominale Stromvorgabe in einer Integrationsstufe 53 zugeführt, die das zweifache Integral des Stromwertes bildet und als die nominale Wegvorgabe xn ausgibt. Gesteuert werden die Vorgänge im Sollwertgeber 5 durch eine z. B. vom Phasenregelkreis 3 erzeugte interne Taktimpulsfolge CLK.Under the conditions described above, the nominal current specification i n linearly corresponds to a nominal acceleration, ie, the second derivative of the remaining nominal path x n over time. Therefore, the nominal current specification i n is fed to an integration stage 53 , which forms the double integral of the current value and outputs it as the nominal displacement specification x n . The processes in the setpoint generator 5 are controlled by a z. B. generated by the phase locked loop 3 internal clock pulse sequence CLK.

Die Berechnungsbasis, die dem Funktionsgenerator 51 zugrundeliegt, wird im folgenden anhand von Fig. 8 erläutert. Diese Basis soll, um den Schaltungsaufwand zu minimieren und die Stromvorgabe in Echtzeit während der Spurwechsel durchführen zu können, möglichst einfach und für die volle Variationsbreite aller möglichen Spurwechsel über kurze und lange Distanzen gültig sein. Das in Fig. 7 dargestellte Schema für eine ungerundete, "harte" Stromvorgabekurve i(t) gilt für alle Spurwechsel über längere Distanzen mit Geschwindigkeitsbegrenzung der Positioniereinheit 2. Diese Stromvorgabekurve berücksichtigt den beschriebenen Einfluß der Gegen-EMK. Zur Vereinfachung der Berechnung sind jedoch die exponentiell abfallenden Äste der Stromkurve i(t), wie n Fig. 2b deutlich gezeigt, linearisiert, so daß sich die harte Stromvorgabekurve aus geraden Teilstücken zusammensetzt.The calculation basis on which the function generator 51 is based is explained below with reference to FIG. 8. In order to minimize the circuitry and to be able to carry out the current specification in real time during the lane change, this basis should be as simple as possible and should be valid for the full range of all possible lane changes over short and long distances. The scheme shown in FIG. 7 for an unrounded, "hard" current specification curve i (t) applies to all lane changes over longer distances with speed limitation of the positioning unit 2 . This current specification curve takes into account the described influence of the back emf. To simplify the calculation, however, the exponentially falling branches of the current curve i (t), as clearly shown in FIG. 2b, are linearized, so that the hard current specification curve is composed of straight sections.

Wie Fig. 8 zeigt, werden drei Zeitintervalle δt1 bis δt3 unterschieden. Um die linear zusammengesetzte Stromvorgabekurve i(t) eindeutig zu definieren, bedarf es lediglich einer Festlegung der Eckwerte für den Strom jeweils zu Beginn und am Ende dieser Zeitintervalle δt1 bis δt3. Dabei ist i₀ der Momentanwert für den Strom zum Startzeitpunkt t0. die Beschleunigungsphase endet zum Zeitpunkt t1 mit einem Stromwert i₁, der auf den Wert Null springt. Zum Zeitpunkt t2 setzt die Bremsphase mit einem Stromwert -i₂ ein, und zum Zeitpunkt t3 ist die Bremsphase mit einem Stromwert -i₃ abgeschlossen, der wiederum auf Null springt. Die linearen Teilstücke der Stromvorgabekurve i(t) während der Zeitintervalle δt1 bzw. δt3 sind durch den der Gegen-EMK angenäherten Stromabfall di/dt als Steigungen m₁ bzw. m₃ beschrieben.As shown in FIG. 8, three time intervals δt1 to δt3 are distinguished. In order to clearly define the linearly specified current specification curve i (t), it is only necessary to define the basic values for the current at the beginning and at the end of these time intervals δt1 to δt3. Here i₀ is the instantaneous value for the current at the start time t0. the acceleration phase ends at time t1 with a current value i 1 that jumps to zero. At time t2, the braking phase begins with a current value -i₂, and at time t3 the braking phase is completed with a current value -i₃, which in turn jumps to zero. The linear sections of the current specification curve i (t) during the time intervals δt1 and δt3 are described by the current drop di / dt approximating the back emf as slopes m₁ and m₃.

Die Parameter i₀, i₃, m₁ und m₃ sind jeweils unabhängig von der jeweiligen Spurdistanz, d. h., sie sind Gerätekonstanten. Damit ist verdeutlicht, daß sich die einzelnen Positioniervorgänge lediglich durch die Länge der Zeitintervalle δt1 bis δt3 unterscheiden.The parameters i₀, i₃, m₁ and m₃ are each independent of the respective track distance, d. that is, they are device constants. In order to It is clear that the individual positioning processes differ only by the length of the time intervals δt1 to δt3.

Ein Sonderfall dieser in Fig. 8 dargestellten harten Stromvorgabekurve i(t) gilt für Spurwechsel über kurze Spurdistanzen bis hin zu einem Einzelspurwechsel. In diesen Fällen erreicht die Positioniereinheit 2 ihre vorbestimmte Grenzgeschwindigkeit nicht, d. h., dafür gilt, daß - prinzipiell betrachtet - das Zeitintervall δt2=0 ist.A special case of this hard current specification curve i (t) shown in FIG. 8 applies to lane changes over short lane distances up to a single lane change. In these cases, the positioning unit 2 does not reach its predetermined limit speed, that is to say that the principle is that the time interval δt2 = 0.

Unter diesen Voraussetzungen lassen sich alle variablen Parameter für alle Spurdistanzen vorausberechnen, d. h., in einer geeigneten Weise vorgeben. In Fig. 9 ist eine in fest verdrahteter Schaltung ausgeführte Ausführungsform für den Funktionsgenerator 51 als Blockschaltbild dargestellt, der diese Berechnungsbasis zugrundelegt. In einem programmierbaren Festwertspeicher 510 sind für alle Spurdistanzen die variablen Parameter, zweckmäßigerweise aber auch die Konstanten niedergelegt und durch die Distanzadressen ADR selektierbar. Zum Startzeitpunkt für einen Positioniervorgang wird, ausgelöst durch das Startsignal START, der Stromanfangswert i₀ in einen ersten Zähler 511 geladen. Dieser Zähler ist als Rückwärtszähler ausgebildet, der durch die interne Taktimpulsfolge CLK gesteuert wird. Im Takt dieses Steuersignals erniedrigt sich sein Zählerstand, der fortlaufend an einen Multiplexer 512 ausgelesen wird. Dieser Multiplexer schaltet, eingestellt durch das Startsignal START, diesen veränderlichen Stromwert während des Zeitintervalls t1 an den Ausgang des Funktionsgenerators 51 und damit an das daran angeschlossene FIR-Filter 52 durch. Dieses gibt den daraus abgeleiteten gerundeten nominalen Stromsteuerspannungswert in über ein Verzögerungsglied 54 aus, dessen Funktion noch erläutert wird.Under these conditions, all variable parameters for all track distances can be calculated in advance, ie specified in a suitable manner. In FIG. 9, an embodiment for the function generator 51 , embodied in a hard-wired circuit, is shown as a block diagram on which this calculation basis is based. The variable parameters, but expediently also the constants, are stored in a programmable read-only memory 510 for all track distances and can be selected by the distance addresses ADR. At the start time for a positioning process, triggered by the start signal START, the current start value i₀ is loaded into a first counter 511 . This counter is designed as a down counter, which is controlled by the internal clock pulse sequence CLK. Its counter reading decreases in time with this control signal and is continuously read out to a multiplexer 512 . This multiplexer, set by the start signal START, switches this variable current value during the time interval t1 to the output of the function generator 51 and thus to the FIR filter 52 connected to it. This outputs the rounded nominal current control voltage value i n derived therefrom via a delay element 54 , the function of which will be explained below.

Außerdem ist ein erster Digitalkomparator 513 vorgesehen, dessen ersten Eingängen aus dem programmierbaren Festwertspeicher 510 der Stromwert i₁ zugeführt wird und dessen zweite Eingänge ebenfalls mit den Ausgängen des ersten Zählers 511 verbunden sind. Dieser Komparator vergleicht damit fortlaufend den Zählerstand des ersten Zählers 511 mit dem Endwert des Stromes am Ende des ersten Zeitintervalls δt1 der ungerundeten Stromvorgabekurve i(t). Damit stellt der erste Komparator bei Identität der ihm zugeführten Signale den Ablauf des ersten Zeitintervalls δt1 fest. Zu diesem Zeitpunkt wird der Multiplexer 512 durch das Ausgangssignal dieses ersten Komparators 513 umgeschaltet und gleichzeitig ein zweiter Zähler 514 mit einem Wert geladen, der der Länge des zweiten Zeitintervalls δt2 entspricht. Nach dem oben geschilderten Schaltungsprinzip sind die Ausgänge dieses zweiten Zählers 514 mit Eingängen eines zweiten Digitalkomparators 515 verbunden. Diesem Digitalkomparator wird außerdem, vorzugsweise aus dem programmierbaren Festwertspeicher 510, ein Wert "0" zugeführt, so daß er feststellt, wann das zweite Zeitintervall δt2 abgelaufen ist.In addition, a first digital comparator 513 is provided, the first inputs of the programmable read-only memory 510 of the current value i 1 is supplied and the second inputs are also connected to the outputs of the first counter 511 . This comparator continuously compares the counter reading of the first counter 511 with the final value of the current at the end of the first time interval δt1 of the unrounded current specification curve i (t). The first comparator thus determines the expiry of the first time interval δt1 when the signals supplied to it are identical. At this time, the multiplexer 512 is switched by the output signal of this first comparator 513 and at the same time a second counter 514 is loaded with a value that corresponds to the length of the second time interval δt2. According to the circuit principle described above, the outputs of this second counter 514 are connected to inputs of a second digital comparator 515 . This digital comparator is also supplied with a value "0", preferably from the programmable read-only memory 510 , so that it determines when the second time interval δt2 has expired.

Mit Ablauf des zweiten Zeitintervalls δt2 gibt der zweite Komparator 515 ein Ausgangssignal ab, das den Multiplexer 512 umschaltet und gleichzeitig das Laden eines dritten Zählers 516 mit dem Bremsstromwert -i₂ zum Beginn des dritten Zeitintervalls δt3 steuert. Wiederum wird in derselben Weise im Ablauf des dritten Zeitintervalls δt3 der kontinuierlich durch die interne Taktimpulsfolge CLK erniedrigte Zählerstand dieses dritten Zählers 516 dem Multiplexer 512 und gleichzeitig Eingängen eines dritten Komparators 517 zugeführt. Diesem Komparator wird außerdem aus dem Festwertspeicher 510 der Endwert -i₃ für den Bremsstrom angeboten. Mit dem Ende des dritten Zeitintervalls δt3 stellt dieser Komparator 517 Identität der Eingangssignale fest und gibt ein entsprechendes Ausgangssignal ab. Dieses Steuersignal STOP zeigt das Ende der ungerundeten Stromvorgabe für den Positioniervorgang an und wird der in Fig. 1 dargestellten Gerätesteuerung 1 und dem Integrator 53 zugeführt.At the end of the second time interval δt2, the second comparator 515 outputs an output signal which switches the multiplexer 512 and at the same time controls the loading of a third counter 516 with the braking current value -i₂ at the beginning of the third time interval δt3. Again, in the same way in the course of the third time interval δt3, the counter status of this third counter 516, which is continuously reduced by the internal clock pulse sequence CLK, is fed to the multiplexer 512 and, at the same time, inputs of a third comparator 517 . This comparator is also offered from the read-only memory 510 of the final value -i₃ for the braking current. At the end of the third time interval δt3, this comparator 517 determines the identity of the input signals and emits a corresponding output signal. This control signal STOP indicates the end of the unrounded current specification for the positioning process and is supplied to the device controller 1 and the integrator 53 shown in FIG. 1.

