JP2901167B2

JP2901167B2 - テープ駆動装置

Info

Publication number: JP2901167B2
Application number: JP4120070A
Authority: JP
Inventors: 康浩米田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1992-04-13
Filing date: 1992-04-13
Publication date: 1999-06-07
Anticipated expiration: 2014-06-07
Also published as: JPH05290451A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、供給リールと巻取リー
ルとにより磁気テープの移送を制御する磁気記録再生装
置において、特にテープテンション制御に特徴を有する
テープ駆動装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、磁気記録再生装置（以下ＶＴＲと
呼ぶ）では長時間記録化が著しく、磁気テープは薄手化
される傾向にある。その上ＶＴＲではジョグ，シャトル
モードが設けられ、磁気テープを急激に加速又は減速し
て、アクセス性の向上が図れつつある。このため、磁気
テープのテープテンションを常に適正に保つことのでき
るテープ駆動装置が要望されていた。

【０００３】従来のテープ駆動装置におけるテープテン
ション制御技術は、例えばテレビジョン学会の画像情報
記録研究会の会誌（テレビ学技報Ｖｏｌ．１３，ＮＯ．
５９；Ｐ１６）にその具体例が開示されれている。

【０００４】図３は、従来のテープ駆動装置のテープテ
ンション制御部の一例を示すブロック図である。本図に
おいて、磁気テープ１は記録又は再生モードにおいて、
供給リール（Ｓリール）２側から、巻取リール（Ｔリー
ル）３側にキャプスタン４とピンチローラ５に駆動され
て矢印Ｐ方向に移送される。テンションアーム６は、軸
６ａを中心に回転自在に保持され、引っ張りばねにより
アームの一端に取付けたテンションローラ６ｂが磁気テ
ープ１を押圧して、走行時に磁気テープ１の張力を与え
るアームである。テンションアーム６の回転角度はテン
ション検出器７により検出される。テンション検出器７
はテンションアーム６の回転角度から、磁気テープ１の
走行中のテンション信号を出力するものであり、その出
力は比例演算器８，積分演算器９，微分演算器１０に与
えられる。ここではテンションアーム６の回転角度が大
きければ、テープテンションは小さくなる。

【０００５】比例演算器８は、テンション検出器７の出
力するテンション信号（ＥＴ）と、基準テンションとの
差に比例した比例信号（ＰＥＴ）を出力するものであ
る。積分演算器９は、テンション検出器７の出力するテ
ンションと基準テンションとの差を順次積分した積分信
号（ＩＥＴ）を出力するものである。微分演算器１０
は、現在サンプリングされたテンション信号から前回の
テンション信号を減算した差分信号（ＤＥＴ）を出力す
るものである。

【０００６】加算器１１は、比例演算器８，積分演算器
９，微分演算器１０の各出力信号を加算するもので、こ
の加算信号（ＳＥrr）はＳリールモータ駆動回路１２に
与えられる。Ｓリールモータ駆動回路１２はＳリールモ
ータ（ＳＭ）１３の駆動回路であり、加算器１１の出力
する信号によりＳリールモータ１３の回転トルクの制御
を行うものである。

【０００７】このような従来のテープ駆動装置では、磁
気テープ１の走行テンションが低く又は高くなると、テ
ンションアーム６の回転角度は増加又は減少し、テンシ
ョン検出器７の出力するテンション信号ＥＴの値は、夫
々大きく又は小さくなる。このテンション信号ＥＴを入
力としてＰＩＤ制御を行うことにより、磁気テープ１の
走行テンションを一定に保つようにしていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのよう
な従来の構成では、各種演算器の構成が複雑であり、更
にテンション制御系の安定性と速応性が相反する関係に
あるため、両方を満足させる制御系を構成することが困
難であった。又、ＶＴＲでは異なるサイズは勿論のこ
と、同一サイズのカセットハーフにも、記録時間の異な
る磁気テープが収納されるため、リール径，リールイナ
ーシャ等、テンション制御系に関係するパラメータが様
々に変化する。従って、従来例における各種演算器の構
成もパラメータが最悪の条件になったときを考慮して設
計されており、性能を積極的に良くすることが困難であ
るという欠点があった。

