KR0142234B1

KR0142234B1 - 브이씨알의 서보제어방법 및 그 장치

Info

Publication number: KR0142234B1
Application number: KR1019950001453A
Authority: KR
Inventors: 양석균; 김창환
Original assignee: 김광호; 삼성전자주식회사
Priority date: 1995-01-27
Filing date: 1995-01-27
Publication date: 1997-05-20
Also published as: JP2780741B2; US5692694A; KR960030164A; JPH08241549A

Abstract

본 발명은 회수릴모터를 능동적으로 제어하여 캡스턴모터의 부하를 줄일 수 있도록 한 VCR의 서보제어방법 및 그 장치에 관한 것이다. 본 발명의 서보제어방법에 의하면, 검출된 테이프장력과 회수릴모터 및 캡스턴모터의 회전각속도를 이용하여 회수릴모터의 토오크를 계산한다. 상기 토오크값에 따라 회수릴모터가 테이프를 당겨주어 캡스턴모터를 중심으로 양쪽의 테이프장력의 차이가 최소가 되도록 제어한다. 또한 캡스터모터가 속도변동만을 제어하게 하여 캡스턴모터에 걸리는 부하를 줄인다. 상기 방법에 의해 설계된 장력제어부는 회수릴모터의 구동을 제어하기 위한 토오크를 출력하여 캡스턴모터를 중심으로 양쪽의 테이프장력이 같아지도록 한다. 따라서, 캡스턴모터의 저용량화 및 저가격화가 가능하다.

Description

브이씨알의 서보제어방법 및 그 장치

제1도는 종래의 서보제어장치로서, VCR에서의 테이프주행상태를 나타낸 구조도.

제2도는 본 발명의 서보제어장치로서, VCR에서의 테이프주행상태를 나타낸 구조도.

제3도는 제2도에서 캡스턴모터축과 핀치로울러가 밀착된 상태를 나타낸 확대도.

제4도는 제2도의 장력제어부의 상세구성을 나타낸 블럭도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1:텐션폴 4:캡스턴모터축

5:핀치로울러 7:공급릴모터

8:회수릴모터 9,10:드라이브회로

11,13,14:장력제어부 12,18:가산기

15:분할기 16,17,19,20,21,22:승산기

본 발명은 릴모터(Real Motor)가 있는 고성능 VCR에 관한 것으로, 특히 회수릴모터를 능동적으로 제어하여 캡스턴모터의 부하를 줄임으로써 캡스턴모터의 저용량화 및 저가격화가 가능하도록 한 VCR의 서보제어방법 및 그 장치에 관한 것이다.

일반적으로 릴모터가 따로 있어서 릴 서보제어를 할 수 있는 고성능 VCR에는 스위칭회로가 있어, 모드에 따라 장력제어부와 속도제어부를 선택할 수 있도록 되어 있다. 즉, 재생시에는 캡스턴모터의 회전에 의해 테이프가 이송되고, 릴모터는 장력제어부의 제어를 받아 이송되는 테이프의 장력을 조절한다. 그리고 고속재생시에는 릴모터에 의해 테이프가 빠르게 이송되고, 이때 릴모터는 속도제어부의 제어를 받게 된다. 이러한 릴모터의 서보제어에 관련된 종래기술이 파나소닉(Panasonic)사의 모델 AJD-350의 기술안내서(Technical Guide, p. 55∼57)에 상세히 기재되어 있다.

제1도는 고성능 VCR에서의 테이프주행상태를 나타낸 구조도로서, 상기 문헌에 기재된 종래의 서보제어장치를 나타낸 것이다. 제1도에서 부호 1은 텐션폴(Tension Pole)로서, 테이프(2)가 드럼(3)에 비스듬하게 감긴 상태로 주행할때 테이프의 자력(Tension)을 검출한다. 드럼(3)을 기준으로 텐션폴(1)의 반대쪽에는 캡스턴모터축(Capstan Motor Shaft;4)과 핀치로울러(Pinch Roller;5)가 설치된다. 이 캡스턴모터축(4)과 핀치로울러(5)는 테이프(2)를 사이에 두고 밀착되어, 캡스턴모터와 핀치로울러(5)가 회전함에 따라 테이프(2)가 일정한 속도로 주행된다.