Eine Ausführungsform für diesen Integrator 53 ist in Fig. 9 ebenfalls dargestellt. Unter den oben beschriebenen Voraussetzungen für einen linearen, d. h., sättigungsfreien Betrieb gilt, wie ausgeführt, daß das vom FIR-Filter 52 abgegebene Ausgangssignal die zweite Ableitung der nominalen Wegvorgabe xn darstellt. Das die nominale Stromvorgabe in als Digitalwert vorliegt, läßt sich die Integration dieses Wertes auf eine fortgesetzte Addition zurückführen. Deshalb ist der Integrator 53 aus zwei Addierern 530 und 531 aufgebaut. Der erste Addierer ist an das FIR-Filter 52 mit ersten Signaleingängen angeschlossen. Seine Ausgänge sind sowohl mit ersten Eingängen des zweiten Addierers 531 verbunden als auch auf seine zweiten Eingänge rückgekoppelt. In entsprechender Weise ist der zweite Addierer 531 geschaltet, so daß beide Addierer fortgesetzte Additionen der jeweils zugeführten Eingangssignale ausführen und gemeinsam eine zweifache Integration der Ausgangssignale des FIR-Filters 52 durchführen. Der Integrator 53 erzeugt damit die nominale Wegvorgabe xn.An embodiment for this integrator 53 is also shown in FIG. 9. Under the conditions described above for a linear, ie, saturation-free, operation, as stated, the output signal output by the FIR filter 52 represents the second derivative of the nominal path specification x n . Since the nominal current specification i n is present as a digital value, the integration of this value can be attributed to a continued addition. Therefore, the integrator 53 is composed of two adders 530 and 531 . The first adder is connected to the FIR filter 52 with first signal inputs. Its outputs are both connected to first inputs of the second adder 531 and also fed back to its second inputs. The second adder 531 is connected in a corresponding manner, so that both adders carry out continuous additions of the input signals supplied in each case and jointly carry out a double integration of the output signals of the FIR filter 52 . The integrator 53 thus generates the nominal path specification x n .

In Fig. 10a bis 10c sind Impulsdiagramme dargestellt, die beispielhaft die Wirkung der FIR-Filteranordnung 52 illustrieren. In Fig. 10a ist mit unterbrochenen Linien ein Strom- bzw. Beschleunigungsprofil a(t), i(t) gezeigt, das der ungerundeten Vorgabe von Fig. 8 entspricht. Mit ausgezogenen Linien ist die zugehörige gefilterter Vorgabekurve an(t), in(t) gezeigt. Neben einer gewissen im ms-Bereich liegenden Verzögerung gegenüber der ungerundeten Vorgabekurve erkennt man insbesondere den Verrundungseffekt des FIR-Filters 52. Besonders wichtig ist dabei, daß der definierte Endzustand nach einer endlichen, durch die Ordnung des FIR-Filters 52 vorgegebenen Verzögerung exakt erreicht ist. In Fig. 10b und 10c sind analog dem Beschleunigungsprofil von Fig. 10a Geschwindigkeitsprofile v(t), vn(t) bzw. Wegprofile x(t), xn(t) ungerundet und gefiltert dargestellt. Die drei Zeitabschnitte der Sollwertkurve sind dort analog durch die Zeitpunkte t₀, t₁, t₂ und t₃ verdeutlicht.In Fig. 10a to 10c are timing diagrams are shown which illustrate by way of example the effect of the FIR filter assembly 52. In FIG. 10 a, a current or acceleration profile a (t), i (t) is shown with broken lines, which corresponds to the unrounded specification of FIG. 8. The associated filtered default curve a n (t), i n (t) is shown with solid lines. In addition to a certain range in m s delay lying opposite the unrounded presetting curve can be seen in particular Verrundungseffekt of the FIR filter 52nd It is particularly important that the defined final state is reached exactly after a finite delay predetermined by the order of the FIR filter 52 . In Fig. 10b and 10c are similar to the acceleration profile of FIG. 10a speed profile v (t), v n (t) and Wegprofile x (t), x n (t) shown unrounded filtered. The three time segments of the setpoint curve are illustrated there analogously by the times t₀, t₁, t₂ and t₃.

Damit ist im einzelnen beschrieben, wie die Ist- und Sollwerte für die Regelung des Positioniervorganges gewonnen werden. Zurückkehrend zu dem Blockschaltbild von Fig. 1 ist dort gezeigt, daß der Wegistwert xa und die nominale Wegvorgabe xn einem digitalen Komparator 6 zugeführt werden, der als Führungsgröße ein der Abweichung zwischen dem Wegistwert xa und der nominalen Wegvorgabe xn entsprechendes Digitalsignal abgibt. Aufgrund des Regelprinzips soll diese Regelabweichung während des Positioniervorganges im Idealfall Null sein, im praktischen Fall aber einen endlich kleinen Wert darstellen, der lediglich Störungen bzw. durch die Berechnung der Sollwerte nicht erfaßte Einflußgrößen der Mechanik berücksichtigt.This describes in detail how the actual and target values are obtained for controlling the positioning process. Returning to the block diagram of FIG. 1, it is shown there that the actual travel value x a and the nominal travel specification x n are fed to a digital comparator 6 , which outputs a digital signal corresponding to the deviation between the actual travel value x a and the nominal travel specification x n . On the basis of the control principle, this control deviation should ideally be zero during the positioning process, but in the practical case it should represent a finite small value that only takes into account faults or influencing factors of the mechanics that are not captured by the calculation of the target values.

Die wesentliche Führungsgröße für den Positioniervorgang stellt dagegen die nominale Stromvorgabe in dar, auf die verzögert durch das Verzögerungsglied 54 in einer Addierstufe 7 das Ausgangssignal des Digitalkomparators 6 aufaddiert wird. Das Verzögerungsglied 54 gleicht dabei Laufzeiten im Integrator 53 und im Digitalkomparator 6 aus, so daß die der Addierstufe 7 angebotenen Eingangsgrößen phasensynchron sind. Das Ausgangssignal dieses Addierers 7 stellt damit die eigentliche Führungsgröße für den Positioniervorgang dar, die in einem Digital/Analog- Wandler 8 in die analoge Steuergröße is(t) umgesetzt wird. Diese Steuergröße wird der Antriebseinrichtung 201 der Positioniereinheit 2 als Steuersignal für den die geschaltete Stromquelle bildenden Leistungsverstärker 203 zugeführt.The essential reference variable for the positioning process, on the other hand, is the nominal current specification i n , to which the output signal of the digital comparator 6 is added in a delay stage 54 in an adder 7 . The delay element 54 compensates for transit times in the integrator 53 and in the digital comparator 6 , so that the input variables offered to the adder 7 are phase-synchronized. The output signal of this adder 7 thus represents the actual reference variable for the positioning process, which is converted into the analog control variable i s (t) in a digital / analog converter 8 . This control variable is supplied to the drive device 201 of the positioning unit 2 as a control signal for the power amplifier 203 forming the switched current source.

Vorstehend wurde ein erstes Ausführungsbeispiel beschrieben, das in fest verdrahteter Schaltungstechnik die Durchführung des hier zugrundeliegenden Positionierverfahrens gestattet. Trotz aller Optimierung der beschriebenen Verfahrensschritte ist eine derartige fest verdrahtete Lösung immer relativ aufwendig und auch im Hinblick auf Anpassungen, beispielsweise die Änderung von Gerätekonstanten, wenig flexibel. Einen Ausweg bietet hier eine programmierbare Steuerung. Dafür stehen heute digitale Signalprozessoren zur Verfügung, die sich für diesen Anwendungsfall anbieten, da sie für Filterberechnungen optimiert sind, bei denen Multiplikationen und Additionen vorherrschen. Dem Fachmann ist beispielsweise aus den Veröffentlichungen "Digital Signal Processing Applications with the TMS 320 Family", 1986, und "First Generation TMS 320 User's Guide", 1987, beide herausgegeben von Texas Instruments, ein umfangsreiches Instrumentarium bekannt, wie man beispielsweise den Signalprozessor TMS 320 C10® in den unterschiedlichsten Anwendungsfällen zweckmäßig einsetzen kann. Der genannte Prozessor hat, hier nur zusammenfassend erläutert, eine Zykluszeit von 200 ns bei einer Wortbreite von 16 Bit, wobei der Akkumulator 32 Bit breit ist und von dem Multiplizierer mit einer Mächtigkeit von 16×16 Bit ein 32-Bit-Ergebnis geliefert wird. Bezugnehmend auf die zweite der obengenannten Veröffentlichungen wird hier zur Erläuterung der Leistungsfähigkeit dieses Signalprozessors beispielhaft auf eine Befehlsfolge MPY und LTD verwiesen, die dort auf den Seiten 4/49 bzw. 4/41 beschrieben ist. Diese Befehlsfolge bewirkt in insgesamt nur zwei Taktzyklen, d. h. also, in 400 ns, eine 16×16-Bit-Multiplikation, eine 32-Bit-Addition zum Akkumulator, das Laden einer RAM-Zelle in den Multiplizierer und die Verschiebung des Inhaltes dieser RAM-Zelle in die nächsthöhere Adresse.A first exemplary embodiment has been described above,  that in hard-wired circuit technology the implementation of the underlying positioning procedure allowed here. In spite of all optimization of the described process steps is one such hard-wired solution always relatively expensive and also with regard to adjustments, for example the change of device constants, not very flexible. There is a way out here a programmable controller. This is what digital signal processors stand for today available for this use case offer because they are optimized for filter calculations, where multiplications and additions predominate. The A person skilled in the art is, for example, from the publications "Digital Signal Processing Applications with the TMS 320 Family ", 1986, and "First Generation TMS 320 User's Guide", 1987, both published from Texas Instruments, a comprehensive range of instruments known how to use the signal processor TMS 320 C10® useful in a wide variety of applications can use. The processor mentioned has only a summary here explains a cycle time of 200 ns at a Word length of 16 bits, with the accumulator being 32 bits wide and by the multiplier with a thickness of 16 × 16 A 32-bit result is returned. Referring to the second of the above publications is used here for illustration the performance of this signal processor is exemplary referred to a command sequence MPY and LTD, which are there is described on pages 4/49 and 4/41. This command sequence causes only two clock cycles in total, i.e. H. so, in 400 ns, 16 × 16 bit multiplication, 32 bit addition to the accumulator, loading a RAM cell into the multiplier and shifting the contents of this RAM cell into the next higher address.

In Fig. 10 ist als weitere Ausführungsform schematisch in einem Blockschaltbild eine intelligente Positionierregeleinheit 9 dargestellt, die an die Gerätesteuerung 1 angeschlossen ist. In dieser Positionierregeleinheit ist neben einem digitalen Signalprozessor 91 des oben beschriebenen Typs ein 8 Bit breiter Analog/Digital-Wandler 92 sowie ein 10 Bit breiter Digital/Analog- Wandler 93 vorgesehen. Die genannten Baueinheiten sind untereinander über ein Interface 94 verbunden, das, wie bei vielen konventionellen Mikroprozessoranwendungen, einfache Logikschaltungen aufweist, die es dem Signalprozessor 91 ermöglichen, mit den angeschlossenen Einheiten Daten auszutauschen.In FIG. 10, as a further embodiment, an intelligent positioning control unit 9 is shown schematically in a block diagram, which is connected to the device controller 1 . In addition to a digital signal processor 91 of the type described above, an 8-bit wide analog / digital converter 92 and a 10-bit wide digital / analog converter 93 are provided in this positioning control unit. The above-mentioned units are connected to one another via an interface 94 which, as in many conventional microprocessor applications, has simple logic circuits which enable the signal processor 91 to exchange data with the connected units.

