WO1990013113A1 - Process for positioning a magnetic-disc memory, and device for carrying out the process - Google Patents

Process for positioning a magnetic-disc memory, and device for carrying out the process Download PDF

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WO1990013113A1
WO1990013113A1 PCT/EP1989/001091 EP8901091W WO9013113A1 WO 1990013113 A1 WO1990013113 A1 WO 1990013113A1 EP 8901091 W EP8901091 W EP 8901091W WO 9013113 A1 WO9013113 A1 WO 9013113A1
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WO
WIPO (PCT)
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positioning
current
positioning unit
nominal
value
Prior art date
Application number
PCT/EP1989/001091
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Heinz-Dieter Maier
Werner Spengler
Heriberto Unger
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Publication of WO1990013113A1 publication Critical patent/WO1990013113A1/en

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    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11BINFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/48Disposition or mounting of heads or head supports relative to record carriers ; arrangements of heads, e.g. for scanning the record carrier to increase the relative speed
    • G11B5/54Disposition or mounting of heads or head supports relative to record carriers ; arrangements of heads, e.g. for scanning the record carrier to increase the relative speed with provision for moving the head into or out of its operative position or across tracks
    • G11B5/55Track change, selection or acquisition by displacement of the head
    • G11B5/5521Track change, selection or acquisition by displacement of the head across disk tracks
    • G11B5/5526Control therefor; circuits, track configurations or relative disposition of servo-information transducers and servo-information tracks for control thereof
    • G11B5/553Details
    • G11B5/5547"Seek" control and circuits therefor

Definitions

  • the invention relates to a method for positioning a positioning unit of a magnetic disk memory according to the preamble of claim 1 and to a device for performing this method.
  • the average access time is known to be one of the essential performance criteria in addition to the storage capacity.
  • the track density and the average access time which may include the pure positioning time and the settling time on a selected track, determined the structure of the positioning unit and the positioning method.
  • the conventional positioning methods are similar in that a speed profile dependent on the track distance, ie a specific speed as a function of the distance traveled during the positioning process, is specified as a setpoint curve and the sequence of the positioning process is then regulated
  • An analysis of the positioning process on this basis is described, for example, in "Magnetic Recording", Vol. II, published by CDMee and EDDaniel, Mc Graw Hill Verlag, 1988 in Section 2.3.5. With this setpoint specification in the form of a speed profile, access times are around 20 ms still controllable.
  • the positioning unit In this known positioning method, three groups of positioning processes are distinguished depending on the track distance that occurs. In the case of positioning operations below a certain track distance, the positioning unit does not yet reach the maximum predetermined acceleration. In this case, the positioning unit is linearly accelerated in the first quarter of the positioning time, then the change in the acceleration reverses its direction, so that with three quarters of the positioning time the greatest deceleration occurs, which then occurs near drops again until the end of the positioning process.
  • the course of acceleration over time therefore corresponds to two triangles which are symmetrical to the time axis and are placed directly next to one another.
  • the acceleration profile therefore also contains sections with constant acceleration or deceleration and corresponds to two trapezoids that are symmetrical with respect to one another with respect to the time axis and are placed directly next to one another.
  • the acceleration profile then corresponds to two trapezoids lying symmetrically to the time axis, which are spaced apart from one another in time.
  • the acceleration component of the overall profile with the opposite sign is identical to the deceleration component, i. H. the setpoint curve is point symmetrical. This symmetry considerably facilitates the determination of the respective setpoint profile under real-time conditions, as does the requirement that the acceleration or deceleration change linearly with a predetermined gradient in all positioning processes.
  • Each of the described acceleration profiles contains more or less discontinuities in the temporal derivation of this acceleration function, which are still the reason for the excitation of mechanical vibrations and thus for the generation of operating noises, although due to the gradual increase and decrease in the acceleration or deceleration, an extension of the positioning time is accepted.
  • the present invention is therefore based on the object of creating a method of the type mentioned which, with a further reduction in the average access time, eliminates the causes of the generation of undesired mechanical vibrations even more than hitherto, and also to provide a device for carrying out this method which inexpensive structure has a high flexibility to adapt to the respective application.
  • a major advantage of the solution according to the invention is that it succeeds in "smoothing" the acceleration for driving the positioning unit throughout the course of the setpoint curve, i. H. in other words, without specifying rounded points of discontinuity.
  • a linear increase in the acceleration or deceleration is not accepted, but rather the aim is to optimize the time, to achieve maximum acceleration or deceleration values as quickly as possible by means of a corresponding current specification.
  • This helps to reduce the average access time as well as the Rounding of the acceleration profile at the end of a positioning process, which allows the positioning unit to enter the target track as precisely as possible with an optimized settling behavior.
  • the positioning method is based on a setpoint curve which, apart from the rounding, is preset in a time-optimized manner and is nevertheless also optimized with regard to the settling on the target track.
  • Another important advantage of the method according to the invention is that it is also able to use the reserves in the control for driving the positioning unit, ie. H. make full use of the influence of the back EMF.
  • the detachment from point symmetry practically results in a deceleration interval that is shorter with respect to the acceleration interval and thus uses a further influencing variable that contributes to reducing the average access time.
  • this method using a commercially available signal processor is able to carry out the control process under real-time conditions without that of the respective track distance-dependent courses of the setpoint profile are already predetermined, for example in a setpoint memory. For this reason, a device for carrying out this method does not require any specialized integrated circuits that were previously not available on the market. Rather, the method can be implemented solely with the aid of conventional components, with a conventional signal processor with its properties being optimized with regard to certain addition and multiplication processes.
  • FIG. 1 shows schematically in a block diagram a control unit for a magnetic disk memory with an actual value generator and a setpoint generator, in which setpoints are generated for the positioning for each positioning process
  • FIGS. 2a to 2c schematically in the form of pulse diagrams the principle of a speed profile, a corresponding current profile for driving the positioning unit and a profile for the terminal voltage on a drive coil of the positioning unit
  • FIG. 5 shows the equivalent circuit diagram for an FIR filter
  • FIG 6 in the form of pulse diagrams a step function and a filter response of an FIR filter corresponding to this step function
  • FIG. 7 shows a block diagram for a setpoint generator according to FIG. 1,
  • FIG. 9 shows an embodiment for a setpoint generator in hard-wired circuit technology
  • FIG. 11 shows schematically in a block diagram a further embodiment of a device for carrying out the positioning method using a signal processor
  • FIG. 12 shows schematically in a block diagram the processes under control of the signal processor for converting the acceleration or current profile shown in FIG. 8 into a profile according to FIGS. 10a and
  • FIG. 13 shows a flowchart for the control or computing processes carried out by the signal processor.
  • a device control 1 is shown schematically in a block diagram, via which the magnetic disk memory contacts 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 one Writing or reading in another track of the magnetic disk memory is to be continued.
  • 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 overflowed and the respective direction, and a start signal START which defines the start of the lane change operation.
  • FIG. 1 also schematically shows a positioning unit 2 for the magnetic disk memory, which is to be designed as a rotary positioner.
  • Rotary positioners for magnetic disk storage are particularly common for 5 1/4 "or 3 1/2" disk storage, so that no detailed description appears necessary for this unit. Therefore, it should only be pointed out here that conventional rotary positioners have a swivel piece which is rotatably mounted in the disk storage housing.
  • the swivel piece carries, via a plurality of radially projecting support arms, a corresponding plurality of magnetic head systems which are exactly aligned with one another and which, 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 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 depending 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.
  • read / write electronics 202 which contains, in particular, write or read amplifiers assigned to the magnetic head systems, are also axially arranged in the positioning unit 2. It is assumed here that this read / write electronics 202 additionally also has an evaluation electronics for recording riding, rectification and selective comparison of servo signals.
  • phase-locked loop 3 which is used to derive a dependent internal clock pulse sequence CLK from these read signals RS in magnetic disk memories, which forms the time basis for all internal control processes and, for reasons of simplicity, for example also for the control of the control processes when positioning is used.
  • 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.
  • the magnetic disk memory is a memory with random access, ie the positioning system must be adjustable to any track on the magnetic memory disks each time a track is changed. Furthermore, every positioning process should always run optimally, since the average positioning time is a key performance criterion in magnetic disk storage.
  • One projects in the drive device 201 of the positioning unit 2 given supply voltage V is available, which is to be used optimally, in principle in the acceleration phase of the magnetic drive coil of the positioning device 2 to supply maximum acceleration current until the predetermined maximum speed of the positioning unit 2 is reached.
  • 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.
  • the braking phase begins with short distances, ie short track distances, before the maximum speed is reached.
  • FIG. 2a A speed profile v i (t) is shown in FIG. 2a
  • FIG. 2b shows a corresponding current curve i (t), ie 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
  • FIG. 2c illustrates the corresponding one Course of the terminal voltage V (t) on the drive device 201 of the positioning unit 2.
  • FIG. 3 shows a series circuit 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.
  • 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 span to be able to regulate during the positioning process reserve.
  • V 1 partial voltage
  • the equivalent circuit diagram of the magnetic drive coil 204 clarifies the ohmic resistor 205 and the inductive resistor 206 of the magnetic drive coil, which are predetermined by the dimensioning of the coil 204.
  • 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 magnetic drive coil 204.
  • I o (V s - V 1 ) / R
  • K is the motor constant
  • R is the ohmic resistance of the magnetic drive coil 204
  • V s is the supply voltage
  • V 1 is the partial voltage which corresponds to the self-consumption of the controlling power amplifier 203 and the control reserve.
  • the back EMF has a braking effect when accelerating, but can then be used to support the braking phase.
  • the setpoint curve for the coil current i (t) becomes asymmetrical, ie that the braking phase becomes shorter than the acceleration phase.
  • FIGS. 2a to 2c also illustrate, as an example, that in order 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 a time-optimized manner.
  • Velocity profile v i (t) is used. But if, for example, with 5 1/4 "magnetic disk storage media today you are aiming for average positioning times of less than 15 ms, this means speeds that can only be mastered by control technology with considerable effort due to the additional constraint that the target track should be approached as precisely as possible.
  • a path profile x n (t) is used in connection with a current specification in (t) for the control of the positioning process, 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.
  • FIG. 4c A current curve i (t) or the corresponding acceleration curve a (t) is shown schematically in FIG. 4c, which has a linear course pieced together.
  • the associated amplitude spectrum A shown in FIG. 4d with the same transfer function shows a significantly more favorable course compared to the illustration in FIG. 4b, but always appreciable amplitude values even at frequencies above 5 kHz.
  • a current and acceleration curve i (t) or a (t) is shown in FIG. 4e, the edges of which rise or fall relatively steeply, but which is rounded, for example, according to a cosine function in the transition regions.
  • 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, thus disturbances in the positioning process, such as long settling times and high operating noises.
  • x is the deflection related to the servo head
  • the moment of inertia of the positioning unit 2
  • 0 the speed proportional friction
  • d is a restoring force of the positioning unit, which can be attributed, for example, to the flexible cable feeds.
  • 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.
  • 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).
  • this control variable is based on an already rounded current profile with the matching 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 electrical Sends functions expressed by signals through the same filter and thus rounded.
  • FIR filters finite impulse response filters
  • a circuit design of such a filter is such. 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.