【０００９】本発明はこのような従来の問題点に鑑みて
なされたものであって、特に、磁気テープの加速，減速
時等の過渡時にテープテンションを安定に保つことので
きるテープ駆動装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本願の請求項１の発明
は、供給リール及び巻取リール間の磁気テープをキャプ
スタン駆動により所定テンションで走行させるテープ駆
動装置であって、供給リール及び巻取リール間に設けら
れ、走行中の磁気テープのテンションを与えるアームポ
ストと、アームポストの位置を検出して位置信号を出力
するテンションアーム位置検出器と、テンションアーム
位置検出器の出力に基づき、アームポストの移動速度を
検出する微分演算器と、供給リールのテープ回巻外径を
検出する供給リール径検出器と、供給リール径，供給リ
ールの慣性，キャプスタン径，キャプスタン慣性，キャ
プスタントルクの信号に基づいて、磁気テープの走行時
における状態変数の偏差と制御入力量の偏差を最小に
し、最適フィードバックの状態を示す評価関数の値を最
小にするゲイン係数を出力する状態フィードバックゲイ
ン演算器と、供給リールを駆動する供給リールモータ駆
動回路と、状態フィードバックゲイン演算器によって決
定されたゲイン係数、アームポストの現在の位置信号と
基準位置信号との差信号、及びアームポストの移動速度
信号に基づいて、供給リールモータのトルクを演算し、
供給リールモータ駆動回路にトルク制御信号を与えるテ
ンション制御信号生成部と、を具備し、テンション制御
信号生成部は、アームポストの現在位置信号と基準位置
信号の差信号に状態フィードバックゲイン演算器の出力
する第１のゲイン係数を乗算する第１の乗算器と、微分
演算器の出力に状態フィードバックゲイン演算器の出力
する第２のゲイン係数を乗算する第２の乗算器と、第１
及び第２の乗算器の乗算結果を加算する加算器と、を含
むことを特徴とするものである。

【００１１】本願の請求項２の発明は、供給リール及び
巻取リール間の磁気テープをリール駆動により所定テン
ションで走行させるテープ駆動装置であって、供給リー
ル及び巻取リール間に設けられ、走行中の磁気テープの
テンションを与えるアームポストと、アームポストの位
置を検出して位置信号を出力するテンションアーム位置
検出器と、テンションアーム位置検出器の出力に基づ
き、アームポストの移動速度を検出する微分演算器と、
供給リールのテープ回巻外径を検出する供給リール径検
出器と、巻取リールのテープ回巻外径を検出する巻取リ
ール径検出器と、供給リール径，供給リールの慣性，巻
取リール径，巻取リールの慣性の信号及び巻取リールモ
ータトルク情報に基づいて、磁気テープの走行時におけ
る状態変数の偏差と制御入力量の偏差を最小にし、最適
フィードバックの状態を示す評価関数の値を最小にする
ゲイン係数を出力する状態フィードバックゲイン演算器
と、供給リールを駆動する供給リールモータ駆動回路
と、状態フィードバックゲイン演算器によって決定され
たゲイン係数、アームポストの現在の位置信号と基準位
置信号との差信号、及びアームポストの移動速度信号と
から供給リールモータのトルクを演算し、供給リールモ
ータ駆動回路にトルク制御信号を与えるテンション制御
信号生成部と、を具備し、テンション制御信号生成部
は、アームポストの現在位置信号と基準位置信号との差
信号に状態フィードバックゲイン演算器の出力する第１
のゲイン係数を乗算する第１の乗算器と、微分演算器の
出力に状態フィードバックゲイン演算器の出力する第２
のゲイン係数を乗算する第２の乗算器と、第１及び第２
の乗算器の乗算結果を加算する加算器と、を含むことを
特徴とするものである。

【００１２】本願の請求項３の発明は、供給リール及び
巻取リール間の磁気テープを所定テンションで走行させ
るテープ駆動装置であって、供給リール及び巻取リール
間に設けられ、走行中の磁気テープのテンションを与え
るアームポストと、アームポストの位置を検出して位置
信号を出力するテンションアーム位置検出器と、テンシ
ョンアーム位置検出器の出力に基づき、アームポストの
移動速度を検出する微分演算器と、供給リールのテープ
回巻外径を検出する供給リール径検出器と、巻取リール
のテープ回巻外径を検出する巻取リール径検出器と、供
給リール及び巻取リール間の磁気テープがキャップスタ
ン駆動により移送されるとき動作し、供給リール径，供
給リールの慣性，キャプスタン径，キャプスタン慣性，
キャプスタントルクの信号に基づいて、磁気テープの走
行時における状態変数の偏差と制御入力量の偏差を最小
にし、最適フィードバックの状態を示す評価関数の値を
最小にするゲイン係数を夫々出力する第１の状態フィー
ドバックゲイン演算器と、供給リール及び巻取リール間
の磁気テープがリール駆動により移送されるときに動作
し、供給リール径，供給リールの慣性，巻取リール径，
巻取リールの慣性の信号に基づいて、磁気テープの走行
時における状態変数の偏差と制御入力量の偏差を最小に
し、最適フィードバックの状態を示す評価関数の値を最
小にするゲイン係数を夫々出力する第２の状態フィード
バックゲイン演算器と、供給リールを駆動する供給リー
ルモータ駆動回路と、第１の状態フィードバックゲイン
演算器と第２の状態フィードバックゲイン演算器の出力
を磁気テープの駆動方式により切り換える切換器と、切
換器により選択されたゲイン係数、アームポストの現在
の位置信号と基準位置信号との差信号、及びアームポス
トの移動速度信号に基づいて、供給リールモータのトル
クを演算し、供給リールモータの駆動回路にトルク制御
信号を与えるテンション制御信号生成部と、を具備し、
テンション制御信号生成部は、アームポストの現在位置
信号と基準位置信号の差信号に状態フィードバックゲイ
ン演算器の出力する第１のゲイン係数を乗算する第１の
乗算器と、微分演算器の出力に状態フィードバックゲイ
ン演算器の出力する第２のゲイン係数を乗算する第２の
乗算器と、第１及び第２の乗算器の乗算結果を加算する
加算器と、を含むことを特徴とするものである。