Der Analog/Digital-Wandler 92 und der Digital-Analog-Wandler 93 können durch einen Baustein AD7569 von Analog Devices® realisiert werden, der einen 8-Bit-Analog/Digital-Wandler und zwei 8-Bit-Digital/Analog-Wandler sowie entsprechende Ein/Ausgabe- und Auswahllogik enthält. Dieser Baustein läßt sich so ausnutzen, daß seine beiden Digital/Analog-Wandler gemeinsam den Digital/ Analog-Wandler 93 bilden. Sie sind dazu so geschaltet, daß der eine während eines Positioniervorganges lediglich das der Stromvorgabekurve in entsprechende Signal und der andere das eigentliche Regelsignal für die Spurverfolgung ausgibt. Dabei liegt die Verstärkung des ersten Digital/Analog-Wandlers um den Faktor 4 höher als die des zweiten. Daraus ergibt sich, daß die Auflösung für die nominale Stromvorgabe in einem 10-Bit- Wert entspricht. Diese Aufteilung ist wegen der Verfügbarkeit eines entsprechenden schnellen Bausteins kostengünstiger und gegebenenfalls auch im Hinblick auf die Echtzeitbedingungen zweckmäßiger als ein entsprechend breiter einzelner Digital/ Analog-Wandler, wie er schematisch in Fig. 10 angegeben ist.The analog / digital converter 92 and the digital-analog converter 93 can be implemented by an AD7569 module from Analog Devices®, which includes an 8-bit analog / digital converter and two 8-bit digital / analog converters contains corresponding input / output and selection logic. This module can be used such that its two digital / analog converters together form the digital / analog converter 93 . For this purpose, they are switched so that one only outputs the signal corresponding to the current specification curve i n during a positioning process and the other outputs the actual control signal for tracking. The gain of the first digital / analog converter is four times higher than that of the second. The result is that the resolution for the nominal current command i n corresponds to a 10-bit value. Because of the availability of a corresponding fast module, this division is more cost-effective and possibly also more expedient in view of the real-time conditions than a correspondingly broad individual digital / analog converter, as is indicated schematically in FIG. 10.

Die Ausgestaltung der Positionierregeleinheit 9 beruht auf den Grundlagen, die bereits in Verbindung mit dem ersten Ausführungsbeispiel im einzelnen erläutert wurden. Ein wesentlicher Unterschied in der Implementierung besteht hier allerdings darin, daß die Vorgabewerte, ermöglicht durch die Leistungsfähigkeit des digitalen Signalprozessors 91, während eines Positioniervorganges in Echtzeit ermittelt werden, was im Hinblick auf eine mögliche Anpassungsfähigkeit bei dieser Ausführungsform zum Durchführen des Positionierverfahrens von besonderem Vorteil ist. Da die Berechnungsverfahren zur Ermittlung der Zeitintervalle t1 bis t3 im Hinblick auf die Eigenschaften des verwendeten digitalen Signalprozessors 91 optimiert sind, werden diese im folgenden erläutert. The design of the positioning control unit 9 is based on the principles which have already been explained in detail in connection with the first exemplary embodiment. An essential difference in the implementation here is, however, that the default values, made possible by the performance of the digital signal processor 91 , are determined in real time during a positioning process, which is particularly advantageous with regard to a possible adaptability in this embodiment for carrying out the positioning method . Since the calculation methods for determining the time intervals t1 to t3 are optimized with regard to the properties of the digital signal processor 91 used , they are explained below.

Auch hier wird vorausgesetzt, daß für jeden Positioniervorgang folgende Grundbedingungen gelten. Die Endgeschwindigkeit v(t₃) am Ende des Positioniervorganges muß Null sein, die Positionierdistanz, d. h., der zum Zeitpunkt t3 zurückgelegte Weg x(t₃), entspricht der nominalen Wegvorgabe xn, und für die Grenzgeschwindigkeit während des Positioniervorganges gilt folgende Beziehung (4):Here, too, it is assumed that the following basic conditions apply to each positioning process. The final speed v (t₃) at the end of the positioning process must be zero, the positioning distance, ie the distance x (t₃) covered at time t3, corresponds to the nominal path specification x n , and the following relationship applies to the limit speed during the positioning process (4) :

Auch für Positioniervorgänge ohne Geschwindigkeitsbegrenzung, bei denen das zweite Zeitintervall δt₂ an sich Null ist, läßt sich aus Fig. 8 ohne weiteres die Gültigkeit der folgenden Beziehung (5) ableiten:The validity of the following relationship (5) can also be derived from FIG. 8 also for positioning processes without speed limitation in which the second time interval δt₂ is zero per se:

2a₀δt₁+m₁δt₁² = -2a₃δt₃+m₃δt₃² (5)2a₀δt₁ + m₁δt₁² = -2a₃δt₃ + m₃δt₃² (5)

Diese Beziehung (5) besagt nichts weiter, als daß wegen des Energiesatzes die Flächen der beiden Teile der Strom- bzw. Beschleunigungsvorgabekurve nach Fig. 8 gleich sein müssen. Schließlich gilt für die Wegstrecke über die volle Spurdistanz die folgende Beziehung (6):This relationship (5) says nothing more than that, because of the energy theorem, the areas of the two parts of the current or acceleration specification curve according to FIG. 8 must be the same. Finally, the following relationship applies to the distance over the full track distance (6):

(½)a₀δt₁²+(¹/₆)m₁δt₁³-(½)a₃δt²+(¹/₆)m₃δt₃³ = xn (6)(½) a₀δt₁² + (¹ / ₆) m₁δt₁³- (½) a₃δt² + (¹ / ₆) m₃δt₃³ = x n (6)

Die Beziehungen (5) und (6) bilden ein Gleichungssystem mit zwei Unbekannten, nämlich δt₁ und δt₃ in Abhängigkeit von der Wegstrecke xn für die volle Spurdistanz. Diese Beziehungen sind jedoch explizit nicht lösbar, da sich keine analytischen Funktionen δt₁=f₁(xn) bzw. δt₃=f₃(xn) aufstellen lassen.The relationships (5) and (6) form an equation system with two unknowns, namely δt₁ and δt₃ depending on the distance x n for the full track distance. However, these relationships cannot be explicitly resolved, since no analytical functions δt₁ = f₁ (x n ) or δt₃ = f₃ (x n ) can be established.

Dieses Problem wird durch eine Schätzung für die Länge des ersten Zeitintervalls δt₁ in Abhängigkeit von der jeweiligen Spurdistanz gelöst. Für diesen Schätzwert δt₁′ wird lediglich vorausgesetzt, daß die Bedingung δt₁′<δt₁ erfüllt ist. Dann läßt sich ein Schätzwert δt₃′ aufgrund der folgenden Beziehung (7) ermitteln, die aus Beziehung (5) abgeleitet ist:This problem is supported by an estimate of the length of the first Time interval δt₁ depending on the particular Track distance solved. For this estimate δt₁ 'is only provided that the condition δt₁ '<δt₁ is met. Then  can be an estimate δt₃ 'based on the following relationship (7), which is derived from relationship (5):

Mit diesen Schätzwerten ergibt sich aus der Beziehung (6) eine geschätzte Positionierweite xs′, die aufgrund der Voraussetzungen δt₁′<δt₁ und δt₃′<δt₃ selbst kleiner sein muß als die volle Positionierweite xs. Die Differenz zwischen der tatsächlichen Positionierweite xs und der geschätzten Positionierweite xs′ wird durch Einführen des Zeitintervalls δt₂ kompensiert. Während dieses Zeitintervalls wird die Positioniereinheit 2 mit der Geschwindigkeit v₁ am Ende des Zeitabschnittes δt₁′ konstant weiterbewegt. Unter Bezugnahme auf Beziehung (5) berechnet sich diese Geschwindigkeit v₁ nach folgender Beziehung (8):With these estimates, the relationship (6) results in an estimated positioning range xs', which must be smaller than the full positioning range xs due to the requirements δt₁ '<δt₁ and δt₃'<δt₃. The difference between the actual positioning distance xs and the estimated positioning distance xs' is compensated for by introducing the time interval δt₂. During this time interval, the positioning unit 2 is constantly moved at the speed v 1 at the end of the time period δt 1 '. With reference to relationship (5), this speed v 1 is calculated according to the following relationship (8):

v₁ = a₀δt₁′+(½)m₁δt₁′² (8)v₁ = a₀δt₁ ′ + (½) m₁δt₁′² (8)

Nach folgender Beziehung (9) läßt sich daraus die Länge des Zeitintervalls δt₂ ermitteln:According to the following relationship (9), the length of the Determine time interval δt₂:

δt₂ = (xs-xs′) / v₁ (9)δt₂ = (xs-xs ′) / v₁ (9)

Die vorstehend geschilderte Ableitung hat zunächst den Vorteil, daß der Abschätzung für das Zeitintervall δt₁′ eine einfache Beziehung zugrundeliegt, die im Gegensatz zu einer genauen Berechnung wesentlich weniger Programmierungsaufwand, Rechenzeit und Speicherplatzbedarf erfordert. Da das Zeitintervall δt₁′ ohnehin abgeschätzt wird, kann es immer als ein ganzzahliger Wert von Abtastperioden Δt gewählt werden, wodurch Korrekturberechnungen der Vorgabekurve im Übergangsbereich zwischen den Zeitintervallen δt₁ und δt₂ vermieden werden. Ein ganz wesentlicher Vorteil liegt zusätzlich darin, daß unabhängig von der Spurdistanz bei jedem Positioniervorgang ein Zeitintervall δt₂ eingeführt wird oder, mit anderen Worten, nicht zwischen Positioniervorgängen über kurze bzw. lange Spurdistanzen unterschieden werden muß. The derivation described above initially has the advantage that the estimate for the time interval δt₁ 'a simple Underlying relationship, as opposed to an exact calculation much less programming effort, computing time and requires storage space. Since the time interval δt₁ ′ is estimated anyway, it can always be considered an integer Value of sampling periods Δt can be selected, which makes correction calculations the default curve in the transition area between the Time intervals δt₁ and δt₂ can be avoided. A very important one Another advantage is that regardless of the track distance a time interval with each positioning process δt₂ is introduced or, in other words, not between positioning operations distinguished over short or long track distances must become.  

Unter der Voraussetzung des sättigungsfreien Betriebes muß natürlich bei längeren Spurdistanzen eine Geschwindigkeitsbegrenzung der Positioniereinheit 2 vorgegeben werden, diese ergibt sich aber von selbst über eine Begrenzung des ersten Zeitintervalls δt₁. Die maximale Länge dieses Zeitintervalls ergibt sich aus der folgenden Beziehung (10):Provided that saturation-free operation is required, a speed limit for the positioning unit 2 must of course be specified for longer track distances, but this results automatically by limiting the first time interval δt 1. The maximum length of this time interval results from the following relationship (10):

wobei das Ergebnis positiv ist, da m₁ eine negative Größe darstellt. Dieser Maximalwert für das erste Zeitintervall δt₁ ist eine Betriebskonstante, die einmal bei einer Wiederinbetriebnahme des Magnetplattenspeichers in einer Anlaufroutine berechnet wird.the result is positive, since m₁ represents a negative quantity. This maximum value for the first time interval is δt₁ an operating constant that occurs once when restarting of the magnetic disk storage is calculated in a startup routine becomes.

