DE1800075A1 - Servosystem - Google Patents

Description

Jt 1095

Sony, Corporation, ü?okyo / Japan

/-' γ Servosystem

Die Erfindung bezieht sich auf ein Servosystem phasenmäßigen Synchronisation der Bewegungen von zwei beweglichen Teilen, insbesondere auf ein Servosystem, das auf einfache Weise den Antrieb von zwei beweglichen Teilen gleichphasig synchronisiert.

Bei bekannten Tonbandgeräten, die mit einem rotierenden Magnetkopf ai"beiten, findet ein System Verwendung ^ das die Phase von Impulsen vergleicht * die durch die Bewegung des Magnetkopfes und die Bewegung des Magnetbandes erzeugt werden* Bei dieser bekannten Sinrichtung sind auf dem Magnetband Steuersignalspuren aufgezeichnet, die durch einen feststehenden Magnetkopf reproduziert v/erden; das hierdurch abgetastete Au3gangssignal wird einem Vergleichekreis zugeführt ο Bin Signal _? das der Dreh- bav?» Winkelstellung des rotierenden Magnetkopfes entspricht, beispielsweise das Ausgangssignal eines auf der Drehwel~ Ie des άβΏ. Kopf antreibenden Motors angeordneten Impulsgenerators, wird gleichfalls dem VerglsichskreiB augeführt und hier- in seiner Phasenlage mit dem reproduzierten Steuersignal verglichen» Das bei diesem Vergleich gewonnene Ausgangssignal wird einem Steuerfreie augeführt und steuert beispielsweise die Drehgeschwindigkeit des Motors * der die Bandantriebsrolle antreibt; auf diese Weise wird eine getreue Abtastung der Magnetspuren durch den rotierenden Magnetkopf gewährleistet,- Dieses bekannte System vergleicht somit

"9098 18/095 0

BAD ORIGINAL

jeder Umdrehung des rotierenden Magnetkopfes den Steuersignaliaipul© mit dem Signal? das die Drehoder Winkelstellung des rotierenden Magnetkopfea angibt« In diesem FaIIe ist jedoch ein phasensynchronisiert er Zustand zwischen dem rotierenden Magnetkopf und dem Magnetband erst nach einigen Butζend Umdrehungen des Magsetkopfes erreicht=, Wird der rotierende Magnetkopf Mit niedriger Geschwindigkeit angetrieben j beispielsweise lait einer Drehzahl ■von 10 ümdrehungen/seo, so kann es mehrere Minuten dauern,, bis dar Magnetkopf und das Band miteinander phasensynchronisiert sind* Biese bekannten System® sind daher für die Aufzeioimisag iron ^onfrequenzeig» zialen auf einem breite» Magnetband über.eine lange Zeitperiode infolge der Verwendung yon langsam rotierenden Magnetköpfen nickt geeignet».

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe augrunde? ein Servosystem zu entwickeln» das die aufgezeigten Mängel der bekannten Ausführungen vermeidet.

Erfindungsgemäß \-i&rüen die Phasen der Bewegung der beiden beweglichen Teile mit den Phasen von Signalen einer Bezugsfrequenz irerglichen, wobei diese Bezugsfrequenz wesentlich höher als die Frequenz der den Bewegungen entsprechenden Signale ist,, hierdurch wird der Antrieb der beweglichen feile in phasensynchronisiertem Zustand erreieht^

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht in der Verwendung τοώ Phasenmodalatoren mit Wandlern,_r die die Phase von Signalen einer Bezugsfrequenz verschieben^ die wesentlich höher ale die Frequenzen der von den Bewegungen der bewegliehen Seile erzeugten Signale ist* ^:

909818/0950 :

BAD ORIGiN-Al

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung besitzt daB Servosystem eine ausgezeichnete Folgeeharakteristik und ist daher besondere auch für Fälle geeignet, in denen die beiden beweglichen Teile mit einer nicht gleichförmigen Geschwindigkeit angetrieben Vier den.