【００１３】

【作用】このような特徴を有する本願の請求項１の発明
によれば、供給リール及び巻取リール間の磁気テープを
移送する際、走行中の磁気テープのテンションを与える
アームポストを供給リール及び巻取リール間に設ける。
テンションアーム位置検出器は、アームポストの位置を
検出して位置信号を出力する。微分演算器はテンション
アーム位置検出器の出力に基づき、アームポストの移動
速度を出力する。一方、供給リール径検出器は供給リー
ルのテープの外径を検出する。そうすると状態フィード
バックゲイン演算器は、供給リール径，供給リールの慣
性，キャプスタン径，キャプスタン慣性，キャプスタン
トルクの信号に基づいて、磁気テープの走行時における
テンションの最適フィードバックの状態を示すゲイン係
数を出力する。次に、テンション制御信号生成部は、ゲ
イン係数、アームポストの現在の位置信号とアームポス
トの基準位置信号との差信号、アームポストの移動速度
信号とから、供給リールモータの制動トルクを演算す
る。そして供給リールモータの駆動回路にこのトルク制
御信号を与える。このような方法によりキャプスタン駆
動において、磁気テープの加速及び減速等の過渡時に、
速応性，安定性ともに優れたテンション制御を行うこと
ができる。

【００１４】又本願の請求項２の発明によれば、供給リ
ール及び巻取リール間の磁気テープを移送する際、走行
中の磁気テープのテンションを与えるアームポストを供
給リール及び巻取リール間に設ける。テンションアーム
位置検出器は、アームポストの位置を検出して位置信号
を出力する。微分演算器はテンションアーム位置検出器
の出力に基づき、アームポストの移動速度を出力する。
一方、供給リール径検出器は供給リールのテープの外径
を検出し、巻取リール検出器は巻取リールのテープの外
径を検出する。そうすると状態フィードバックゲイン演
算器は、供給リール径，供給リールの慣性，巻取リール
径，巻取リールの慣性，巻取リールモータのトルク情報
に基づいて、磁気テープの走行時におけるテンションの
最適フィードバックの状態を示すゲイン係数を出力す
る。次に、テンション制御信号生成部は、ゲイン係数、
アームポストの現在の位置信号とアームポストの基準位
置信号との差信号、アームポストの移動速度信号とか
ら、供給リールモータの制動トルクを演算する。そして
供給リールモータの駆動回路にこのトルク制御信号を与
える。このような方法によりリール駆動において、磁気
テープの加速及び減速等の過渡時に、速応性，安定性と
もに優れたテンション制御を行うことができる。

【００１５】更に本願の請求項３の発明によれば、キャ
ップスタン駆動又はリール駆動の何れの方式でもテープ
駆動を行うことができる。この場合、テープの駆動方式
によって請求項１又は請求項２記載の駆動方式が切換え
られてこれらと同様の作用でテンション制御が行われ
る。

【００１６】

【実施例】以下本発明の実施例について、図面を参照し
ながら説明する。図１は、本発明の第１実施例における
テンション制御部を中心とするテープ駆動装置のブロッ
ク図である。尚、従来例を示す図３と同一部分は同一の
符号を付けて説明を省略する。本図において、可動テン
ションアームポスト（以後アームポストと呼ぶ）２０
は、走行中の磁気テープ１のテンションを制御すると共
に、テンション値を検出するためのテープポストであ
る。このアームポスト２０は、シャーシに一端が固定さ
れた引っ張りばね２０ａにより磁気テープ１の走行方向
と垂直に移動自在に保持されている。そして供給リール
２とキャプスタン４間のテープ走行経路に固定ポスト２
１ａ，２１ｂが設けられており、これらの固定ポストと
アームポスト２０に磁気テープ１がＶ字状に張架されて
いる。

【００１７】テンションアーム位置検出器２２は磁気テ
ープ１のテンションによって変化するアームポスト２
０、又はばね２０ａの可動先端部の位置ｘを出力するも
のである。尚、実際のテープテンション値は、位置ｘ，
ばね２０ａの初期長さ，ばね定数Ｋ，磁気テープ１のば
ね２０ａの張架方向に対する角度θにより決定される。
テンションアーム位置検出器２２の出力する位置信号Ａ
p （＝ｘ）は減算器２３及び微分演算器２４に与えられ
る。一方、基準位置信号発生器２５はアームポスト２０
の基準位置信号Ｐref を発生する信号部である。減算器
２３は基準位置信号発生器２５から与えられる基準位置
信号Ｐref から、テンションアーム位置検出器２２の出
力信号Ａp を減算する回路であり、ここでの減算結果は
アームポスト２０の基準位置に対する誤差信号Ａ'pとな
る。