Bei der Erläuterung des ersten Ausführungsbeispiels wurde bereits geschildert, daß man für die Ermittlung der Vorgabewerte für Strom und Weg wegen der vorausgesetzten Linearität der Übertragungsfunktionen lediglich eine der beiden Vorgabekurven ungerundet errechnet und anschließend zur Rundung filtert, wobei es gleichgültig ist, ob man von den Strom- oder Beschleunigungswerten oder den Werten für den Weg ausgeht. Beispielhaft wurde beim ersten Ausführungsbeispiel von der Stromvorgabe ausgegangen und durch Integration daraus die Wegvorgabe gewonnen. Hier beim zweiten Ausführungsbeispiel wird eine Wegvorgabe zugrundegelegt, aus der nach der Filterung auch die gerundete nominale Stromvorgabe durch zweifache Differentiation ermittelt wird.The explanation of the first exemplary embodiment has already been made described that one for the determination of the default values for current and path because of the assumed linearity of the Transfer functions only one of the two default curves not rounded and then filtered for rounding, where it doesn't matter whether you look at the current or acceleration values or the values for the way. Exemplary was assumed in the first embodiment of the current specification and gained the path from integration. In the second exemplary embodiment, a path specification is used as a basis, from which, after filtering, the rounded nominal Current specification determined by double differentiation becomes.

Wie erläutert, soll die ungerundete Vorgabe durch Filterung derart umgeformt werden, daß sie den Strom zur Erregung der Magnetantriebsspule der Positioniereinheit 2 möglichst oberwellenfrei vorgibt. Dieses Ziel läßt sich nur mit einem FIR-Filter höherer Ordnung angemessen erreichen. Zugrundegelegt wird hier ein FIR-Filter, beispielsweise von 20. Ordnung, das durch ein Filterprogramm des Signalprozessors 91 realisiert ist. Wegen dieser hohen Ordnung des FIR-Filters entsteht ein entsprechender Aufwand an Rechenzeit, der möglichst zu minimieren ist, da die Ermittlung der Vorgabewerte für Strom und Weg in einem zeitkritischen Bereich stattfindet.As explained, the unrounded specification is to be reshaped by filtering in such a way that it specifies the current for exciting the magnetic drive coil of the positioning unit 2 with as little harmonics as possible. This goal can only be adequately achieved with a higher order FIR filter. This is based on an FIR filter, for example of the 20th order, which is implemented by a filter program of the signal processor 91 . Because of the high order of the FIR filter, a corresponding amount of computing time arises, which is to be minimized as far as possible, since the determination of the default values for current and distance takes place in a time-critical area.

Um den digitalen Signalprozessor 91 zu entlasten, wird deshalb zunächst für die Berechnung der ungefilterten Wegvorgabe eine Extrapolationsroutine für den Weg zugrundegelegt, die einen aktuellen Wegsollwert xk für die ungerundete Wegvorgabe aus den drei Wegsollwerten der vorhergehenden Abtastperioden Δt nach der folgenden Beziehung (11) ermittelt:In order to relieve the digital signal processor 91 , an extrapolation routine for the route is therefore initially used for the calculation of the unfiltered route specification, which extracts a current route setpoint x k for the unrounded route specification from the three route setpoints of the previous sampling periods Δt according to the following relationship (11) :

xk = 3xk-1-3xk-2+xk-3+miΔt³ (11)x k = 3x k-1 -3x k-2 + x k-3 + m i Δt³ (11)

i ist dabei einer der Werte 1, 2 oder 3, die sich auf eines der Zeitintervalle δt₁, δt₂ bzw. δt₃ beziehen. Der letzte Term aus Beziehung (11), nämlich miΔt³, ist innerhalb dieser Zeitintervalle jeweils konstant. Damit entspricht die Beziehung (11) formal einer Filteroperation, die von dem Signalprozessor 91 zeitoptimal verarbeitet werden kann.i is one of the values 1, 2 or 3, which refer to one of the time intervals δt₁, δt₂ or δt₃. The last term from relationship (11), namely m i Δt³, is constant within these time intervals. The relationship (11) thus corresponds formally to a filter operation which can be processed by the signal processor 91 in a time- optimized manner.

Bei dieser Extrapolationsroutine ist zu beachten, daß beim Übergang von einem Zeitabschnitt, z. B. δt₁, auf den nächsten Zeitabschnitt, z. B. δt₂, an sich keine entsprechenden vorangegangenen Wegsollwerte vorliegen. Für diese Übergänge in der ungerundeten Wegvorgabekurve müssen diese drei vorangegangenen Wegsollwerte daher simuliert, d. h., vor der eigentlichen Ausführung des Positioniervorganges errechnet und in einem Speicher bereitgestellt werden. Klarzustellen ist noch, daß die Weginformation, beispielsweise ein aktueller Wegsollwert xk, eine Absolutinformation ist, die sich auf die Breite des gesamten Datenbandes auf den Magnetspeicherplatten bezieht. Aus Genauigkeitsgründen ist daher bei einem 5¼″-Magnetplattenspeicher ein Datenformat von 32 Bitstellen für die x-Variablen zweckmäßig, dieses Format entspricht bei einem 16-Bit-Signalprozessor zwei Datenworten. Diese Extrapolation aus drei vorangegangenen Wegsollwerten ließe sich auch umgehen. Man könnte nämlich statt dessen den Wegsollwert xk der laufenden Abtastperiode auch - wie sich leicht nach den vorausgegangenen Betrachtungen ergibt - aus dem letzten Wegsollwert und seinen beiden Ableitungen ermitteln, wie noch gezeigt wird.In this extrapolation routine it should be noted that when moving from a time period, e.g. B. δt₁, on the next period, e.g. B. δt₂, there are no corresponding previous travel setpoints per se. For these transitions in the non-rounded path specification curve, these three previous path setpoints must therefore be simulated, ie calculated before the actual execution of the positioning process and made available in a memory. It must also be clarified that the path information, for example a current setpoint value x k , is an absolute information which relates to the width of the entire data band on the magnetic storage disks. For reasons of accuracy, a data format of 32 bit positions is therefore expedient for the x variables in a 5¼ ″ magnetic disk memory, this format corresponds to two data words in a 16 bit signal processor. This extrapolation from three previous travel setpoints could also be avoided. Instead of this, one could determine the path setpoint x k of the current sampling period from the last path setpoint and its two derivatives, as will be shown, as can easily be seen from the previous considerations.

Nach der kontinuierlichen Berechnung der aktuellen Wegsollwerte xk ist die entsprechende gerundete Größe durch Filterung mit Hilfe des FIR-Filters zu ermitteln. Vorstehend wurde bereits angedeutet, daß dieses Filter von 20. Ordnung sein soll. Anhand von Fig. 5 und 6 wurde bereits erläutert, daß sich die Filterordnung aus dem Verhältnis von Glättungszeit zur Abtastperiode ergibt. Beträgt die Abtastperiode 60 ms und wird ein Filter 20. Ordnung zugrundegelegt, so ergibt sich eine Glättungszeit von 1,2 ms, die im vorliegenden Anwendungsfall noch tragbar ist.After the current path setpoints x k have been continuously calculated, the corresponding rounded quantity is to be determined by filtering with the aid of the FIR filter. It has already been indicated above that this filter should be of the 20th order. Referring to Fig. 5 and 6 has already been explained that the filter order results from the ratio of smoothing time to the sampling period. If the sampling period is 60 ms and a filter of the 20th order is used, the result is a smoothing time of 1.2 ms, which is still acceptable in the present application.

Wenn aber die Weginformation in einem 32-Bit-Format vorliegt, ergäbe sich auch bei dem gewählten leistungsfähigen digitalen Signalprozessor 91 trotz der geschilderten Algorithmen immer noch eine zu lange Rechenzeit. Eine Lösung für dieses Problem besteht darin, nicht die Absolutgröße für den aktuellen Wegsollwert xk zu filtern, sondern lediglich deren Weginkrement δxk zum vorangegangenen Wegsollwert xk-1 heranzuziehen. Dieses Weginkrement kann mit ausreichender Genauigkeit in einem 16- Bit-Format dargestellt werden. Mit anderen Worten, man bildet vor der Filterung das Weginkrement δxk und filtert dann dieses. Das dabei gewonnene gefilterte Weginkrement wird dem bisherigen Absolutwert der nominalen Wegvorgabe xnk-1 hinzuaddiert und damit die Absolutgröße für die gefilterte Wegvorgabe, d. h., die nominale Wegvorgabe xnk für die aktuelle Abtastperiode, gewonnen.If, however, the path information is in a 32-bit format, the selected high-performance digital signal processor 91 would still result in an excessively long computing time despite the algorithms described. One solution to this problem is not to filter the absolute value for the current travel setpoint x k , but only to use its travel increment δx k to the previous travel setpoint x k-1 . This path increment can be represented with sufficient accuracy in a 16-bit format. In other words, one forms the path increment δx k before filtering and then filters it. The filtered path increment obtained is added to the previous absolute value of the nominal path specification x nk-1 and thus the absolute size for the filtered path specification, ie the nominal path specification x nk for the current sampling period, is obtained.

Bei diesem hier vorliegenden Ausführungsbeispiel wird aus der nominalen Wegvorgabe xn durch zweifache Differentiation die gerundete Stromvorgabe in abgeleitet. Im vorliegenden Fall läßt sich dies auf die Bildung der zweiten Differenz nach folgender Beziehung (12) reduzieren:In the present exemplary embodiment, the rounded current specification i n is derived from the nominal path specification x n by double differentiation. In the present case, this can be reduced to the formation of the second difference according to the following relationship (12):

ink = (xnk-2xnk-1+xnk-2) / Δt² (12)i nk = (x nk -2x nk-1 + x nk-2 ) / Δt² (12)

Da aber, wie oben ausgeführt, bei der Filterung der Wegvorgabe bereits die Weginkremente δxk zugrundegelegt werden, vereinfacht sich diese Differentiation weiterhin, wie in der folgenden Beziehung (12a) zum Ausdruck kommt:However, since, as explained above, the path increments δx k are already used as the basis for filtering the path specification, this differentiation is further simplified, as is expressed in the following relationship (12a):

ink = (δxnk-δxnk-1) / Δt² (12a)i nk = (δx nk -δx nk-1 ) / Δt² (12a)

Diese Beziehung illustriert offensichtlich, wie einfach die nominale Stromvorgabe in gewonnen werden kann. Dies gilt insbesondere, wenn man die Abtastperiode Δt nominell gleich "1" setzt. Damit entfällt auch die Division nach Beziehung (12) bzw. (12a), und die nominale Stromvorgabe in ergibt sich aus einer einfachen Subtraktion der entsprechenden Weginkremente.This relationship obviously illustrates how easily the nominal current specification i n can be obtained. This applies in particular if the sampling period Δt is nominally set to "1". This also eliminates the division according to relationship (12) or (12a), and the nominal current specification i n results from a simple subtraction of the corresponding path increments.

