DE2013466A1

DE2013466A1 - Servo-System

Info

Publication number: DE2013466A1
Application number: DE19702013466
Authority: DE
Inventors: Koichi Berlin; Horii Masaru Haddonfield; N.J. Sadashige (V.St.A.). P G05d 23-20
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1969-03-21
Filing date: 1970-03-20
Publication date: 1970-09-24
Also published as: CA924414A; DE2013466B2; GB1301094A; DE2013466C3; US3611096A; JPS4918806B1; NL7004035A; FR2039720A5

Description

6971-70/v.R.

RCA 61,866

British Proν.patent appl.

No.14946/69 v. 21,März 1969

RCA Corporation, New York, N.Y.(V,St.A.)

Servo'-System.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Servo-System zum Synchronisieren der Bewegung eines drehbaren Bauteils mit einem Bezugssignal. Dieses System ist insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, für die Verwendung zum Regeln des Betriebs eines Kopfrads eines Aufzeichnungs- und Wiedergabegeräts , insbesondere eines Magnetbandgeräts zum Synchronisieren seiner Drehzahl und Phase geeignet.

Bei bekannten Magnetbandgeräten gibt es zwei übliche Systeme zum Hegeln der Drehzahl und Phase eines Kopfradmotors. Eines der Systeme regelt den Lauf des Kopfrads durch Frequenz- und/oder Phasen-Modulationsschemen. Hierbei läuft der äopfradmotor mit synchroner Geschwindigkeit und ist normalerweise ein gewöhnlicher 3-Phasen~Hysteresis-Synchronmotor. Das Frequenz- und/oder_Phasenmodulations-".system arbeitet mit einem Oszillator mit einer-ihm eigenen liittelfrequenz.-, beispielsweise von 240 Hz, Die Frequenz

des Oszillators wird um diese Mittelfrequenz moduliert und der Oszillator zeigt FrequenzSchwankungen, die zum Variieren der Motordrehzahl ausgenützt werden können, da die Ausgangs-, spannung des Oszillators gewöhnlich an zwei oder drei Leistungsverstärker angeschlossen ist, von denen geder eine der Phasen des Motors speist.

Eine der bei den Frequenz- und/oder Phasenmodulationssystemen auftretenden Nachteile ist, daß der 3-Phasen-Synchronmotor ständig volle Leistung aufnimmt, selbst unter optimalen Laufbedingungen bei korrekter Drehzahl und Phase. Wegen der hohen Leistungsaufnahme erwärmt sich der Motor und der sich einstellende Temperaturanstieg führt zu eine Aufspaltung bewirkenden Wechseln in der Kopfradanordnung, die gewöhnlich sehr nahe am Kopfradmotor angeordnet ist. Solche Temperatureffekte führen zu geometrischen Verzerrungen der aufgenommenen Wellenformen und sind für eine gute Aufzeichnung und Wiedergabe störend.

Ein weiterer Nachteil ist, daß meistens Hysteresis-Hotoren verwendet v/erden, die leicht zum Pendeln neigen. Sie pendeln gewöhnlich in einer vom I'rägheitsmoment und dem Dämpfungskoeffizient des rotierenden Systems abhängigen Frequenz, die im allgemeinen im Bereich von einigen Hertz liegt. Das Pendeln wird gewöhnlich durch die Verwendung einer Servoschleife beherrscht, die diese Erscheinung kompensiert. Die Verstärkung^- und Phasencharakteristiken einer solchen Schleife sind kritisch und müssen sorgfältig eingestellt werden. Sind die Verstärkungs- und Phasen-Charakteristiken nicht auf ihre jeweiligen richtigen Pegel eingestellt, so wird die Schleif-e unstabil und bringt den Motor zum Taumeln.

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BAD ORIGINAL

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Zur "Vermeidung der-Schwierigkeiten. mit dem beschriebenen Frequenzmodulationssystem. kann ein Amplituden- oder . . Leistungsmodulatiönssystem verwendet werden. Hierbei läuft der Motor asynchron mit Schlupf. Während dieser Betriebsweise wird eben so viel Leistung verbraucht, als der Motor für die Reibung und die Ventilationsverluste benötigt, um seine erforderte Drehzahl und Phase aufrechtzuerhalten* Die eingespeiste Leistung reicht also gerade aus, damit der Motor seine "Funktion ordnungsgemäß erfüllen kann und ', die Kopfradanordnung mit der nötigen Drehzahl und Phase antreibt. Bei dieser Betriebsweise ergibt sich nur eine geringfügige Erwärmung des Motors und die im Zusammenhang mit dem Frequenzmodulationssystem beschriebenen thermischen Effekte sind erheblich vermindert..■-_■"■