  • FIG. 5 an equivalent circuit diagram for such an FIR filter is therefore shown schematically only for better understanding. Since the rules of the z-transformation are to be applied to digital filters, each block z in this equivalent circuit diagram means the shift of the input signal SI by one sampling period
  • FIG. 6 schematically illustrates this filter function for a 5th order FIR filter.
  • a broken line pulse is shown with broken lines as the input signal SI.
  • the filter response, ie 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.
  • Using an FIR filter it is therefore possible to specify the current profile "hard” and still achieve a "soft” setpoint value with an adjustable rounding curve while observing the described boundary conditions.
  • 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.
  • 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 deflection of the positioning unit 2 which is still to be covered.
  • FIG. 7 A possible implementation for this actual value transmitter 4 is shown in FIG. 7. Thereafter, it 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 the 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 converted into a binary value via an analog-digital converter 44 is present.
  • the actual path value xa 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 middle of the track of the last crossed track.
  • FIG. 1 also schematically indicates a setpoint generator 5, the nominal values. x n and in for the still to be covered
  • 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 the nominal current specification i n .
  • the nominal current specification i n corresponds linearly to a nominal acceleration tion, ie the second derivative of the remaining nominal
  • the braking phase begins with a current value -i 2 and at time t3 the braking phase ends with a current value -i 3 , which in turn jumps to zero.
  • the linear sections of the current specification curve i (t) during the time intervals ⁇ t1 and ⁇ t3 are described as gradients m 1 and m 3 by the current drop di / dt approximating the back emf.
  • the parameters i 0 , i 3 , m 1 and m 3 are each independent of the respective track distance, ie they are device constants. This makes it clear that the individual positioning processes differ only in the length of the time intervals ⁇ t1 to ⁇ t3.
  • FIG. 9 shows an embodiment for the function generator 51 which is embodied in a hard-wired circuit and is shown as a block diagram on which this calculation basis is based.
  • the variable parameters are stored in a programmable read-only memory 510 for all track distances and can be selected by the distance addresses ADR.
  • the current start value i 0 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. Set by the START signal, this multiplexer switches this variable current value during the time interval
  • a first digital comparator 513 is also provided The current value i 1 is supplied to the first inputs from the programmable read-only memory 510 and the second inputs of the current value are also connected to the outputs of the first counter 511.
  • This comparator thus 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 ⁇ t1 of the unrounded current specification curve i (t).
  • the first comparator thus determines the expiry of the first time interval ⁇ t1 when the signals supplied to it are identical.
  • 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 ⁇ t2.
  • 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 ⁇ t2 has expired.
  • 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 -i 2 at the beginning of the third time interval ⁇ t3.
  • this third comparator 517 is also offered the final value -i 3 for the braking current from the read-only memory 510.
  • this comparator 517 establishes the identity of the input signals fixed 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. An embodiment for this integrator 53 is also shown in FIG.
  • the output signal emitted by the FIR filter 52 represents the second derivative of the nominal path specification x n . Since the nominal current specification i n is available 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 together double integration of the output signals of the FIR filter
  • the integrator 53 thus generates the nominal one
  • Path specification x n . 10a to 10c show pulse diagrams which exemplify the effect of the FIR filter arrangement 52.
  • a current or acceleration profile a (t), i (t) is shown with broken lines in FIG. 10a, which corresponds to the unrounded specification of FIG. With solid lines, the associated filtered default curve is a (t); i n (t) shown.
  • the rounding effect of the FIR filter 52 can be seen in particular. 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 is. In FIGS.
  • speed profiles v (t), v n (t) and path profiles x (t) are analogous to the acceleration profile of FIG. 10a; x n (t) not rounded and filtered.
  • the three time segments of the setpoint curve are illustrated there analogously by the times t 0 , t 1 , t 2 and t 3 .
  • the essential reference variable for the positioning process is the nominal current specification i n , to which, delayed by the delay element 54, the output signal of the digital comparator 6 is added 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 in a digital / analog converter 8 into the analog control variable i s (t).
  • 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.
  • a first exemplary embodiment has been described above which allows the positioning method on which the underlying method is based to be carried out in hard-wired circuit technology. Despite all the optimization of the method steps described, such a hard-wired solution is always relatively complex and also not very flexible with regard to adaptations, for example changing the device constants. A way out is a programmable controller. Today, digital signal processors are available that are suitable for this application, since they are optimized for filter calculations in which multiplications and additions predominate.
  • the A person skilled in the art is, for example, known from the publications "Digital Signal Processing Applications With The TMS 320 Family", 1986 and “First Generation TMS 320 User's Guide”, 1987, both published by Texas Instruments, an extensive range of instruments, such as how to use the TMS 320 CIO signal processor ® can be used in a wide variety of applications.
  • the processor mentioned has a cycle time of 200 ns with a word length of 16 bits, the accumulator being 32 bits wide and the multiplier delivering a 32 bit result with a thickness of 16 x 16 bits.
  • an explanation of the performance of this signal processor is given here by way of example to an instruction sequence MPY and LTD, which is described there on pages 4/49 and 4/41.
  • this command sequence results in a 16 x 16-bit multiplication, a 32-bit addition to the accumulator, the loading of a RAM cell into the multiplier and the shifting of the contents of this RAM cell to the next higher address.
  • an intelligent positioning control unit 9 is shown schematically in a block diagram, which is connected to the device controller 1.
  • 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.
  • the analog / digital converter 92 and the digital / analog converter 93 can be implemented by an AD7569 module from Analog Devices®, which has an 8-bit analog / digital converter and two 8-bit digital / analog converters and corresponding inputs /Output and contains selection logic.
  • This module can be used in such a way that its two digital / analog converters together form the digital / analog converter 93. For this purpose, they are switched in such a way 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.
  • 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. A significant 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. Here, too, it is assumed that the following basic conditions apply to each positioning process.
  • the relationship (6) gives an estimated positioning range xs', which must be smaller than because of the requirements ⁇ t 1 ' ⁇ t 1 and ⁇ t 3 ' ⁇ t 3 the full positioning range xs.
  • the difference between the actual positioning range xs and the estimated positioning range xs' is compensated for by introducing the time interval ⁇ t 2 .
  • the positioning unit 2 is constantly moved at the speed v, at the end of the time period ⁇ t 1 '.
  • this velocity v 1 is calculated according to the following relationship (8):
  • (8) v 1 a 0 ⁇ t 1 '+ (1/2) m 1 ⁇ t 1 ' 2
  • the derivation described above initially has the advantage that the estimate for the time interval ⁇ t 1 'is based on a simple relationship which, in contrast to an exact calculation, requires considerably less programming effort, computing time and storage space requirement. Since the time interval ⁇ t 1 'is estimated anyway, it can always be selected as an integer value of sampling periods ⁇ t, thereby avoiding correction calculations of the specification curve in the transition area between the time intervals ⁇ t 1 and ⁇ t 2 . Another very important advantage is that, regardless of the track distance, a time interval ⁇ t 2 is introduced with each positioning process or, in other words, there is no need to distinguish between positioning processes over short or long track distances.
  • This maximum value for the first time interval ⁇ t1 is an operating constant which is calculated once during a restart of the magnetic disk storage in a start-up routine.
  • the current specification was used as an example and the path specification was obtained from it by integration.
  • a path specification is used, from which the rounded nominal current specification is determined by double differentiation after the filtering.
  • the non-rounded default curve is to be shaped by filtering in such a way that it specifies the current for exciting the magnetic drive coil of the positioning unit 2 as harmless as possible.
  • This goal can only be adequately achieved with a higher order FIR filter.
  • the basis here is 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 should be minimized as far as possible, since the determination of the default values for current and distance takes place in a time-critical area.
  • the last term from relationship (11), namely m i ⁇ t 3, is constant within these time intervals.
  • the relationship (11) thus corresponds formally to a filter operation that can be processed by the signal processor 91 in a time-optimized manner. In this extrapolation routine it should be noted that when moving from a period, e.g. B. ⁇ t 1 for the next period, e.g. B.
  • ⁇ t 2 does not have any corresponding previous travel setpoints per se.
  • 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.
  • the path information for example a current path setpoint x k, is absolute information which relates to the width of the entire data band on the magnetic storage disks.
  • a data format of 32 bit positions for the x-variables is therefore advisable for a 5 1/4 "magnetic disk memory. This format corresponds to two data words for a 16-bit signal processor. This extrapolation from three previous setpoint values could also be avoided.
  • the corresponding rounded quantity is filtered using Using the FIR filter to determine. It has already been indicated above that this filter should be of the 20th order. 5 and 6 it 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 20 th order filter is used, the result is a smoothing time of 1.2 ms, which is still acceptable in the present application.
  • 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 ⁇ x 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 ⁇ x k before filtering and then filters it.
  • the filtered path increment thus 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.
  • 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):
  • i nk (x nk - 2x nk-1 + x nk-2 ) / ⁇ t 2
  • i nk ( ⁇ x nk - ⁇ x nk-1 ) + ⁇ 0 + ⁇ 1 . x nk + ⁇ 2 . ⁇ x nk
  • the expansion term ⁇ 0 corresponds to a constant acceleration, which compensates for an unbalance of the positioning unit 2, for example.
  • the second expansion term ⁇ 1 . x nk corresponds to a path-proportional acceleration that takes into account a force that acts proportionally on the positioning unit 2 and compensates, for example, a restoring force caused by connecting lines.
  • the third extension term ⁇ 2 . ⁇ x nk corresponds to an acceleration proportional to speed and thus takes into account, for example, a 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 the ideal mechanics are based.
  • Block 110 shows an equivalent circuit diagram for the path extrapolation described.
  • Line 111 shows basic values x k-2 , x k-2 and x k-3 or m i ⁇ t 3 , each of which begins at the beginning of a new time interval ⁇ t 1 , ⁇ t 2 and ⁇ t 3 are loaded into registers of the signal processor 91 in order to suitably initialize the path extrapolation.
  • the current path setpoint x k can already be loaded in a register 112 and the simulated previous path setpoints x k and x k-2 in corresponding registers.
  • the three path parameters for one of the time intervals ⁇ t i result from the parameters a 0 , v 0 and x 0 of this time interval according to the following relationships (13), (14) and (15):
  • the first time interval ⁇ t 1 is always an integer multiple of the sampling period. With that lies the
  • x e3 x 1 + v 1 ( ⁇ t 2 + ⁇ t f ) + (1/2) a 3 ⁇ t f 2 + (1/6) m 3 ⁇ t f 3
  • the equivalent circuit diagram 114 reproduces the path increment described, 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 result in the path increment ⁇ x k loaded in a register 115.
  • Block 116 represents an equivalent circuit diagram for the FIR filter, in which path increments x ki , evaluated with corresponding filter coefficients c i , are added up.
  • i means an integer value from 0 to n, where n indicates the order of the FIR filter.
  • 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 therefrom.
  • the value temporarily stored in the register 117 for the rounded path increment ⁇ x 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 .
  • FIG. 12 shows a flow chart for the entire positioning routine.