Die vorstehende Berechnungsgrundlage basiert auf der Annahme einer idealen Mechanik. Aber die bei einer Positioniereinheit 2 in der Praxis auftretenden Verlustgrößen lassen sich gegebenenfalls berücksichtigen, wenn man die Beziehung (12a) zu folgender Beziehung (12b) erweitert:The above calculation basis is based on the assumption of ideal mechanics. However, the losses that occur in practice with a positioning unit 2 can be taken into account if necessary if the relationship (12a) is expanded to the following relationship (12b):

ink = (δxnk-δxnk-1)+α1 · xnk2 · δxnk (12b)i nk = (δx nk -δx nk-1 ) + α + α 1 · x nk + α 2 · δx nk (12b)

Dabei entspricht der Erweiterungsterm α₀ einer konstanten Beschleunigung, die beispielsweise eine Unwucht der Positioniereinheit 2 kompensiert. Der zweite Erweiterungsterm α1 · xnk entspricht einer wegproportionalen Beschleunigung, die eine wegproportional auf die Positioniereinheit 2 einwirkende Kraft berücksichtigt und beispielsweise eine Rückstellkraft, hervorgerufen durch Anschlußleitungen, ausgleicht. Der dritte Erweiterungsterm α2 · δxnk entspricht einer geschwindigkeitsproportionalen Beschleunigung und berücksichtigt damit beispielsweise eine Reibung in der Positioniereinheit 2. Dies zeigt, daß mit Hilfe der Beziehung (12b) auch noch eine Positioniereinheit 2 beherrschbar ist, die in erheblichem Umfang von den einer idealen Mechanik zugrundegelegten Größen abweicht.The expansion term α₀ corresponds to a constant acceleration, which compensates for an unbalance of the positioning unit 2, for example. The second extension term α 1 · x nk corresponds to a path-proportional acceleration that takes into account a force that acts on the positioning unit 2 in a path-proportional manner and, for example, compensates for a restoring force caused by connecting lines. The third expansion term α 2 · δx nk corresponds to an acceleration proportional to the speed and thus takes into account, for example, friction in the positioning unit 2 . This shows that with the help of the relationship (12b) it is also possible to control a positioning unit 2 which deviates to a considerable extent from the quantities on which an ideal mechanics is based.

Die vorstehend beschriebenen, vom digitalen Signalprozessor 91 durchzuführenden Berechnungen sind in Fig. 11 zur Illustration und zusamenfassend bildlich dargestellt. Block 110 zeigt ein Ersatzschaltbild für die beschriebene Wegextrapolation. Dabei sind in Zeile 111 Eckwerte xk-1, xk-2 und xk-3 bzw. miΔt³ dargestellt, die zu Beginn jeweils eines neuen Zeitintervalls δt₁, δt₂ bzw. δt₃ in Register des Signalprozessors 91 geladen werden, um die Wegextrapolation geeignet zu initialisieren. Als Variante dazu kann man aber auch bereits den aktuellen Wegsollwert xk in einem Register 112 und in entsprechenden Registern die simulierten vorausgegangenen Wegsollwerte xk-1 und xk-2 laden. Man spart sich dadurch die Berechnung des ersten Extrapolationswertes, d. h., des aktuellen Wegsollwertes xk, und kompensiert so den Zeitaufwand für das Laden der Eckwerte. Die drei Weg-Eckwerte für eines der Zeitintervalle δti ergeben sich aus den Eckgrößen a₀, v₀ und x₀ dieses Zeitintervalls gemäß der folgenden Beziehungen (13), (14) bzw. (15):The above-described calculations to be carried out by the digital signal processor 91 are illustrated in FIG. 11 for illustration and in summary form. Block 110 shows an equivalent circuit diagram for the path extrapolation described. Line 111 shows basic values x k-1 , x k-2 and x k-3 or m i Δt³, which are loaded into the register of signal processor 91 at the beginning of a new time interval δt₁, δt₂ or δt₃ Initialize path extrapolation appropriately. As a variant, the current path setpoint x k can already be loaded in a register 112 and the simulated previous path setpoints x k-1 and x k-2 in corresponding registers. This saves the calculation of the first extrapolation value, ie the current travel setpoint x k , and thus compensates for the time required to load the basic values. The three basic parameters for one of the time intervals δt i result from the basic parameters a₀, v₀ and x₀ of this time interval according to the following relationships (13), (14) and (15):

xk = x0 (13)x k = x 0 (13)

xk-1 = x0-v0Δt+(½)a0Δt²-(¹/₆)miΔt³ (14)x k-1 = x 0 -v 0 Δt + (½) a 0 Δt²- (¹ / ₆) m i Δt³ (14)

xk-2 = x0-2v0Δt+2a0Δt²-(⁸/₆)miΔt³ (15)x k-2 = x 0 -2v 0 Δt + 2a 0 Δt²- (⁸ / ₆) m i Δt³ (15)

wobei die Beziehungen (14) und (15) aus Beziehung (6) hergeleitet sind. Diese Beziehungen verdeutlichen zudem, daß man an sich auch - wie oben als Variante angedeutet - den laufenden Wegsollwert xk aus dem vorausgegangenen Wegsollwert xk-1 und seinen beiden Ableitungen ermitteln könnte.wherein relationships (14) and (15) are derived from relationship (6). These relationships also make it clear that - as indicated as a variant above - the current travel setpoint x k could also be determined from the previous travel setpoint x k-1 and its two derivatives.

Wie in Fig. 11 mit strichpunktierten Linien illustriert ist, wird der Inhalt des Registers 112 für den Wegsollwert xk mit fortschreitender Berechnung kontinuierlich in ein Register 113 geladen, das damit den alten Wegsollwert xk-1 der vorangegangenen Abtastperiode Δt enthält, geladen. Außerdem werden mit dem Inhalt des Registers 112 mit fortschreitender Weg-Extrapolation sukzessive die Inhalte der Register für die Eckwerte aktualisiert. As illustrated in FIG. 11 with dash-dotted lines, the content of the register 112 for the path setpoint x k is continuously loaded into a register 113 as the calculation proceeds, which register thus contains the old path setpoint x k-1 of the previous sampling period Δt. In addition, with the content of the register 112 with progressive path extrapolation, the contents of the registers for the basic values are successively updated.

Wie oben ausgeführt, ist das erste Zeitintervall δt₁ immer ein ganzzahliges Vielfaches der Abtastperiode. Damit liegt der Übergang vom Abtastintervall δt₁ zum Abtastintervall δt₂ immer synchron zum Abtastraster. Anders ist dies beim Übergang vom Zeitintervall δt₂ zum Zeitintervall δt₃, denn - wie oben dargelegt - ist das zweite Zeitintervall δt₂ voraussetzungsgemäß kein ganzzahliges Vielfaches einer Abtastperiode Δt. Dies muß bei der Berechnung der Eckwerte für den Beginn des Zeitintervalls δt₃ berücksichtigt werden. Bezeichnet man als Δtf den Zeitabschnitt zwischen dem Beginn des dritten Zeitintervalls δt₃ bzw. der nächsten Abtastperiode Δt, dann ergeben sich als Eckgrößen für diese nach Beginn des dritten Zeitintervalls auftretende erste Abtastperiode Δt folgende korrigierte Werte aufgrund der Beziehungen (16), (17) bzw. (18):As stated above, the first time interval δt₁ is always an integer multiple of the sampling period. So that the transition from the sampling interval δt₁ to the sampling interval δt₂ is always in sync with the scanning grid. This is different in the transition from the time interval δt₂ to the time interval δt₃, because - as stated above - the second time interval δt₂ is not an integer multiple of a sampling period Δt. This must be taken into account when calculating the basic values for the start of the time interval δt₃. If the period of time between the start of the third time interval δt₃ or the next sampling period Δt is designated as Δt f, the following corrected values result from the relationships (16), (17) for this first sampling period Δt occurring after the beginning of the third time interval or (18):

ae3 = a3+m3Δtf (16)a e3 = a 3 + m 3 Δt f (16)

ve3 = v1+a3Δtf+(½)m3Δtf² (17)v e3 = v 1 + a 3 Δt f + (½) m 3 Δt f ² (17)

xe3 = x1+v1(δt2+Δtf)+(½)a3Δtf²+(¹/₆)m3Δtf³ (18)x e3 = x 1 + v 1 (δt 2 + Δt f ) + (½) a 3 Δt f ² + (¹ / ₆) m 3 Δt f ³ (18)

Damit sind alle Randbedingungen für die Weg-Extrapolation definiert, die in Fig. 11 durch das Ersatzschaltbild 110 illustriert ist.This defines all boundary conditions for path extrapolation, which is illustrated in FIG. 11 by the equivalent circuit diagram 110 .

Das Ersatzschaltbild 114 gibt die geschilderte Weg-Inkrementbildung wieder, in der die Wegsollwerte xk und xk-1 der aktuellen bzw. der vorausgegangenen Abtastperiode voneinander subtrahiert werden und das in einem Register 115 geladene Weginkrement δxk ergeben.The equivalent circuit diagram 114 reproduces the described path increment formation, in which the path setpoints x k and x k-1 of the current or the previous sampling period are subtracted from one another and give the path increment δx k loaded in a register 115 .

Block 116 stellt ein Ersatzschaltbild für das FIR-Filter dar, in dem Weginkremente xk-1, mit entsprechenden Filterkoeffizienten ci bewertet, aufsummiert werden. Dabei bedeutet i hier einen ganzzahligen Wert von 0 bis n, wobei n die Ordnung des FIR-Filters angibt. Block 116 represents an equivalent circuit diagram for the FIR filter, in which path increments x k-1 , evaluated with corresponding filter coefficients c i , are summed up. Here i means an integer value from 0 to n, where n indicates the order of the FIR filter.

Das Ergebnis dieser Filterung ist ein in einem Register 117 geladener Wert für das gerundete Weginkrement δxnk, der fortschreitend nach jeder Abtastperiode in ein weiteres Register 118 als Weginkrement der vorausgegangenen Abtastperiode gespeichert wird. Der Block 119 bezeichnet damit das Ersatzschaltbild für die beschriebene zweifache Differentiation der Weginkremente, so daß sich daraus der akutelle Wert ink für die nominale Stromvorgabe in ergibt. Der in dem Register 117 zwischengespeicherte Wert für das gerundete Weginkrement δxnk wird - wie durch ein Verzögerungsglied 121 angedeutet - dem Inhalt eines Registers 120 verzögert aufaddiert, das den Absolutwert für die Wegvorgabe xnk-1 der vorausgegangenen Abtastperiode enthält. Damit wird fortlaufend der aktuelle Absolutwert xnk für die nominale Wegvorgabe xn synchron zu dem aktuellen Wert für die Stromvorgabe in ausgegeben.The result of this filtering is a value loaded in a register 117 for the rounded path increment δx nk , which is stored progressively after each sampling period in a further register 118 as a path increment of the previous sampling period. The block 119 thus designates the equivalent circuit diagram for the described two-fold differentiation of the path increments, so that the current value i nk for the nominal current specification i n results from this. The value temporarily stored in the register 117 for the rounded path increment δx nk is - as indicated by a delay element 121 - added to the content of a register 120 with a delay, which contains the absolute value for the path specification x nk-1 of the previous sampling period. The current absolute value x nk for the nominal path specification x n is thus continuously output in synchronism with the current value for the current specification i n .

In Fig. 12 ist nun noch ein Ablaufdiagramm für die gesamte Positionierroutine dargestellt. Nach dem Start des Positioniervorganges werden zunächst in dem Verfahrensschritt 1201 die Werte für die Zeitintervalle δt₁, δt₂ und δt₃ berechnet. Mit diesen so gewonnenen Werten werden die Weg-Eckwerte für jedes Zeitintervall, wie im Verfahrensschritt 1202 angegeben, noch vor Ausführung des eigentlichen Positioniervorganges ermittelt. Mit Nullsetzen der Werte für das Zeitintervall δt und den Zeitablauf t im Verfahrensschritt 1203 wird die Positionierregeleinheit 9 und damit ihr Signalprozessor 91 zu Beginn des eigentlichen Positioniervorganges in einen definierten Anfangszustand gesetzt. Danach wird zum Einleiten des ersten Zeitintervalls δt₁ gemäß Verfahrensschritt 1204 der Wert für das aktuelle Zeitintervall um "1" inkrementiert. Nach der Einleitung dieses neuen Zeitintervalls werden zunächst die ihm zugeordneten Eckwerte entsprechend Verfahrensschritt 1205 geladen. FIG. 12 shows a flow chart for the entire positioning routine. After the start of the positioning process, the values for the time intervals δt₁, δt₂ and δt₃ are first calculated in method step 1201 . With these values obtained in this way, the basic parameters for each time interval, as specified in method step 1202 , are determined before the actual positioning process is carried out. By zeroing the values for the time interval δt and the time t in step 1203 , the positioning control unit 9 and thus its signal processor 91 are set to a defined initial state at the beginning of the actual positioning process. Thereafter, the value for the current time interval is incremented by "1" to initiate the first time interval δt 1 according to method step 1204 . After the initiation of this new time interval, the basic parameters assigned to it are first loaded in accordance with method step 1205 .

