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Einrichtung zur adressierten Einstellung von Signalköpfen auf ausgewählte
Spuren eines Aufzeichnungsträgers.
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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur adressierten Einstellung
von Signälköpfen auf ausgewählte Spuren eines Aufzeichnungsträgers durch einen Servoantrieb
mit Erzeugung eines Positionsfehlersignals durch eine veränderliche Potentiometerspannung,
die zur Erzeugung einer Servospaßnung mit der Konstantspannung einer vorgegebenen
Einstelladresse vergliclen wird und mit einem Tachometer, das ein Geschwindigkeitsfehlersignal
er -zeugt, das den Signalkopf während eines ersten Teils der Einstellzeit beschleunigt
und während eines zweiten Teils der Einstellzeit bremst.
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Es ist bekannt (DBP 1 168 968), an magnetischen Plattenspeichern die
Einstellung der Magnetköpfe derart durchzufthren, dass die Magnetköpfe entsprechend
einer gewflinschten Einstelladresse mit hoher Geschwindigkeit
von
einer Aufzeichnungsspur auf eine andere Aufzeichnungsspur eingestellt werden. Zur
Durchfthrung einer solchen Einstellbewegung ist es notwendig, dass der Tragarm der
Magnetköpfe, der eine bestimmte Massenträgheit aufweist während eines Teils der
zurückgelegten Einstellstrecke beschleunigt und während eines weiteren Teils der
Einstellstrecke gebremst wird.
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Dieser Bewegungsablau£ wird in bekannter Weise erreicht durch einen
Servoantrieb, der in einer Servoschaltung mit einer {eränderlichen Potentiometerspannung
verbunden ist, die zur Erzeugung einer Servospannung mit der Konstantspannung einer
vorgegebenen EinstePladresse verglichen wird. Eine Servoschaltung dieser Art enthält
ferner ein Tachometer, das ein Geschwindigkeitsfehlersignal erzeugt, das den Magnetkopf-Tragarm
während eines ersten Teils der Einstellzeit beschleunigt und während eines zweiten
Teils der Einstellzeit bremst. Durch eine Schaltung dieser Art kann eine parabolische
Form des Positionsfehlersignals erzeugt werden, wodurch ein gleighmässiger Ubergang
von Beschleunigung zu Abbremsung bei optimaler Umschaltzeit erreicht wird. Eine
Schaltung dieser Art hat jedoch den Nachteil, dass zur Erzielung einer parabolischen
Form des Fehlersignals eine Schaltungsanordnung mit einer grossen Anzahl von Dioden
erforderlich ist. Die Darstellung von ausreichend genauen Signalformen kann daher
nur durch einen erheblichen Aufwand erreicht werden.
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Die Nachteile bekannter Schaltungen dieser Art werden gemäss der Erfindung
dadurch vermieden, dass ein Positionsfehler-Wechselspannungserzeuger vorgesehen
ist, dessen Ausgangsspannung mit einem Demodulator verbunden
rist,
der durch einen Ausgang über einen Träger-Wechselspannungserzeuger veränderUcher
Amplitude auf einen Eingang zurückgekoppelt ist, und dass die Ausgangsspannung des
Demodulators und die Ausgangs spannung des TXchometers mit Eingängen eines Gleichstromverstärkers
verbunden sind, dessen Aullgangsspannung über eine Brückenschaltung mit dem Servoantrieb
verbunden ist.
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Eine Schaltung der erwähnten Art hat den Vorteil, dass während der
Einstellzeit eines Signakopfes ein Positionsfehlersignal parabolischer Form erzeugt
wird, an dessen Wendepunkt der Servoantrieb des Signalkopfes von Beschleunigung
auf Bremsung umgeschaltet wird. Die Einstellung des Signalkopfes erfolgt somit bei
grösstmöglicher Geschwindigkeit und höchster Oenaugkeit.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Abbildungen
näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 die Schaltungsanordnung des Servoantriebs, Fig.
2 eine Anordnung der Einzelteile des Servoantriebs, Fig. 3 einen Teil der Schaltungsanordnung
des Servoantriebs,
Fig. 4 ein Zeitdiagramm der Positions- und Geschwindigkeitsfehlersignale,
Fig. 5 Einzelteile des Servoantriebs.
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Gemäss der Darstellung in Fig. 1 enthält die Servo-Steuerschaltung
einen Transformator 10 mit mehreren Primärwicklungen 12a-h, von denen jede eine
andere Windungszahl hat und somit binär gewichtet ist mit den Werten 1, 2, 4, 8
usw. Folgedessen können durch die Primärwicklungen dieses Transformators Ausgangsspannungen
erzeugt werden, die den binär gewichteten Werten proportional sind.