Wegen des hohen Schlupffaktors, mit dem der Motor bei solchen Systemen läuft, ergibt sich keine Tendenz, daß der Motor aus elektrischen Gründen außermittig läuft,

!Trotz dieser Verbesserungen treten ^ed°ch noch Nachteile auf dadurch, daß die Servosteuerung der Drehzahl und der Phase des Köpfrads einsinnig ist. Das bedeutet, daß die Leistungszufuhr zum Kopfradmotor über den stationären Zustand hinaus erhöht wird, wenn eine Beschleunigung des Kopfrads gefordert wird. Ist es jedoch notwendig, das Kopfrad zu verlangsamen, so wird die Leistungszufuhr zum Motor vermindert oder vollkommen abgeschaltet. Das Maß der Verzögerung hangt also von der Höhe der äußeren Reibung, der Bremsung durch die Lüftung und anderen mit dem Antriebsmotor verbundenen Verlustelementen ab.

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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Lcistungs-Servo-Regelung der Drehzahl und Phase eines rotierenden Bauteils zu schaffen, wobei die Hegelung zv/eisinnig ist.

Gemäß einer Ausführungsiorra der Erfindung enthält ein Auizeichnungs- und Wiedergabegerät ein in einer gegebenen Richtung drehbares Bauteil und Einrichtungen zum Erzeugen eines Istwert-Signals, das eine Information über die Drehzahl und Phase des Bauteils enthält. In einer auf das Istwert-Signal und ein geeignetes Bezugssignal ansprechenden Einrichtung wird ein i'ehlersignal erzeugt, das die Phasen- und i'requenzdiix'erenz zwischen diesen beiden anzeigt. Das Bauteil wird von einem leistungsabhängigen Antrieb gedreht. Dieser leistungsabhängige Antrieb ist mit einer Leistuugssteuerungseinrichtung verbunden, die auf das iFehlercignal anspricht und bewirkt, daß der Antrieb das Bauteil mit einer Drehzanl und Phase so dreht, daß die Differenz verringert wird. Mit der Leistungssteuerungseinrichtung sind hittel verbunden, mit deren Hilfe die Richtung der angelegten Leistung umgekehrt wird, wenn das iehlersignal des Drehzahl- und/oder Phasendetektors anzeigt, daß der hotor zu schnell läuft oder in der Phase voreilt, obwohl die effektive Leistungseixispeisung auf hull reduziert ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. Es zeigen:

i'igur 1 einen Blockschaltplan eines erfindungsgemäßen Servosystem*:;

i'igur 2 Diagramme von Impulsfolgen zur Erläuterung der Wirkungsweise der Ausfünrungsform gemäß jj'igur 1.

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»AD ORiGiMAL

MB *"ΐ ^a

"'!"igur 1 zeigt ein die Erfindung beinhaltendes Aufzelchnungs- und Wiedergabegerät in vereinfachter IPorm. Ein Aufnahmemedium 2 wird durch das Zusammenwirken eines Antriebszylinders 4 und einer Andrückrolle 6.befördert. Das Aufnahmemedium 2 kann als endlose Schleife angeordnet sein oder von einer Ablaufspule zu; einer Aufwi.ck'elspule (nicht dargestellt) laufen. Ein Kopfrad 8 ist in einer zur Laufrichtung des Aufnahmemediums 2 senkrechten Ebene drehbar angeordnet. ■ Das Kopfrad 8 hat zweckmäßigerweise an seinem Umfang verteilte Magnetköpfe 10, die ihrerseits am Aufnahmemedium 2 angreifen und in zeitlicher Polge die Breite des Aufnahmemediums 2 übertasten.. Die aufgenommenen und durch die Magnetkopfe 10 vom Aufnahmemedium 2 abgenommenen Signale werden von einer Aufnahme- und Abspielschaltung 12 weiterverarbeitet.

Mit dem Kopfrad 8 ist ein Motor 14 gekoppelt, der für dessen gesteuerte Umdrehung sorgt.-Der Motor 14 ist zweckmäßigerweise ein Mehrphasen-Synchronmotor, der unter dem Einfluß einer gesteuerten Erregerleistung mit einer Drehzahl läuft, die wesentlich unterhalb seiner entwurfsgemäßen synchronen Drehzahl liegt. Dieser hohe Schlupf vermindert die Tendenz des Motors zum außermittigen Betrieb.