Im Ablauf des ersten Zeitintervalls δt₁ werden nacheinander nun die Weginkremente δxk gemäß Verfahrensschritt 1206 berechnet und gemäß Verfahrensschritt 1207 gefiltert. Das am Ausgang des FIR-Filters ausgegebene akutelle Weginkrement wird, allgemein betrachtet, der Absolutgröße des bisherigen Wegsollwertes hinzuaddiert, und damit im Verfahrensschritt 1208 die akutelle Absolutgröße xnk der nominalen Wegvorgabe xn angegeben.In the course of the first time interval δt 1, the path increments δx k are then calculated in accordance with method step 1206 and filtered in accordance with method step 1207 . Generally speaking, the current path increment output at the output of the FIR filter is added to the absolute size of the previous path setpoint, and thus the current absolute size x nk of the nominal path specification x n is specified in method step 1208 .

Im Verfahrensschritt 1209 schließt sich daran die Berechnung der entsprechenden akutellen Größe ink für die nominale Stromvorgabe in an. Diese so errechneten Absolutwerte xnk für die Wegvorgabe und ink für die Stromvorgabe werden ausgegeben, d. h., dem Komparator 6 gemäß Fig. 1 bzw. dem Digital-Analog- Wandler zugeführt, wie im Verfahrensschritt 1210 angegeben ist.In step 1209 , this is followed by the calculation of the corresponding current variable i nk for the nominal current specification i n . These absolute values x nk thus calculated for the path specification and i nk for the current specification are output, that is to say they are supplied to the comparator 6 according to FIG. 1 or to the digital-to-analog converter, as indicated in method step 1210 .

Danach wird der Zeitablauf im Verfahrensschritt 1211 um den Wert "1" inkrementiert und gemäß der Verzweigung 1212 die Bedingung abgefragt, ob t bereits größer ist als die errechnete Gesamtzeit für den Positioniervorgang. Ist dies der Fall, dann ist der Positioniervorgang beendet. Andernfalls wird im Verfahrensschritt 1213 als weitere Bedingung abgefragt, ob das aktuelle Zeitintervall δt₁, δt₂ bzw. δt₃ abgelaufen ist. Ist dies nicht der Fall, wird der für den geltenden Zeitabschnitt aktuelle Wegsollwert xk gemäß Verfahrensschritt 1214 berechnet und der Programmablauf mit der Berechnung des nächsten Weginkrements δxk gemäß Verfahrensschritt 1206 fortgesetzt. Ist aber die Verzweigungsbedingung im Verfahrensschritt 1213 erfüllt, d. h., das bisher aktuelle Zeitintervall abgeschlossen, dann setzt sich der Programmablauf gemäß Verfahrensschritt 1204 mit dem Inkrementieren des Zeitintervalls fort.The time sequence in method step 1211 is then incremented by the value “1” and, according to branch 1212, the condition is queried as to whether t is already greater than the calculated total time for the positioning process. If this is the case, the positioning process is finished. Otherwise, a further condition is queried in method step 1213 as to whether the current time interval δt₁, δt₂ or δt₃ has expired. If this is not the case, the current setpoint value x k for the applicable time period is calculated in accordance with method step 1214 and the program sequence continues with the calculation of the next path increment δx k in accordance with method step 1206 . However, if the branching condition in method step 1213 is fulfilled, ie the current time interval has been completed, then the program flow continues according to method step 1204 with the incrementing of the time interval.

Schließlich sei noch darauf verwiesen, daß für die Positionierregeleinheit 9 kein Unterschied zwischen einem Positioniervorgang mit einer Einstellung auf eine neue Spur und einem Regelvorgang zur Verfolgung einer ausgewählten Spur besteht. Es finden daher keine Umschaltevorgänge zwischen einer Regelung zur Spurverfolgung und einer Regelung zum Positionieren auf eine neue Spur statt.Finally, it should be pointed out that for the positioning control unit 9 there is no difference between a positioning process with a setting for a new track and a control process for tracking a selected track. There are therefore no switching processes between a control system for tracking and a control system for positioning on a new track.

Bei den Regelvorgängen zum Verfolgen einer ausgewählten Spur werden im Speicher des Signalprozessors 91 ständig zwei Variable, nämlich der Wegistwert xa und die nominale Wegvorgabe xn als absolute Größen verwaltet. Beim Regelvorgang wird lediglich die Differenz dieser beiden Größen ausgewertet, die jeweils ein 32-Bit-Format besitzen. Bei diesen beiden Datenworten enthält das höherwertige Datenwort die Information über die Spurnummer in ganzen Zahlen, das niederwertige Datenwort dagegen die Abweichung von der Spurmitte in Form von Bruchteilen einer Spur. Mit diesem Format läßt sich linear die gesamte Breite des Datenbandes auf den Magnetspeicherplatten mit hoher Genauigkeit darstellen.During the control processes for tracking a selected track, two variables, namely the actual travel value x a and the nominal travel specification x n, are managed as absolute values in the memory of the signal processor 91 . During the control process, only the difference between these two variables is evaluated, each of which has a 32-bit format. With these two data words, the high-order data word contains the information about the track number in whole numbers, while the low-order data word contains the deviation from the track center in the form of fractions of a track. With this format, the entire width of the data tape on the magnetic storage disks can be represented linearly with high accuracy.

Über die nominale Wegvorgabe xn kann damit eine beliebige Spur und zusätzlich eine wählbare Abweichung von dieser Spur vorgegeben werden. Wie anhand der Beschreibung zu Fig. 1 erläutert wurde, wird der Wegistwert xa laufend über die eingelesenen Positionsfehlersignale PES aktualisiert, wobei Spurkreuzungen automatisch berücksichtigt werden. Aus dem Verlauf dieses Wegistwertes in der Vergangenheit wird der nächste zu erwartende Wert extrapoliert und die entsprechende Flanke des Positionsfehlersignals PES ausgewählt. Bekanntlich werden bei Magnetplattenspeichern benachbarte Informationsspuren durch den Spurtyp unterschieden, der in die Spurinformation beinhaltenden Servozellen auf der Servooberfläche des Magnetplattenspeichers festgelegt ist. In Verbindung mit dieser Differenzierung kann das beschriebene Verfahren die korrekte Spurauswahl selbst dann gewährleisten, wenn bei der Grenzgeschwindigkeit der Positioniereinheit 2 von beispielsweise mehr als 1,5 m/s bis zu sechs Spuren in einer Abtastperiode Δt "blind" überflogen werden. Durch die getrennte Verwaltung des Wegistwertes xa und der nominalen Wegvorgabe xn sind im Prinzip beliebige Wegfehler erlaubt, das gilt sowohl beim Positioniervorgang als auch beim Einschwingen auf eine ausgewählte Spur. Dieses Prinzip erlaubt auch, falls zweckmäßig, Positioniervorgänge über kurze Spurdistanzen allein durch die sprunghafte Änderung der nominalen Wegvorgabe xn herbeizuführen, wobei allerdings mit einer entsprechenden Einschwingzeit gerechnet werden muß. Any nominal track and additionally a selectable deviation from this track can thus be specified via the nominal path specification x n . As was explained on the basis of the description of FIG. 1, the actual path value x a is continuously updated via the position error signals PES which are read in, track crossings being automatically taken into account. The next value to be expected is extrapolated from the course of this actual path value in the past and the corresponding edge of the position error signal PES is selected. As is known, in the case of magnetic disk memories, adjacent information tracks are distinguished by the track type which is defined in the servo cells containing the track information on the servo surface of the magnetic disk memory. In connection with this differentiation, the described method can ensure the correct track selection even if, at the limit speed of the positioning unit 2 of, for example, more than 1.5 m / s, up to six tracks are "blindly" flown over in a sampling period Δt. Due to the separate management of the actual travel value x a and the nominal travel specification x n , any travel errors are permitted in principle, this applies both to the positioning process and when settling onto a selected track. This principle also allows, if expedient, positioning operations over short track distances to be brought about solely by the sudden change in the nominal path specification x n , although a corresponding settling time must be expected.

In der vorstehenden Beschreibung sind Realisierungsmöglichkeiten für das Positionierverfahren sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens in Anwendung bei einem Magnetplattenspeicher beschrieben. Es würde den Rahmen der vorliegenden Beschreibung sprengen, dieses Verfahren nun auch noch im Hinblick auf die Vielzahl von weiteren Anwendungsmöglichkeiten im einzelnen zu erläutern. Aus der vorstehenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen erhält der Fachmann eine hinreichende Lehre, die ihn in die Lage versetzt, unter Anwendung der beschriebenen Prinzipien Ausführungsformen des beschriebenen Verfahrens an weitere Anwendungsfälle anzupassen. Ein zusammenfassender Überblick über solche Anwendungsfälle wurde bereits in der Beschreibungseinleitung gegeben, so daß sich hier eine Wiederholung erübrigt. Aus der vorstehenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsformen kann aber der Fachmann erkennen, daß das beschriebene Verfahren auch für solche Anwendungsfälle besondere Vorteile bietet. Positioniervorgänge unter Anwendung des beschriebenen Verfahrens verlaufen leise und anregungsarm, erlauben eine schnelle Positionierung bei hoher Genauigkeit für das Erreichen und Halten der Zielposition. Bei den dabei eingesetzten elektrischen oder elektromotorischen Antrieben treten aufgrund der Eigenschaften des beschriebenen Verfahrens geringe elektrische Verluste auf. Da man das Verfahren vorzugsweise prozessorgesteuert durchführt, ist die Steuerung flexibel an unterschiedliche Anwendungsfälle anpaßbar, und schließlich ist es ein weiteres charakteristisches Kennzeichen, daß eine unter Benutzung des beschriebenen Verfahrens durchgeführte Steuerung einer Positioniereinheit auch langzeitstabil ist. Eine Mehrzahl der hier genannten Eigenschaften wird häufig bei solchen Steuerungen für Positioniereinheiten gefordert, das beschriebene Verfahren genügt all diesen Anforderungen.In the above description, there are implementation options for the positioning process and a device for Execution of the method in use with a magnetic disk storage described. It would be beyond the scope of the present Exceed description, this method now also in view to the multitude of other possible applications in to explain each. From the detailed description above The person skilled in the art receives one from exemplary embodiments sufficient teaching that enables him to apply of the principles described embodiments of the described Adapt the procedure to other applications. A summary overview of such use cases was already given in the introduction to the description, so that there is no need for repetition here. From the detailed above Description of embodiments can, however Those skilled in the art will recognize that the method described also applies to such Use cases offers special advantages. Positioning operations proceed using the described method quiet and low excitation, allow quick positioning with high accuracy for reaching and holding the target position. With the electrical or electromotive used Drives occur due to the properties of the described Process low electrical losses. Since one the method is preferably processor-controlled the controller can be flexibly adapted to different applications, and finally it is another characteristic Characteristic that one using the described method performed control of a positioning unit too is long-term stable. A majority of the properties mentioned here is often used in such controls for positioning units required, the procedure described is sufficient for all of these Conditions.