드럼(3)의 주위에 설치된 안내로울러(Guide Roller;6)는 주행되는 테이프(2)의 구겨짐을 방지하고 테이프(2)가 드럼표면을 따라 주행하도록 안내한다. 부호 7은 공급릴모터(Supply Reel Motor)로서, 텐션폴(1)을 통해 드럼(3)쪽으로 테이프(2)를 공급함과 아울러 테이프(2)가 항상 일정한 장력을 유지하도록 당겨준다. 또한 부호 8은 회수릴모터(Take-up Reel Motor)로서, 안내로울러(6)를 통해 회수된 테이프(2)를 감아들임과 아울러 테이프(2)를 일정하게 잡아당겨준다.

상기 공급릴모터(7)와 회수릴모터(8)에는 각기 드라이브회로(9)(10)가 연결되어, 각 모터(7)(8)의 회전, 속도, 정지동작등을 제어한다. 공급릴쪽의 드라이브회로(9)에는 장력제어부(11)가 연결되고, 이 장력제어부(11)는 텐션폴(1)에 의해 검출된 테이프장력과 공급릴모터(7)에서 검출된 회전속도에 따라 드라이브회로(9)를 제어한다. 그러면 드라이브회로(9)의 제어를 받은 공급릴모터(7)는 테이프(2)의 당김을 조절하여 항상 일정한 장력을 유지하도록 당겨준다.

한편, 회수릴쪽의 드라이브회로(10)에는 가산기(12)가 연결되어, 캡스턴모터로부터의 에러명령(Capstan Error Signal)과 장력제어부(13)의 출력신호를 더한 후 드라이브회로(10)로 출력한다. 상기 장력제어부(13)는 회수릴모터(8)에서 검출된 회전속도 및 릴의 반경(릴에 감긴 테이프의 양)에 따라 제어신호를 출력한다. 그러면 드라이브회로(10)의 제어를 받은 회수릴모터(8)는 테이프(2)를 일정하게 당겨준다.

상기와 같이 구성된 서보제어장치는 테이프의 재생 및 배속재생시 드럼(3)과 캡스턴모터가 일정속도로 회전하면, 캡스턴모터축(4)과 핀치로울러(5)를 서로 밀착시켜, 테이프(2)가 미끄러지지 않고 일정하게 움직이도록 캡스턴모터를 제어한다. 이때 텐션폴(1)은 테이프(2)의 장력에 따라 움직이게 되고, 움직인 위치와 그 정도를 검출한 장력제어부(11)는 이 장력정보와 공급릴모터(7)의 회전속도에 따라 드라이브회로(9)를 제어한다. 드라이브회로(9)에 의해 구동되는 공급릴모터(7)는 현재의 장력정보에 기초하여 테이프(2)의 당김이 일정하도록, 즉 너무 세거나 약해지지 않도록 조절한다.

그러나 회수릴쪽의 장력제어부(13)는 테이프(2)의 실제장력을 검출하지 않고, 회수릴모터(8)로부터 릴에 감긴 테이프의 양을 검출하여 릴의 반경을 계산한다. 이때 장력제어부(13)에는 릴의 반경에 따른 출력값이 미리 실험에 의해 설정되어 있으므로 해당 제어값이 가산기(12)를 통하여 드라이브회로(10)로 인가된다. 드라이브회로(10)에 의해 구동되는 회수릴모터(8)는 일정한 테이프(2)의 당김이 유지되도록 적당히 잡아당겨준다. 또, 캡스턴모터의 속도가 갑자기 변하는 것에 대응하기 위하여 캡스턴모터의 에러명령이 가산기(12)로 입력된다.