Der Motor 14 treibt gemeinsam mit dem Kopfrad 8 ein Einstimmungs- oder Tonrad 16 an. Das Tonrad 16 kann aus magnetisch aufnahmefähigem Material bestehen und eine Nut oder Öffnung enthalten. Jedesmal, wenn die Hut an einem Minier 18 vorbeiläuft, wird ein Impuls erzeugt. In dieser oder einer ähnlichen V/eise' wird entsprechend der Drehzahl des Kopfrads 8.eine Impulskette erzeugt. Die Ausgangssignale des !Fühlers' 18 werden in einer sie weiter verarbeitenden Tonradschaltung 20 einer geeigneten Impulsformung und. Verstärkung unterworfen. ·

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Das Ausgangssignal der Tonradschaltung 20 ergibt ein erstes Eingangssignal für eine Frequenz- und Phasen-Fehlerdetektorschaltung 22. Ein zweiter Eingang der Fehlerdetektorschaltung 22 ist mit einer Bezugssignalquelle 24 verbunden. Das Bezugssignal ist vorteilhafterweise eine Impulskette, die der Drehzahl und Phase, mit der der Betrieb des Motors 14· und damit des Kopfrads S zu synchronisieren sind, zugeordnet ist. Sofern die vom Aufzeichnungs- und Wiedergabegerät zu verarbeitende Information ein i'ernseh-Videosignal ist, ist das Bezugssignal vorteilhafterweise von der Phase und Frequenz der horizontalen und/oder vertikalen Synchronisationssignale der Videoinformation abgeleitet und ihnen zugeordnet.

Beim beschriebenen Beispiel beträgt die Frequenz des Bezugssignals 240 Hz, was eine gewünschte synchronisierte Laufdrehzahl des Kopfrads 8 von 240 Umdrehungen pro Sekunde mit sich bringt.

Das von der Quelle 24 kommende Bezugccignal dient außerdem als Eingangssignal für eine Signalerzeugungseinrichtung, die aus einem Oszillator 26, einem Generator 28 und einem Komparator yO aufgebaut ist. Der auf das auf einem Leitungsstück 31 liegende Steuersignal antwortende Oszillator 26 erzeugt ein Signal, das ein Vielfaches des Bezugssignals ist. Im beschriebenen Beirrpiel erzeugt der Oszillator 26 ein Ausgangssignal der 18-fachen Frequenz seinen Eingangssignals, also von 4J520 Hz. Entsprechend diecom Signal erzeugt der Generator 28 drei zeitlich phasenverschobene Ausgangssignale, die im folgenden als Phase 1 (0 1), Phase 2 (0 2) und P'hase 3 (0 3) bezeichnet werden. Die drei Ausgangssignale haben zweckmäßigerweine ein zweites gegebenes Vielfaches der Frequenz des BezugGsignals, etwa 720 Hz, und sind um 12Q° gegeneinander phasenverschoben. Eines der Ausgangssignale des Generators 28, im beschriebenea Beispiel 0 1, wird als zweites Eingongs-

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signal- dem Komparator 30 eingespeist« Der Komparator 30 liefert am Leitungsstück 31 ein Steuersignal, das sicherstellt, daß die Ausgangssignale des Generators 28'hinsichtlich Frequenz .und Phase dem Bezugssigiiai von der Quelle 24-korrekt zugeordnet sind. Die gegenseitigen Phasen der Ausgangssignale des Generators 28 und des^Oszillators 26 sind in Figur 2 durch die Impulsfolgen B, G, D bzw. A dargestellt.

Die Ausgangssignale des Generators 28 sind also in der Phase auf das. Bezugssignal abgestimmt, das seinerseits in "bekannter Weise mit dem Horizontal- und Vertikal-Synchronisationssignal der Yideoinformation in Einklang ist, die ■vom Aufzeichnungs- und Wiedergabegerät verarbeitet ,wird. Dies stellt sicher, daß jegliche Störung, falls und sohald eine eintritt, was zumeist bei der Horizontalablenkung der Fall ist, stationär bleibt und somit beim Abspielen der yideoinformation als weniger nachteilig empfunden wird.

Die Ausgangsklemmen des Generators 28 sind an Leitungen, 32, 34 und 36 geschlossen und hierüber mit den Eingangsklemmen eines Dreieckimpulsgenerators 38 verbunden, der einen Signalintegrator bekannter Bauart enthält. Der Dreieckimpulsgenerator 38 erzeugt aufgrund der Ausgangssignale des Generators 28 eine Serie von Dreieckimpulsfolgen, von denen'eine als Impulsfolge H für 0 1 \in Figur 2 dargestellt ist. In der Ausführungsform der Erfindung enthält der Dreieckimpulsgenerator 38 auch eine Schaltung wie etwa einen Signalinverter, der eine umgekehrte oder komplementäre Form der Impulsfolge H gemäß Figur 2 erzeugt, und gibt also an Ausgangsklemmen 40, 42 und 44 für jede der Phasen 0 1, 0 2 bzw» 0 3 die Dreieckimpulsfolgen jeweils

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paarweise komplementär ab. Für eine der Phasen ist dies in Figur 2 als die Impulsfolgen H und L dargestellt.

