JPS584306B2 - デンシテキソクドケイ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電子的速度計に関するものであり、更に具体的
に云えば微分兼タイミング装置と、微分された不連続な
三角波位置信号及び連続的な加速度信号を組合わせて連
続的な速度信号を形成する信号処理回路とを含む電子的
速度計に関する。

本発明の電子的速度計は、例えば磁気ディスク駆動装置
の回転ディスク上に同心円状に予じめ磁気記録されたサ
ーボトラックに対してアクセス移動する磁気変換器の移
動速度を測定するのに適している。

三角波位置信号３０は開ループトラック追従サーボ系の
磁気変換器が回転ディスク上に等間隔に記録された複数
の同心円状サーボトラックに対し放射方向にアクセス移
動する時に、相次ぐサーボトラックに対する磁気変換器
の位置の関数として上記変換器から得られる。

一般に位置信号を微分すれば速度信号が得られる。

しかしこの位置信号の場合はサーボトラックの各中心に
於て零交差する三角波形を呈し、広帯域の雑音を含んで
いるから、この信号を利用するには特別の処理を必要と
する。

加速度信号としては磁気変換器をサーボトラックに対し
放射方向に駆動するためのサーボモータの駆動電流が利
用される。

この駆動電流は負荷の加速度に比例するからである。

但しサーボモータ系の機械的制動（ダンピング）のため
駆動電流の変化は加速度の変化として直ちに反映されな
いので、この加速度信号は実際の加速度に対し進んだ位
相誤差を含む。

この加速度信号は連続性があるので積分して連続的な速
度信号に変換し、他の方法で得られた速度信号と共に利
用される。

第１図は磁気ディスク駆動装置に於て磁気変換器の移動
速度を測定するための従来の速度計を示す。

この従来の速度計に於て、通常のタコメータで得られる
連続的な速度信号がロウパスフィルタ信号処理装置１５
の第１入力に与えられる。

これと同時にサーボモータの駆動電流から得られた連続
的な加速度信号が第２入力１２に与えられる。

この信号処理装置は演算増幅器１８に接続された入力抵
抗１６及び１７を有し、それらの抵抗値の比率で決まる
割合で入力信号を合成する。

容量１９及び抵抗２０の並列組合わせより成るフィード
バック回路がロウパスフィルタを提供する。

純粋な積分手法を用いるだけではこの連続的加速度信号
から同相の連続的速度信号を得ることは出来ない。

これはサーボ系ではサーボモータからの電流が系の機械
的制動のため実際の加速度よりも進むからである。

この速度計は入力速度信号が不連続である時には正常に
動作し得ない。

別の従来技術の電子的速度計では連続的速度出力信号を
作るために連続的加速度信号及び不連続的位置信号が用
いられる。

加速度信号は容量回路によって積分される。

すべての積分系におけるのと同様に積分容量に直流ドリ
フトが累積する。

この累積を補正し容量に生じる電圧を補償するために不
連続的位置信号は微分されてその選ばれた部分がサンプ
ル保持回路を介して容量を初期値設定するために与えら
れる。

しかしながら、これは出力速度信号に相当な不連続性を
導入する。

更に、この速度計の速度出力は系の機械的制動を考慮し
ないため位相誤差を受ける。

上述の欠点を避けるため本発明は三角波位置信号及び連
続的加速度信号から真の速度出力信号を与える新規な速
度計を提供する。

本発明の目的は三角波位置信号を受取って、この信号か
らタイミング信号を発生する手段、三角波位置信号を微
分する手段、微分された位置信号及びタイミング信号及
び連続的加速度信号を受取る信号処理回路より成り、微
分された三角波位置信号及び連続的加速度信号を組合わ
せて連続的速度信号を形成するために三角波位置信号に
対し特定の時間関係を有する時刻に上記タイミング信号
により信号処理回路の伝達関数を変更させる如き電子的
速度計を提供することにある。