그러나 이러한 종래기술은 캡스턴모터가 테이프의 속도조절을 모두 담당하므로 캡스턴모터에 큰 부하가 걸리는 반면, 회수릴모터는 테이프를 적당히 잡아당기기만 하면 되므로 큰 부하가 걸리지 않는다. 특히, 공급릴쪽에서는 실제의 장력을 검출하여 테이프의 당김을 정밀하게 조절하는 반면, 회수릴쪽에서는 적당히 설정된 값에 따라 테이프를 당겨준다. 그러므로 캡스턴모터를 중심으로 양쪽의 테이프장력이 서로 달라 캡스턴모터가 받는 부하가 상당히 커지는 문제점이 있었다.

따라서, 정상재생시에나 빠른 배속재생시에는 용량이 큰 캡스턴모터가 요구되었다. 그런데 모터의 용량이 커지면 가격이 상승함을 물론, 모터의 토오크상수도 커지므로 보다 미세한 제어가 필요하게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 회수릴모터를 능동적으로 제어하여 캡스턴모터의 부하를 줄임으로써 캡스턴모터의 저용량화 및 저가격화가 가능하도록 한 VCR의 서보제어방법 및 그 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 재생 또는 배속재생시 테이프의 전송속도에 맞추어 회수릴모터로 테이프를 당겨주어 동일한 모터로 보다 넓은 재생속도영역에서 보다 정밀한 캡스턴제어가 가능하도록 한 VCR의 서보제어방법 및 그 장치를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 서보제어방법은 검출된 테이프장력과 회수릴모터의 회전각속도와 캡스턴모터의 회전각속도를 이용하여 회수릴모터의 토오크를 계산하는 단계와, 상기 토오크값에 따라 회수릴모터가 테이프를 당겨주어 캡스턴모터를 중심으로 양쪽의 테이프장력의 차이가 최소가 되도록 제어하는 단계와, 캡스턴모터가 속도변동만을 제어하게 하여 캡스턴모터에 걸리는 부하를 줄이는 단계로 이루어진다.

또한 상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 서보제어장치는 텐션폴에 의해 검출된 테이프장력과 회수릴모터 및 캡스턴모터에서 각각 검출된 회전각속도에 따라 회수릴모터의 구동을 제어하기 위한 토오크를 출력하여 캡스턴모터를 중심으로 양쪽의 테이프장력이 같아지도록 하는 장력제어부를 구비한다.

이하, 첨부된 제2도 내지 제4도를 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

제2도는 고성능 VCR에서의 테이프주행상태를 나타낸 구조도로서, 본 발명의 서보제어장치를 나타낸 것이다. 제2도에서 A부분은 제1도에 도시된 종래기술과 그 구성 및 동작면에서 동일하고, 단지 회수릴쪽의 장력제어부(14)만이 그 연결구성 및 동작에 있어서 다르다. 이 장력제어부(14)는 회수릴모터(8)에서 검출된 회전각속도(Wt)이외에, 텐션폴(1)에 의해 검출된 테이프장력(Td)과 캡스턴모터축(4)에서 검출된 회전각속도(Wc)를 더 입력받아 상기 입력정보에 따라 제어신호를 가산기(12)로 출력한다. 따라서, 회수릴모터(8)는 공급릴모터(7)와 마찬가지로 테이프(2)의 장력을 정밀제어할 수 있다. 또, 캡스턴모터를 중심으로 양쪽의 테이프장력이 같아지므로 캡스턴모터가 받는 부하가 줄어들게 된다.

한편, 제2도에 표시된 여러가지 변수(파라미터)들을 설명하면 다음과 같다. Us와 Ut는 캡스턴모터와 릴모터사이의 마찰계수로서, Us는 공급릴에서부터 캡스턴모터 사이의 테이프 마찰계수이고, Ut는 회수릴에서부터 캡스턴모터 사이의 테이프 마찰계수이다. Fs와 Ft는 릴모터에서 테이프를 당기는 힘을 나타낸 것으로, Fs는 공급릴쪽의 테이프장력이고, Ft는 회수릴쪽의 테이프장력이다. Ws와 Wt와 Wc는 각 모터의회전각속도로서, Ws는 공급릴모터(7)의 회전각속도이고, Wt는 회수릴모터(8)의 회전각속도이며, Wc는 캡스턴모터의 회전각속도이다. Td는 드럼(3)쪽의 테이프장력으로, 테이프(2)가 어느정도로 당겨지고 있는가를 나타낸다. Tt는 장력제어부(14)에서 회수릴모터(8)를 돌리기 위해 내보내는 명령이다.