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Im Betrieb erzeugt die zentrale Verarbeitungseinheit ein Zugriffs
-Steuersignal. Dieses leitet eine neue Adresse in das 8-Bit-Register 14 und schaltet
einen Oszillator 16 ein, der über den Transformator 10 den Zugriffszyklus einleitet.
Der Oszillator 16 erzeugt über eine Wicklung 15 des Transformators 10 ein Trägerfrequenzsignal
von z. B. 5 KHz und hält über eine Rückkopplungsspule 17 diese Schwingung aufrecht,
wobei die Wicklungen 15 und 17 durch den Transformator 10 gekoppelt sind.
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Die Spuradresse wird über acht binäre Adresseingangsleitungen den
Speicherstellen des Adressenspeichers 14 zugeführt. Jede belegte Speicherstelle
erregt eines der angeschlossenen Reed-Relais 18a bis 18h, deren Kontakte mit Primärwindungen
12a-12h des Transformators 10 verbunden sind, so
dass verschiedene
Kombinationen von betätigten Kontakten 18 eine Spannung darstellen, die der gewählten
Spuradresse entspricht. Diese Spannung bestimmt das Ausmass der Bewegung, die vom
Läufer 20 zur Einstellung der Magnetköpfe auf die Spuren eines Plattenspeichers
ausgeführt werden soll.
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Wenn z. B. die von der zentralen Verarbeitungseinheit empfangene Adresse
eine Position bestimmt, die eine Bewegung in drei verschiedenen Schritten erfordert,
dann werden die Speicherstellen für Bit 1 und Bit 2 des Adressenregisters 14 so
belegt, dass die entsprechenden Schalter 18a und 18b geschlossen werden.
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Der Transformator 10 enthält eine Sekundärwicklung 22, die über Feinregelwiderstände
23a und 23b mit einem Positionsgeber 24 verbunden ist, der das aus dem Widerstand
26 und dem Schleifkontakt 28 bestehende lineare Pontentiometer bildet. Der Schleifkontakt
28 ist mechanisch mit dem Läufer 20 sowie mit einem Tachometer 30 verbunden. Die
Spannungen der mit dem Positionsgeber 24 verbundenen Sekundärwicklungen des Transformators
10 wirken so, dass am Schleifkontakt 28 eine Differenzspannung entsprechend der
am Register 14 eingegebenen Adresse und der durch den Läufer 20 erreichten Position
gebildet wird. Diese Differenzspannung ist das Positionsfehlersignal.
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Das Positionsfehlersignal wird am Positionsgeber-Widerstand 24 über
den Schleifkontakt 28 abgenommen und über einen Kondensator 32 einem Wechselstromverstärker
34 zugeführt. Das die Positionsfehlerinformation enthaltende
verstärkte
Wechselstromsignal wird über einen Kondensator 36 zu einem Demodulator 38 geleitet,
der gleichzeitig von einer Sekundär spule 40 des Transformators 10 ein Bezugsträgerfrequenzsignal
erhält. Der Demodulator 38 liefert ein Gleichstrom-Positionsfehlersignal, dessen
Spannungswert nach Vorzeichen und Betrag die Antriebsrichtung des Magnetkopfes vorwärts
oder rückwärts bestimmt. Die Ausgangsspannung des Demodulators 38 wird mit veränderlicher
Amplitude über die Leitung 39 auf den Oszillator 16 zurückgekoppelt, so dass die
Oszillatoramplitude dem Positionsfehlersignal umgekehrt proportional ist. Das rückgekoppelte
Fehlersignal ergibt die Quadratwurzel des Fehler signal-Spannungswertes, welche
die Ums chaltzeit von Beschleunigung auf Abbremsung bestimmt.
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Die Ausgangsamplitude des Oszillators 16 muss ausreichen, um den Demodulator
38 einzuschalten. Aus diesem Grunde ist der Wechselstromverstärker 34 vorzugsweise
nichtlinear, um die richtige Beziehung zwischen seiner Verstärkung und der treibenden
Ausgangsspannung Eg am Demodulator 38 aufrechtzuerhalten.