【００１８】微分演算器２４はテンションアーム位置情
報検出器１２の出力信号Ａp を微分し、アームポスト２
０の移動速度信号Ａs を出力するための微分回路であ
る。一方、Ｓリール径検出器２６は、Ｓリール２に回巻
された磁気テープ１の外径２Ｒs の信号を検出するもの
である。一般にカセットハーフに収納された供給リール
２及び巻取リールのテープの回巻外径を直接検出するこ
とは困難である。そこで、ここでは供給リール２の回転
パルス信号と図示しない巻取リールの回転パルス信号の
周期又は周波数信号を処理することにより、テープの回
巻外径を得ている。即ち、カセットハーフには、収納さ
れる磁気テープの材質や収録時間などの情報が検知でき
るように構成されている。従ってＶＴＲにカセットハー
フを装填すると、この情報が機器本体に登録される。こ
のため収録時間からテープ長さが判り、供給リール２及
び巻取リールからのパルスの周波数を計測すると、テー
プの材質（厚み）を加味することにより、現在回転中の
供給リール２に回巻された磁気テープ１の外径がＳリー
ル径検出器２６で演算される。

【００１９】キャプスタントルク検出器２７はキャプス
タン４の回転トルク信号Ｑc を発生する信号部である。
回転トルク信号Ｑc は、例えばキャプスタンモータの駆
動電流より生成される。次に状態フィードバックゲイン
演算器２８は、キャプスタントルク検出器２７からの回
転トルク信号Ｑc と、Ｓリール径検出器２６の出力する
供給リールの外径信号に基づき、２種類のゲイン係数
α，βをリアルタイムで演算してその値を出力する信号
処理回路である。状態フィードバックゲイン演算器２８
は図示しないデジタルシグナルプロッセッサとメモリに
より構成され、後述する原理に基づいて最適な状態フィ
ードバックのゲイン係数を演算する。第１の乗算器２９
は状態フィードバックゲイン演算器２８によって決定さ
れたゲイン係数αと、減算器２３の出力信号Ａ'pとを乗
算する回路であり、第２の乗算器３０はゲイン係数βと
微分演算器２４の出力信号Ａs とを乗算する回路であ
る。加算器３１は第１，第２の乗算器２９，３０の出力
信号を加算する回路であり、この加算出力は従来例と同
一のＳリールモータ駆動回路１２に与えられる。ここ
で、第１及び第２の乗算器２９，３０と加算器３１は、
Ｓリールモータ駆動回路１２にトルク制御信号を与える
テンション制御信号生成部を構成している。

【００２０】以上のように構成された第１実施例のテー
プ駆動装置の動作について説明する。アームポスト２０
の位置信号に関する状態方程式について考える。アーム
ポスト２０の位置信号をｘ₁，その移動速度をｘ₂，Ｓ
リールモータ１３の発生トルクをＱs ，供給リール２の
イナーシャをＪs ，供給リール２の磁気テープ１を含む
半径をＲs ，供給リール２の回転速度をωs ，アームポ
スト２０のイナーシャをＭ，ばね２０ａのばね定数を
Ｋ，磁気テープ１のテンションをＴ，アームポスト２０
に巻付けられた磁気テープ１とアームポスト２０の移動
方向との角度をθ，キャプスタン４の半径をＲc ，キャ
プスタン４のイナーシャをＪc ，キャプスタン４の回転
速度をωc ，キャプスタンモータのトルクをＱc とする
と、次の（１）〜（５）式で示す運動方程式が成り立
つ。

【００２１】

【数１】（３）〜（５）式を用いてωs ，ωc の微分項を消去
し、Ｔについて解くと次の（６）式が得られる。

【数２】

【００２２】（２）式に（６）式を代入し、ｄｘ₂／ｄ
ｔについて解くと、次の（７）式が得られる。

【数３】

【００２３】さて偏微分方程式で表現される動的システ
ムにおいて、ｘを状態（ここではアームポスト２０の位
置等の観測量）を示す時間関数とし、ｕを入力（ここで
は、供給リール２の半径Ｒs 、Ｓリールモータ１３の発
生トルクＱs 、キャプスタントルクＱc 等の操作量）を
示す時間関数とし、ｙを制御量の時間関数とすると、次
に示す（８），（９）式が得られる。ｄｘ（ｔ）／ｄｔ＝Ａｘ（ｔ）＋Ｂｕ（ｔ）・・（８）ｙ（ｔ）＝Ｃｘ（ｔ）・・・（９）（８），（９）式を状態方程式という。ここでＡ，Ｂ，
Ｃは夫々時間の関数とならない行列である。これらの変
数ｘ，ｕ，ｙは夫々、システムの定常状態を基準に定義
されており、それ等の値は夫々の定常状態からの偏差を
表している。観測対象となる制御システムにおいて、現
在の状態を知れば、今後加える入力によって制御システ
ムがどのように動作するか予測することができる。この
ような原理の現代制御理論に基づき、本実施例の制御系
の設計がなされている。