Schließlich sei noch darauf verwiesen, daß die vorstehende Detailbeschreibung von Ausführungsformen sich zwar auf die Steuerung einer Positioniereinheit in nur einer Koordinatenrichtung längs einer linearen Wegstrecke bezieht. Dies bedeutet aber keine Einschränkung, denn dem Fachmann bereitet es aufgrund der vorstehenden Beschreibung keine Schwierigkeit, das beschriebene Verfahren auch auf Positioniervorgänge in einem zweidimensionalen bzw. dreidimensionalen Koordinatensystem zu erstrecken. Bei einem X/Y-Schlitten beispielsweise wird die Positioniereinheit bei einem Positioniervorgang zwischen zwei Punkten einer Fläche bewegt. Die Positionierstrecke entspricht damit einem Ortsvektor in diesem zweidimensionalen Koordinatensystem. Dieser Ortsvektor läßt sich, wie für den Fachmann offensichtlich, in seine jeweils in eine der Koordinatenrichtungen weisenden Komponenten zerlegen, die ihn eindeutig bestimmen. Zur Anpassung des beschriebenen Verfahrens an diesen Anwendungsfall muß man davon ausgehen, daß die Positioniereinheit für Bewegungen in den beiden Koordinatenrichtungen jeweils ein Antriebsglied aufweist. Zur Steuerung dieses Antriebsgliedes gemäß dem beschriebenen Verfahren wird den aus dem Ortsvektor abgeleiteten Komponenten jeweils eine individuelle Sollwertkurve zugeordnet und damit in der beschriebenen Weise für jede Koordinatenrichtung eine individuelle Steuerspannung abgeleitet, die dem Antrieb der Positioniereinheit als Steuergröße für jeweils eine der Koordinatenrichtungen zugeführt wird. In Erstreckung dieses Prinzips gilt dies sinngemäß auch für Steuervorgänge, bei denen die Positioniereinheit räumlich, d. h., unter Zugrundelegung eines dreidimensionalen Koordinatensystems, verschoben wird, wie dies beispielsweise bei Manipulatoren und anderen, einleitend angeführten Anwendungsfällen der Fall ist.Finally, it should be noted that the detailed description above of embodiments relate to the controller a positioning unit in only one coordinate direction along a linear path. But this means  no restriction, because the specialist prepares it on the basis of above description no difficulty, the described Procedure also on positioning processes in a two-dimensional or three-dimensional coordinate system to extend. At The positioning unit is an X / Y slide, for example when positioning between two points of a surface emotional. The positioning path thus corresponds to a location vector in this two-dimensional coordinate system. This location vector can, as is obvious to the expert, in his components each pointing in one of the coordinate directions disassemble that clearly define him. To adapt the described One has to proceed with this application assume that the positioning unit for movements in the two Coordinate directions each have a drive member. To control this drive element according to the described The method is derived from the components derived from the location vector each assigned an individual setpoint curve and thus in an individual for each coordinate direction Control voltage derived, which drives the positioning unit as a control variable for one of the coordinate directions is fed. In extension of this principle this also applies analogously to control processes in which the positioning unit spatially, d. that is, based on a three-dimensional coordinate system, is shifted like this for example manipulators and others, introductory mentioned use cases is the case.

Claims (15)

