DE1588343A1

DE1588343A1 - Einrichtung zur Grob- und Feineinstellung eines Stellglieds

Info

Publication number: DE1588343A1
Application number: DE19671588343
Authority: DE
Inventors: Thompson Leon James
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1966-07-11
Filing date: 1967-07-11
Publication date: 1970-11-05
Also published as: US3458786A; GB1126648A

Description

PATENTANWALT DIPL.-ING. H. E. BÖHMER

703 BDBLINGKN 8 I N D K L FI N G E R STR A 8 8 E 49

FERNSPRECHER (07031) 6613040 "j 5 O O 3 A 3

Böblingen, 10. Juli 1967 ka-ha

Anmelderin : International Business Machines

Corporation, Armonk, N. Y. 10 504

Amtliches Aktenzeichen : Neuanmeldung

Aktenzeichen der Anmelderin : Docket 7943

Einrichtung zur Grob- und Feineinstellung eines Stellgliedes Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Grob- und Feineinstellung eines Stellgliedes von einer Ausgangsstellung in eine ausgewählte Stellung durch Speicherung einer Einstelladresse und durch Vergleich der Einstelladresse mit den Adressen des Stellgliedes, die während der Einstellbewegung durch das Stellglied erreicht werden.

Es ist bekannt, an magnetischen Plattenspeichern die an beweglichen Tragarmen angeordneten Magnetköpfe auf ausgewählte Spuren der Magnetplatte einzustellen. Die Einstellung erfolgt in bekannter Weise durch einen Adressenbefehl, und durch eine Vergleichseinrichtung, durch die während der Einstellbewegung des Tragarmes die vom Magnetkopf durchlaufenden Spuradressen mit der eingestellten Adresse verglichen werden. Bei Annäherung des Magnetkopfes an die ausgewählte Spur wird ein Signal erzeugt. Docket 794 3

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das die Bewegung des Tragarmes verlangsamt. Diese Bremsung des Tragarmes ist notwendig, damit der Magnetkopf in der endgültig erreichten Spurstellung ohne Überschwingen stillgesetzt werden kann. Eine Einstellung dieser Art hat den Nachteil, daß ein längerer Bremsweg erforderlich ist, der die Einstellbewegung des Tragarmes verlangsamt. Es besteht ferner der Nachteil, daß die Einstellgenauigkeit für eine hohe Dichte der Aufzeichnungsspuren nicht ausreichend ist.

Die Nachteile bekannter Einrichtungen werden gemäss der Erfindung dadurch vermieden, daß eine der Einstelladresse in einer bestimmten Anzahl von Feinschritten vorgeordnete Näherungsadresse gespeichert ist, und daß der Abstand zwischen der Ausgangsstellung und der Näherungsadresse durch einen Grobschritt und der Abstand zwischen der Näherungsadresse und der Einstelladresse in der bestimmten Anzahl von Feinschritten einstellbar sind.

Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß die Grobeinstellung durch rasche Einstellbewegungen ohne Berücksichtigung der Massenträgheit des Tragarmes durchgeführt werden kann, und daß die Feineinstellung auf eine kleine gleichbleibende Anzahl von Einstellschritten beschränkt ist, für die eine bestimmte gleichbleibende Genauigkeit der Einstellung erreicht werden kann.

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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Abbildungen näher erläutert.

Die Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild der Gesamteinrichtung. Die Flg. 2 zeigt ein Blockschaltbild der in Fig. 1 verwendeten Vergleichseinrichtung.

Die Fig. 3 zeigt das Blockschaltbild des in Fig. 1 verwendeten Impulsgenerator s.

Die Fig. 4 zeigt das Blockschaltbild des in Fig. 1 verwendeten Zählers. Die Fig. 5 zeigt das Blockschaltbild der in Fig. 1 verwendeten Antriebsschaltung.

Die Fig. 6 zeigt die nach den Schaltungen der Figuren 1 bis 5 auftretenden Zeitdiagramme.

Die Schaltung nach Fig. 1 enthält den Adressenspeicher 10 zur Aufnahme der Einstelladressen, eine Vergleichsschaltung 12, einen Impulsgenerator 14, einen Zähler 16, eine Antriebsschaltung 18 und einen Schrittmotor 20.

Zum Zweck der Darstellung wird angenommen, daß der Schrittmotor 20 den Antrieb leistet für die Einstellung eines Magnetkopfes auf irgendeine von 16 Stellungen an der Oberfläche eines magnetischen Aufzeichnungsträgers. Die gewünschte Einstelladresse wird in Form einer Zahl im Adressenspeicher 10 gespeichert. Die tatsächliche Stellung des Schrittmotors wird

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-4-angezeigt durch die Stellung des Zählers 16.