Die Ausgangsklemmen 40, 42 und 44 sind an Eingangsklemmen eines Modulators 46 angeschlossen. Der Modulator 46 enthält Begrenzerschaltungen, deren Begrenzungspegel, nämlich der Pegel 48 bei den Impulsfolgen H und L gemäß Figur 2, entsprechend dem Drehzahl- und Phasenfehlersignal gesteuert wird, das vom Ausgang der Fehlerdetektorschaltung 22 auf einer Leitung 47 zugeführt v/ird. Wie aus Figur 2 anhand der Impulsfolgen H und L erkennbar ist, ergibt die Begrenzerschaltung des Modulators 46 ein symmetrisches, impulsbreitenvariiertes Signal entsprechend dem Fehlersignal von der Fehlerdetektorschaltung 22, wie in den Impulsfolgen J und K in Figur 2 dargestellt ist. Während die Impulsbreite der Impulsfolge J variabel ist, v/ird die Impulsamplitude durch eine den Signalpegel steuernde oder regelnde Schaltung bekannter Bauart konstant gehalten, die ebenfalls im Modulator 46 eingeschlossen ist. Zur größeren Klarheit sind nur die Impulsfolgen J und K in Figur 2 für eine als Beispiel herausgegriffene Phase dargestellt.

Wie durch den in Figur 2 gestrichelt eingezeichneten Beg-renzungspeprel 48 angedeutet ist, ändern sich die Impulsbreiten der Impulsfolgen <j und k umgekehrt wie der Bef,xenzuiigspe^el 4ö. Der Grund hierfür v/ird aus dem nachfolgend Erläuterten erkenubar.

Die Impulsbreitenvaria tion erfolgt symmetrisch uin eine angedeutete iiittellinie 49 der jeweiligen Impulse von J und k. Diese symmetrische Impulsbreitenvariation moduliert den Antrieb des hotors 14, wie nachfolgend beschrieben wird.

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Das Yörsehen dieser Symmetrie bietet den Vorteil, daß Iceine unerwünschten Phasenverschiebungen der Mo tor-Antrieb swell e erzeugt werden. Wäre die Impulsbreitenvariation nicht symmetrisch, so würde zwar die Motorwelle mit der gewünschten, von der Impulsbreite bestimmten Drehzahl umlaufen, die asymmetrische Breitenvariation würde -jedoch einen Bezugspunkt an der Welle in seiner Phase vor- oder zurückschieⁱben, wenn sich der Ausgang der Pehlerdetektorschaltung 22 ändert· Dies wiederum würde zur Eolge haben, daß die Wandler oder Magnetköpfe iO, obwohl sie mit der geforderten Geschwindigkeit umlaufen wurden, das Aufnahmemedium 2 in unerwünschter zeitlich geänderter Beziehung abtasten wurden.

Die in Pigur 2 als Beispiel für eine der Phasen anhand der Impulsfolgen J und K gezeigten, impulsbreitenvariablen Signale werden einer Schalteranordnung 50 zugeleitet, und zwar auf leitungen 52 bzw. 54-· Die impulsbreitenvariablen Signalpaare für 0 2 und 0 3 sind ebenfalls der Schalteranordnung 50 zugeleitet, und zwar über leitungen 56, 58 bzw. 60, 62. Eines der Signale des Signalpaars von 0 1 auf der leitung 52 ist an ein Kontaktstück 64 eines Schalters 66 gelegt und das andere Signal des Signalpaars 0 Λ auf der leitung 54- ist über einen Inverter 68 an ein Kontaktstück 70 des Schalters 66 gelegt. Ein Pol 72 des Schalters 66 gibt gemäß seinem Anschluß ein erstes ausgewähltes Ausgangssignal der Schalteranordnung 50 auf eine leitung 74·· Eines der Signale des Signalpaars 0 2 auf der leitung 56 ist an ein erstes Kontaktstück 76 eines Schalters 78 gelegt und eines der Signale des Signalpaars 0 3 auf der leitung 60 ist an ein erstes Kontaktstück 80 eines Schalters 82 gelegt» Das andere Signal des Signalpaars 0 2 auf „der leitung 58 ist über einen Inverter 84- mit einem zweiten KontaktäStück 86 des Schalters 82 verbunden, während das zweite Signal des Signalpaars 0 3 auf der leitung 62 über einen