上述の目的に従って信号処理回路が時定数切換可能なロ
ウパスフィルタを有する如き電子的速度計を提供する。

図面、特に第２図を参照すると、そこには本発明の電子
的速度計の好ましい実施例が示されている。

図示の如く速度計は全体的に３５で示された微分兼タイ
ミング装置を含み、これは全体的に４０で示された信号
処理装置に動作関係で接続されている。

第４図にはこの回路の諸点における電圧信号を表わす波
形が時間の関数として示されている。

第４図の波形Ａで示された三角波位置信号３０は微分兼
タイミング装置３５に線３１を介して与えられる。

位置信号３０は時間に関し三角波形であり一定の振幅を
有し、且つそのピーク及び谷において不連続的である。

この波形の周期は変化することがある。

連続する部分において情報性のある結果を得るために本
発明の微分兼タイミング回路はピーク及び谷の不連続点
近傍の信号領域を選択的に除去して第４図の波形■で示
された断続的速度信号９０を発生し、これを第１出力線
８６において信号処理回路４０に与える。

微分兼タイミング回路３５は又第２出力線４９において
波形Ｅで示された波形の反転波形Ｅのタイミング信号を
与えこれにより信号処理回路４０内のロウパスフィルタ
の時定数を制御する。

サーボモータ駆動電流で与えられる近似的加速度信号３
３は信号処理装置４０の他方の入力３４に連続的に印加
される。

この近似的加速度信号は機械的御動及び損失のため系の
真の加速度とは異なっている。

本発明の実施例において三角波位置信号３０は、開ルー
プトラック追従サーボ系の変換器がディスク駆動装置の
回転ディスク上の相次ぐ等幅のトラックに対し放射方向
にアクセスする時に上記変換器から与えられる（零交差
がそれぞれのトラックの各中心を示す）。

このサーボ位置誤差信号は一般に広帯域の雑音を含んで
いる。

連続的加速度信号は閉ループサーボ系で用いられるサー
ボモータからの電流によって発生される。

線型微分方程式型の数学的モデルに帰着され得る如き線
型関係で物理系の出力が入力に関係づけられるならば、
入出力の関係は微分方程式のラプラス変換の型で表現さ
れ得る。

このような関数関係は伝達関数と呼ばれる。

信号処理回路４０は切換可能な時定数を持ったロウパス
フィルタを含んでいる。

ラプラス変換記号によればロウパスフィルタは で表わされる。

ここでτはフィルタの時定数でありこれは任意値を持つ
ことができる。

フィルタの入出力相互接続は変換ｋｖ／Ｍの負帰還ルー
プとなる。

ここでｋｖは加速信号を生じるモータ中の風損その他の
損失に付随する粘性制動定数であり、Ｍは系の運動質量
であり、各特定の系について一定のものである。

ロウパスフィルタに与えられる断続的速度入力信号９０
は周期的不連続性を持った三角波位置信号から得られる
ので、上記方程式中のτは不連続点が生じる時にτが∞
にほぼ等しくなるように周期的に変動するようにされる
。

従って電子的速度計によって作られる速度出力信号から
不連続性が除去される。

これらのラプラス変換を取入れた信号処理回路は高利得
演算増幅器４３を含み、これはその第１入力抵抗４１を
介して断続的速度信号９０が与えられ、又その第２入力
抵抗４２を介して連続的加速度信号を与えられる。