Die Ausgänge der Binär stufen 1 und 2 des Zählers liefern die Signale an die Antrieb s schaltung 18. Die Ausgangs spannung der Antriebs schaltung steuert den Motor in die Stellung, die durch den Zähler 16 angezeigt wird. Die tatsächliche Stellung des Schrittmotors 20, die der Zähler 16 anzeigt, wird an der Vergleichsschaltung 12 mit der im Speicher 10 enthaltenen Einstelladresse verglichen. Die Vergleichsschaltung bestimmt, ob der Schrittmotor in der Vorwärts- oder in der Rückwärts richtung auf die gewünschte Adresse eingestellt werden soll. Die Vergleichssehaltung liefert auch ein "Schritt-Vergleich"-Signal immer wenn der Unterschied zwischen der tatsächlichen Adresse und der Einstelladresse grosser ist als eine bestimmte Zahl. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel hat die vorbestimmte Zahl den Wert 4. Die Vergleichsschaltung liefert auch ein "Ungleich"-Signal, immer wenn die tatsächliche Stellung und die Ein Stelladresse ungleich sind. Die Ausgangsspannungen der Vergleichsschaltung 12 werden dem Impulsgenerator 14 zugeführt, der Schrittimpulse erzeugt, die den Zähler 16 steuern. Der Impulsgenerator erzeugt auch die Steuersignale "Stillstand" und "Schrittdämpfung", welche die Antriebs schaltung derart steuern, daß der Schrittmotor 20 schwingungsfrei stillgesetzt wird.

Wenn die Einstelladresse des Speichers 10 und die tatsächliche Adresse des Zählers 16 einen grösseren Unterschied aufweisen, als den Wert 4, erzeugt der Generator 14 vier Schrittimpulse und betätigt die Antrieb s schal Docket 7943

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tung 18 in der Weise, daß der Schrittmotor um vier Schritte langsam vorwärts bewegt wird. Wenn nach Ausführung der vier Schritte der Unterschied zwischen den beiden Adressen immer noch grosser als vier ist, wird der Vier schritt-Gang wiederholt. Wenn dagegen der Unterschied kleiner ist als vier, schaltet die Einrichtung um auf Einzelschrittbewegung. Bei dieser Betriebsart liefert der Generator 14 einen Schrittimpuls zum Zähler 16, um über die Antriebs schaltung 18 den Schrittmotor 20 Einzelschritte ausführen zu lassen. Diese Einzelschritte werden fortgesetzt, bis an der "Ungleich"-Leitung der Vergleichsschaltung 12 das Signal entfällt, wodurch die Schrittimpulse unterbrochen werden.

Bei der Schrittsteuerung ist jeder Schritt unabhängig von der vorhergehenden und der nachfolgenden Bewegung. Dies bedeutet, daß der Schrittmotor stillsteht, wenn er einen Schrittbefehl erhält. Der Befehl bewirkt einen Motorschritt, undder Motor gelangt wieder in die Ruhelage, bevor der nächste Befehl zur Ausführung eines Einzelschrittes ankommt.

Bei Einstellung eines Grobschrittes erhält die Antriebs schaltung eine Reihe von Schrittimpulsen, die den Motor veranlassen, eine Anzahl von Schritten auszuführen, z.B. vier Schritte bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. Bei dieser Bewegung ist jeder der Schritte abhängig von dem vorhergehenden wd dem darauffolgenden Schritt,, jedoch sind die Abstände der Schrittimpulse so bemessen, daß der Motor am Ende der Vier-Schritt-Bewegung keine Schwingungen ausführt.
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Die Einzelheiten der in Fig. 1 dargestellten Teile der Blockschaltung werden anhand der Figuren 2 bis 5 näher erläutert.

Die Fig. 2 zeigt die Vergleichsschaltung. Die Eingangsleitungen der Vergleichsschaltung sind mit den Sp ei ehe rs teil en 1, 2,4, 8 und mit den Umkehrungen dieser Stellenwerte verbunden.

Ferner sind die Eingangsleitungen der Vergleichsschaltung mit den Stellen 1, 2,4, 8 des Zählers 16 und mit den Umkehrwerten dieser Zählerstellen verbunden. Die in Fig. 2 dargestellte Schaltung wird durch ein Eingangssignal betätigt, um der "Vorwärts"-Leitung ein Signal zu erzeugen, immer wenn die im Speicher 10 enthaltene Einstelladresse grosser ist als die im Zähler 16 eingestellte Zahl. Die Schaltung bewirkt ein Ausgangssignal

im
an der "Rückwärts"-Leitung, wenn der Zähler eingestellte Wert grosser ist als die im Speicher 10 eingestellte Adresse. Wenn der Unterschied zwischen den beiden Werten gleich oder grosser als vier ist, wird ein Ausgangs signal an der Leitung "Schrittvergleich" erzeugt. Solange die beiden Speicher ungleiche Werte anzeigen, erhält die "Ungleich"-Leitung ein Signal.