【００２４】ここで（１）及び（７）式を前述した状態
方程式で表現すると、次に示す（１０）及び（１１）式
となる。

【数４】（１０），（１１）式において［ｘ₁，ｘ₂］^Tの行列
が（８）式のｘ（ｔ）に相当し、［Ｑs ，Ｑc ］^Tの行
列が（８）式のｕ（ｔ）に相当する。又行列［ｘ₁，ｘ
₂］^Tの係数となる行列は（８）式のＡに相当し、行列
［Ｑs ，Ｑc ］^Tの係数となる行列は（８）式のＢに相
当する。

【００２５】次に、図１の状態フィードバックゲイン演
算器２８の出力するゲイン係数α，βについて説明す
る。本実施例の制御系を安定にする（８）式のフィード
バックゲインＡ，Ｂの行列は無数にあり、応答の収束速
度を速くしたり、振れ幅をできるだけ最小にさせたり、
制御回路の飽和現象を少なくしたりするという、問題解
決の方向によって異なる。このため、どの解が最適であ
るか否かの判断することは困難である。

【００２６】そこで、この問題を解決する１つの方法と
して適当な評価関数を設定し、この評価関数を最小にす
るようなフィードバック行列を決定する手法が一般的に
用いられている。これらは最適フィードバック制御と呼
ばれており、今制御システムの出力ｙが定常状態ｙ
（ｔ）＝０となることが最も望ましいとする。もし外乱
などの理由により、出力ｙが定常状態から離れたとき、
速やかにもとの値に戻す制御が必要である。その速やか
さの指標として、次の（１２）式に示すようにｙの２乗
積分を導入し、その値が小さいほど良いと考える。

【数５】又そのような制御を行うとき、入力ｕをあまり変えない
方が、アームポスト２０等のアクチュエータにとって負
担が少なく、しかもシステム全体の振舞いが穏やかにな
る。そこで次の（１３）式で示す入力ｕの２乗積分の値
が小さい方がよいとする。

【数６】

【００２７】このような考えから、出力ｙ及び入力ｕの
２乗積分に適当な重み付けをして、評価関数Ｊを次の
（１４）式で定義する。

【数７】この評価関数Ｊを最小にするということは、状態変数の
偏差（本実施例の場合ではアームポスト２０の位置とそ
の移動速度における夫々の偏差）と制御入力量（供給リ
ール２の半径Ｒs ，キャプスタントルクＱc ）を加味し
たものを最小にすることを意味する。式（１４）の行列
Ｑ，Ｒは、夫々状態変数ｘの偏差に対する重み付けと、
制御入力量ｕに対する重み付けを示す係数である。この
評価関数Ｊを最小にするフィードバック行列は、リカッ
チの方程式を解くことで求められる。このような方法は
最適フィードバック制御と呼ばれ、計算機シミュレーシ
ョンソフトも市販されている。

【００２８】以上のようにして得られたフィードバック
行列は、図１の状態フィードバックゲイン演算器２８の
ゲイン係数α，βを含んでおり、これらのゲイン係数
α，βを求めるために、式（７），（１０）に示された
パラメータＫ₁，Ｋ₂を必要とする。評価関数Ｊのパラ
メータのうち、値が変化するものは、供給リール２の半
径Ｒs ，供給リール２のイナーシャＪs ，キャプスタン
４のトルク信号Ｑc である。従って、供給リール２のイ
ナーシャＪs は供給リール半径Ｒsが判れば求められる
ので、供給リール半径Ｒs とキャプスタントルク信号Ｑ
cを得れば、最適な状態フィードバックのゲイン係数
α，βを求めることができる。

【００２９】ＶＴＲが記録モード又は通常の再生モード
にセットされ、磁気テープ１がキャプスタン駆動によ
り、定速で走行している状態では、アームポスト２０は
外乱がなければ基準の位置にあり、減算器２３の出力信
号Ａp ’は０となる。このため例え任意のゲイン係数
α，βが出力されても、乗算器２９の出力は０となり、
微分器２４の出力も０であるので乗算器３０の出力も０
となる。このため加算器３１は誤差信号を出力せず、Ｓ
リールモータ１３はＳリールモータ駆動回路１２により
これまでと同様の一定のトルクを受ける。このとき磁気
テープ１は所定のテンションを受け安定に走行する。

【００３０】さて、ＶＴＲが編集作業で使用されるとき
には、磁気テープ１が頻繁に停止、加速，減速の動作状
態に入る。例えば磁気テープ１が停止状態から加速状態
に入るとき、高速の立ち上がりが優先された場合には、
供給リール２の現在の半径Ｒ_sの信号と、起動時のキャ
プスタンモータのトルクＱ_sとを用いて、状態フィード
バックゲイン演算器２８は加速状態に応じたゲイン係数
α，βを算出する。このゲイン係数α，βが乗算器２
９，３０に夫々与えられ、Ｓリールモータ駆動回路１２
は加算器３１から出力される制御信号を入力し、供給リ
ール２に対してトルクを低減する制御を行う。