増幅器の速度受取入力導体と出力導体９５との間には負
帰還回路が設けられる。

この負帰還回路は３つの並列分路より成り、その第１分
路は容量４４、第２分路は抵抗４５、第３分路はスイッ
チ４７と直列になった抵抗４６を含んでいる。

従って信号処理回路の伝達関数はスイッチ４７の状態に
応じて２つの値を持つ。

このフィルタの時定数は帰還回路の容量と実効抵抗値と
の積である。

従ってスイッチ４７が開いている時には時定数τは容量
４４と抵抗４５との積である。

スイッチ４７が閉じている時には実効抵抗値は抵抗４５
及び４６の並列組合わせとなる。

従ってスイッチが閉じた時の回路の時定数τ１はスイッ
チが開いた時の時定数τよりも遥かに小さくなる。

説明の都合上τはほぼ無限大であり、又τ１は断続的速
度信号から高周波雑音を充分に除去するに足る大きさで
あるものとする。

スイッチ４７を周期的に開閉すること、即ち第２のタイ
ミング信号Ｅによって伝達関数を変更することは時定数
をτ１と無限大との間で切換えることを意味する。

更に詳しく述べると、スイッチ４７は信号Ｒによってコ
イル４８が付勢される時に閉じられる。

これは信号７４（波形Ｆ）及び７６（波形Ｇ）によって
スイッチ７８及び８１を夫々閉じて非零値の断続的速度
信号９０を発生させる。

それと同時に時定数はτ１に切換えられ、非零値の断続
的速度信号９０に対してロウパスフィルタを提供する。

信号６８（波形Ｅ）のタイミングには、スイッチ８３が
閉じて加算器８５の入力を接地することにより、断続的
速度信号９０の非零値相互の間が完全に零値になるよう
にする。

これは積分器の入力ドリフトを除去するのに役立つ。

又このタイミング中は、スイッチ４７は開いているので
信号処理回路４０の時定数は無限大となり積分器として
働らく。

常時演算増幅器４３の下側入力へ供給される加速度信号
は位相シフトを有する反面、連続性を有するのでこれを
積分して得られた連続的速度信号は断続的速度信号９０
に加えられて連続性を与えるのに寄与する。

かくてスイッチ４７及び微分兼タイミング装置３５のス
イッチ７８、８１、８３を選択的に開閉することにより
断続的速度信号及び連続的加速度信号から連続的な速度
信号出力を得ることが出来る。

好ましい実施例において抵抗４１はτ１／βに等しく、
抵抗４２はＭ／βｋｆに等しく、容量４４はβに等しく
、抵抗４５はＭ／βｋｖに等しく、抵抗４６は抵抗４１
の値に等しい。

ここでｋｖは粘性制動定数であり、ｋｖはこの速度計に
組合わされた電磁作動子の力定数であり、βは諸要素を
関係づけるインピーダンス尺度因数であり、Ｍは上に定
義した如く系の運動質量である。

第３図には具体的な微分兼タイミング装置３５が示され
ており、これは信号処理回路に微分された三角波位置信
号を与えると共に、微分兼タイミング装置及び信号処理
回路で用いるためのタイミング信号を与える。

三角波位置信号３０は微分回路７９に直接印加されて波
形Ｈで示される信号８８を生じ、又インバータ３２によ
る位相反転の後微分器８０に与えられて信号８８と１８
０°位相外れの信号波形を生じる。

従って２つの微分された三角波位置信号が作られる。

そのままの形の信号３０及び反転された型の信号３０は
又第３図の上部に示された時刻発生回路にも与えられて
特定のタイミング信号を発生するのに用いられる。

ロウパスフィルタ５１及び５９はそれぞれ雑音を除去す
る。

比較器５３はフィルタにかけられた信号をクリップして
波形Ｂで示された信号５４を生じ、比較器６１も同様に
波形Ｃで示された信号６２を生じる。

好ましい実施例において三角波形の位置信号は１０ボル
トのピーク対ピーク振幅を有し、又比較器５３及び６１
の基準レベルは−２．５ボルトである。

従って比較器は波形Ａを通る線６４及び６６で示された
ようにピークレベルの５０パーセントでクリッピングを
与える。

従って波形Ｂ及びＣに示されたように比較器の出力はそ
れぞれの入力信号が−２．５ボルトの基準信号よりも負
である時に高レベルとなる。

それぞれの比較器の出力信号５４及び６２はラッチ５７
のリセット入力及びセット入力、並びにＯＲゲート６３
の入力に与えられる。

ＯＲゲート６３の出力６７は同時にＯＲゲート６９、Ｏ
Ｒゲート７１、コイル８４、インバータ８７を介して導
体４９、及びコイル４８に与えられる。

波形Ｅで示される線６７上の信号６８は三角波位置信号
３０の微分波形から断続的速度信号９０を作るためのタ
イミング信号として働らく。

又波形Ｅの反転波形Ｅが反転器８７によって作られて、
ロウパスフィルタの時定数の変更を制御するのに用いら
れる（若しもスイッチ４７が常閉リレー接点であるなら
ばコイル４８に与えるタイミング信号は波形Ｅのままで
よい）。