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Inverter 88 mit einem zweiten Kontaktstück 90 des Schalters 78 verbunden ist. Ein Pol 92 des Schalters 78 liefert gemäß seinem Anschluß ein ausgewähltes Ausgangssignal der Schalteranordnung 30 auf einer Leitung 94 und ein Pol 96 des Schalters 82 liefert gemäß seinem Anschluß ein ausgewähltes Ausgangssignal der Schalteranordnung 50 auf einer Leitung 98. Außerdem ist eine Schaltsteuereinrichtung 100 enthalten, die gleichzeitig die Signalwahl durch die Schalter 66, 78 und 82 in Antwort auf ein Steuersignal auf einer Leitung 102 steuert·

Aus dem Beschriebenen ergibt sich, daß der Schalter 66 so betätigt werden kann, daß er als Ausgangssignal auf der Leitung 74 ein von den beiden impulsbreitenvariablen Signalen von 0 1 ausgewähltes Signal liefert. Der Schalter 78 liefert in der in der Figur dargestellten Stellung ein erstes der Signale von 0 2, entsprechend der Impulsfolge J gemäß Figur 2 und in einer Schaltstellung am Kontaktstück 90 eine umgekehrte Form des zweiten Signals von 0 3, entsprechend der Impulsfolge K gemäß Figur 2, das dann auf der Leitung 94 auftritt. Der Schalter 82 liefert, in der dargestellten Stellung ein erstes Signal von 0 3,entsprechend der Impulsfolge J gemäß Figur 2, und in Kontaktstellung mit dem Kontaktstück 86 liefert er auf die Leitung 98 eine invertierte Form des zweiten Signals von 0 2, das der Impulsfolge K entspricht. Die Schalteranordnung 50 ermöglicht es also, zwischen dem ersten und dem zweiten Signal der Paare impulsbreitenvariabler Signale für die verschiedenen Phasen zu wählen und außerdem die Ausgangssignale zweier der Phasen, die als die Phasen 0 2 und 0 5 dargestellt sind, zu verdrehen. * '

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Das Steuersignal auf der Leitung 102 für die Schalteranordnung 50 stammt von einem Sensor oder einer Speisungssinn-Einriehtung 104, deren Eingangssignale die impuls- breitenvariablen Signalpaare jeder der auf den Leitungen 52 bis 62 liegenden Phasen sind. Die Speisungssinn-Einrichtung 104 enthält eine auf die Impulsbreite ansprechende Schaltung, die feststellt, wenn die eingahgsseitige Impulsbreite, die ein Anzeichen für·die schließlich vc;m Motor 14- benötigte Leistung ist, niedriger ist als ein gegebener Wert. Die Einrichtung 104 gibt dann das Steuersignal auf die Leitung 102 und zeigt damit an, daß die ^ Impulsbreite und damit die Antriebsleistung großer und kleiner als ein gegebener Wert ist. -

Von besonderer Bedeutung ist eine Impulsbreite mit einem Wert von 33 1/3 $ der maximalen vom Modulator 4-6 gelieferten Impulsbreite; sie wird zum gegebenen Bezugswert für die Speisungssinn-Einrichtung. 104 gemacht. Die Bedeutung dieses Werts wird durch Betrachtung der Speisung des Hehrphasenmotors 14 verständlich. Damit der Motor 14 antreiben kann., muß zwischen jedem Paar seiner drei Wickluttgen, die den Phasen 0 1) 0 2 und 0 3-entsprechen, eine Kontinuität herrschen. Ein solcher Zustand ist in Eigur 2 durch die Überlappung der Impulsformen B, 0 und D der drei Phasen dargestellt. Wird die Impulsbreite der Signale auf näherungsweise ein'Drittel des Höchstwerts- erniedrigt, so sind die resultierenden impulsbreitenvariablen Phasensignale durch die Impulsfolgen Q, R und S in Figur 2 dargestellt. Diese Impulsfolgen Q, R und S überlappen sich nicht und es besteht keine Kontinuität zwischen irgendwelchen zwei Phasen. Obwohl also eine endliche Impulsbreite besteht, ist die effektive Leistung des Motors Hull. Dieser Zustand der

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nicht überlappenden oder Hulleistung-lmpulsbreite kann beispielsweise dadurch festgestellt werden, daß in der Speisungssinn-Einrichtung 104 logische UND-Schaltungen vorgesehen sind, die auf die impulsbreitenvariablen Eingangssignale ansprechen und einen Flip-Flop entsprechend dem Wert der Impulsbreite in Bezug zur Hulleistung-Impulsbreite schalten.