1. Verfahren zum Steuern einer Positioniereinheit (2) eines Automaten, beispielsweise einer Werkzeugmaschine, von einer Startposition zu einer Zielposition durch fortlaufendes Vergleichen der momentanen Lage (xa) der Positioniereinheit als Istwert mit der Zielposition (xn) als Sollwert unter Verwendung einer von der Distanz zwischen Start- und Zielposition abhängigen Sollwertkurve für den einem Antrieb (201) der Positioniereinheit zugeführten Strom, dadurch gekennzeichnet, daß von mindestens einer als Schrittfunktion ausgebildeten Sollwertkurve ausgegangen wird, nach der die Positioniereinheit mit einer maximalen nominalen Stromvorgabe (in) zu Beginn des Positioniervorganges gegebenenfalls bis zum Erreichen einer vorgegebenen Grenzgeschwindigkeit (v1im) beschleunigt bzw. am Ende des Positioniervorganges verzögert wird, daß dieser mindestens einer Sollwertkurve entsprechende Abtastwerte mit einer vorgegebenen Abtastperiode (Δt) fortlaufend einer FIR-Filteranordnung (z. B. 52) zugeführt werden, deren Filterkoeffizienten (c0 . . . cn) derart gewählt sind, daß die Knickstellen in der Sollwertkurve verrundet werden und daß aus diesen so gefilterten Abtastwerten (ink bzw. xnk) eine Steuerspannung [is(t)] abgeleitet wird, die dem Antrieb (201) der Positioniereinheit (2) als Steuergröße zugeführt wird.1. Method for controlling a positioning unit ( 2 ) of an automatic machine, for example a machine tool, from a starting position to a target position by continuously comparing the current position (xa) of the positioning unit as the actual value with the target position (xn) as the target value using one of the distance between the start and target position-dependent setpoint curve for the current supplied to a drive ( 201 ) of the positioning unit, characterized in that at least one setpoint curve designed as a step function is used, according to which the positioning unit with a maximum nominal current specification (i n ) at the beginning of the positioning process if necessary, accelerated until a predetermined limit speed (v 1im ) is reached or, at the end of the positioning process, that the sample values corresponding to at least one setpoint curve with a predetermined sampling period (Δt) are continuously provided by an FIR filter arrangement (e.g. . 52 ) are supplied, whose filter coefficients (c 0 . . . c n ) are selected such that the kinks in the setpoint curve are rounded and that a control voltage [i s (t)] is derived from these sampled values (i nk or x nk ), which drives the drive ( 201 ) of the positioning unit ( 2 ) is supplied as a control variable. 2. Positionierverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Positioniervorgang unabhängig von der jeweiligen Positionierdistanz in drei Zeitintervalle (δt₁ bis δt₃) unterteilt wird, daß der dem Antrieb (201) der Positioniereinheit (2) zugeführte Strom im ersten Zeitintervall (δt₁) derart gesteuert wird, daß er unter Berücksichtigung der Gegen-EMK mit gerundeten Übergängen von einem anfänglichen Maximum bis etwa zum Ende dieses Zeitintervalls linear verläuft und danach steil abfällt, daß dieser Strom im zweiten Zeitintervall (δt₂) im wesentlichen Null ist und daß dieser Strom zu Beginn des dritten Zeitintervalls (δt₃) unter Ausnutzung der Gegen-EMK des Antriebs (201) der Positioniereinheit (2) mit steilem Anstieg schnell einen überhöhten negativen Extremwert erreicht, von dem er bis gegen Ende des dritten Zeitintervalls zunächst linear und danach steil abfällt.2. Positioning method according to claim 1, characterized in that a positioning process is divided into three time intervals (δt₁ to δt₃) regardless of the respective positioning distance, that the drive ( 201 ) of the positioning unit ( 2 ) current supplied in the first time interval (δt₁) such is controlled that it takes linear with consideration of the back emf with rounded transitions from an initial maximum to about the end of this time interval and then drops steeply, that this current in the second time interval (δt₂) is essentially zero and that this current at the beginning the third time interval (δt₃) using the back emf of the drive ( 201 ) of the positioning unit ( 2 ) with a steep increase quickly reaches an excessive negative extreme value, from which it initially decreases linearly and then steeply towards the end of the third time interval. 3. Positionierverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des ersten Zeitintervalls (δt₁) für einen Positioniervorgang immer derart gewählt wird, daß diese Länge einem ganzzahligen Vielfachen der Abtastperiode (Δt) entspricht, dabei kürzer ist als die entsprechende Länge bei einer absolut zeitopitmal ausgelegten Sollwertkurve und auch bei großen Positionierdistanzen einen vorgegebenen Maximalwert (δt1max) nicht überschreitet, der einer Grenzgeschwindigkeit (v1im) der Positioniereinheit (2) entspricht, bei der gewährleistet ist, daß der Antrieb (201) der Positioniereinheit noch in sättigungsfreiem Bereich arbeitet.3. Positioning method according to claim 2, characterized in that the length of the first time interval (δt₁) for a positioning process is always chosen such that this length corresponds to an integer multiple of the sampling period (Δt), being shorter than the corresponding length at an absolute The setpoint curve, which is designed to be time-optimal and does not exceed a predetermined maximum value ( δt 1max ), even with large positioning distances , which corresponds to a limit speed (v 1im ) of the positioning unit ( 2 ) at which it is ensured that the drive ( 201 ) of the positioning unit still works in a saturation-free range . 4. Positionierverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die nominale Weg- und Stromvorgabe (xn bzw. in) immer nur eine dieser Größen explizit aus einer gemeinsamen Sollwertkurve abgeleitet und anschließend gefiltert wird und daß im Falle einer so abgeleiteten nominalen Stromvorgabe (in) daraus die nominale Wegvorgabe (xn) durch zweifache Integration gewonnen wird.4. Positioning method according to claim 3, characterized in that for the nominal path and current specification (x n or i n ) only one of these variables is explicitly derived from a common setpoint curve and then filtered and that in the case of a nominal current specification derived in this way (i n ) the nominal route (x n ) is obtained by double integration. 5. Positionierverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastwerte (xk) in der Filteranordnung (z. B. 52) nach einer cos-Funktion gerundet werden.5. Positioning method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the samples (x k ) in the filter arrangement (z. B. 52 ) are rounded according to a cos function. 6. Positionierverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Istwert für die momentane Lage der Positioniereinheit (2) als eine für die jeweilige Positionierdistanz bereits zurückgelegte Wegstrecke (xa) aus Positionsfehlersignalen (PES) in Form der Anzahl der während des Positioniervorganges bereits zurückgelegten Weginkremente der Positionierdistanz, d. h., Einheiten eines vorbestimmten Maßstabes, sowie einer momentanen Ablage von dem Endwert des zuletzt festgestellten Weginkrementes fortlaufend ermittelt und mit der nominalen Wegvorgabe (xn) als Sollwert verglichen wird, daß die Abweichung der nominalen Wegvorgabe (xn) von dem Istwert (xa) der nominalen Stromvorgabe (in) überlagert und daraus das der Positioniereinheit zugeführte Steuersignal [is(t)] zum Einstellen der Stromamplitude für den Antrieb (201) der Positioniereinheit abgeleitet wird und daß dabei die nominale Stromvorgabe (in) im wesentlichen den Regelvorgang über die Positionierdistanz und die Abweichung der nominalen Stromvorgabe (xn) vom Istwert (xa) die Lageregelung zum Halten der vorbestimmten Position bestimmt.6. Positioning method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the actual value for the current position of the positioning unit ( 2 ) as a distance already traveled for the respective positioning distance (x a ) from position error signals (PES) in the form of the number of during of the positioning process already covered distance increments of the positioning distance, that is, units of a predetermined scale, as well as a current storage of the end value of the last determined path increment and compared with the nominal path specification (x n ) as a setpoint that the deviation of the nominal path specification (x n ) superimposed on the actual value (x a ) of the nominal current specification (i n ) and from this the control signal [i s (t)] supplied to the positioning unit for setting the current amplitude for the drive ( 201 ) of the positioning unit is derived, and that the nominal Current specification (i n ) essentially the control process via d The positioning distance and the deviation of the nominal current specification (x n ) from the actual value (x a ) determines the position control for holding the predetermined position. 7. Positionierverfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6 unter Verwendung einer mit einem digitalen Prozessor, gegebenenfalls einem Signalprozessor (91) ausgestatteten Positionierregeleinheit (9), dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die Berechnung der Abtastwerte (xk) der Sollwertkurve, dann die Filterung dieser Abtastwerte und schließlich die Ermittlung der nominalen Weg- und Stromvorgabe (xn bzw. in) während des Positioniervorganges unter Echtzeitbedingungen mit Hilfe des Prozessors (91) durchgeführt wird.7. Positioning method according to one of claims 4 to 6 using a with a digital processor, optionally a signal processor ( 91 ) equipped positioning control unit ( 9 ), characterized in that first the calculation of the sample values (x k ) of the setpoint curve, then the filtering thereof Sampling values and finally the determination of the nominal path and current specification (x n or i n ) during the positioning process under real-time conditions with the aid of the processor ( 91 ). 8. Positionierverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Start jedes Positioniervorganges aus der jeweils vorliegenden Positionierdistanz (xs) die Länge des ersten Zeitintervalls (δt₁) abgeleitet, daraus unter Berücksichtigung des im ersten Zeitintervall gegenläufig und im dritten Zeitintervall (δt₃) unterstützend wirksamen Einflusses der Gegen-EMK des Antriebes (201) der Positioniereinheit (2) die Länge dieses dritten Zeitintervalls ermittelt und schließlich die Länge des zweiten Zeitintervalls (δt₂) derart festgelegt wird, daß es die verbleibende Differenz zwischen der vollen Positionierdistanz und der Summe der im ersten und dritten Zeitintervall zurückzulegenden Wegstrecken der Positioniereinheit kompensiert. 8. Positioning method according to claim 7, characterized in that, before the start of each positioning process, the length of the first time interval (δt₁) is derived from the respective existing positioning distance (x s ), taking into account the opposite in the first time interval and in the third time interval (δt₃) supporting effective influence of the back emf of the drive ( 201 ) of the positioning unit ( 2 ) determines the length of this third time interval and finally the length of the second time interval (δt₂) is determined such that it is the remaining difference between the full positioning distance and the sum of the compensated distances of the positioning unit to be covered in the first and third time interval. 9. Positionierverfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb jeweils eines der Zeitintervalle (δt₁, δt₂ bzw. δt₃) für jede Abtastperiode (Δt) ein neuer Abtastwert (xk) der Sollwertkurve durch Extrapolation aus Abtastwerten (z. B. xk-1, xk-2, xk-3) vorangegangener Abtastperioden ermittelt wird und daß dafür jeweils zu Beginn eines der Zeitintervalle entsprechende, geometrisch aus der Sollwertkurve abgeleitete Anfangswerte als Eckgrößen vorgegeben werden.9. Positioning method according to one of claims 7 or 8, characterized in that within each of the time intervals (δt₁, δt₂ or δt₃) for each sampling period (Δt) a new sample (x k ) of the setpoint curve by extrapolation from samples (z. B. x k-1 , x k-2 , x k-3 ) previous sampling periods is determined and that at the beginning of each one corresponding to the time intervals, geometrically derived from the setpoint curve, initial values are given as parameters. 10. Positionierverfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, bei dem zum Filtern der Abtastwerte der Sollwertkurve entsprechend der Ordnung (n) der gewählten FIR-Filteranordnung (n+1) aufeinanderfolgende Signalwerte (z. B. xk-n . . . xk) jeweils mit einem entsprechend der Übertragungsfunktion des FIR-Filters vorgegebenen Filterkoeffizienten (c0 . . . cn) bewertet und aufsummiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß für die Filterung der Abtastwerte (xk) statt ihrer Absolutwerte lediglich deren Inkremente (z. B. xk-xk-1) zum vorhergehenden Abtastwert (xk-1) verwendet werden und daß die gefilterte Absolutgröße (xnk) aus dem entsprechenden gefilterten Inkrement (δxnk) unter Addition zur Absolutgröße (xnk-1) der vorausgegangenen Abtastperiode (Δt) gewonnen wird.10. Positioning method according to one of claims 6 to 9, in which for filtering the samples of the setpoint curve according to the order (n) of the selected FIR filter arrangement (n + 1) successive signal values (eg x kn... X k ) are each evaluated and added up with a filter coefficient (c 0 ... c n ) predefined in accordance with the transfer function of the FIR filter, characterized in that for the filtering of the sampled values (x k ), instead of their absolute values, only their increments (e.g. x k -x k-1 ) to the previous sample value (x k-1 ) and that the filtered absolute size (x nk ) from the corresponding filtered increment (δx nk ) with addition to the absolute size (x nk-1 ) of the previous sampling period (Δt) is obtained. 11. Positionierverfahren nach Anspruch 10, bei dem die aus der Sollwertkurve abgeleiteten gefilterten Abtastwerte (xnk) die nominale Wegvorgabe (xn) repräsentieren, dadurch gekennzeichnet. daß zum Ableiten der entsprechenden nominalen Stromvorgabe (in) die Differenz aus den gefilterten Inkrementen (δxnk, δxnk-1) der Abtastwerte der aktuellen bzw. der vorangegangenen Abtastperiode (Δt) gebildet wird.11. The positioning method as claimed in claim 10, in which the filtered sample values (x nk ) derived from the setpoint curve represent the nominal path specification (x n ), characterized. that to derive the corresponding nominal current specification (i n ), the difference is formed from the filtered increments (δx nk , δx nk-1 ) of the samples of the current or the previous sampling period (Δt). 12. Positionierverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem die Strecke zwischen Startposition und Zielposition als Ortsvektor in einem vorgegeben, zwei- bis dreidimensionalen Koordinatensystem vorliegt, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Ortsvektor zu Beginn des Positioniervorganges in seine Komponenten zerlegt, diesen jeweils eine individuelle Sollwertkurve zugeordnet wird und daß somit für jede Koordinatenrichtung individuelle Steuerspannungen abgeleitet werden, die dem Antrieb der Positioniereinheit als Steuergrößen für Bewegungen in jeweils eine der Koordinatenrichtungen zugeführt werden.12. Positioning method according to one of claims 1 to 11, at which the distance between the start position and the destination position as Location vector in a given, two- to three-dimensional Coordinate system is present, characterized in that that this location vector at the beginning of the positioning process  broken down into its components, each one an individual setpoint curve is assigned and that individual control voltages are derived for each coordinate direction be the drive of the positioning unit as Control variables for movements in one of the coordinate directions are fed. 13. Anordnung zum Durchführen des Positionierverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch einen Istwertgeber (4) zum Ableiten von digitalen Istwerten (xa) aus der von der Positioniereinheit (2) abgegebenen Folge von analogen Positionierfehlersignalen (PES), durch einen Sollwertgeber (z. B. 5), dem für einen Positioniervorgang eine Adresse (ADR) einer Zielposition bzw. eine der Positionierdistanz entsprechende Größe zugeführt wird und der so aufgebaut ist, daß er daraus fortlaufend je einen digitalisierten Wert für die nominale Weg- und Stromvorgabe (xn bzw. in) ableitet, durch einen Digitalkomparator (z. B. 6), dem der vom Istwertgeber abgegebene Istwert (xa) und der vom Sollwertgeber erzeugte Wert der nominalen Wegvorgabe (xn) als Eingangsgrößen zugeführt werden und der als Regelabweichung einen der Differenz dieser Eingangsgrößen entsprechenden Wert abgibt, durch einen an den Digitalkomparator angeschlossenen Addierer (z. B. 7), dem außerdem der digitalisierte Wert für die nominale Stromvorgabe (in) zugeführt wird und durch einen Digital/Analog- Wandler (z. B. 8), der an den Ausgang des Addierers angeschlossen ist und das Steuersignal [is(t)] für den Antrieb (201) der Positioniereinheit (2) abgibt.13. Arrangement for performing the positioning method according to one of claims 1 to 12, characterized by an actual value transmitter ( 4 ) for deriving digital actual values (x a ) from the sequence of analog positioning error signals (PES) output by the positioning unit ( 2 ), by a Setpoint generator (e.g. 5 ) to which an address (ADR) of a target position or a quantity corresponding to the positioning distance is fed for a positioning process and which is constructed in such a way that it continuously generates a digitized value for the nominal path and current specification (x n or i n ) is derived by a digital comparator (e.g. 6 ), to which the actual value (x a ) given by the actual value transmitter and the value of the nominal path specification (x n ) generated by the setpoint generator are fed as input variables and outputs as control deviation a value corresponding to the difference between these input variables, by means of an adder (for example 7 ) connected to the digital comparator, the also the digitized value for the nominal current specification (i n ) is supplied and by a digital / analog converter (z. B. 8 ), which is connected to the output of the adder and outputs the control signal [i s (t)] for the drive ( 201 ) of the positioning unit ( 2 ). 14. Anordnung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch einen Istwertgeber (4) mit einem Nulldurchgangsdetektor (42) und einem Analog/Digital-Wandler (44), denen die Positionsfehlersignale (PES) in Form einer Sägezahnimpulsfolge zugeführt werden, deren Impulsperiode dem geometrischen Maß eines Weginkrementes entspricht, weiterhin mit einem Rückwärtszähler (41), der zu Beginn eines Positioniervorganges mit einem der jeweiligen Positionierdistanz entsprechenden digitalisierten Wert (ADR) ladbar ist und durch Ausgangssignale des Nulldurchgangsdetektors getriggert wird sowie mit einem Addierer (43), der sowohl an die Ausgänge des Rückwärtszählers als auch die des Analog/Digital-Wandlers angeschlossen ist und den digitalisierten Istwert (xa) als Summe seiner Eingangsgrößen abgibt.14. Arrangement according to claim 13, characterized by an actual value transmitter ( 4 ) with a zero crossing detector ( 42 ) and an analog / digital converter ( 44 ), to which the position error signals (PES) are supplied in the form of a sawtooth pulse sequence, the pulse period of which is the geometric dimension of a Wegeinrementes corresponds, further with a down counter ( 41 ), which can be loaded at the beginning of a positioning process with a digitized value corresponding to the respective positioning distance (ADR) and is triggered by output signals of the zero-crossing detector, and with an adder ( 43 ), which is connected to both the outputs of the Down counter and that of the analog / digital converter is connected and outputs the digitized actual value (x a ) as the sum of its input variables. 15. Anordnung nach Anspruch 13 oder 14, gekennzeichnet durch einen Sollwertgeber (5) mit einem Speicher (51), in dem für jede Positionierdistanz jeweils ein Satz von den Verlauf der zugehörigen, aus linear verlaufenden Teilstücken zusammengesetzten Sollwertkurve definierenden Eckwerten (z. B. i₀, δt₂) gespeichert und durch eine dem Speicher zugeführte, der jeweiligen Positionierdistanz entsprechende Adresse (ADR) selektierbar ist und mit Schaltnetzwerken (z. B. 511, 512, 513) zum Generieren von in einem vorgegebenen Zeitraster aufeinanderfolgenden, gegebenenfalls linear dekrementierten Abtastwerten in Abhängigkeit von den gespeicherten und in die Schaltnetzwerke ausgelesenen Eckwerten der Sollwertkurve, wobei der Sollwertgeber außerdem die FIR-Filteranordnung (52) enthält, der diese generierten Abtastwerte (xk) zugeführt werden.15. Arrangement according to claim 13 or 14, characterized by a setpoint generator ( 5 ) with a memory ( 51 ) in which, for each positioning distance, a set of the basic values defining the course of the associated setpoint curve composed of linearly running sections (e.g. i₀, δt₂) and can be selected by an address (ADR) that corresponds to the respective positioning distance and is provided with switching networks (e.g. 511, 512, 513 ) for generating consecutive, possibly linearly decremented samples in a predetermined time pattern Dependency on the stored corner values of the setpoint curve and read out into the switching networks, the setpoint generator also containing the FIR filter arrangement ( 52 ) to which these generated sample values (x k ) are supplied.
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