【００３１】次に、磁気テープ１のピクチャーサーチを
行うため、停止状態から加速状態に入るとき、安定した
立ち上がり（振動の少ない加速）を優先された場合に
は、状態フィードバックゲイン演算器２８はその動作モ
ードに対応したゲイン係数α，βを出力し、乗算器２９
及び３０に与える。そして立ち上がり時の磁気テープ１
のテンションがもし振動的に変化すると、微分演算器２
４の出力する速度信号Ａs の振幅は大きくなる。又状態
フィードバックゲイン演算器２８の出力するゲイン係数
αも現在のリール半径Ｒs 及びキャプスタントルクＱc
に対応した値となる。このため加算器３１の出力する制
御信号は磁気テープ１の振動を押さえるようなものとな
る。磁気テープ１の定速走行状態から減速状態に入ると
きも同様に動作し、テンション制御系の安定性と速応性
の両方を満足させる制御系を構成することが可能とな
る。

【００３２】尚、図１の点線Ｌで囲んだブロックはこの
回路全体をマイクロコンピュータ（ＭＰＵ）やデジタル
シグナルプロセッサ（ＤＳＰ）を用いて構成することが
可能であり、小型化に寄与することもできる。又、ゲイ
ン係数α，βを求める計算は、リアルタイムで行うので
はなく、予め計算をしておき、テーブルデータとしてＲ
ＯＭに記憶させることも可能である。この場合は計算時
間を短縮できる効果が得られる。更に、テープ起動時や
減速時のモードでは、前述の評価関数の重み付け行列Ｑ
及びＲを一定速度で移送中の時と異なるように設定す
る。そうすることにより、安定性よりも速応性を向上さ
せたり、アームポスト２０の振れ幅を最小となるよう評
価関数の重み付けを変更することも可能である。

【００３３】次に、本発明の第２実施例のテープ駆動装
置について説明する。図２は第２実施例におけるテンシ
ョン制御部を中心とするテープ駆動装置のブロック図で
ある。本図において、磁気テープ１は、供給リール２と
巻取リール３間で駆動されて矢印Ｐ方向に移送される記
録媒体である。本実施例においても、Ｓリールモータ駆
動回路１２，Ｓリールモータ１３，アームポスト２０，
ばね２０ａ，固定ポスト２１ａ，２１ｂ，テンションア
ーム位置検出器２２，減算器２３，微分演算器２４，基
準位置信号発生器２５，Ｓリール径検出器２６，第１の
乗算器２９，第２の乗算器３０，加算器３１が夫々設け
られることは第１実施例と同一であり、その説明は省略
する。

【００３４】第１実施例と異なる点は、このＶＴＲは磁
気テープ１がリール駆動されるよう構成されており、巻
取リール３を駆動するＴリールモータ３２と、巻取リー
ル３のトルク制御を行うＴリールモータ駆動回路３３が
夫々設けられたことである。Ｓリールモータ１３は、磁
気テープ１の逆方向の移送（巻戻し）時に移送トルク
を、磁気テープ１の正方向の加速及び減速時に制動トル
クを、夫々供給リール２に与えるモータである。同様に
Ｔリールモータ３２は、磁気テープ１の正方向の移送時
に移送トルクを、磁気テープ１の負方向の加速及び減速
時に制動トルクを、夫々巻取リール３に与えるモータで
ある。Ｔリールモータ駆動回路３３はＴリールモータ３
２のトルク制御回路であり、Ｔリールモータ制御信号生
成部３４の信号により制御される。Ｔリールモータ制御
信号生成部３４は、Ｔリールモータ駆動回路３３にトル
クエラー信号Ｑteを与える回路である。

【００３５】一方、Ｔリール径検出器３５は巻取リール
３に回巻された磁気テープ１の外径２Ｒ_tを検出するも
のである。その検出原理は前述したＳリール径検出器２
６と同様である。状態フィードバックゲイン演算器３６
は第１実施例の演算器２８と同様の信号処理回路であ
る。状態フィードバックゲイン演算器３６は、端子３４
からのＴリールモータトルクエラーの信号Ｑteと、Ｓリ
ール径検出器２６の出力する供給リールの外径信号Ｒs
と、Ｔリール径検出器３５の出力する巻取リールの外径
信号Ｒt とに基づき、２種類のゲイン係数α’，β’を
リアルタイムで演算してその値を出力する回路である。
ここでも第１及び第２の乗算器２９，３０と加算器３１
は、供給リールモータ１３の駆動回路に制御信号を与え
るテンション制御信号生成部を構成している。

【００３６】巻取リール３の半径をＲt ，巻取リール３
のイナーシャをＪt ，巻取リール３の回転速度をωt ，
Ｔリールモータ３１の発生トルクをＱt ，磁気テープ１
のテンションをＴとすると、（３）〜（５）式と同様に
次の（１５）及び（１６）式に示す運動方程式が成り立
つ。