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Die Gleiv:hstrom-Ausgangsspannung des Demodulators 38 wird einem Gleichstromver
stärker 42 gleichzeitig mit einem Ge schwindigkeitsfehlersignal zugeführt, das vom
Tachometer 30 abgeleitet wird, der mit dem Läufer 20 verbunden ist. Das Po sitions
fehler - und das Ges chwindigkeitsfehle r signal werden im Verstärker 42 summiert,
um eine Treiberspannung vorgegebener Polarität zu entwickeln, die über eine Brückenschaltung
44 auf die Wicklung
46 eines Betätigungselementes 48 steuert, Mit
der Brückenschaltung 44 ist eine nicht dargestellte Wärmeableitung verbunden>
um den hohen Stromverlust auszugleichen, der bis zu 4 Ampere bei 48 Volt während
einer Millisekunde betragen kann. Bei der Einstellung der Schaltung vor dem Betrieb
werden Verstärkungssymmetrie und Verstärkungssteuerung durch die Potentiometer 49
bzw. 51 in eine solche Anfangsstellung gebracht, dass ein optimales Ansprechen der
Schaltung auf das Positionsfehlersignal eingestellt wird. In ähnlicher Weise werden
das mit dem Ausgang des Gleichstromverstärkers 42 verbundene Potentiometer 53 und
ein veränderlicher Widerstand 55 am Eingang des Tachometers 30 auf die Verstärkung
eingestellt.
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Wie in Fig. 2 gezeigt ist, bildet die Spule 46 des Betätigungselementes
46 einen Elektromagneten, der über eine Auflageplatte 58 mit dem Läufer 20 verbunden
ist und der sich in einem zylindrischen Permanentmagneten 52 hin und her bewegt,
um den Läufer 20 zu treiben. Ein zylindrisches Polstück 59 erstreckt sich durch
den ganzen treibenden Permanentmagneten 52, um einen Abstand im zylindrischen Magnetfluss
zu schaffen. Wenn der Spule 46 eine Spannung zugeführt wird, um den Läufer 20 vorwärts
oder relativ zur Magnetplatte 54 eines Datenspeichers radial nach innen zu treiben,
fliesst ein Strom durch die Spule 46 und erzeugt ein Magnetfeld. Infolgedessen wird
an der Spule 46 eine Kraft erzeugt, welche die Spule nach vorne aus dem Permanentmagneten
52 heraustreibt. Wenn sich die Richtung des
in der Spule 46 fliessenden
Stromes umkehrt, wird die Spule 46 in das Gehäuse des Permanentmagneten 52 zurückgezogen.
Durch Veränderung des an die Spulenwicklung angelegten Stromes kann der Läufer 20
beschleunigt und dann schnell abgebremst werden, um so eine schnelle Verschiebung
der Magnetköpfe von einer Spur auf eine andere Spur der Magnetplatte 54 zu bewirken.
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Wenn die Spule 46 des in Fig. 1 dargestellten Servoantriebes 48 in
Vorwärtsrichtung betätigt wird, neigt eine in der Spule induzierte Gegenspannung
dazu, das durch den Permanentmagneten 52 erzeugte magnetische Feld zu entsättigen.
Um diesen Effekt zu vermeiden, ist im Permanentmagneten 52 eine Kompensationsspule
56 angeordnet, die so polarisiert ist, dass sich ihr Magnetfeld zu dem Magnetfeld
des Permanentmagneten addiert. Die Kompensationsspule 56 wird während einer Vorwärtsbewegung
der Spule 46 erregt und umgekehrt bei einer Rückwärtsbewegung abgeschaltet. Dadurch
wird eine Entmagnetisierung des Permanentmagneten 52 verhindert.
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Durch die oben erwähnte Bewegung der Spule 46 wird der Läufer 20 entlang
einer Schiene 60 geführt, die linear mit dem Durchmesser der Magnetplatte 54 ausgerichtet
ist. Ein Lese-/Schreib-Magnetkopf 62 ist am Tragarm 64 befestigt. Wenn der Läufer
20 durch die Spule 46 angetrieben wird, stellt sich der Magnetkopf 62 auf eine gewählte
Spur der sich drehenden Scheibe 54 ein, wobei die Antriebsbewegung der Charakteristik
des treibenden Signales folgt.
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Um das erwünschte Antriebs signal zu entwickeln, ist der Läufer 20
mit einem Element 66 verbunden, an welchem das Widerstands element 26 des Positionsgebers
24 angeordnet ist. Der Positionsgeber 24 fühlt bei Bewegung des Läufers 20 dessen
Stellung ab und liefert die Positionsfehlerspannung an den in Fig. 1 dargestellten
Wechselstromverstärker 34.