Die Fig. 3 zeigt Einzelheiten des in Fig. 1 dargestellten Impuls generators. Dieser enthält eine Grobschritt-Kippschaltung 30, die. mono stabil en Multivibratoren 1 bis 6 und den monostabilen Multivibrator 32 für die Grobdämpfung. Die Grobverriegelung steuert die Schaltung entweder zur Ausführung von Grob- oder Feinschritten, abhängig davon, welche Signale an der Vergleichsschaltung abgeleitet werden. Die monostabilen Multivibrator en bewirken die

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Zeitbedingungen für die Erzeugung der Schrittimpulse.

Die Einzelheiten des Zählers sind in Fig. 4 dargestellt. Der Zähler enthält die vier Zählstellen 1, 2,4 und 8. Die Zählrichtung wird bestimmt durch Signale an der "Vorwärts"- und der "Rückwärts"-Leitung. Wenn an der "Vorwärts"-Leitung ein Signal besteht, bewirken Impulse an der "Sehrittimpuls"-Leitung ein Vorwärtszählen des Zählers von 0 bis Wenn dagegen an der "Rückwärts"-Leitung ein Signal besteht, ergibt sich ein Rückwärtszählen des Zählers. Die Aus gangs spannung en der ersten

zu '

beiden Zählstufen werden entschlüsselt, um der in Fig. 5 dargestellten Antriebs schaltung ein Phasensignal zu übertragen^

Die Fig. 5 zeigt Einzelheiten der in Fig. 1 dargestellten Antriebsschaltung. Die monostabilen Multivibratoren 7 bis 10 erzeugen die Schrittimpulse für die Einzelschrittbewcgungen. Der monostabile Multivibrator 40 liefert e inen Steuerimpuls an den in Fig. 3 dargestellten Impulsgenerator, der das Steuersystem in Betrieb hält, bis zwischen der gewünschten Adresse und der tatsächlichen Adresse Gleichheit vorhanden ist. Das in Fig. 6 dargestellte Zeitdiagramm zeigt die Spannungen, die an verschiedenen Punkten der Schaltung während eines einfachen Einstellvorganges auftreten* Es wird angenommen, daß sich der Magnetkopf zunächst in der Ausgangsstellung befindet, wie dies durch die Zähler stellung 0 angezeigt wird. Es sei ferner angenommen, daß der Magnetkopf an die durch 6 bezeichnete Adresse eingestellt werden soll. Der die Einstelladresse enthaltende Speicher 10 enthält zunächst die Binärdarstellung der Zahl

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6. Weil die beiden Adressen nicht gleich sind, erhält die in Fig. 2 dargestellte "Ungleich"-Leitung ein positives Signal. Ebenso erhält die "Grobvergleich"-Leitung ein peositives Signal, weil der Unterschied zwischen der Einstelladresse 6 und der Zähler stellung 0 grosser ist als vier.. Die Ausgangsspannung an der "Grobvergleich"-Leitung schaltet den Grobtrigger 30 um, wodurch das Signal an der in Fig. 3 dargestellten "Sperrsignal"-Leitung wegfällt. Die Aus gangs spannung der Und-Schaltung betätigt Mi mono stabilen Multivibrator 1, der über die Oder-Schaltung 36 ein Schrittsignal erzeugt. Da die Gr ob kipp schaltung 30 umgeschaltet ist, betätigt der monostabile Multivibrator 1 den monostabilen Multivibrator 2. Die Rückflanke des durch den monostabilen Multivibrator 2 erzeugten Impulses schaltet den monostabilen Multivibrator 3 ein, dessen Ausgangsspannung über die Oder-Schaltung 36 den nächsten Schrittimpuls erzeugt. Der monostabile Multivibrator 1 bewirkt auch die Einschaltung des monostabilen Multivibrators 4, dessen Signal an seiner Rückflanke den monostabilen Multivibrator 5 einschaltet, wodurch der dritte Schrittimpuls erzeugt wird.