  • the values for the time intervals ⁇ t 1 , ⁇ t 2 and ⁇ t 3 are first calculated in method step 1201. With these values obtained in this way, the basic parameters for each time interval, as indicated in method step 1202, are determined before the actual positioning process is carried out. With zeroing the values for the time interval ⁇ t and the
  • Time lapse t in method step 1203 the positioning control unit 9 and thus its signal processor 91 is set to a defined initial state at the beginning of the actual positioning process. Then, in order to initiate the first time interval ⁇ t 1 in accordance with method step 1204, the value for the current time interval is incremented by "1". After the initiation of this new time interval, the basic values assigned to it are first loaded in accordance with method step 1205. In the course of the first time interval ⁇ t 1 , the path increments ⁇ x k are then successively calculated in accordance with method step 1206 and filtered in accordance with method step 1207.
  • the current path increment output at the output of the FIR filter is, generally considered, added to the absolute size of the previous path setpoint and the current absolute size x nk of the nominal path specification x n is thus specified in method step 1208.
  • step 1209 this is followed by the calculation of the corresponding current variable i nk for the nominal current specification i n .
  • the absolute values x nk thus calculated for the
  • the path specification and i nk for the current specification are output, ie fed to the comparator 6 according to FIG. 1 or to the digital / analog converter, as indicated in method step 1210.
  • the time sequence is then incremented by the value "1" in method step 1211 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 ⁇ t 1 , ⁇ t 2 or ⁇ t 3 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 ⁇ x 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.
  • 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.
  • the control process only the difference between these two variables is evaluated, each of which has a 32-bit format.
  • the higher-order data word contains the information about the track number in whole numbers
  • the lower-order data word on the other hand, the deviation from the track center in the form of fractions of a track.
  • this format the entire width of the data tape on the magnetic storage disks can be represented linearly with high accuracy.
  • any nominal track and additionally a selectable deviation from this track can thus be specified via the nominal path specification x n .
  • 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 expected value is extrapolated from the course of this path actual value in the past and the corresponding edge of the position error signal PES is selected.
  • 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.
  • the described method can ensure 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 ⁇ t. Due to the separate management of the actual path value x a and the nominal path specification x n , any path 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. Reference list

Abstract

The invention concerns a process for positioning a positioning unit (2), in which the current for the positioning unit drive (201) is controlled by continuous comparison of the instantaneous position (xa) of the positioning unit as measured value with the target position (xn) as theoretical value, using a theoretical curve of the distance between start and target track. The theoretical curve is drawn, taking into account the back-emf of the drive unit, as a time-optimal step function. Sample values (ik and xk) corresponding to points on this theoretical curve are fed continuously at predetermined sampling intervals (Δ) to an FIR filter (e.g. 52). Their filter coefficients (c0... cn) are chosen so that the points of inflexion of the theoretical curve are preferably cos-curve-shaped. The sampled values (ink and xnk) filtered in this way are converted into a control signal (is(t)) for the positioned unit drive. This process is carried out in real time, preferably by a signal processor.

Description

Positionierverfahren für einen Magnetplattenspeicher und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens Positioning method for a magnetic disk memory and device for carrying out the method
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Positionieren einer Positioniereinheit eines Magnetplattenspeichers gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie auf eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. The invention relates to a method for positioning a positioning unit of a magnetic disk memory according to the preamble of claim 1 and to a device for performing this method.
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 5 1/4"-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, Mc Graw Hill Verlag, 1988 im Kapitel 2.3.5 beschrieben. Mit dieser Sollwertvorgabe in Form eines Geschwindigkeitsprofiles sind Zugriffszeiten etwa um 20 ms durchaus noch beherrschbar. In the case of magnetic disk memories, the average access time is known to be one of the essential performance criteria in addition to the storage capacity. The track density and the average access time, which may include the pure positioning time and the settling time on a selected track, determined the structure of the positioning unit and the positioning method. For example, in the group of powerful 5 1/4 "magnetic disk memories, the conventional positioning methods are similar in that a speed profile dependent on the track distance, ie a specific speed as a function of the distance traveled during the positioning process, is specified as a setpoint curve and the sequence of the positioning process is then regulated An analysis of the positioning process on this basis is described, for example, in "Magnetic Recording", Vol. II, published by CDMee and EDDaniel, Mc Graw Hill Verlag, 1988 in Section 2.3.5. With this setpoint specification in the form of a speed profile, access times are around 20 ms still controllable.
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 Geschwindigkeitsrege- lung realisierbar ist. Dafür sind aber konventionelle Standardschaltkreise, die für die Anwendung bei Positionierverfahren von Magnetplattenspeichern entwickelt wurden, nicht mehr geeignet. 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. If, on the other hand, you want to significantly reduce the positioning times, ie reach an average of 14 ms and less, you have two options: You can set up the positioning unit so that higher maximum speed and greater acceleration are possible. With conventional positioning methods, however, these possibilities are also limited. One skilled in the art immediately understands that the goal, despite the higher maximum speed of the positioning unit, it is only possible to approach the target track as precisely as with conventional magnetic disk memories, and can only be achieved with a corresponding increase in the "dynamic range" of the speed control. However, conventional standard circuits that were developed for use in the positioning process of magnetic disk memories are no longer suitable. In addition, there is a further limitation that an increase in the permissible acceleration is not readily achievable. Initially, this would mean what seems reasonable in view of a time-optimal solution to the positioning task of applying the current as quickly as possible to accelerate the drive of the positioning unit. However, if one tries to achieve the goal in this way, one will see that sudden changes in the acceleration of the positioning unit directly excite mechanical vibrations, i. H . extend the settling time and z. B. also cause operating noise.
Dazu ist aus der internationalen Patentanmeldung WO 88/02913 bereits bekannt, trotz des Zieles einer zeitoptimalen Positionierung statt eines Geschwindigkeitsprofiles ein Beschleunigungsprofil für die Positioniereinheit derart vorzugeben , daß sich die Beschleunigung bzw. Verzögerung vorzugsweise nur linear ändert. For this purpose, it is already known from international patent application WO 88/02913 to specify an acceleration profile for the positioning unit in spite of the goal of time-optimal positioning instead of a speed profile in such a way that the acceleration or deceleration preferably changes only linearly.
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 li near 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 of positioning processes are distinguished depending on the track distance that occurs. In the case of positioning operations below a certain track distance, the positioning unit does not yet reach the maximum predetermined acceleration. In this case, the positioning unit is linearly accelerated in the first quarter of the positioning time, then the change in the acceleration reverses its direction, so that with three quarters of the positioning time the greatest deceleration occurs, which then occurs near drops again until the end of the positioning process. The course of acceleration over time therefore corresponds to two triangles which are symmetrical to the time axis and are placed directly next to one another.
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 aneinander gesetzt sind. Bei der dritten Gruppe von Positioniervorgängen über großeIn a second group of positioning processes over medium track distances, the maximum acceleration or deceleration has not yet been reached, but the maximum speed of the positioning unit has been reached. The acceleration profile therefore also contains sections with constant acceleration or deceleration and corresponds to two trapezoids that are symmetrical with respect to one another with respect to the time axis and are placed directly next to one another. In the third group of positioning operations over large
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. Track distances are finally reached in the meantime, the limit speed of the positioning unit. The acceleration profile then corresponds to two trapezoids lying symmetrically to the time axis, which are spaced apart from one another in time.
In allen diesen Fällen ist der Beschleunigungsanteil des Gesamtprofiles bei umgekehrten Vorzeichen identisch mit dem Verzögerungsanteil, d. h. die Sollwertkurve ist punktsymmetrisch. Diese Symmetrie erleichtert wesentlich die Ermittlung des jeweiligen Sollwertprofiles 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 component of the overall profile with the opposite sign is identical to the deceleration component, i. H. the setpoint curve is point symmetrical. This symmetry considerably facilitates the determination of the respective setpoint profile under real-time conditions, as does the requirement that the acceleration or deceleration change linearly with a predetermined gradient in all positioning processes.
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 zeit optimalen 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. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde , ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen , das bei weiterer Reduzierung der mittleren Zugriffszeit die Ursachen für die Erzeugung von unerwünschten mechanischen Schwingungen noch mehr als bisher eliminiert sowie eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens anzugeben , die bei kostengünstigem Aufbau eine hohe Flexibilität zur Anpassung an jeweilige Anwendungsfälle aufweist. It can be seen that this procedure contributes to reducing the operating noise, since extreme values for changes in the acceleration are avoided as required. It can also be seen that settling times of the positioning unit above the target track are shortened with the known method and therefore average access times no longer take time despite the positioning methods maximized in terms of speed optimal setpoint can be achieved, which are the same or even better than with these older conventional methods. On closer inspection, however, it is immediately clear that even with this known method the task of reducing the access time while reducing the operating noise has not yet been optimally solved. Each of the described acceleration profiles contains more or less discontinuities in the temporal derivation of this acceleration function, which are still the reason for the excitation of mechanical vibrations and thus for the generation of operating noises, although due to the gradual increase and decrease in the acceleration or deceleration, an extension of the positioning time is accepted. The present invention is therefore based on the object of creating a method of the type mentioned which, with a further reduction in the average access time, eliminates the causes of the generation of undesired mechanical vibrations even more than hitherto, and also to provide a device for carrying out this method which inexpensive structure has a high flexibility to adapt to the respective application.
Bei einem Verfahren der eingangs genannten Art wird diese Aufgäbe durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 beschriebenen Merkmale gelöst . In a method of the type mentioned, this task is solved by the features described in the characterizing part of patent claim 1.
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 Zugriffszeit ebenso bei , wie die Verrundung des Beschleunigungsprofiles am Ende eines Positioniervorganges, die bei optimiertem Einschwingverhalten der Positioniereinheit ein möglichst genaues Einfahren über die Zielspur 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 Zielspur optimiert ist. A major advantage of the solution according to the invention is that it succeeds in "smoothing" the acceleration for driving the positioning unit throughout the course of the setpoint curve, i. H. in other words, without specifying rounded points of discontinuity. However, a linear increase in the acceleration or deceleration is not accepted, but rather the aim is to optimize the time, to achieve maximum acceleration or deceleration values as quickly as possible by means of a corresponding current specification. This helps to reduce the average access time as well as the Rounding of the acceleration profile at the end of a positioning process, which allows the positioning unit to enter the target track as precisely as possible with an optimized settling behavior. In other words, the positioning method is based on a setpoint curve which, apart from the rounding, is preset in a time-optimized manner and is nevertheless also optimized with regard to the settling on the target track.
Wie Weiterbildungen der Erfindung zeigen, nach denen der Positioniervorgang unabhängig von der jeweiligen Spurdistanz 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 Spurdistanz abhängige Ermittlung eines bestimmten Profiles 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 entscheidender Bedeutung ist. As further developments of the invention show, according to which the positioning process is always divided into three time intervals, regardless of the respective track distance, it is possible to regulate all positioning processes without case differentiation according to a uniform positioning process. It can be seen immediately that the distance from the respective route, i.e. H. the determination of a certain profile as a setpoint dependent on the track distance is to be decisively simplified. This increases the flexibility of the method according to the invention with reduced expenditure and contributes to a reduction in the computing time, which is of crucial importance in processes that run under real-time conditions.
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 Sollwertprofiles 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 Zugriffszeit beiträgt. Another important advantage of the method according to the invention is that it is also able to use the reserves in the control for driving the positioning unit, ie. H. make full use of the influence of the back EMF. In other words, this means detaching the setpoint profile from the point symmetry specified in conventional positioning methods for reasons of simplification. The detachment from point symmetry practically results in a deceleration interval that is shorter with respect to the acceleration interval and thus uses a further influencing variable that contributes to reducing the average access time.