Die auf den Leitungen 7²S 94 und 98 liegenden Ausgangssignale der Schalteranordnung ί?0 werden als erste Eingangssignale einer logischen Gatterschaltung' 106 zugeführt. Eine zweite Gruppe von Eingangsklemmen der logischen Gatterschaltung 106 ist an Leitungen 108, 110 und 112 geschaltet, die von einem Generator 114 über Schalter 116, 118 bzw. 120 herführen. Dem Generator 114 sind dreiphasig Eingangssignale auf den vom Generator 2o kommenden Leitungen $2, 34 und 36 zugeführt. Wie erwähnt, liefert der Generator 28 ein dreiphasiges Ausgangssignal als zweites gegebenes Vielfaches des von der Bezugssignalquelle 24 kommenden Signals. Da die Eingangssignale für den Generator 114 vom Generator 28 stammen, sind auch die Ausgangssignale des Generators 114 hinsichtlich der Phase auf das Bezugssignal der Quelle 24 bezogen. Im beschriebenen Beispiel erzeugt der Generator 114 ein drittes Vielfaches und die drei Ausgangssignale auf Leitungen 122, 124 und 126 haben eine Frequenz von 560 Hz. Diese Ausgangssignale sind in Figur 2 als Impulsfolgen E, F und G in Beziehung zum .Bezugssignal A und den Ausgangs-Impulsfolgen B, C und D des Generators 28 dargestellt. Das Signal der Phase 0 1 auf der Leitung 122 wird Kontaktstücken 128 und 1JO des Schalters 116 zugeführt. Das Ausgangssignal auf der Leitung 124 wird

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einem Kontaktstück 132 des Schalters 118 und einem Kontaktstück 1J4- des. Schalters 120 zugeführt. Bas Ausgangs signal auf der Leitung 126 schließlich wird einem Kontaktstück 136 des Schalters 118 und einem Kontaktstück 138 des Schal- · ters 120 zugeführt.

Während also der Schalter 116 in beiden Schaltstellungen das Signal 0 1 liefert, sind die Schalter 118 und 120 so gesteuert zu betätigen, daß sie die Signale 0 2 und 0 3 vertauschen.· Die Schalter 116, 118 und 120. können, wie es dargestellt ist, einen .Teil" der· Schalteranordnung 50 darstellen oder getrennt vorgesehen sein. In beiden Fällen werden die Schalter 116, 418 und 120 gemeinsam mit' den Schaltern 66, 78-und 82 von der Schaltsteuereinrichtung 100 gesteuert.

Die- logische Gatterschaltung 106 enthält logische Schaltglieder bekannter Art, etwa ODBR EXCLUSIV-. oder UND NIGHT-Schaltungen, die einen Toreffekt veränderbarer Breite für die Ausgangssignale des Generators 114 zum Erzeugen von 360 Hz-5-Phasen-Ausgangssignalen auf Leitungen 140, 142 und 144 ergeben. Diese Ausgangssignale enthalten die Impulsbreitenvariations-Fehlerinformation der Sehlerdetektofschaltung 22 auf Grund der Punktion des Modulators 46. Die Wirkungsweise der Gatterschaltung 106 wird beim Studium einer der Phasen, nämlich 0 1, anhand der Impulsfolgen gemäß ij'igur 2 klar. Teile der Impulsfolge E werden entsprechend dem Signal J von variabler Breite ausgeschnitten, wodurch eine Impulsfolge M entsteht. Eine Impulsfolge W wird erzeugt, indem aus einer der Impulsfolge E komplementären Impulsfolge aufgrund der Impulsfolge J Teile herausgeschnitten werden. Die Impulsfolgen M und Ii werden kombiniert und

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erzeugen eine bipolare Impulsfolge P von veränderlicher Impulsbreite, die auf der Leitung 140. von der Gatterschaltung 106 ausgeht. Die Signale der Phasen 0 2 und 0 3 werden analog verarbeitet und liefern bipolare Ausgangssignale auf den Leitungen 142 bzw. 144. Diese drei Phasen-Ausgangssignale auf den Leitungen 140, 142 und 144 werden über einen Leistungsverstärker 146 und Leitungen 148, 150 und 152 als dreiphasiger Eingang dem Motor 14 zugeleitet. Der Ausgangspegel des Leistungsvjerstärkers 146 kann so eingestellt v/erden, daß eine stetige Drehzahl des Motors 14 erzielt wird, die niedriger ist als seine normale synchrone Drehzahl.