제3도는 제2도에서 B부분을 확대한 도면으로, 캡스턴모터축(4)과 핀치로울러(5)가 테이프(2)를 사이에 두고 밀착된 상태를 나타낸 것이다. 제3도에서 Ft'는 회수릴쪽으로 테이프가 당겨지는 힘을 나타내고, Fs'는 공급릴쪽으로 테이프가 당겨지는 힘을 나타낸다. 종래에는 상기 두힘(Ft',Fs')이 서로 달라 캡스턴모터에 부하가 많이 걸렸으나, 본 발명에서는 두힘이 같아지도록 하여 캡스턴모터가 받는 부하를 줄였다. 여기서, 미설명된 Rc는 캡스턴모터의 축반경이고, Wc는 캡스턴모터의 회전각속도, Tc는 캡스턴모터의 회전토오크이며, Jc는 캡스턴모터의 관성모먼트, Bc는 캡스턴모터의 댐핑계수이다.

상기와 같이 구성된 서보제어장치에 있어서, 그 동작 및 본 발명의 기본원리를 수식적으로 표현하면 다음과 같다.

먼저, 재생 또는 배속재생시 핀치로울러(5)라 캡스턴의 축(4)에 붙어있는 상태(제3도 참조)를 기계적인 방정식으로 표현하면 다음과 같다.

일반적으로 VCR은 테이프가 일정한 속도로 주행하므로 (1)식에서 Wc는 거의 일정하고, dWc/dt는 매우 작다. 제3도에서 Ft'와 Fs'가 다르면 캡스턴모터가 받는 부하가 커지므로 본 발명의 장력제어장치는 Ft'=Fs'+(Bc/Rc)Wc에서 (Bc/Rc)Wc가 최소가 되도록 한다. 그러면, 상기 (1)식이 Jc(dWc/dt)=Tc가 되고, 이 식에 의하면 캡스턴모터는 속도변동분만 부담하면 되므로 부하가 대폭적으로 줄어든다. 아울러 매우 적은 회전토오크(Tc)만 가지고도 속도제어를 할 수 있다.

한편, 본 발명의 장력제어장치를 구성하기 위하여 제2도 및 제3도에서 각 변수들을 수식적으로 표현하면 아래와 같은 조건들이 만족된다.

Fs'=(1+Us)Td, Tt=Ft·Rt, Ft=(1+Ut)Ft', Wc·Rc=Wt·Rt

여기서, 상기 식들은 통상적으로 사용되는 것으로, 이를 구성하는 각 변수들에 대한 설명은 전술되어 있으며, 미설명된 Rt는 회수릴모터(8)의 축반경을 나타낸다. 전술된 수식들을 이용하여 Tt를 구하는 과정은 다음과 같다. Tt=Ft·Rt이므로 이 식에 Ft=(1+Ut)Ft' 를대입하면 Tt=[(1+Ut)Ft'·Rt가 되고, Ft'대신에 Ft'=Fs'+(Bc/Rc)Wc를 대입하면 Tt=(1+Ut)·[Fs'+(Bc/Rc)Wc]·Rt가된다.이 식에 Fs'대신에 Fs'=(1+Us)Td를 대입하면 Tt=(1+Ut)·[(1+Us)Td+(Bc/Rc)Wc]·Rt가 되고, 이 식을 정리하면 아래의 (2)식과 같다.

(2)식에서 Rt와 Rt/Rc는 전술된 식[Wc·Rc=Wt·Rt]에 의하여 Rt=(Wc/Wt)·Rc로, Rt/Rc=Wc/Wt로 각각 나타낼 수 있다. 그러므로 (2)식에 상기 식[Rt, Rt/Rc]들을 각각 대입하면 (3)식이 성립된다.