Die Rückflanke des Impulses, der durch den monostabilen Multivibrator 3 erzeugt wird, bewirkt die Einschaltung des mono stabil en Multivibrators 6, dessen Ausgangs spannung den monostabilen Multivibrator 32 einschaltet, der den vierten Schrittimpuls erzeugt. Der Zeitablauf dieser vier Impulse wird gesteuert durch den Zeitablauf der monostabilen Multivibrator en, der so gewählt ist, „daß der Schrittmotor 4 schwingungsfreie Schritte ausführt. Docket 7943

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.Diese Steuermethode hat zur Folge, daß der Motor eine bestimmte Anzahl von Schritten ausführt, im vorliegenden Fall sind es vier Schritte, deren Zeitsteuerung so bemessen ist, daß gleichförmige, schwingungsfreie

können Motorschritte ausgeführt werden. Ähnliche Stromkreise/ausgeführt werden, um Steuerimpulse für irgendeine andere Anzahl von Schritten zu erzeugen. Nachdem die Antriebs schaltung den ersten Schrittimpuls erhalten hat, wird der Strom in den Motorwicklungen, der durch Dl und D2 gesteuert wird, umgekehrt, wodurch der Motor in der gewünschten Richtung gedrillt und beschleunigt wird. Nach Ausführung dieser Bewegung wird durch die Vorderflanke des ersten Impulses ein zweiter Schrittimpuls erzeugt. Der zweite Schrittimpuls wird der Antriebsschaltung zugeführt, wodurch der Strom in den Motorwicklungen, die durch D3 und D4 gesteuert werden, umgekehrt, wodurch die Motordrehung in derselben Richtung fortgesetzt und beschleunigt wird. Die günstigste Zeit für die Steuerung durch den zweiten Impuls ist dann vorhanden, wenn der Motor annähernd einen halben Motorschritt ausgeführt hat. Die Steuerung durch den zweiten Impuls sollte in den folgenden Zeitgrenzen erfolgen:

Gleichzeitig mit dem ersten Impuls (unter dieser Bedingung würde der Motor unstabil und damit richtungslos werden) nach Ausführung, eines Motorschritts (zu dieser Zeit wird die Motorbewegung gedämpft). Die Zeitsteuerung des dritten Motorschritts wird abgeleitet an der Vorderflanke des ersten Schrittimpulses und der Antriebsschaltung zugeleitet, wodurch das erste Paar Dl und D2 der Ströme in den Motorwicklungen veranlässt werden, eine fortgesetzte Drehbewegung zu steuern. Die Wirksamkeit des dritten Motor-Docket 7943

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impulses ist so bemessen, daß der Motor die dritte Schrittstellung um einen Motorschritt überschwingt. Unter dieser Bedingung hat die Winkelgeschwindigkeit an der Spitze des Über Schwingens den Betrag 0, und der Motor gelangt in die vierte Schrittstellung. Zu dieser Zeit wird der vierte Schrittimpuls erzeugt und der Antriebs schaltung zugeführt. Dadurch wird wiederum ein Strom im zweiten Paar der Motorwicklungen D3 und D4 erzeugt. Dieser vierte Impuls wird zugeführt, wenn der Motor in der vierten Motor stellung ist, und wenn die Motor geschwindigkeit den Betrag 0 hat. Dadurch wird eine Stabilitätsbedingung herbeigeführt, da keine weitere Motorbewegung stattfindet. Die gewünschte Vier-Grob-Schritt-Bewegung wird somit schwingungsfrei ausgeführt.

Wie aus der Fig. 6 hervorgeht, hat der Einstellzähler 16 am Ende der Vier-Grobschritt-Bewegung die Stellung 4 erreicht. Die Differenz zwischen der Einstelladresse des Speichers 10 und der Stellung des Zählers 16 -wir-dhat den jetzt den Wert 2. Die Spannung der Leitung "Grobvergleich" entfällt, wenn der Inhalt den Wert 3 aufweist, weil der Unterschied zwischen den beiden Speichern kleiner war als vier. Der in Fig. 3 dargestellte monostabile Multivibrator 32 erzeugt ein. Signal zur "Grobschritt-Dämpfung" , das über die in Fig. 5 dargestellte Oder-Schaltung 39 den monostabilen Multivibrator 40 einschaltet. Das am Ausgang abgeleitete "Prüfsignal" bewirkt die Rückstellung der in Fig. 3 dargestellten "Grobschritt-Kippschaltung¹¹. Die Rückflanke des "Prüfsignals¹¹ bewirkt am Ausgang der Und-Schaltung 34 ein Signal um den monostabilen Multivibrator 1 einzuschalten. Die Aus-Docket 7943

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gangsspannung des monostabilen Multivibrators 1 wird zur Oder-Schaltung
36 übertragen, um ein Schritt signal zu erzeugen. Da an der in Fig. 3 dargestellten Leitung "Grob-Vergleich" ein negatives Signal vorhanden ist,
verbleibt die "Grobschritt-Kippschaltung" 30 zurückgestellt und die Leitung "Sperrsignal" behält eine positive Aus gangs spannung. An der Und-Schaltung 33 besteht keine Ausgangsspannung, da sie durch die Aus gangs spannung der Kippschaltung 30 gesperrt ist. Aus den erwähnten Gründen ergibt sich keine weitere Vierschritt-Einstellung, sie ergibt sich durch Feinschritte.