Das System gemäß Figur 1 arbeitet bezüglich einer Unteroder Überdrehzahl am Motor 14 in folgender Weise:

Bei zu langsamen Lauf, beispielsweise aufgrund einer elektrischen oder sonstigen Störung, liefert die Pehlerdetektorschaltung 22 ein Signal, daiS den Fehler zwischen dem Bezugssignal von der Quelle 24 und dem AusgangBsignal der Tonradschaltung 20 anzeigt. Gleichzeitig erzeugt der Dreieckimpulsgenerator 38 vom Bezugssignal der Quelle 24 her über den Generator 28 Eingangssignale für den Modulator 46. Das am anderen Eingang des Modulators 46 anliegende Fehlersignal verschiebt den Begrenzungspegel, so daß die drei Phasenimpuls-Ausgangssignale des hodulafcors 46 verbreitert werden. Die Speisungssinn-Einrichtung 104 stellt fest, daß die Impulsbreite größer ist, als die etwa 33 #» die dem Nulleistungswert entsprechen, und gibt ein Signal an die Schaltsteuereinrichtung 100 ab, die die Schalteranordnung 50 in der dargestellten Stellung hält. Die 720-Hz-Impulse vergrößerter Breite für -den Dreiphasenausgang der

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Schalteranordnung 50 ergeben über die Gatterschaltung 106 bipolare Impulse von J60 Hz und von vergrößerter Breite, die über den Verstärker 146 zum Motor 14 geleitet sind. Die vergrößerte oder modulierte Breite des Antriebs des Motors 14 hat zur Folge, daß dieser in seiner Drehzahl nachzieht.

Bei Überdrehzahl werden die Eingangssignale für den Modulator 46 in der soeben beschriebenen Weise, entwickelt. Das am Modulator 46 anliegende Fehlersignal hat nun eine Verminderung der Impulsbreite der Ausgängssignale des Modulators 46 zur Folge. Diese verminderte Impulsbreite gelangt analog wie vorher beschrieben über die Gatterschaltung 106 und den Verstärker 146 zum Motor 14,- der-sich daraufhin verzögert. Erreicht die Impulsbreite vom Modulator 46 33 1/3 ⁰P des Breitenwerts, so steht dem Motor 14 keine Leistung mehr zur Verfügung. Wäre dies das einzige vorgesehene Steuermittel, so würde der Motor 14, wie schon erläutert, weiter mit der unerwünschten zu hohen Drehzahl dahinlaufen. Schließlich würden die Reibung und der Luftwiderstand ihn auf die gewünschte Drehzahl verzögern. ■

Bei der Schaltung gemäß Figur 1 steuert die Speisungssinn-Einrichtung 104, wenn der Hulleistungszustand erreicht ist, die Schaltsteuereinrichtung 100 so an, daß sie die Pole der Schalter 66, 78, 82, 116, 118 und 120 auf das jeweilige Kontaktstück 70, 9Ό, 86, 130, 136 bzw. 134 aufschalten. Es wird dann die Impulsfolge K (Figur 2), die als Ausgangssignal des Modulators 46 auftritt, anstelle der Impulsfolge J abgegeben und der logischen Gatterschaltung 10.6 eingespeist. Außerdem sind die Phasenausgänge 0 2 und 0 3 zwischen den Leitungen 94 und 98 vertauscht.

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Die Vertauschung der beiden Phasen bewirkt, daß die dem Motor 14 zugeführte, den Antrieb steuernde Spannung einen Antrieb zur jf-olge hat, dessen Richtungssinn oder Polarität dein Drehsinn des Motors entgegengesetzt ist, es tritt also Gegenstrombremsung ein. Der vom Fehlersignal abhängige Begrenzungspegel, der weiterhin den zu schnellen Lauf des Motors anzeigt, ergibt eine anwachsende Impulsbreite, bis sich der Motor 14 auf die geforderte Bezugsdrehzahl verlangsamt hat.

Die erhöhte Impulsbreite wird bei der beschriebenen Ausführung durch die Begrenzung im Modulator 46 erzielt. Das bedeutet, daß bei einem Unterdrehzahl-Iiⁿehlersignal die Impulsfolge J abnimmt, jedoch die Impulsfolge K in ihrer Breite zunimmt. Zweckmäßigerweise ist der Modulator so eingestellt, daß beim Wert von 33 1/3 "p für die Breite der Impulse der Impulsfolge J die beiden Impulsbreiten gleich sind. Hierdurch wird sichergestellt, daß eine umschaltung erfolgt, wenn am Motor die Hulleistung anliegt. Außerdem hat es eine weiche stetige Antriebsregelung zur jJOlge, ohne Erregungswert-Sprünge, die den Motor stören könnten.