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 Spurdistanz abhängigen Verläufe des Sollwertprofiles 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. As a further development of the invention according to claim 7 shows, this method using a commercially available signal processor is able to carry out the control process under real-time conditions without that of the respective track distance-dependent courses of the setpoint profile are already predetermined, for example in a setpoint memory. For this reason, a device for carrying out this method does not require any specialized integrated circuits that were previously not available on the market. Rather, the method can be implemented solely with the aid of conventional components, with a conventional signal processor with its properties being optimized with regard to certain addition and multiplication processes.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt: 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 2a bis FIG 2c schematisch in Form von Impulsdiagrammen das Prinzip eines Geschwindigkeitsprofiles, eines entsprechenden Stromprofiles für den Antrieb der Positioniereinheit sowie ein Profil für die Klemmenspannung an einer Antriebsspule der Positioniereinheit, Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the drawing. 1 shows schematically in a block diagram a control unit for a magnetic disk memory with an actual value generator and a setpoint generator, in which setpoints are generated for the positioning for each positioning process, FIGS. 2a to 2c schematically in the form of pulse diagrams the principle of a speed profile, a corresponding current profile for driving the positioning unit and a profile for the terminal voltage on a drive coil of the positioning unit,
FIG 3 ein Ersatzschaltbild für den Antrieb der Positioniereinheit, 3 shows 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 bestimmten Beschleunigungsprofiles und ein diesem entsprechendes Amplitudenspektrum bei Zugrundelegung einer typischen mechanischen Übertragungsfunktion zur Erläuterung der Anregung mechanischer Schwingungen und von Betriebsgeräuschen, FIG 5 das Ersatzschaltbild für ein FIR-Filter, 4a and 4b, 4c and 4d or 4e and 4f in each case the comparison of a specific acceleration profile and a corresponding amplitude spectrum on the basis of a typical mechanical transfer function to explain the excitation of mechanical vibrations and operating noises, FIG. 5 shows the equivalent circuit diagram for an FIR filter,
FIG 6 in Form von Impulsdiagrammen eine Sprungfunktion sowie eine dieser Sprungfunktion entsprechende Filterantwort eines FIR-Filters, FIG 6 in the form of pulse diagrams a step function and a filter response of an FIR filter corresponding to this step function,
FIG 7 ein Blockschaltbild für einen Sollwertgeber gemäß FIG 1, 7 shows a block diagram for a setpoint generator according to FIG. 1,
FIG 8 in Form eines Impulsdiagrammes ein Beispiel für ein 8 shows an example of a in the form of a pulse diagram
Strom- bzw. Beschleunigungsprofil, wie es beispielsweise für alle Positioniervorgänge zunächst ermittelt wird, FIG 9 eine Ausführungsform für einen Sollwertgeber in fest verdrahteter Schaltungstechnik, Current or acceleration profile, as it is initially determined, for example, for all positioning processes, FIG. 9 shows an embodiment for a setpoint generator in hard-wired circuit technology,
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 Beschleunigungsprofiles gemäß FIG 8 abgeleitet wird, 10a to 10c each in different pulse diagrams, embodiments for an acceleration profile, a speed profile or a path profile, which is derived with the setpoint generator from FIG. 9 after specification of an acceleration profile according to FIG. 8,
FIG 11 schematisch in einem Blockschaltbild eine weitere Ausführungsform einer Einrichtung zur Durchführung des Positionierverfahrens unter Verwendung eines Signalprozessors, 11 shows schematically in a block diagram a further embodiment of a device for carrying out 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. Stromprofiles in ein Profil gemäß FIG 10a und 12 shows schematically in a block diagram the processes under control of the signal processor for converting the acceleration or current profile shown in FIG. 8 into a profile according to FIGS. 10a and
FIG 13 ein Ablaufdiagramm für die durch den Signalprozessor ausgeführten Steuer- bzw. Rechenvorgänge. 13 shows a flowchart for the control or computing processes carried out 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, to explain a positioning method for a magnetic disk memory, a device control 1 is shown schematically in a block diagram, via which the magnetic disk memory contacts 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 one Writing or reading in another track of the magnetic disk memory is to be continued. 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 overflowed 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 5 1/4"- oder 3 1/2"-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 Schwenkstuck auslenkt. In FIG 1 ist eine derartige Antriebseinrichtung 201 der Positioniereinheit 2 lediglich schematisch angedeutet. üblicherweise ist eine Schreib/Leseelektronik 202, die insbesondere den Magnetkopfsystemen zugeordnete Schreib- bzw. LeseVerstärker enthält, unmittelbar auch in der Positioniereinheit 2 axigeordnet. Hier ist angenommen, daß diese Schreib/Leseelektronik 202 zusätzlich auch eine Auswerteelektronik zum Aufbe reiten, 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. FIG. 1 also schematically shows a positioning unit 2 for the magnetic disk memory, which is to be designed as a rotary positioner. Rotary positioners for magnetic disk storage are particularly common for 5 1/4 "or 3 1/2" disk storage, so that no detailed description appears necessary for this unit. Therefore, it should 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 projecting support arms, a corresponding plurality of magnetic head systems which are exactly aligned with one another and which, 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 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 depending 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. Typically, read / write electronics 202, which contains, in particular, write or read amplifiers assigned to the magnetic head systems, are also axially arranged in the positioning unit 2. It is assumed here that this read / write electronics 202 additionally also has an evaluation electronics for recording riding, rectification and selective comparison of servo signals. It is thus able to feed these prepared read signals RS to a phase-locked loop 3, which is used to derive a dependent internal clock pulse sequence CLK from these read signals RS in magnetic disk memories, which forms the time basis for all internal control processes and, for reasons of simplicity, for example also for 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 used in conventional magnetic disk memories in a wide variety of embodiments and are therefore generally known in the art. Beyond the above introduction, there is therefore no need for any further detailed description, which could only complicate the clarity.
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 vor gegebene Versorgungsspannung V zur Verfügung, die optimal genutzt werden soll, um im Prinzip in der Beschleunigungsphase der Magnetantriebsspule der Positioniereinrichtung 2 maximalen Beschleunigungsstrom solange 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 memory disks each time a track is changed. Furthermore, every positioning process should always run optimally, since the average positioning time is a key performance criterion in magnetic disk storage. One projects in the drive device 201 of the positioning unit 2 given supply voltage V is available, which is to be used optimally, in principle in the acceleration phase of the magnetic drive coil of the positioning device 2 to supply maximum acceleration current 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 begins with short distances, ie short track distances, before the maximum speed is reached.
Diese theoretische Betrachtung verdeutlicht, daß für jede Spurdistanz ein spezifisches Geschwindigkeitsprofil v.(t) zugrundegelegt werden kann, um den Positioniervorgang optimal durchzuführen. This theoretical consideration makes it clear that a specific speed profile v. (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), ie 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 illustrates the corresponding one Course of the terminal voltage V (t) on the drive device 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 Span nungsreserve. 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. 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. 3 shows a series circuit 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 span to be able to regulate during the positioning process reserve. These two influencing variables are shown in FIG. 2c as partial voltage V 1 . The equivalent circuit diagram of the magnetic drive coil 204 clarifies the ohmic resistor 205 and the inductive resistor 206 of the magnetic drive coil, which are predetermined by the dimensioning of the coil 204.
Schließlich ist in Form einer Spannungsquelle 207 der Einfluß der Gegen-EMK angedeutet, die sich als linear von der Geschwindigkeit und der Mo torkonstante K der Magnetantriebsspule 204 abhängiger Spannungsbeitrag aufbaut. 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 magnetic 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 er in FIG 2b dargestellt ist. Der Spulenstrom i(t) folgt dabei über der Zeit einem exponentiellen Abfall gemäß Beziehung 1: If you want to keep the terminal voltage at the magnetic drive coil 204 constant despite the increasing speed of the positioning unit 2, you have to specify a coil current i (t), as shown in FIG. 2b. The coil current i (t) follows an exponential drop over time according to relationship 1:
(1) i(t) = Ioexp (-K2t/R), (1) i (t) = I o exp (-K 2 t / R),
dabei ist Io = (Vs - V1)/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. 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. where I o = (V s - V 1 ) / R where K is the motor constant, R is the ohmic resistance of the magnetic drive coil 204, V s is the supply voltage and V 1 is the partial voltage which corresponds to the self-consumption of the controlling power amplifier 203 and the control reserve. In the positioning procedure described here, this influence of the back EMF is used to advantage. The back EMF has a braking effect when accelerating, but can then be used to support the braking phase. However, this has the consequence that the setpoint curve for the coil current i (t) becomes asymmetrical, ie that 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 5 1/4" 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 in order 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 a time-optimized manner. In a majority of conventional magnetic disk storage, a trapezoidal one is used Velocity profile v i (t) is used. But if, for example, with 5 1/4 "magnetic disk storage media today you are aiming for average positioning times of less than 15 ms, this means speeds that can only be mastered by control technology with considerable effort due to the additional constraint that the target track should be approached as precisely as possible. In the present case, therefore, a path profile x n (t) is used in connection with a current specification in (t) for the control of the positioning process, 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 stufenförmigen Verlauf, wie beispielhaft in FIG 4a dargestellt, möglich. Bei einer typischen mechanischen Übertragungsfunktion nach dem hier betrachteten Positioniermodell verursacht eine derartige Stromkurve mechanisehe 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 excitation of mechanical vibrations that result from the oscillating behavior of the positioning unit 2. Theoretically, it is desirable to apply maximum current as quickly as possible to the drive device 201 of the positioning unit 2, in order to allow the positioning process to be carried out in a time-optimal manner at high accelerations. This would be possible with a current profile i (t) or a corresponding acceleration profile a (t) with a stepped 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 whose amplitude spectrum, i. H. the vibration amplitudes A plotted against the frequency f, qualitatively results in 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 immer hin auch bei Frequenzen oberhalb von 5 kHz noch nennenswerte Amplitudenwerte. A current curve i (t) or the corresponding acceleration curve a (t) is shown schematically in FIG. 4c, which has a linear course pieced together. The associated amplitude spectrum A shown in FIG. 4d with the same transfer function shows a significantly more favorable course compared to the illustration in FIG. 4b, but always appreciable amplitude values even 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. Für diesen Fall gilt angenähert die in Beziehung (2) mathematisch ausgedrückte Übertragungsfunktion für das angenommene Positionierermodell: A current and acceleration curve i (t) or a (t) is shown in FIG. 4e, the edges of which rise or fall relatively steeply, but which is rounded, for example, according to a cosine function in the transition regions. 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, thus disturbances 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. In this case, the transfer function for the assumed positioner model, expressed mathematically in relation (2), applies:
(2) F(s) = x(s)/i(s) = K(Θs2 + ßs + d) -1 (2) F (s) = x (s) / i (s) = K (Θs 2 + ßs + d) -1
Dabei ist x die auf den Servokopf bezogene Auslenkung, Θ das Trägheitsmoment der Positioniereinheit 2, 0 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: (2a ) F( s) = K/Θ s2 Here x is the deflection related to the servo head, Θ the moment of inertia of the positioning unit 2, 0 the speed proportional friction and d is a restoring force of the positioning unit, which can be attributed, for example, to the flexible cable feeds. Now you 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): (2a) F (s) = K / Θ s 2
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 analytisch unter Echtzeitbedingungen bei einejn 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 duch 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. It must now 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 analytically under real time conditions with such a complex profile. As stated above, the current curve i (t) cannot be rounded off. 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, namely 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 matching 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 electrical Sends functions expressed by signals through the same filter and thus rounded.