【数８】

【００３７】（３），（１５），（１６）式を用いてω
t ，ωs の微分項を消去し、Ｔについて解くと次の（１
７）式が得られる。

【数９】

【００３８】（２）式に（１７）式を代入し、ｘ₂につ
いて解くと、次の（１８）式が得られる。

【数１０】

【００３９】ここで（１）及び（１８）式を前述した
（８），（９）式の状態方程式で表現すると、次に示す
（１９）及び（２０）式となる。

【数１１】

【００４０】本実施例でも、第１実施例と同様に式（１
４）に示した評価関数Ｊを最小にするゲイン係数α’，
β’を求める。そして乗算器２９で、加算器２３の出力
するアームポスト２０の位置の誤差信号Ａp ’と、状態
フィードバックゲイン演算器３５の出力するゲイン係数
α’の乗算値を出力する。又、乗算器３０で、微分演算
器２４の出力する移動速度Ａs と、状態フィードバック
ゲイン演算器３６の出力するゲイン係数β’の乗算値を
出力する。加算器３１ではこれらの乗算結果を加算し、
この加算結果をＳリールモータ駆動回路１２に出力する
ようにしている。

【００４１】このような構成にすると、第１実施例のキ
ャプスタン駆動のＶＴＲの場合と同様にして、リール・
ツウ・リール駆動の場合においても同様の動作が得られ
る。即ち状態フィードバックゲイン演算器３６の演算処
理において、値が変化するパラメータは、供給リール２
の半径Ｒs ，供給リール２のイナーシャＪsに加え、巻
取リール３の半径Ｒt ，巻取リール３のイナーシャＪt
，Ｔリールモータ３１のトルクＱt である。ここでは
アームポスト２０の位置が一定に保たれるとともに、ア
ームポスト２０の移動速度がほとんど変化しないように
制御される。磁気テープ１の走行の過渡時においても、
アームポスト２０が振動せず、安定性と速応性に優れた
テンション制御系が得られる。図２の点線Ｍで囲んだブ
ロックは、第１実施例と同様にＭＰＵやＤＳＰで構成す
ることが可能である。

【００４２】尚、業務用のＶＴＲにおけるテープ駆動装
置は、第１実施例で説明したキャプスタン駆動と、第２
実施例で説明したリール・ツウ・リール駆動の各モード
を切り換えて使用するものもある。この場合、本発明の
第１実施例と第２実施例で述べた状態フィードバックゲ
イン演算器２８，３６を切り換えるように構成にすれ
ば、どちらのモードに対しても良好なテンション制御系
を実現することができる。

【００４３】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば、テープ駆動装置におけるテンション制御の安定性と
速応性の両方を満足した制御系を構成することができ
る。そのうえ供給リールの回巻外径，供給リールのイナ
ーシャが変化しても、夫々の状態に最も適した磁気テー
プのテンション制御を行うことが可能となる。このため
供給リール及び巻取リール間の磁気テープを、キャップ
スタン駆動又はリール駆動により所定テンションで走行
させる磁気記録再生装置において、磁気テープの編集作
業などの操作性が大幅に向上する効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例におけるテンション制御部
を中心とするテープ駆動装置の構成を示すブロック図で
ある。

【図２】本発明の第２実施例におけるテンション制御部
を中心とするテープ駆動装置の構成を示すブロック図で
ある。

【図３】従来例におけるテンション制御部を中心とする
テープ駆動装置のブロック図である。

【符号の説明】

１磁気テープ２供給リール３巻取リール４キャプスタン５ピンチローラ１２Ｓリールモータ駆動回路１３Ｓリールモータ２０アームポスト２０ａばね２１ａ，２１ｂ固定ポスト２２テンションアーム位置検出器２３減算器２４微分演算器２５基準位置信号発生器２７キャプスタントルク検出器２６Ｓリール径検出器２８，３６状態フィードバックゲイン演算器２９第１の乗算器３０第２の乗算器３１加算器３２Ｔリールモータ３３Ｔリールモータ駆動回路３４Ｔリールモータ制御信号生成部３５Ｔリール径検出器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平１−300455（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−237246（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−195747（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−136934（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−70450（ＪＰ，Ａ) 特開平３−108146（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−134843（ＪＰ，Ａ) 実開昭63−153333（ＪＰ，Ｕ) 実開昭60−173146（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G11B 15/43