상기 (3)식에 따라 장력제어부(14)를 구성하면 제4도와 같은 형태가 된다.

제4도는 장력제어부(14)의 상세구성을 나타낸 블럭도이다. 제4도에서 A부분의 설명은 생략하고, 장력제어부(14)만을 설명한다. 캡스턴모터축(4)에서 검출된 회전각속도(Wc)는 분할기(Divider;15)와 제1승산기(16)로 각각 인가되고, 이때 분할기(15)에는 회수릴모터(8)로부터 궤환된 회전각속도(Wt)가 입력된다. 상기 분할기(15)는 캡스터모터의 회전각속도(Wc)를 회수릴모터의 회전각속도(Wt)가 입력된다. 상기 분할기(15)는 캡스턴모터의 회전각속도(Wc)를 회수릴모터의 회전각속도(Wt)로 나눈 값(Wc/Wt)을 제1 및 제4승산기(16)(20)로 출력한다.

제1승산기(16)는 두 입력신호를 곱한 값[(Wc/Wt)·Wc]을 제2승산기(17)로 출력하고, 제2승산기(17)는 이 입력신호에 정해진 값(Bc)을 곱하여 곱셈값[Bc·(Wc/Wt)·Wc]을 가산기(18)로 출력한다. 한편, 제4승산기(20)는 분할기(15)로부터의 입력신호(Wc/Wt)에 정해진 값(Rc)을 곱하여 곱셈값[(Wc/Wt)·Rc]을 제5승산기(21)로 출력한다. 이때 제5승산기(21)에는 텐션폴(1)에 의해 검출된 테이프장력(Td)이 입력되므로 제5승산기(21)는 두 입력신호를 곱하여 곱셈값[Td·(Wc/Wt)·Rc]을 제6승산기(22)로 출력한다.

제6승산기(22)는 이 입력신호에 정해진 값(1+Us)을 곱하여 곱셈값[(1+Us)·Td·(Wc/Wt)·Rc]을 상기 가산기(18)로 출력한다. 가산기(18)는 제2승산기(17)로부터 입력된 신호[Bc·(Wc/Wt)·Wc]와 제6승산기(22)로부터 입력된 신호[(1+Us)·Td·(Wc/Wt)·Rc]를 더하여 덧셈값[(1+Us)·Td·(Wc/Wt)·Rc+Bc·(Wc/Wt)·Wc]을 제 3승산기(19)로 출력한다. 제3승산기(19)는 이 입력신호에 정해진 값(1+Ut)을 곱하여 상기 (3)식과 같은 신호(Tt)를 가산기(12)로 출력한다.

이상에서와 같이 본 발명은 테이프의 전송속도에 맞추어 회수릴모터를 능동적으로 제어하므로 캡스턴모터의 부하를 줄일 수 있어 캡스턴모터의 용량 및 가격을 줄일 수 있는 효과가 있다. 특히, 모터의 회전은 모터에 흘리는 전류의 양에 의해 제어되므로 모터의 부하용량이 작을 수록 전류의 변화에 대한 모터의 회전변화도 작아진다. 따라서, 동일한 제어장치로 보다 넓은 재생속도영역에서 보다 정밀한 캡스턴제어가 가능하고, 캡스턴모터의 제작이 용이해지는 효과가 있다.

Claims

캡스턴모터에 의해 테이프가 일정속도로 주행되면 일정장력을 유지하도록 릴모터가 테이프를 당겨주는 VCR의 서보제어방법에 있어서, 검출된 테이프장력과 회수릴모터의 회전각속도와 캡스턴모터의 회전각속도를 이용하여 회수릴모터의 토오크를 계산하는 단계와; 상기 토오크값에 따라 회수릴모터가 테이프를 당겨주어 캡스턴모터를 중심으로 양쪽의 테이프장력의 차이가 최소가 되도록 제어하는 단계와; 캡스턴모터가 속도변동만을 제어하게 하여 캡스턴모터에 걸리는 부하를 줄이는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 VCR의 서보제어방법.
제1항에 있어서, 상기 릴모터의 서보제어시 아래의 식과 같은 조건들을 만족하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 VCR의 서보제어방법.