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 Ablei tungen 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 by the fact that defined starting and end conditions apply to exact positioning, namely that exactly defined positions are assumed by the positioning unit 2 at the beginning or at the end of each positioning process and at the same time there are at least the first and second derivatives directions of 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 in diesem Ersatzschaltbild die Verschiebung des Eingangssignales SI um eine AbtastperiodeHowever, finite impulse response filters are known from digital filter technology, which are usually abbreviated as FIR filters. A circuit design of such a filter is such. 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. In FIG. 5, an equivalent circuit diagram for such an FIR filter is therefore shown schematically only for better understanding. Since the rules of the z-transformation are to be applied to digital filters, each block z in this equivalent circuit diagram means the shift of the input signal SI by one sampling period
Δt. Mit co bis cn sind die Filterkoeffizienten bezeichnet, so daß gemäß Beziehung (3): Δt. The filter coefficients are denoted by c o to c n , so that according to relationship (3):
(3) Ftz-1) = co + c1z-1 + c2z-2 + ... + cnz-n die Übertragungsfunktion F(z-1) des FIR-Filters für ein Filter n-ter Ordnung angegeben werden kann. (3) Ftz -1 ) = c o + c 1 z -1 + c 2 z -2 + ... + c n z -n the transfer function F (z -1 ) of the FIR filter for a filter n-th Order can be specified.
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 Eingangssignales SI übereinstimmt. 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 co 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. 6 schematically illustrates this filter function for a 5th order FIR filter. A broken line pulse is shown with broken lines as the input signal SI. The filter response, ie 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. 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 choosing the appropriate filter coefficients c o to c n , it is possible to round the filter response, ie the output signal SO, in any way desired 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 value with an adjustable rounding curve while observing the described boundary conditions.
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 in 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 deflection 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 Startsignales START geladen wird. Für die Bewertung des Positionsfeh lersignales 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. in FIG 1 ist außerdem ein Sollwertgeber 5 schematisch angedeutet, der Nominalwerte. xn und i n für die noch zurückzuleggendeA possible implementation for this actual value transmitter 4 is shown in FIG. 7. Thereafter, it 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. For the evaluation of the position error A zero crossing detector 42 is provided for the 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 converted into a binary value via an analog-digital converter 44 is present. The actual path value xa 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 middle of the track of the last crossed track. This already indicates that, in contrast to many conventional designs in magnetic disk memories, the positioning method here does not switch between control systems for tracking and control systems for changing lanes. FIG. 1 also schematically indicates a setpoint generator 5, the nominal values. x n and in for the still to be covered
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 Startsignales 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. Distance or generated for the given 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 the nominal current specification i n .
Unter den vorstehend geschilderten Voraussetzungen entspricht die nominale Stromvorgabe in linear einer nominalen Beschleuni gung, d. h. der zweiten Ableitung des verbleibenden nominalenUnder the conditions described above, the nominal current specification i n corresponds linearly to a nominal acceleration tion, ie the second derivative of the remaining nominal
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. Path x n according to time. Therefore, the nominal current specification i n is fed to an integration stage 53, which forms twice the 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 derThe 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 apply to the full range of all possible lane changes over short and long distances. The diagram 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. However, to simplify the calculation, the exponentially falling branches are the
Stromkurve i(t), wie in FIG 2b deutlich gezeigt, linearisiert, so daß sich die harte Stromvorgabekurve aus geraden Teilstücken zusammensetzt. Wie FIG 8 zeigt, werden drei Zeitintervalle δ t1 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 Be ginn und am Ende dieser Zeitintervalle dt1 bis δt3. Dabei ist io der Momentanwert für den Strom zum Startzeitpunkt to. 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. 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. Current curve i (t), as clearly shown in FIG. 2b, linearized, so that the hard current specification curve is composed of straight sections. As shown in FIG. 8, three time intervals δ t1 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 dt1 to δt3. Here i o is the instantaneous value for the current at the start time to. The acceleration phase ends at time t1 with a current value i 1 , which jumps to the value zero. At time t2, the braking phase begins with a current value -i 2 and at time t3 the braking phase ends with a current value -i 3 , 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 as gradients m 1 and m 3 by the current drop di / dt approximating the back emf. The parameters i 0 , i 3 , m 1 and m 3 are each independent of the respective track distance, ie they are device constants. This makes it clear that the individual positioning processes differ only in 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, i. H. this means that - considered in principle - 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 Steuersignales 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 ZeitintervallesUnder these conditions, all variable parameters for all track distances can be calculated in advance, ie specified in a suitable manner. FIG. 9 shows an embodiment for the function generator 51 which is embodied in a hard-wired circuit and 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 i 0 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. Set by the START signal, this multiplexer switches this variable current value during the time interval
£tl 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. £ tl through 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, des sen 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 Zeitintervalles 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 Zeitintervalles 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. Mit Ablauf des zweiten Zeitintervalles 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 Zeitintervalles δt3 steuert. Wiederum wird in derselben Weise im Ablauf des dritten Zeitintervalles 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 Zeitintervalles δt3 stellt dieser Komparator 517 Identität der Eingangssignale f est 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. 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 Ausgangs- signal die zweite Ableitung der nominalen Wegvorgabe xn darstellt. Da die nominale Stromvorgabe in als Digitalwert vorliegt, läßt sich die Integration dieses Wertes auf eine fortgesetzte Addition zurückzuführen. 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-FiltersA first digital comparator 513 is also provided The current value i 1 is supplied to the first inputs from the programmable read-only memory 510 and the second inputs of the current value are also connected to the outputs of the first counter 511. This comparator thus 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. When the second time interval δt2 has elapsed, 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 -i 2 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 reading 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 the final value -i 3 for the braking current from the read-only memory 510. At the end of the third time interval δt3, this comparator 517 establishes the identity of the input signals fixed 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. An embodiment for this integrator 53 is also shown in FIG. Under the conditions described above for a linear, ie saturation-free, operation, as stated, the output signal emitted by the FIR filter 52 represents the second derivative of the nominal path specification x n . Since the nominal current specification i n is available 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 together double integration of the output signals of the FIR filter
52 durchführen. Der Integrator 53 erzeugt damit die nominale52 perform. The integrator 53 thus generates the nominal one
Wegvorgabe xn. 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 gefilterte Vorgabekurve a (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. Path specification x n . 10a to 10c show pulse diagrams which exemplify the effect of the FIR filter arrangement 52. A current or acceleration profile a (t), i (t) is shown with broken lines in FIG. 10a, which corresponds to the unrounded specification of FIG. With solid lines, the associated filtered default curve is a (t); i n (t) shown. In addition to a certain delay in the ms range compared to the non-rounded default curve, the rounding effect of the FIR filter 52 can be seen in particular. 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 is. In FIGS. 10b and 10c, speed profiles v (t), v n (t) and path profiles x (t) are analogous to the acceleration profile of FIG. 10a; x n (t) not rounded and filtered. The three time segments of the setpoint curve are illustrated there analogously by the times t 0 , t 1 , t 2 and t 3 .
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 x 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 can be obtained for the control of 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, as a reference variable, outputs a digital signal corresponding to the deviation between the actual travel value x 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 not detected by the calculation of the setpoints.
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/Analogwandler 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, delayed by the delay element 54, the output signal of the digital comparator 6 is added 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 in a digital / analog converter 8 into the analog control variable i s (t). 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 umfangreiches Instrumentarium bekannt, wie man beispielsweise den Signalprozessor TMS 320 CIO® 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 x 16 Bit ein 32 Bitergebnis 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 x 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 nächst höhere Adresse. A first exemplary embodiment has been described above which allows the positioning method on which the underlying method is based to be carried out in hard-wired circuit technology. Despite all the optimization of the method steps described, such a hard-wired solution is always relatively complex and also not very flexible with regard to adaptations, for example changing the device constants. A way out is a programmable controller. Today, digital signal processors are available that are suitable for this application, since they are optimized for filter calculations in which multiplications and additions predominate. The A person skilled in the art is, for example, known from the publications "Digital Signal Processing Applications With The TMS 320 Family", 1986 and "First Generation TMS 320 User's Guide", 1987, both published by Texas Instruments, an extensive range of instruments, such as how to use the TMS 320 CIO signal processor ® can be used in a wide variety of applications. The processor mentioned has a cycle time of 200 ns with a word length of 16 bits, the accumulator being 32 bits wide and the multiplier delivering a 32 bit result with a thickness of 16 x 16 bits. With reference to the second of the above-mentioned publications, an explanation of the performance of this signal processor is given here by way of example to an instruction sequence MPY and LTD, which is described there on pages 4/49 and 4/41. In a total of only two clock cycles, ie in 400 ns, this command sequence results in a 16 x 16-bit multiplication, a 32-bit addition to the accumulator, the loading of a RAM cell into the multiplier and the shifting of the contents of this RAM cell to 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/Ana- log-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/DigitalWandler 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/Aanalog-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 Bausteines 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 has an 8-bit analog / digital converter and two 8-bit digital / analog converters and corresponding inputs /Output and contains selection logic. This module can be used in such a way that its two digital / analog converters together form the digital / analog converter 93. For this purpose, they are switched in such a way 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 δt1 bis δt3 im Hinblick auf die Eigenschaften des verwendeten digitalen Signalprozessors 91 optimiert sind, werden diese im folgenden erläutert. 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): (4 ) vlim = dtThe 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. A significant 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 δt1 to δt3 are optimized with regard to the properties of the digital signal processor 91 used, they are explained below. Here, too, it is assumed that the following basic conditions apply to each positioning process. The final speed v (t 3 ) at the end of the positioning process must be zero, the positioning distance, ie the distance x (t 3 ) 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): (4) v lim = German
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Auch für Positioniervorgänge ohne Geschwindigkeitsbegrenzung, bei denen das zweite Zeitintervall t2 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 for positioning processes without speed limitation in which the second time interval t 2 is actually zero:
(5) 2a0 δt1 + m1δt1 2 = -2a3 δ t3 + m3 dt3 2 Diese Beziehung (5) besagt nichts weiter, als daß wegen des Energiesatzes die Flächen der beiden Teile der Strom- bzw. (5) 2a 0 δt 1 + m 1 δt 1 2 = -2a 3 δ t 3 + m 3 dt 3 2 This relationship (5) says nothing more than that because of the energy theorem the areas of the two parts of the electricity or
Beschleunigungsvorgabekurve nach FIG 8 gleich sein müssen. Acceleration specification curve according to FIG 8 must be the same.