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】供給リール及び巻取リール間の磁気テー
プをキャプスタン駆動により所定テンションで走行させ
るテープ駆動装置であって、前記供給リール及び巻取リール間に設けられ、走行中の
磁気テープのテンションを与えるアームポストと、前記アームポストの位置を検出して位置信号を出力する
テンションアーム位置検出器と、前記テンションアーム位置検出器の出力に基づき、前記
アームポストの移動速度を検出する微分演算器と、前記供給リールのテープ回巻外径を検出する供給リール
径検出器と、供給リール径，供給リールの慣性，キャプスタン径，キ
ャプスタン慣性，キャプスタントルクの信号に基づい
て、磁気テープの走行時における状態変数の偏差と制御
入力量の偏差を最小にし、最適フィードバックの状態を
示す評価関数の値を最小にするゲイン係数を出力する状
態フィードバックゲイン演算器と、前記供給リールを駆動する供給リールモータ駆動回路
と、前記状態フィードバックゲイン演算器によって決定され
たゲイン係数、前記アームポストの現在の位置信号と基
準位置信号との差信号、及び前記アームポストの移動速
度信号に基づいて、供給リールモータのトルクを演算
し、前記供給リールモータ駆動回路にトルク制御信号を
与えるテンション制御信号生成部と、を具備し、前記テンション制御信号生成部は、前記アームポストの現在位置信号と基準位置信号の差信
号に前記状態フィードバックゲイン演算器の出力する第
１のゲイン係数を乗算する第１の乗算器と、前記微分演算器の出力に前記状態フィードバックゲイン
演算器の出力する第２のゲイン係数を乗算する第２の乗
算器と、前記第１及び第２の乗算器の乗算結果を加算する加算器
と、を含むものであることを特徴とするテープ駆動装
置。
【請求項２】供給リール及び巻取リール間の磁気テー
プをリール駆動により所定テンションで走行させるテー
プ駆動装置であって、前記供給リール及び巻取リール間に設けられ、走行中の
磁気テープのテンションを与えるアームポストと、前記アームポストの位置を検出して位置信号を出力する
テンションアーム位置検出器と、前記テンションアーム位置検出器の出力に基づき、前記
アームポストの移動速度を検出する微分演算器と、前記供給リールのテープ回巻外径を検出する供給リール
径検出器と、前記巻取リールのテープ回巻外径を検出する巻取リール
径検出器と、供給リール径，供給リールの慣性，巻取リール径，巻取
リールの慣性の信号及び巻取リールモータトルク情報に
基づいて、磁気テープの走行時における状態変数の偏差
と制御入力量の偏差を最小にし、最適フィードバックの
状態を示す評価関数の値を最小にするゲイン係数を出力
する状態フィードバックゲイン演算器と、前記供給リールを駆動する供給リールモータ駆動回路
と、前記状態フィードバックゲイン演算器によって決定され
たゲイン係数、前記アームポストの現在の位置信号と基
準位置信号との差信号、及び前記アームポストの移動速
度信号とから供給リールモータのトルクを演算し、前記
供給リールモータ駆動回路にトルク制御信号を与えるテ
ンション制御信号生成部と、を具備し、前記テンション制御信号生成部は、前記アームポストの現在位置信号と基準位置信号との差
信号に前記状態フィードバックゲイン演算器の出力する
第１のゲイン係数を乗算する第１の乗算器と、前記微分演算器の出力に前記状態フィードバックゲイン
演算器の出力する第２のゲイン係数を乗算する第２の乗
算器と、前記第１及び第２の乗算器の乗算結果を加算する加算器
と、を含むものであることを特徴とするテープ駆動装
置。
【請求項３】供給リール及び巻取リール間の磁気テー
プを所定テンションで走行させるテープ駆動装置であっ
て、供給リール及び巻取リール間に設けられ、走行中の磁気
テープのテンションを与えるアームポストと、前記アームポストの位置を検出して位置信号を出力する
テンションアーム位置検出器と、前記テンションアーム位置検出器の出力に基づき、前記
アームポストの移動速度を検出する微分演算器と、前記供給リールのテープ回巻外径を検出する供給リール
径検出器と、前記巻取リールのテープ回巻外径を検出する巻取リール
径検出器と、供給リール及び巻取リール間の磁気テープがキャップス
タン駆動により移送されるとき動作し、供給リール径，
供給リールの慣性，キャプスタン径，キャプスタン慣
性，キャプスタントルクの信号に基づいて、磁気テープ
の走行時における状態変数の偏差と制御入力量の偏差を
最小にし、最適フィードバックの状態を示す評価関数の
値を最小にするゲイン係数を夫々出力する第１の状態フ
ィードバックゲイン演算器と、前記供給リール及び巻取リール間の磁気テープがリール
駆動により移送されるときに動作し、供給リール径，供
給リールの慣性，巻取リール径，巻取リールの慣性の信
号に基づいて、磁気テープの走行時における状態変数の
偏差と制御入力量の偏差を最小にし、最適フィードバッ
クの状態を示す評価関数の値を最小にするゲイン係数を
夫々出力する第２の状態フィードバックゲイン演算器
と、前記供給リールを駆動する供給リールモータ駆動回路
と、前記第１の状態フィードバックゲイン演算器と前記第２
の状態フィードバックゲイン演算器の出力を磁気テープ
の駆動方式により切り換える切換器と、前記切換器により選択されたゲイン係数、前記アームポ
ストの現在の位置信号と基準位置信号との差信号、及び
前記アームポストの移動速度信号に基づいて、供給リー
ルモータのトルクを演算し、前記供給リールモータの駆
動回路にトルク制御信号を与えるテンション制御信号生
成部と、を具備し、前記テンション制御信号生成部は、前記アームポストの現在位置信号と基準位置信号の差信
号に前記状態フィードバックゲイン演算器の出力する第
１のゲイン係数を乗算する第１の乗算器と、前記微分演算器の出力に前記状態フィードバックゲイン
演算器の出力する第２のゲイン係数を乗算する第２の乗
算器と、前記第１及び第２の乗算器の乗算結果を加算する加算器
と、を含むものであることを特徴とするテープ駆動装
置。
【請求項４】前記状態フィードバックゲイン演算器に
用いられる評価関数は、テープの起動，停止の各モード
で異ならせたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか
１項記載のテープ駆動装置。