Diese und zahlreiche weitere MerJtanale der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung einiger in der Zeichnung veranschaulichter Aueführungsbeispiele hervore Es zeigen;

Fig.1 ein Schema eines erfindungsgemaßen Servosystems in Anwendung auf eine Einrichtung zur magnetischen Aufzeichnung und Wiedergabe mit rotierenden Magnetköpfen;

Figo 2 ein Schema eines zur Verwendung bei der Vorrichtung gemäß der Fig,1 geeigneten Wandlers;

Fig.3 ein Diagramm der in dem System gemäß Fig_t1 erzeugten Signale;

Fig.4 ein Schema eines anderen Aueführungsbeispieles eines bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendbaren Viandlero»

I zeigt u,a« eine rotierende Magnetkopfanord nung 1, die zwei rotierende Magnetköpfe 3a und 3b ent hält» die in einem Luftspalt an der Umfangefläche eines zylindrischen Magnetband-Führungsteiles 2 um einen Winkelabstand von beispielsweise etwa 180° gegeneinander versetzt sind« Die Magnetköpfe 3a und 3b sind an entgegengesetzten Enden eines Halterungsarißes 6 angebracht, der in der Mitte an der rotieren-

909818/0950

den Welle 5 eines Motore 4 befestigt let« Ein Magnetband 7 erstreckt eich über einen Uafangebereloh von etwa 160° des Führungsteilee 2,ao daß es die Dreh» ebene der rotierenden Magnetköpf· 5a und 5fr kreuzt bzw« so irr ag hiereu -verläuft. Das Magnetband 7 wird in Langsriohtung durch eine Druckrolle β und eine mit einem Motor 17 verbundene Bandantrieberolle 9 angetrieben. Auf dem Hagnetband 7 sind Informationeslgnal-Magnetspuren 10 aufgeeeiohnet, die schräg zur Längerichtung des Bandes verlaufen; ferner sind auf dem Magnetband 7 in einem Randbereloii Steuersignal-Magnet spuren 11 vorhanden«.Ein Wandler 24 erzeugt Signale sinx.| .coaft) t und COBX₁ .ein Gü_Qt» wobei z^ die Winkelbewegung der rotierenden Magnetköpfe 5a und 3b von BsEugsstellungen in einer vorgegebenen Zeit t und CD₀ eine Winkelfrea.uenz ist _t die wesentlich größer als die Winkelgeschwindigkeit der Motorwell· 5 let» Wie beispielsweise in Pig·2 veranschaulicht ist, kann der Wandler 24 einen Permanentmagneten 18 enthalten, der etwa diametral einander gegenüberliegend Hord- und Südpole aufweist und auf der rotierenden Welle 5 befestigt ist. Ferner enthält der Wandler 24 Transformatoren 20a und 20b, die in festen Stellungen am Umfang des Permanentmagneten 18 angeordnet und gegeneln-φ ander um einen Winkelabstand von etwa 90° versetzt sind. Die Transformatoren 20a und 20b enthalten primär- und Sekundärwicklungen 22a,25a bzw. 22b,25b, die auf Magnetkernen 19a,19b sitzen.

Weiterhin ist ein Oszillator 21 vorgesehen, deesen Winkelf requeue CO₀ höher ale die Winkelgeschwin digkeit der rotierenden Welle 5 ist« Dieser Oszillator liefert ein Auegangssignal_$ das für die vorliegende Beschreibung der Einfachheit halber als eoe<y_ot

909818/0 9 50 Bad original

bezeichnet sei. Ein Teil dieses Ausgangssignales des Oszillators 21 wird der Primärwicklung 22a des Transformators 20a zugeführt} ein anderer Seil des Ausgangssignales des Oszillators 21 gelangt über einen Phasenschieberkreis 23 zur Primärwicklung 22b des Transformators 20b in Form eines Signalee slnoj_ot. Infolgedessen werden in den Sekundärwicklungen 23a und 23b der transformatoren 20a und 20b Signale θ = K.sinx.. «eoscu_Qt und β ' = KaOosx.. «sinoj-t erzeugt (was in Fig.3 durch A und B veranschaulicht ist). Die Auegangsßignale der Sekundärwicklungen 23a und 23b werden durch einen Mischer 25 gemischt, was ein zusammengesetztes Signal e_e + β ' * K«sin(Cü,_t + X₁) ergibt (was in Fig,3 durch 0 dargestellt ist» Die Ausgangseignale der Transformatoren 20a und 20b elnd somit das Signal e_& = K.sinx^.cosGj₀*» resultierend aus der abgegliohenen Modulation von COBW₀ ¹* mit sinxj, bzw«- das Signal e_ö' β K.bosXi.sinco^t, resultierend aus der abgegliohenen Modulation von sincu_ot mit COSx₁, Diese Signale werden zu dem Signal e_& +^;e_a' kombiniert^ das eine konstante Amplitude besitzt» dessen Phase der Größe der Bewegung x^ der Magnetköpfe entspricht und eine Winkelfreojuene Cu₀ besitzt.