Schließlich gilt für die Wegstrecke über die volle Spurdistanz die folgende Beziehung (6): Finally, the following relationship applies to the distance over the full track distance (6):
(6) (1/2)an δt1 2 + (1/6)m1 δt1 3 (1/2)a3 δt2+ (6) (1/2) a n δt 1 2 + (1/6) m 1 δt 1 3 (1/2) a 3 δt 2 +
+ (1/6)m3 δt3 3 = xn 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. + (1/6) m 3 δt 3 3 = x n The relationships (5) and (6) form a system of equations with two unknowns, namely δt 1 and δt 3 depending on the distance x n for the full track distance. However, these relationships cannot be solved explicitly, since no analytical functions δt 1 = f 1 (x n ) or δt 3 = f 3 (x n ) can be established.
Dieses Problem wird durch eine Schätzung für die Länge des ersten Zeitintervalles 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 solved by an estimate for the length of the first time interval δt 1 as a function of the respective track distance. For this estimate δt 1 'it is only assumed that the condition δt 1 '<δt 1 is fulfilled. An estimated value δt 3 'can then be determined on the basis of the following relationship (7), which is derived from relationship (5):
(7)(7)
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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 Zeitintervalles δt2 kompensiert. Während dieses Zeitintervalles wird die Positioniereinheit 2 mit der Geschwindigkeit v, am Ende des Zeitabschnittes δt1 ' konstant weiter bewegt. Unter Bezugnahme auf Beziehung (5) berechnet sich diese Geschwindigkeit v1 nach folgender Beziehung (8): (8) v1 = a0 δt1 ' + (1/2)m1 δt1'2 With these estimates, the relationship (6) gives an estimated positioning range xs', which must be smaller than because of the requirements δt 1 '<δt 1 and δt 3 '<δt 3 the full positioning range xs. The difference between the actual positioning range xs and the estimated positioning range xs' is compensated for by introducing the time interval δt 2 . During this time interval, the positioning unit 2 is constantly moved at the speed v, at the end of the time period δt 1 '. With reference to relationship (5), this velocity v 1 is calculated according to the following relationship (8): (8) v 1 = a 0 δt 1 '+ (1/2) m 1 δt 1 ' 2
Nach folgender Beziehung (9) läßt sich daraus die Länge des Zeitintervalles (δt2 ermitteln: (9) δt2 = (xs - xs')/v1 The length of the time interval (δt 2 ) can be determined from the following relationship (9): (9) δt 2 = (xs - xs') / v 1
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 δt 1 'is based on a simple relationship which, in contrast to an exact calculation, requires considerably less programming effort, computing time and storage space requirement. Since the time interval δt 1 'is estimated anyway, it can always be selected as an integer value of sampling periods Δt, thereby avoiding correction calculations of the specification curve in the transition area between the time intervals δt 1 and δt 2 . Another very important advantage is that, regardless of the track distance, a time interval δt 2 is introduced with each positioning process or, in other words, there is no need to distinguish between positioning processes over short or long track distances.
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 Zeitintervalles δt1 . Die maximale Länge dieses Zeitintervalles ergibt sich aus der folgenden Beziehung (10): Provided that saturation-free operation is used, a speed limitation of 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 pöositiv ist, da m. 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. 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 Ausführungsbei spiel wird eine We gvorgabe zugrundegelegt, aus der nach der Filterung auch die gerundete nominale Stromvorgabe durch zweifache Differentiation ermittelt wird. the result being positive since m. is a negative quantity. This maximum value for the first time interval δt1 is an operating constant which is calculated once during a restart of the magnetic disk storage in a start-up routine. In the explanation of the first exemplary embodiment, it has already been described that for determining the default values for current and distance, because of the assumed linearity of the transfer functions, only one of the two default curves is calculated without rounding and then filtered for rounding, it being irrelevant whether one is interested in the current - or acceleration values or the values for the path. In the first exemplary embodiment, the current specification was used as an example and the path specification was obtained from it by integration. Here, in the second exemplary embodiment, a path specification is used, from which the rounded nominal current specification is determined by double differentiation after the filtering.
Wie erläutert, soll die ungerundete Vorgabekurve 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 non-rounded default curve is to be shaped by filtering in such a way that it specifies the current for exciting the magnetic drive coil of the positioning unit 2 as harmless as possible. This goal can only be adequately achieved with a higher order FIR filter. The basis here is 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 should 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 load on the digital signal processor 91, one is therefore first used to calculate the unfiltered route specification Extrapolation routine for the route is used, which determines 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):
(11) xk = 3xk-1 - 3xk-2 + xk-3 + miΔt3 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. 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 5 1/4" 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. (11) x k = 3x k-1 - 3x k-2 + x k-3 + m i Δt 3 i is one of the values 1, 2 or 3 that relates to one of the time intervals δt 1 , δt 2 or refer to δt 3 . The last term from relationship (11), namely m i Δt 3, is constant within these time intervals. The relationship (11) thus corresponds formally to a filter operation that can be processed by the signal processor 91 in a time-optimized manner. In this extrapolation routine it should be noted that when moving from a period, e.g. B. δt 1 for the next period, e.g. B. δt 2 does not have any corresponding previous travel setpoints per se. For these transitions in the unrounded 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 path setpoint x k, is absolute information which relates to the width of the entire data band on the magnetic storage disks. For accuracy reasons, a data format of 32 bit positions for the x-variables is therefore advisable for a 5 1/4 "magnetic disk memory. This format corresponds to two data words for a 16-bit signal processor. This extrapolation from three previous setpoint values could also be avoided. One could namely, instead of determining 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 continuous calculation of the current travel setpoints x k , the corresponding rounded quantity is filtered using Using the FIR filter to determine. It has already been indicated above that this filter should be of the 20th order. 5 and 6 it 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 20 th order filter 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. 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: However, if the route 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 thus 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. In this 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):
(12) ink = (xnk - 2xnk-1 + xnk-2)/Δt2 (12) i nk = (x nk - 2x nk-1 + x nk-2 ) / Δt 2
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: ( 12a ) in k = ( δxn k - δxnk- 1)/ Δt2 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): (12a) i nk = (δx nk - δx nk- 1 ) / Δt 2
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. 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: 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. 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 possibly be taken into account if the relationship (12a) is expanded to the following relationship (12b):
(12b) ink = ( δxnk - δ xnk-1) + α 0 + α1 . xnk + α 2 . δxnk (12b) i nk = (δx nk - δ x nk-1 ) + α 0 + α 1 . x nk + α 2 . δx nk
Dabei entspricht der Erweiterungsterm α 0einer konstanten Beschleunigung, die beispielsweise eine Unwucht der Positioniereinheit 2 kompensiert. Der zweite Erweiterungsterm α 1 . 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 Erwei- terungsterm α 2 . 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 α 0 corresponds to a constant acceleration, which compensates for an unbalance of the positioning unit 2, for example. The second expansion term α 1 . x nk corresponds to a path-proportional acceleration that takes into account a force that acts proportionally on the positioning unit 2 and compensates, for example, a restoring force caused by connecting lines. The third extension term α 2 . δx nk corresponds to an acceleration proportional to speed and thus takes into account, for example, a 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 the ideal mechanics are based.
Die vorstehend beschriebenen, vom digitalen Signalprozessor 91 durchzuführenden Berechnungen sind in FIG 11 zur Illustration und zusammenfassend bildlich dargestellt. Block 110 zeigt ein Ersatzschaltbild für die beschriebene Wegextrapolation. Dabei sind in Zeile 111 Eckwerte xk-2, xk-2 und xk-3 bzw. mi Δ t3 dargestellt, die zu Beginn jeweils eines neuen Zeitintervalles 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 , 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 shown 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-2 , x k-2 and x k-3 or m i Δ t 3 , each of which begins at the beginning of a new time interval δt 1 , δt 2 and δt 3 are loaded into registers of the signal processor 91 in order to suitably initialize the path extrapolation. 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 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 path parameters for one of the time intervals δt i result from the parameters a 0 , v 0 and x 0 of this time interval according to the following relationships (13), (14) and (15):
(13) xk = x0 (14) xk-1 = x0 - v0Δt + (1/2)a0Δt2 - (1/6)miΔt3 (13) x k = x 0 (14) x k-1 = x 0 - v 0 Δt + (1/2) a 0 Δt 2 - (1/6) m i Δt 3
(15) xk-2 = x0 - 2v0Δt, + 2a0Δt2 - (8/6)miΔt3 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. 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. (15) x k-2 = x 0 - 2v 0 Δt, + 2a 0 Δt 2 - (8/6) m i Δt 3 where 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. 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 progresses, 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 derAs stated above, the first time interval δt 1 is always an integer multiple of the sampling period. With that lies the
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 Zeitintervalles δt3 berücksichtigt werden. Bezeichnet man als Δtf den Zeitabschnitt zwischen dem Beginn des dritten Zeitintervalles δt 3 bzw. der nächsten Abtastperiode Δt , dann ergeben sich als Eckgrößen für diese nach Beginn des dritten Zeitintervalles auftretende erste Abtastperiode Δt folgende korrigierte Werte aufgrund der Beziehungen (16), (17) bzw. (18): Transition from the sampling interval δt 1 to the sampling interval δt 2 always in synchronism with the sampling grid. It is different with the transition from the time interval δt 2 to the time interval δt 3 , because - as explained above - the second time interval δt 2 is not an integer multiple of a sampling period Δt. This must be taken into account when calculating the basic values for the beginning of the time interval δt 3 . If the period of time between the start of the third time interval δt 3 or the next sampling period Δt is designated as Δt f, the following corrected values based on the relationships (16), (17) result for the first sampling period Δt occurring after the beginning of the third time interval ) or (18):
(16) ae3 = a3 + m3Δtf (16) a e3 = a 3 + m 3 Δt f
(17) ve3 = v1 + a3 Δtf + (1/2 )m34tf 2 (17) v e3 = v 1 + a 3 Δt f + (1/2) m 3 4t f 2
(18 ) xe3 = x1 + v1 ( δt2 + Δtf ) + (1/2 ) a3 Δtf 2 + (1/6 )m3 Δ tf 3 (18) x e3 = x 1 + v 1 (δt 2 + Δt f ) + (1/2) a 3 Δt f 2 + (1/6) m 3 Δ t f 3
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 the 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 path increment described, 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 result in the path increment δx k loaded in a register 115.