„Bei der Feinschritt-Einstellung lässt der Schrittimpuls den Zähler 16 einen Schritt ausführen. Durch die Weiterschaltung des Zählers werden die durch die Treiberschaltungen Dl und D2 gesteuerten Motorströme in Phase weitergeschaltet, und die Dämpfungsleitung A erhält ein negatives Signal. Wie aus Fig. 5 hervorgeht, erlaubt eine positi%^re Spannung an der "Feinschritt-Sperruiig"-Leitung, daß die A- und B-Signale über die Und-Schaltungen 50
und 52 übertragen werden. Dies hat zur Folge, daß die Ausgangs spannung
an der Und-Schaltung 50 wegfällt. Dadurch schaltet die Ausgangsspannung
der Umkehr schaltung 51 die monostabile Kippschaltung 7 ein. Die Rückflanke der monostabilen Kippschaltung 7 schaltet die monostabile Kippschaltung 8 ein. Die Ausgangs spannung der monostabilen Kippschaltung 8 bewirkt in den Treiberschaltungen Dl und D2 eine Stromumkehr durch die Wirkung
der Umkehr schaltung 54 über die Und-Oder-Schaltungskombination 56.

Die Ausgangsspannung der monostabilen Kippschaltung 8 wird auch durch die -Docket 7943

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-12-Oder-Schaltung en 39 übertragen um die monostabile Kippschaltung einzuschalten, die ein weiteres Prüfsignal erzeugt. Dieses wird durch die Und-Schaltung 34 übertragen, weil die "Ungleich"-Leitung immer noch positiv ist. Die obenangeführte Folge von Schrittimpulseri eines Umkehrimpulses für die Antriebs schaltung wird wiederholt. Am Ende dieses Betriebs ab Schnitts wird durch den monostabilen Multivibrator 40 ein weiteres Prüfsignal erzeugt. Das letzte Prüfsignal geht jedoch nicht über die in Fig. 3 dargestellte Und-Schaltung 34, weil die "Ungleich-"Leitung ein negatives Potential erhält, wenn sowohl der Speicher 10, als auch der Zähler 16 beide den Wert 6 enthalten.

Die Grob- und Feineinstellung läuft demnach während eines Einstell -

verschiedenen Vorganges des Stellgliedes in zwei/Betriebsarten ab. Während des ersten Arbeitsspiels wird das Stellglied über eine bestimmte Anzahl von Stellungen bewegt, bis der noch verbleibende Restabstand kleiner, ist als ein bestimmter Betrag. Anschliessend beginnt das Xweite Arbeitsspiel, um das Stellglied schrittweise zu bewegen, bis es die gewünschte Stellung erreicht. Die Einrichtung ist insgesamt so ausgebildet, daß das Stellglied bewegt und angehalten wird, ohne daß es Schwingungen ausführt.

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Claims

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P ATEN TA NSP RÜ C HE

1. j Einrichtung zur Grob- und Feineinstellung eines Stellgliedes von einer Ausgangsstellung in eine ausgewählte Stellung durch Speicherung einer Einstelladresse und durch Vergleich der Einstelladresse mit den Adressen des Stellgliedes, die während der Einstellbewegung durch das Stellglied erreicht werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Einstelladresse in einer bestimmten Anzahl von Feinschritten vor geordnete Näherungsadresse gespeichert ist, und daß der Abstand zwischen der Ausgangsstellung und der Näherungsadresse durch einen Grobschritt und der Abstand zwischen der Näherungsadresse und der Einstelladresse in der bestimmten Anzahl von Feinschritten einstellbar sind.

"2. Ein-richtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in» dem

Stellglied eine Antriebs schaltung für die Feinschritte zugeordnet sind und daß der Differenz der Einstelladresse und der Lage des Stellgliedes ein bestimmter Wert zugeordnet ist, durch dessen Überschreitung ein Steuersignal für die Gr ob schritt-Antriebs schaltung

und dessen Unterschreitung ein Steursignal Mr die Feinschritt-Antriebs schaltung zugeordnet ist.

3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,

daß der Steuerung einer Grobschritt-Bewegung eine Folge von Schrittimpulsen zugeordnet ist.

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