Ein weiterer Wandler 26 ist an einer Stelle angeordnet, an der er die Steuersignal-Magnetspuren 11 abtastet? hierdurch werden Si^piale entsprechend der Bewegung des Magnetbandes 7 erzeugt· Bezeichnet man die Größe der Bewegung des Magnetbandes 7 mit x«* so liefert der Wandler 26 Signale

t und

_{9 0}1» -Zu diesem Zweck werden auf dem Magnetband 7 Steuersignal-Magnetspulen 11 durch einen Magnetkopf erzeugt, der einen Sohlitzspalt besitzt, der mit Gleichstrom von abwechselnd umgekehrter Polarität ge-

90 9 818/0950

BAD ORIGINAL

» t

apeist wird, bo daß bis mm Sättlgtmgew«rt ie« Magnetbandes Steuersignale you Reohteokform zoichnet werden. Der Wandler 26 enthält evei Vielspalt-Magnetköpfe, wit sie in der schwebenden Patentanmeldung ρ 1 448 930,6 beschrieben sind, Di·«- 8Θ Hagnetköpfe sind um einen vorgegebenen Abetand voneinander entfernt und werde» «it dea Signal

jjfc unmittelbar vom Oszillator 81 feew* alt den 90** piiaaenvereehoöffinen Signal cu_o% vom ber 27 versorgt« Vom Wandler 26 werden Signale e^ = K.ainx₂»coscu_ot und e^¹ * gewonnen; dieae Auagangosignale werden duroh einen Mischer 26 gemieoht, so dafl ein zueaaimettgesetetee Signal e_b + o_b ^f * K,ein(Ct?_ot + x_g) enteteat.

Die Phasendifferens zwiaohtn den Ausgangeβignalen äev Mischer 23 und 28 wird feetgeatellt. Die Bewegung einea der beiden beweglichen Teile, d,h. die Drehbev/egung der Magnetköpfe oder die Bewegung des !Magnetbandes beim dargestellten Aueführu&gsbeispiel, wird entsprechend' der ermittelten Phasendifferenz gesteuert. 2u diesem Zweck wird dae Auegangssignal dee Mischers 25 einen Impuleforakreic 29 zugeführt, deeaen Auegangssignal zu einem Flip-Flop-Kreis 30 gelangt und diesen Kreiß einstellt« Bas Ausgangesignal des anderen Mischers 28 wird einem Impulaformkreia zugeführt} dessen Ausgangeeignftl den Plip-?lop-Kreia 30 zurückstellt. Wenn die der Phasendifferenz (x^ » x_g entsprechende Seit als (tCj * * Xa^ bezeichnet wird» so wird BMi Flip-Flop-Kreis 30 «in rechteckförnigee Ausgangssignal gewonnen, das während der ZaIt

_{1 2}<) "EineehaltBuatand" und während dtr Zeit (2it - (x!' - x₂') "AuBBohaltiUffce»^¹¹ aufweiat. Da» resultierende r«»ahteckförmige AuffiiMpieignal wird

:"■ HL·

■BAD

- τ-

tHMH Detektorktele 32 Ungeführt und erseugt eine 89ttgnt»e enteprtdhtnd de* Phasendifferene (x, -I₂ die dann ale 8teiierepan*ttng den Motor 17 (wie dargestellt) oder tut Motor 4 sugeftthrt wird.

. Die rotierenden Magnetkopf· 3a und 3b können somit tie Magnetspuren 10 genau abtasten. Bel der beschriebenen Ausführung wird jede Phaaondifrerens swisohan den rotierenden Magnetköpfen und den Steuersignalen auf de* Magnetband sehr raaoh in einer Periode ermittelt« die einer Trägerfrequens cdJ2% entspricht; Demgemäß kann die Bewegungsgeeohwindigkeit des Bandes unabhängig Ton der Drehgesohwlndigkoit der rotierenden Magnetkopfe unmittelbar gesteuert werden« Bio rotierenden Magnetköpfe und das Magnetband können infolgedessen unmittelbar in einen phaeeneynohronisierten ,Zustand gebracht werden, ohne dafl Butsende von Umdrehungen der rotierenden Magnetköpfe vor der Synchronisation benötigt werden, wie die· bei der erwähnten bekannten Ausführung der fall ist« Die Trägerfrequenz, d.h. die OeslllatlonsfrequenB des Oscillator· 21 liegt üblicherweise bei etwa 1OkHs.