Block 116 stellt ein Ersatzschaltbild für das FIR-Filter dar, in dem Weginkremente xk-i, 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 ki , evaluated with corresponding filter coefficients c i , are added 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 ge speichert wird. Der Block 119 bezeichnet damit das Ersatzschaltbild für die beschriebene zweifache Differentiation der Weginkremente, so daß sich daraus der aktuelle Wert ink für die nominale Stromvorgabe in ergibt. Der in dem Register 117 zwi- schengespeicherte 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 progressively moves into a further register 118 after each sampling period as a path increment of the previous sampling period is saved. 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 therefrom. 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, δ t2 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 denFIG. 12 shows a flow chart for the entire positioning routine. After the start of the positioning process, the values for the time intervals δt 1 , δ t 2 and δt 3 are first calculated in method step 1201. With these values obtained in this way, the basic parameters for each time interval, as indicated in method step 1202, are determined before the actual positioning process is carried out. With zeroing the values for the time interval δt and the
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 Zeitintervalles δt1 gemäß Verfahrensschritt 1204 der Wert für das aktuelle Zeitintervall um "1" inkrementiert. Nach der Einleitung dieses neuen Zeitintervalles werden zunächst die ihm zugeordneten Eckwerte entsprechend Verfahrensschritt 1205 geladen. Im Ablauf des ersten Zeitintervalles δt1 werden nacheinander nun die Weginkremente δxk gemäß Verfahrensschritt 1206 berechnet und gemäß Verfahrensschritt 1207 gefiltert. Das am Ausgang des FIR-Filters ausgegebene aktuelle Weginkrement wird, allgemein betrachtet, der Absolutgröße des bisherigen Wegsollwertes hinzuaddiert und damit im Verfahrensschritt 1208 die aktuelle Absolutgröße xnkder nominalen Wegvorgabe xn angegeben. Im Verfahrensschritt 1209 schließt sich daran die Berechnung der entsprechenden aktuellen Größe ink für die nominale Stromvorgabe in an. Diese so errechneten Absolutwerte xnk für dieTime lapse t in method step 1203, the positioning control unit 9 and thus its signal processor 91 is set to a defined initial state at the beginning of the actual positioning process. Then, in order to initiate the first time interval δt 1 in accordance with method step 1204, the value for the current time interval is incremented by "1". After the initiation of this new time interval, the basic values assigned to it are first loaded in accordance with method step 1205. In the course of the first time interval δt 1 , the path increments δx k are then successively calculated in accordance with method step 1206 and filtered in accordance with method step 1207. The current path increment output at the output of the FIR filter is, generally considered, added to the absolute size of the previous path setpoint and the current absolute size x nk of the nominal path specification x n is thus specified in method step 1208. In step 1209, this is followed by the calculation of the corresponding current variable i nk for the nominal current specification i n . The absolute values x nk thus calculated for the
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. The path specification and i nk for the current specification are output, ie fed to the comparator 6 according to FIG. 1 or to the digital / 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 Zeitintervalles fort. The time sequence is then incremented by the value "1" in method step 1211 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 δt 1 , δt 2 or δt 3 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 an adjustment to a new track and a control process for tracking a selected track. There are therefore no switching processes between a control for tracking and a control 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 higher-order data word contains the information about the track number in whole numbers, the lower-order data word, on the other hand, 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 Positionsfehlersignales 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. Bezugszeichenliste 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 expected value is extrapolated from the course of this path actual 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 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 path value x a and the nominal path specification x n , any path 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. Reference list
1 Gerätesteuerung 1 device control
ADR Distanzadresse ADR distance address
START Startsignal START start signal
2 Positioniereinheit  2 positioning unit
201 Antriebseinrichtung für 2  201 drive device for 2
202 Schreib/Leseelektronik  202 read / write electronics
RS Servolesesignale RS servo signals
3 Phasenregelkreis  3 phase locked loop
CLK interne Taktimpulsfolge  CLK internal clock pulse train
PES Positionsfehlersignale  PES position error signals
Vs Versorgungsspannung von 201 V s supply voltage of 201
vi(t) Geschwindigkeitsprofil v i (t) speed profile
i(t) Stromvorgabekurve i (t) current specification curve
V(t) Klemmenspannung an 201  V (t) terminal voltage at 201
203 Leistungsverstärker (Stromquelle) von 201  203 power amplifier (current source) from 201
204 Magnetantriebsspule von 201  204 solenoid drive coil of 201
V1 Teilspannung aus Regelreserve und Eigenverbrauch von 203 V 1 partial voltage from control reserve and own consumption of 203
205 ohmscher Widerstand von 204  205 ohmic resistance from 204
206 induktiver Widerstand von 204  206 inductive resistance of 204
207 Gegen-EMK (Spannungsquelle) von 204  207 back emf (voltage source) of 204
K Motorkonstante von 204 K motor constant of 204
x(t) Weg über Spurdistanz x (t) path over track distance
a(t) Beschleunigung von 2 a (t) acceleration of 2
A Amplitudenspektrum  A amplitude spectrum
z-1 Filterblock des FIR-Filters z -1 filter block of the FIR filter
Δt Abtastperiode  Δt sampling period
c0 ... cn Filterkoeffizienten c 0 ... c n filter coefficients
SI Eingangssignal  SI input signal
SO Ausgangssignal  SO output signal
4 Istwertgeber  4 actual value transmitter
xa Wegistwert x a actual position value
41 Zähler von 4  41 counters of 4
DI Dateneingänge von 41  DI data inputs from 41
42 Nulldurchgangsdetektor D0 Datenausgänge von 41 42 zero crossing detector D0 data outputs from 41
43 Addierer von 4  43 adders of 4
44 Analog/Digital-Wandler  44 analog / digital converter
5 Sollwertgeber  5 setpoint adjuster
51 Funktionsgenerator  51 function generator
52 FIR-Filter  52 FIR filters
in nominale Stromvorgabe i n nominal current specification
xn nominale Wegvorgabe x n nominal path specification
53 Integratorstufe  53 integrator stage
δ t1 ... δt3 Zeitintervalle der Stromvorgabekurve t0 Startzeitpunkt  δ t1 ... δt3 time intervals of the current specification curve t0 start time
t1 Ende Beschleunigungsphase t1 end of acceleration phase
t2 Beginn Bremsphase t2 start of braking phase
t3 Ende Bremsphase t3 end of braking phase
i0 ... i3 Stromwerte zu den Zeitpunkten t0 ... t3 m1, m3 Stromabfall in δt1 bzw. δt3 i 0 ... i 3 current values at times t0 ... t3 m1, m3 current drop in δt1 or δt3
510 programmierbarer Festwertspeicher  510 programmable read-only memory
511, 514, 516 Zähler von 51 511, 514, 516 counters of 51
512 Multiplexer von 51  512 multiplexers of 51
513, 515, 517 Kompratoren von 51 513, 515, 517 compressors from 51
530, 531 Addierer von 53  530, 531 adders of 53
6 Digitalkomparator  6 digital comparator
7 Addierer  7 adders
8 Analog/Digital-Wandler  8 analog / digital converters
9 Positionierregeleinheit  9 positioning control unit
91 digitaler Signalprozessor  91 digital signal processor
92 Analog/Digital-Wandler  92 analog / digital converters
93 Digital/Analog-Wandler  93 digital / analog converter
94 Verbindungslogik  94 Connection logic
vlim Grenzgeschwindigkeit v lim limit speed
δt1 ' Schätzwert für Zeitintervall δt1 xs Positionierwerte δt 1 'Estimated value for time interval δt 1 xs positioning values
xs' geschätzte Positionierwerte xs' estimated positioning values
δxs Differenz xs - xs' δxs difference xs - xs'
xk aktueller Wegsollwert x k current travel setpoint
δxk Weginkrement δx k path increment
110 Ersatzschaltbild für Wegextrapolation 111 Ersatzschaltbild für Eckwerte 110 Equivalent circuit for path extrapolation 111 Equivalent circuit for basic values
112 Register für Wegsollwert xk 112 Register for travel setpoint x k
113 Register für Wegsollwert xk-1 113 Register for travel setpoint x k-1
Δtf Zeitabschnitt zwischen Beginn δt 3 und nachfolgender Abtastperiode Δ t Δt f Time period between the beginning of δt 3 and the subsequent sampling period Δ t
114 Ersatzschaltbild für Wegnkrementbildung  114 Equivalent circuit for path increment formation
115 Register für Weginkrement  115 register for path increment
116 Ersatzschaltbild für FIR-Filter  116 Equivalent circuit for FIR filters
117 Register für gerundetes Weginkrement  117 Register for rounded path increment
118 Register für Weginkrement der vorangegangenen  118 register for path increment of the previous
Abtastperiode  Sampling period
119 Ersatzschaltbild für zweifache Differentiation der Weginkremente  119 Equivalent circuit for double differentiation of the path increments
120 Register für Wegsollwert der vorausgegangenen  120 registers for distance setpoint of the previous ones
Abtastperiode  Sampling period
121 Verzögerungsglied  121 delay element
1201 ... 1214 Verfahrensschritte im Ablaufdiagramm  1201 ... 1214 procedural steps in the flow chart

Claims

Patentansprüche Claims
1. Verfahren zum Positionieren einer Positioniereinheit (2) eines Magnetplattenspeichers von einer Startspur auf einer Magnetspeicherplatte zu einer Zielspur 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 Zielspur abhängigen Sollwertkurve für den einem Antrieb (201) der Positioniereinheit zugeführten Strom, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß von 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 (vlim) beschleunigt bzw. am Ende des Positioniervorganges verzögert wird, daß dieser Sollwertkurve entsprechende Abtastwerte mit einer vorgegebenen Abtastperiode (Δt) fortlaufend einer FIR-Filteranordnung (z. B. 52) zugeführt werden, deren Filterkoeffizienten (co ... 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 dem1. Method for positioning a positioning unit (2) of a magnetic disk storage from a start track on a magnetic storage disk to a target track 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 track dependent setpoint curve for the current supplied to a drive (201) of the positioning unit, characterized in that a setpoint curve designed as a step function is assumed, according to which the positioning unit with a maximum nominal current specification (i n ) at the beginning of the positioning process, if necessary, until it is reached a predetermined limit speed (v lim ) is accelerated or decelerated at the end of the positioning process that corresponding sample values with a predetermined sampling period (Δt) are continuously fed to this setpoint curve, an FIR filter arrangement (e.g. 52) whose filter select coefficients (co ... cn) are selected such that the kinks in the setpoint curve are rounded and that a control voltage (i s (t)) is derived from these sample values (i nk or x nk ) thus filtered, which
Antrieb (201) der Positioniereinheit (2) als Steuergröße zugeführt wird. Drive (201) of the positioning unit (2) is supplied as a control variable.
2. Positionierverfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ein Positioniervorgang unabhängig von der jeweiligen Spurdistanz in drei Zeitintervalle ( δt1 bis δt3 ) unterteilt wird, daß der dem Antrieb (201) der Positioniereinheit (2) zugeführte Strom im ersten Zeitintervall2. Positioning method according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that a positioning process is divided into three time intervals (δt1 to δt3) regardless of the respective track distance, that the current supplied to the drive (201) of the positioning unit (2) in the first time interval
(δt1) derart gesteuert wird, daß er unter Berücksichtigung der Gegen-EMK mit gerundeten Übergängen von einem anfänglichen Maximum bis etwa zum Ende dieses Zeitintervalles 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 Zeitintervalles ( 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 Zeitintervalles zunächst linear und danach steil abfällt. (δt1) is controlled in such a way that, taking into account the back emf with rounded transitions, it runs linearly from an initial maximum to approximately the end of this time interval and then drops steeply, that this current is essentially zero in the second time interval (δt2) and that this current at the beginning of the third time interval (δt3) using the back emf of the drive (201) of the positioning unit (2) 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, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Länge des ersten Zeitintervalles (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 zeitoptimal ausgelegten Sollwertkurve und auch bei großen Spurdistanzen einen vorgegebenen Maximalwert (δ tlmax) nicht überschreitet, der einer Grenzgeschwindigkeit (Vlim) 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 integral multiple of the sampling period (Δt), being shorter than the corresponding length at an absolutely optimal time designed target value curve and even with large track distances does not exceed a predetermined maximum value (δ tlmax), which corresponds to a limit speed (V lim ) 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, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß für die nominale Weg- und 4. Positioning method according to claim 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that for the nominal path and
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 Wegvorgabe (xn) daraus die nominale Stromvorgabe (in) durch zweifache Differentiation bzw. im Falle einer so abgeleiteten nominalen Stromvorgabe (in) daraus die nominale Wegvorgabe (xn) durch zweifache Integration gewonnen wird. 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 path specification (x n ) derived in this way, the nominal current specification (i n ) is derived from this by double differentiation or in the case of a nominal current specification (i n ) derived in this way, the nominal path specification (x n ) is obtained by double integration.
5. Positionierverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , 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, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Istwert für die momentane Lage der Positioniereinheit (2) als eine überdie jeweilige Spurdistanz bereits zurückgelegte Wegstrecke (xa) aus Positionsfehlersignalen (PES) in Form der Anzahl der während des Positioniervorganges bereits gekreuzten Spuren sowie einer momentanen Ablage von der Mitte der zuletzt gekreuzten Spur fortlaufend ermittelt und mit der nominalen Wegvorgabe (xn) als Sollwert verglichen wird, daß die Abweichung der nominalen Wegvorgabe (xn) von dem Istwert (xn) 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 Spurdistanz und die Abweichung der nominalen Stromvorgabe (xn) vom Istwert (xa) die Lageregelung zur Spurhaltung 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 over the respective track distance (x a ) from position error signals (PES) in the form of the number of during the positioning process already crossed tracks as well a current storage from the middle of the last crossed track is continuously determined and compared with the nominal path specification (x n ) as a setpoint that the deviation of the nominal path specification (x n ) from the actual value (x n ) of the nominal current specification (i n ) superimposed and from this the control signal supplied to the positioning unit (i s (t)) for setting the current amplitude for the drive (201) of the positioning unit is derived, and that the nominal current specification (i n ) essentially regulates the control process via the track distance and the deviation of the nominal current specification (x n ) from the actual value (x a ) determines the position control for tracking.
7. Positionierverfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6 unter Verwendung einer mit einem digitalen Signalprozessor (91) ausgestatteten Positionierregeleinheit (9), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , 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 Signalprozessors (91) durchgeführt wird. 7. Positioning method according to one of claims 4 to 6 using a positioning control unit (9) equipped with a digital signal processor (91), characterized in that first the calculation of the sample values (x k ) of the setpoint curve, then the filtering of these sample values and finally the determination the nominal path and current specification (x n or i n ) is carried out during the positioning process under real-time conditions with the aid of the signal processor (91).
8. Positionierverfahren nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß vor dem Start jedes Positioniervorganges aus der jeweils vorliegenden Spurdistanz (xs) die Länge des ersten Zeitintervalles ( δt1) abgeleitet, daraus unter Berücksichtigung des im ersten Zeitintervall gegenläufig und im dritten Zeitintervall ( δt3) unterstützend wirksamen Einflusses der Gegen-EMK des Antriebs (201) der Positioniereinheit (2) die Länge dieses dritten Zeitintervalles ermittelt und schließlich die Länge des zweiten Zeitintervalles (δt2) derart festgelegt wird, daß es die verbleibende Differenz zwischen der vollen Spurdistanz und den im ersten und dritten Zeitintervall zurückzulegenden Wegstrecken der Positioniereinheit kompensiert. 8. Positioning method according to claim 7, characterized in that the length of the first time interval (δt1) is derived from the respective track distance (x s ) before starting each positioning process, from this 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 track distance and that in the first and Third time interval covered distances of the positioning unit compensated.
9. Positionierverfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , 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 one of the time intervals (δt1, δt2 or δt3) for each sampling period (Δt) a new sample value (x k ) of the setpoint curve by extrapolation from sample values (e.g. x k-1 , X k -2 , x k-3 ) of previous sampling periods is determined, and for this purpose, starting values corresponding to the time intervals and geometrically derived from the setpoint curve are specified as key 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 (co ... cn) bewertet und aufsummiert werden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , 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 to filter the samples of the setpoint curve according to the order (n) of the selected FIR filter arrangement (n + 1) successive signal values (z. B. x kn ... x k ) are evaluated in each case predetermined by a corresponding to the transfer function of the FIR filter the filter coefficients (c o ... c n) and summed up, characterized in that for the filtering of the samples (x k) instead of their absolute values, only the increment (z. B. x k - x k-1 ) to the previous sample (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, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , 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. Positioning method according to claim 10, in which the filtered sample values (x nk ) derived from the setpoint curve represent the nominal path specification (x n ), characterized in that to derive the corresponding nominal current specification (i n ), the difference from the filtered increments (δx nk , δx nk-1 ) of the samples of the current or the previous sampling period (Δt) is formed.
12. Anordnung zum Durchführen des Positionierverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h einen Istwertgeber (4) zum Ableiten von digitalen Istwerten (xa) aus der von der Positioniereinheit (2) abgegebenen Folge von analogen Positionsfehlersignalen (PES), durch einen Sollwertgeber (z. B. 5), dem für einen Positioniervorgang eine Adresse (ADR) einer Zielspur bzw. eine der Distanz zwischen Ausgangsspur und Zielspur entsprechende Größe zugeführt wird und der so aufgebaut ist, daß er daraus fortlaufend je einen digitalisierten Wert für die nominal Weg- und Stromvorgabe (xn bzw. in) ableitet, durch einen Digitalkomparator (z. B. 6), dem der vom Istwertgeber abgegebene Istwert (xa) und der vom12. Arrangement for performing the positioning method according to one of claims 1 to 11, characterized by an actual value transmitter (4) for deriving digital actual values (x a ) from the sequence of analog position error signals (PES) output by the positioning unit (2), by a setpoint generator (e.g. 5), for a positioning process an address (ADR) of a target track or a variable corresponding to the distance between the starting track and the target track is supplied and which is constructed in such a way that it continuously derives a digitized value for the nominal path and current specification (x n or i n ) therefrom , by a digital comparator (e.g. 6), to which the actual value given by the actual value transmitter (x a ) and that of the
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. Setpoint generator generated value of the nominal path specification (x n ) are fed as input variables and which, as a control deviation, outputs a value corresponding to the difference between these input variables by an adder connected to the digital comparator (e.g. 7), which also has the digitized value for the nominal value Current specification (i n ) is supplied and by a digital / analog converter (e.g. 8) which is connected to the output of the adder and the control signal (i s (t)) for the drive (201) of the positioning unit ( 2) delivers.
13. Anordnung nach Anspruch 12, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h einen Istwertgeber (4) mit einem Nulldurchgangsdetektor (42) und einem Analog/Digital-Wandler (44), denen die Positionsfehlersignale (PES) in Form einer Sägezahnimpulsfolge zugeführt werden, weiterhin mit einem Rückwärtszähler (41), der zu Beginn eines Positioniervorganges mit einem der jeweiligen Spurdistanz 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. 13. The arrangement according to claim 12, 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, further with a down counter (41) , which can be loaded at the beginning of a positioning process with a digitized value (ADR) corresponding to the respective track distance and is triggered by output signals from the zero crossing detector, and with an adder (43) which is sent 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.
14. Anordnung nach Anspruch 12 oder 13, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h einen Sollwertgeber (5) mit einem Speicher (51), in dem für jede Spurdistanz jeweils ein Satz von den Verlauf der zugehörigen, aus linear verlaufenden Teilstücken zusammengesetzten Sollwertkurve definierenden Eckwerten (z. B. i0, δ t2 ) gespeichert und durch eine dem Speicher zugeführte, der jeweiligen Spurdistanz 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. 14. Arrangement according to claim 12 or 13, characterized by a setpoint generator (5) with a memory (51) in which, for each track distance, a set of the basic values defining the course of the associated setpoint curve composed of linearly running sections (e.g. i 0 , δ t2) and can be selected by an address (ADR) that corresponds to the respective track distance and is provided with switching networks (eg 511, 512, 513) Generation of consecutive, possibly linearly decremented, sample values in a predetermined time grid as a function of the basic values of the setpoint curve stored and read out in the switching networks, the setpoint generator also containing the FIR filter arrangement (52), to which these generated sample values (x k ) are supplied.
15. Anordnuag nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei der die von der FIR-Filteranordnung (52) ausgegebenen gefilterten Ab- tastwerte eine nominale Stromvorgabe (in) repräsentieren, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h einen Integrator (52), bestehend aus zwei in Serie geschalteten, in sich zur fortgesetzten Addition jeweils rückgekoppelten Addierstufen (530 bzw. 531), der an die Ausgangsseite der FIR-Filteranodnung (52) angeschlossen ist und die digitalisierte nominale Wegvorgabe (xn) abgibt. 15. An arrangement according to one of claims 12 to 14, in which the filtered sample values output by the FIR filter arrangement (52) represent a nominal current specification (i n ), characterized by an integrator (52) consisting of two series-connected, in each case for the continuous addition fed back adders (530 or 531), which is connected to the output side of the FIR filter arrangement (52) and outputs the digitized nominal path specification (x n ).
16. Anordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei der die von der FIR-Filteranordnung (52) ausgegebenen gefilterten Abtastwerte eine nominale Wegvorgabe (xn) repräsentieren, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine Differenziereinheit, bestehend aus zwei in Serie geschalteten, in sich zur fortgesetzten Subtraktion rückgekoppelten Subtrahierstufen, die an die Ausgangsseite der FIR-Filteranordnung (52) angeschlossen ist und die digitalisierte nominale Stromvorgabe (in) abgibt. 16. Arrangement according to one of claims 12 to 14, in which the filtered sample values output by the FIR filter arrangement (52) represent a nominal path specification (x n ), characterized by a differentiating unit, consisting of two series-connected units, for continuous subtraction feedback subtraction stages, which is connected to the output side of the FIR filter arrangement (52) and outputs the digitized nominal current specification (i n ).
17. Anordnung zur Durchführung des Positionierverfahrens nach einem der Ansprüche 7 bis 11, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h einen Analog/Digital-Wandler (92), dem die von der Positioniereinheit (2) abgegebenen Positionsfehlersignale (PES) als eine sägeförmige Impulsfolge zur Digitalisierung zugeführt werden und durch eine aus zwei Digital/Analog-Wandlern mit parallel geschalteten Ausgängen aufgebaute Digital/Analog-Wandlereinheit (93), über die die analoge Steuerspannung (i (t)) für den Antrieb (201) der Positioniereinheit (2) ausgebbar ist, wobei einer der beiden Digital/Analog-Wandler mit einer um einen vorgegebenen Faktor höheren Verstärkung als der andere den der nominalen Stromvorgabe (in) entsprechenden Anteil und der andere den der Regelabweichung des Wegistwertes (xa) von der nominalen Wegvorgabe (xn) entsprechenden Anteil dieses Steuersignales (is(t)) generiert. 17. Arrangement for performing the positioning method according to one of claims 7 to 11, characterized by an analog / digital converter (92) to which the position error signals (PES) emitted by the positioning unit (2) are supplied as a saw-shaped pulse sequence for digitization and by a Digital / analog converter unit (93) constructed from two digital / analog converters with outputs connected in parallel, via which the analog control voltage (i (t)) for the drive (201) of the positioning unit (2) can be output, one of the two Digital / analog converter with a gain higher than the other by a predetermined factor nominal current specification (i n ) and the other part of this control signal (i s (t)) corresponding to the control deviation of the actual position value (x a ) from the nominal displacement specification (x n ).
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