Fs'=(1+Us)Td, Tt=Ft·Rt, Ft=(1+Ut)Ft', Wc·Rc=Wt·Rt

여기서, Fs'와 Ft'는 공급릴 및 회수릴쪽으로 테이프가 당겨지는 힘, Us와 Ut는 공급릴과 회수릴에 감긴 테이프의 마찰계수, Td는 거출된 테이프장력, Tt는 회수릴모터의 토오크, Ft는 회수릴모터의 테이프장력, Rt와 Rc는 회수릴모터 및 캡스턴모터의 축반경, Wc와 Wt는 캡스턴모터 및 회수릴모터의 회전각속도이다.
제2항에 있어서, 상기 회수릴모터의 토오크(Tt)는 아래의 식에 의거하여 계산하도록 한 것을 특징으로 하는 VCR의 서보제어방법.

여기서, Bc는 캡스턴모터의 댐핑계수이다.
제2항에 있어서, 상기 회수릴모터는 아래의 식에 의거하여 캡스턴모터를 중심으로 양쪽의 테이프장력의 차이[(Bc/Rc)Wc]가 최소가 되도록 테이프를 당겨주도록 한 것을 특징으로 하는 VCR의 서보제어방법.

Ft'=Fs'+(Bc/Rc)Wc

여기서, Bc는 캡스턴모터의 댐핑계수이다.
제2항에 있어서, 상기 캡스턴모터는 아래의 식에 의거하여 매우 적은 회전토오크(Tc)를 가지고 속도변동만을 제어하도록 한 것을 특징으로 하는 VCR의 서보제어방법.

Jc(dWc/dt)=Tc)

여기서, Jc는 캡스턴모터의 관성모먼트이다.
캡스턴모터에 의해 테이프가 주행되면 텐션폴에 의해 검출된 테이프장력과 릴모터의 회전각속도에 따라 릴모터의 구동을 제어하여 일정장력을 유지하도록 테이프를 당겨주는 VCR의 서보제어장치에 있어서, 상기 텐션폴에 의해 검출된 테이프장력과 회수릴모터 및 캡스턴모터에서 각각 검출된 회전각속도에 따라 회수릴모터의 구동을 제어하기 위한 토오크를 출력하여 캡스턴모터를 중심으로 양쪽의 테이프장력이 같아지도록하는 장력제어부를 구비한 것을 특징으로 하는 VCR의 서보제어장치.
제6항에 있어서, 상기 장력제어부는 캡스턴모터에서 검출된 회전각속도를 회수릴모터에서 검출된 회전각속도로 나누는 분할기와; 분할기의 출력값과 캡스턴모터에서 검출된 회전각속도를 곱하는 제1승산기와; 제1승산기의 출력값에 설정값을 곱하는 제2승산기와 분할기의 출력값에 설정값을 곱하는 제4승산기와; 제4승산기의 출력값과 텐션폴에 의해 검출된 테이프장력을 곱하는 제5승산기와; 제5승산기의 출력값에 설정값을 곱하는 제6승산기와; 상기 제2승산기 및 제6승산기의 출력값을 더하는 가산기와 가산기의 출력값에 설정값을 곱하여 회수릴모터의 토오크를 출력하는 제3승산기로 구성하는 것을 특징을 하는 VCR의 서보제어장치.
제7항에 있어서, 상기 제2승산기의 설정값은 캡스턴모터의 댐핑계수값이고, 제4승산기의 설정값은 캡스턴모터의 축반경값이며, 제6승산기의 설정값은 캡스턴모터와 공급릴모터 사이의 마찰계수에 1을 더한 값이고, 제3승산기의 설정값은 캡스턴모터와 회수릴모터 사이의 마찰계수에 1을 더한 값인 것을 특징으로 하는 VCR의 서보제어장치.