Wenngleich bei dem Toretehend beschriebenen Ausführung ebei spiel ein Zyklus dee modulierenden Signalee bei jeder Umdrehung der rotierenden Magnetköpfe vorhanden let, so kann man etatt deeeen auoh mehrere Zyklen des modulierenden Signales pro Umdrehung der Köpfe ersielen. Zu diesem Zweok kann auf der rotierenden Welle 5 ein Wandler 24' (vgl. Fig.4) angeordnet werden, der einen Penafenentmagneten 18' enthält, der in Winkelabständen τοη 90° abwechselnd Bord- und 8Udpole aufweist· Zwei Transformatoren 20·a und 20*b , ciind gegeneinander um einen Winkelabstand ron 45° verse *,::t.

909818/0950

BAD ORIGINAL

Dae oben erwähnte rasche Anspreoli»B des erfingemUßen Systeme iet vor allem in Fällen tiütslich, in denen die rotierenden Hagnetköpf· uni de« Magnetband nicht mit gleichförmigen G-esohwintiigkei-» ten angetrieben wenden« Die Brfindung ist nicht nur Ευτ Synchronieatio» eier Umdrehung eines rotierenden Elementβa mit der Bewegung eines Magnetbandes, sondern auch zur zur Synchronisation von »wei Magnetbändern anwendbar. Die Erfindung beschränkt sich ferner nicht auf Vorrichtungen Bur magnetischen Aufzeichnung und Wiedergabe, sondern kann auch zur Synchronisation von anderen beweglichen Elementen benutzt werden* Dae erfindungsgemäße Servosystem läßt sich beispielsweise bein Gewindeschneiden zur Synchronisation des Vorschübe des da« Gewinde sohneldenden Werkzeugββ und der Umdrehung des Kit Gewinde zu versehenden Werkstücke« benutsen· In dieses Falle ist die Yorsohubbewegung dtt t&v Gewinde schneidenden Werkzeuges sehr !angesät die Bewegungen dee W«rke«ugee und des Werkstücke· werden jedooh rasen eynehrosiari*rt, was ein sehr genaues Oewindesoh&tiden ermaglitiht. Vm die Vovsohubgesohwindigkeit dee da« Gewinde schneiden» den Werk&euges festsustellen, kann nan beispielsweise eine Magnetskala benutzen, wie sie in der Anmeldung P 1 448 930.6 erläutert ist, £1« eich entapreoheni der Bewegung des Werkzeuges verschiebt.

Bei der vorstehenden Beschreibung wurde angenommen, daß der Wandler 24 so ausgebildet ist, daß er die Signale sinx^ .coscü_Qt und coaacj „3ina/₀t liefert; es liegt jedoch auf der Hand« dafi der Wandler 24 auch Signale ainx.j .sinCi/_ot und coex^ooso^t erzeugen kann« Dasselbe gilt für den Wandler 26« Es wurde ferner angenommen, daß die Wandler als magnetische Petektoren ausgebildet sind. Es können jedoch statt dessen auch

^909818/0950 BA

optische Detektoren oder dergleichen Vervendung :l2)den_: )ie beiden beweglichen Teile können so synchronisiert werden, daß ihre Phasendifferenz entweder null ist oder einen bestimmten festen Wert besitzt. Wenngleich bei dem erläuterten Auaftthrungsoeispiel die symmetrisch modulierten Signale unmittelbar von den Transformatoren 20a und 20b abgeleitet wurden, so kann man statt dessen auoh sunäohst die modulierenden Signale SInX₁ und 0OSX₁ erzeugen und dann diese modulierenden Signale zur Modulation der Träger ooscu_ot und einoj.t in symmetrischen Modulatoren verwenden.