実施例ではコイル７７、８２、８４及び４８の各々が常
開リレー接点７８、８１、８３及び４７の作動手段とし
て働らく。

信号６８即ち波形Ｅが高レベルにあると接地電位がスイ
ッチ８３を介してアナログ加算器８５に与えられ、信号
６８が高レベルにないとき即ち波形Ｅが高レベルであっ
てＳＷ４７閉のときには信号処理装置４０の帰還ループ
に抵抗４６がスイッチにより入れられる。

波形Ｄの反転形として示されるラッチ５７の第１出力は
ＯＲゲート７１の入力に接続され、またインバータ７５
を介してリレーコイル８２に接続されてスイッチ８１を
これにより作動させる。

スイッチ８１が閉じると反転された微分三角位置信号８
８が加算器８５に与えられる。

これと同様に波形Ｄで示されるラッチ５７の第２出力の
信号５８はＯＲゲート６９に与えられ、インバータ７３
により反転されて波形Ｆで示されるスイッチ作動信号１
４を与える。

この波形はコイル７７に与えられてスイッチ７８を選択
的に閉成する。

スイッチ７８が閉じると微分された三角波位置信号８８
が加算器８５に結合される。

動作に際して、入力信号３０が比較器の低い基準電位６
６から高い基準電位６４へと正方向に変化する時信号７
４は高レベルである。

これと同様に、入力信号３０が両基準電位間で負方向に
変化する時信号７６は高レベルである。

信号６８は信号７４及び７６の何れも高レベルでない時
に高レベルである。

従ってスイッチ８３、７８及び８１にそれぞれ与えられ
るタイミング信号６８、７４及び７６は相互に排他的で
ある。

上述の説明により、微分された三角波位置信号８８の平
坦なピーク部分のみがスイッチ７８を介して加算器８５
に与えられ、又これと同じであるが反転された信号の平
坦部分は微分回路８０及びスイッチ８１を介して加算器
８５に与えられることが判る。

これらの信号の印加の中間時にはスイッチ８３が閉じて
いるので電圧レベルは零である。

基準接地電位９８で分離された２つの時間的に隔離され
た微分信号の合成は断続的速度信号９０となり、これは
波形■で示される。

信号９０は微分された三角波位置信号８８の情報を大部
分含んでおり、この信号は微分兼タイミング装置の出力
線８６を介して第３図に示された如く信号処理回路に与
えられる。

前述したように、スイッチ８３を選択的に制御するため
に与えられるタイミング信号６８即ち波形Ｅはインバー
タ８７を介して波形Ｅを信号処理装置のコイル４８に与
える。