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Ein Geschwindigkeitsfehlersignal wird durch das Tachometer 30 erzeugt,
das aus einem festen Hohlzylinder 68 mit festen Wicklungen und einem Stabmagneten
70 besteht, der sich in dem Zylinder 68 bewegen kann. Bei Bewegung des Läufers 20
wird der an der Lasche 72 befestigte Stabmagnet 70 ebenfalls bewegt, wodurch in
der Wicklung der Spule 68 eine Spannung induziert wird. Je schneller sich der Stabmagnet
70 bewegt, um so grösser ist die entwickelte Spannung. Die vom Tachometer 30 erhaltene
veränderliche Spannung stellt das Geschwindigkeitsfehlersignal dar, das in Verbindung
mit dem Positionsfehlersignal dem Gleichstromverstärker 42 zugeführt wird. Um den
Magnetkopf 62 auf die adressierte Spur einzustellen, wird ein Rastermechanismus
verwendet, der aus den in Fig. 5 dargestellten, in einem Abstand voneinander angeordneten
Klinken 72a und 72b und einer Zahnstange 74 besteht. Die Zahnstange 74 ist an der
Unterseite des Wagens 20 befestigt und weist mindestens so viele Zahnpositionen
auf, wie Spurpositionen auf der Platte vorhanden sind. In diese Stange greift eine
der beiden Klinken 72a und 72b, wenn das Positionsfehlersignal 0 wird.
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Der Klinkenabstand ist so gewählt, dass eine Klinke 72a der Spitze
eines Zahnes 76 gegenübersteht, wenn die andere Klinke 72b der Vertiefung zwischen
zwei Zähnen 76 gegenübersteht oder umgekehrt (siehe Fig. 5). Wenn der Läufer 20
die Bestimmungsposition erreicht, fällt eine der beiden Klinken 72 durch Magnetbetätigung
in die ihr gegenüberliegende Vertiefung ein.
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Wenn die adressierte Spur als ungeradzahlig erkannt wird, wird entsprechend
einem Signal der Bitstelle 1 des Registers 14 die Wicklung 12a des Transformators
10 erregt, wodurch die ungeradzahlige Klinke, z. B. 72a betätigt wird. Wenn andererseits
die adressierte Spur eine geradzahlige Position hat, wird die Spule 12a nicht erregt
und in diesem Fall wird die gradzahlige Klinke 72b betätigt, so dass diese in die
Zahnposition einfällt. Auf diese Weise wird eine genaue Einstellung des mit dem
Läufer 20 verbundenen Magnetkopfes 62 erreicht.
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Die Fig. 3 zeigt einen Teil der beschriebenen Schaltungsanordnung,
dem die am Transformator eingegebene Adresse eR und die Position eC der jeweiligen
Läuferstellung zugeführt werden. Daraus ergibt sich das Positionsfehlersignal GR
~ eCX das zur Treiberspannung Eg umgeformt wird.
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Es kann festgelegt werden, dass (1) p B KB ( R C)
wobei
E die Ausgangsspannung des Potentiometers 24, KB eine Konstante p des Potentiometers
und a eine Konstante Ko des Oszillators sind. Die Treiberspannung Eg am Ausgang
des Demodulators ist durch die Rückkopplungs schleife dieselbe wie die Eingangsspannung
V des Oszillators.
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(2) EX = EpK1 wobei EX die Ausgangsspannung und K1 eine Konstante
des Wechselstromverstärkers 36 sind.
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(3) Eo = EXK2 = EpK1K2 wobei K2 eine Konstante des Demodulators 38
ist.
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K0 eingesetzt in Gleichung (1) und für a = E0 ergibt
Durch Kreuzmultiplikation ergeben sich (6) E02 = (KBKo) (K1K2)
(8R - e)
| (7) E |
| und |
| (8) E0 (4 C gc), wobei C = \ffKBKO) (K1K2) |
Aus der Gleichung (8) geht hervor, dass E0 die Ausgangs spannung des Demodulators,
die zur Entwicklung des Motorantriebssignales verwendet wird, eine Quadratwurzelfunktion
des Positionsfehlersignales GR - #C ist.
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Fig. 4 zeigt eine Kurve des Positionsfehlersignales #R - #C relativ
zur Zeit, der die erwünschte parabolische Form zu entnehmen ist. Der Verlauf des
Geschwindigkeitsfehlersignals ist durch die Linearkurve wiedergegeben, wobei der
Schnittpunkt der beiden Kurven die Umschaltung zwischen Beschleunigungs- und Bremsphasen
während eines Einstellvorganges anzeigt.
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Zur Entwicklung der Quadratwurzel des Positionsfehlersignales wird
die
Trägeramplitude reduziert, wenn die gewählte Einstelladresse
e des Mag-R netkopfes von seiner Ausgangsstellung weiter weg liegt und sie wird
erhöht, wenn die gewählte Einstelladresse eR des Magnetkopfes dichter an seiner
Ausgangsstellung liegt.
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Zur Erzeugung eines entsprechend dem Bedarf geformten Treibersignales
kann entweder das Quadrat des Geschwindigkeitsfehlersignales oder die Quadratwurzel
des Positionsfehler signales verwendet werden. Die Arbeit mit der Quadratfunktion
der Geschwindigkeit würde jedoch den Betrieb mit einer höheren Spannung erfordern,
weshalb die Quadratwurzel des Positionsfehlersignales vorgezogen wird.