909818/0950

BAD ORIGINAL

Claims (1)

1. Patentansprüche

   Servosystem zur PhaataefnoteofflieatfoB'Iep -von wenigstens swei beweglichen f«ilea« »it Antriebs einrlehtuiigea, die dl· feil« alt relativ «!!©iaaader e ine teilbaren (toeohwliidtgkftltaii «airtib®!!,», f®wi®F mit einer Binriohtune sutar Brseufpss$s «iaes Besuge· eignales, d a d u ? ο h gelin&eelolin <b t , daS eine 'erste HodulatloaseiMriohtusig ®imea ΐοϋ dee Beemgeaigmle§»aociii&iiert; um fladurcb einerutea entspreolifiid Aar B«i«fgmig «iaee te? telden wo^Xichen 'feil®
   daß öIkö
   Teil d?■;;■

   iei» Bewegufig des
   sweitte 9li(ii®nif)duliort98
   daß wMltwhin ein· Bimviohtmfi
   jede Phaetndlffereiii swifoktii um ph.'ieesunodiäliert«n Signal f«et®telit dtr ermittelten PMsendiff·»¹«»
   iieugtf woliei die
   Steuersignal eo
   sohwlndiglceiteii der
   erhaltung einer Ptoitntynohronisatioa swi8®ii0n-i!ir«& BewegungeE geeteuert wirdosi.

   2,) Servoejetem nach Anspruoäi i, dataroh

   daß die beiden bewegliehen Teil« öuroh «im«ii rotierenden Magnetkopf und e^m Ilag3i9t%»»d . gerätee gebildet werde*, wobei
   eiririohtwogen für den Magnetkopf vM das Band vorge sehen sind.

   Servosystem naofc Anspruch 1, dadurch 909818/095 0

   bad original

   - 11 ->

   daß die Frequenz dee Bezugssignalee wesentlich größer als die Frequenzen der Bewegungen der beiden beweglichen Teile iet.

   4«) Servosystem nach Anspruch 3_r dadurch gekennaeichnet* daß das Be zug β signal die Fora coea/_Qt aufweist, wobei Gu₀ die Winkelfrequenz und t die Zeit bedeutet.

   5.) Servosystem nach Anspruch 1, daduroh gekennzeichnet, daß die erste und «weite Modulationeeinrichtung einen Phasenschieber but Phasenverschiebung des Bezugssignaies um 90° enthält) ferner einen Wandler zur Umformung des Bezugseignaloe und des phaeenversehobenen Signales in amplitudenmodulierte Signale entsprechend den Bewegungen dee zugehörigen beweglichen Teiles, und schließlich eine Richtung eur Kombination der beiden amplitudeniiodulierten Signale bu einem zusammengesetzten Signal«

   6«) Servosystem naoh Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet* daß der Wandler Signale sinx♦οosCU₀t und ooax.8inG>₀t erzeugt, wobei χ die Bewegung dee betreffenden bewegliohen Teiles von einer Bezügelage in der Zeit t und OJ eine Winkelfrequeue bedeutet.

   7t) Servosystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet« daß der Wandler Signale sinx«sinket und cosx.coso>_ot erzeugt« wobei χ die Bewegung dee zugehörigen bewegliohen !Teiles von einer Bezugs lage in der Zeit t und W₀ eine Winkelfrequenz bedeutet·

   8«) Servosystem nach Anspruch 5s daduroh gekennzeichnet, daß die aus dem ersten und zweiten phasenmodulierten Signal zusammengesetzten Signale K.sin(C0_Qt +. Xj) und K.sin(Cü_ot + X₂) sind, wobei X₁ und x_g die Bewe-

   der zugehörigen beweglichen Teile von Bezugs-90%818/ff950

   BAD ORIGINAL

   .lagen in der Zeit t undcü_o eine Winkelf re<iuenis bedeuten.

   Servosystem uur gleichphasigen Synchronisation der Bewegungen eines rotierenden Hagnetkopfes und eineu Magnetbandes in eir.e-m Tonbandgerät, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste und eine zweite Antriebseinrichtung zutj] Antrieb des rotierenden Magnetkopfes bzw, des Magnetbandes vorgesehen sind, ferner ein Signal« generator zur Erzeugung eines Bezugesignales, ein eroter Modulator zur Modulation eines Teiles des Be-Eugssignales zwecks Erzeugung eines entsprechend der Bewegung des rotierenden Magnetkopfes phasenmoduliert ten Signales, weiterhin ein »weiter Modulator eur Modulation eines anderen Teiles des Beuugssignale« zwecks Erzeugung eines entsprechend der Bewegung des Magnetbandes phasenmodulierten Signalos, weiterhin eine Einrichtung ssur Feetetelluag der Phasendifferenz pswischen den beiden phasenmodulierten Signalen sowie eine Einrichtung 2iur Steuerung'wenigstens eine« der beiden Antriebe entsprechend der festgestellten Phasendifferenz*

   BAD ORIGINAL