Während sich der Motor 14 zur gewünschten Bezugsdrehzahl verlangsamt, erniedrigt sich die antreibende Impulsbreite. Hat sie dabei in der umgekehrten Antriebsrichtung die dem riulleistungszustand entsprechende Impulsbreite erreicht, so bewirkt die Speisungssinn-Einrichtung 104, daß die Schaltsteuereinrichtung 100 die Pole der Schalter 66, 7ö» S2, 116, 118 und 120 auf das jeweilige Kontaktstück 64, 76, 80, 128, 132 bzw. 13Ö aufschaltet und so das Antriebssystem in seinen ursprünglichen Arbeitszustand zurückbringt.

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In. entsprechender Weise kehrt die Speisungssinn-Einrichtung 104, wenn die Motordrehzahl sich im folgenden auf der geforderten Bezugsdrehzahl "einnullt", den Motor-Antriebs sinn jedesmal um, wenn die von der Antriebssteuersignal-Impulsbreite angezeigte Nulleistungsbedingung erreicht wird.

Das beschriebene Servo-System ergibt also eine zwangsläufig gesteuerte Verzögerung. Außerdem erhalt die symmetrische Änderung der Antriebs-Impulssteuerung die,erforderte Phasenlage der Welle des Motors.14 und damit die richtige Phasenstellung der Abtastung der Magnetkopf e 10 über dem Aufnahmemedium 2.

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ORIGINAL JNSPECTeO

Claims

Patentansprüc h e

1.}Servo-System zum Synchronisieren der Bewegung eines drehbaren Bauteils mit einem Bezugssignal, insbesondere für ein Aufzeichnungs- und Wiedergabegerät, bei dem das drehbare Bauteil in einer gegebenen Richtung rotiert und in dein ein nach seiner Frequenz und Phase die Drehzahl und Phase des drehbaren Bauteils artzeigendes Steuersignal erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein vom Steuersignal und vom Bezugssignal abhängiges !Fehlersignal die Frequenz- und Phasendifferenz zwischen den beiden Signalen anzeigt; daß das drehbare Bauteil (10) durch einen leistungsabhängigen Antrieb (106, 146, 14) angetrieben ist; daß mit dem Antrieb eine Leistungssteuerungseinrichtung (46) verbunden ist, die vom Fehlersignal angesteuert wird und eine Drehung des drehbaren Bauteils durch den Antrieb in einer Geschwindigkeit und Phase bewirkt, daß die Differenz vermindert wird; und daß zum Verzögern des drehbaren Bauteils in gegebener Rieh- . tung die Richtung der dem Antrieb eingespeisten Leistung durch eine mit der Leistungssteuerungseinrichtung verbundene Einrichtung (104, 50) bei Verminderung der Leistung auf einen gegebenen Wert infolge des tfehlersignals umkehrbar ist.

2. Servo-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der leistungsabhängige Antrieb ein Mehrphasenmotor (14) mit einer Mehrzahl von Eingängen ist und daß die Leistungssteuerungseinrichtung folgende Teile enthält: (i) eine Einrichtung (106, 146) zum Erzeugen und Anlegen von Impulsspeisungssignalen von aufeinanderfolgender Phase und im wesentlichen konstantem Pegel an die jeweiligen Eingänge

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ORIGINAL INSPECTiO

des Antriebs, (ii) eine Einrichtung (46) zum Verändern der Breite der Speise.signale entsprechend dem Eehlersignal, (iii) eine Einrichtung (104) zum Vergleichen des Werts der Impulsbreite der Speisesignale mit einem gegebenem Wert, und (iv) eine Einrichtung (,10O, 78, 82, 118, 120) zum Vertauschen von zweien der SpeiseSignaleingänge an den Antrieb, wenn die Breite der Speisesignale unter den gegebenen Wert fällt.

5· Servo-System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der dem Antrieb (14) zugeführten Speisesignale von der Steuereinrichtung (146) auf einen Wert begrenzt ist, der eine Drehzahl des Antriebs mit einer· wesentlich unter seiner synchronen Drehzahl liegenden Drehzahl bewirkt, und daß die Steuereinrichtung Mittel (38, 46) zum symmetrischen Verändern der Arbeitsperiode jedes der speisenden Signale zum Aufrechterhalten einer gegebenen Zeitphasenbeziehung unter den Speisesignalen enthält.

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