従って断続的速度信号９０が零電位にある時にはコイル
４８は作動されず従って帰還回路は容量４４及び抵抗４
５のみより成り積分器として働らく。

しかしながら断続的速度信号９０が高レベルになるとス
イッチ４７が閉じられて抵抗４６が帰還回路の実効抵抗
値に含まれるようになる。

この状態において帰還回路の時定数は減少される。

伝達関数は時定数に依存するのでこの結果伝達関数も変
更されロウパスフィルタとして働らく。

動作に際して演算増幅器４３の下側入力には常にサーボ
モータ駆動電流から得られた加速度信号が与えられる。

しかしながらモータの機械的摩擦及び風損のためこの入
力電気信号の位相角は系の真の加速度の位相角よりも進
む。

従ってこの加速度信号を単に積分しても実際の速度出力
信号は得られない。

そればかりか容量性積分器は出力レベルに直流ドリフト
を生じさせる。

断続的速度信号９０は真正な直流値及び低周波速度情報
を含んでいるが、機械系及びスイッチングの過渡現象に
よる高周波雑音により歪まされている。

高周波雑音はロウパスフィルタによって充分に減衰され
得るるが、このようなフィルタはそれ自体許容すること
のできない程の遅れ位相シフトを導入する。

しかしサーボモータ系の真の加速度よりも進んだ位相シ
フトを呈する加速度信号を演算増幅器４３の下側入力に
供給することにより、出力９５に於ける速度出力信号中
にロウパスフィルタの位相シフトが現われることが防止
される。

従って信号処理装置４０は、その変更可能な伝達関数に
より夫々の入力信号を抵抗４１及び４２を介して受入れ
てピーク保持作用及び加速度・速度変換作用を行なうこ
とにより、速度出力信号が三角波位置信号入力に対し正
しい位相関係となるようにすると共に、高周波雑音の干
渉を除去するように働らく。

ロウパスフィルタの時定数は突然に変更されるため線型
解析を部分的に適用し得る。

又信号９０は断続的速度信号であって、三角波位置信号
３０の単なる瞬時的サンプルではない。

即ち微分された信号８８から三角波位置信号３０のピー
クと谷の非直線相当部分を除去して成る一定の長さの持
続期間を有する信号であって、瞬時的サンプルよりも多
くの速度データを含むことに注意されるべきである。

不連続な三角波位置信号から連続的速度信号出力を生じ
るため切換可能な時定数のロウパスフィルタを有する電
子的速度計について説明された。

この装置はその高精度のため複数の隣接トラックを放射
方向に横切る磁気変換器によって初期位置信号が感知さ
れる型のディスク駆動装置に使用される。

しかしながら本装置は多くの閉ループ制御系に一般的に
適用可能であり、光学的感知が用いられる場合にも同様
に適用可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術の電子的速度計を示す概略図、第２図
は本発明の速度計の実施例を示す概略図、第３図は本発
明の実施例に使用されて三角波位置信号から断続的速度
信号を発生するための回路を示す概略図、第４図は本発
明の電子的速度計の同路内の諸点における電圧信号を表
わす波形図である。 ３５・・・・・・微分兼タイミング装置、４０・・・・
・・信号処理装置、５１、５９・・・・・・ロウパスフ
ィルタ、５３、６１・・・・・・比較器、５７・・・・
・・ラッチ、７９、８０・・・・・・微分器、８５・・
・・・・加算器、３２、７３、７５、８７・・・・・・
インバータ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 相対的に移動する２つの部材間の相対的移動速度信
   号を発生するための電子的速度計であって、上記相対的
   移動のための駆動手段に供給する駆動電流から連続的加
   速度信号を発生する手段と、一方の部材に取付けられ、
   その部材が他方の部材上の複数の予定位置を横切るとき
   三角波位置信号を発生する手段と、 上記三角波位置信号を受取ってそのピーク及び谷付近の
   領域を他の領域から区別するタイミング信号を発生する
   手段と、 上記三角波位置信号を受取ってその微分された信号を発
   生する手段と、 上記タイミング信号の発生に応答して、上記微分された
   信号から上記三角波位置信号のピーク及び谷に相当する
   部分を除去することにより断続的速度信号を発生する手
   段と、 上記断続的速度信号を受入れる第１入力及び上記連続的
   加速度信号を受入れる第２入力を有する信号処理装置で
   あって、上記タイミング信号の発生に応答してその信号
   処理装置の時定数を無限大よりも相対的に低い値から実
   質的に無限大に変更し、且つ上記タイミング信号の消滅
   に応答して上記変更された時定数を無限大よりも相対的
   に低い値に戻して上記第１及び第２入力の入力信号を合
   成することにより連続的な速度信号出力を形成する信号
   処理装置と、 より成る電子的速度計。