DE3007874A1

DE3007874A1 - Regelsystem

Info

Publication number: DE3007874A1
Application number: DE19803007874
Authority: DE
Inventors: Abraham Hoogendoorn; Kornelis Antonie Immink
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1979-03-05
Filing date: 1980-03-01
Publication date: 1980-09-11
Also published as: GB2043964A; GB2043964B; DK150421C; JPS6334481B2; DK150421B; NZ193018A; SE8001622L; ES489138A1; CH650086A5; AU5600380A; NL7901721A; US4286318A; DK88180A; SG17183G; ZA80606B; BE882035A; SE440834B; IT8067322A0; BR8001260A; CA1154523A

Description

18.8-η»?:' *. ϊ'ΗΝ 937^

Regelsystem.

Die Erfindung bezieht sich.

auf eine Regelschleife zur Regelung einer Regelgrrjsse und diese Regelschleife ist versehen mit

- einer Steuervorrichtung zur iLnderung der Regelgrösse als Reaktion auf ein Steuersignal,

- einem Detektionssystem zur Lieferung eines Fehler— signals, das den Unterschied zwischen dem I£twert und dem Sollwert der Regelgrösse anzeigt, und

- einer Regeleinheit mit einer Eingangsklemme, die mit dem D?tektionssystem gekoppelt ist, um das Fehlersignal zu empfangen, und einer Ausgangsklemme, die mit der Steuervorrichtung gekoppelt ist, um das Steuersignal zu liefern, wobei diese Regeleinheit eine Ubertragungskennlinie mit einer Anzahl von Spitzen bei einer Grundfrequenz und deren

Harmonischen aufweist_o

Regelschleifen spielen gegenwärtig in zahlreichen Geräten eine wichtige Rolle. Dabei kann insbesondere an Servoregelschleifen zur Regelung der Lage eines Stellgliedes gedacht werden. Die Anforderungen,

die dabei an diese Regelschleifen gestellt werden, können sehr hoch sein. Um dies nachzuweisen, werden nachstehend zwei Beispiele von Geräten gegeben, bei denen eine oder mehrere solcher Regelschleifen eine wichtige Rolle spielen.

Als erstes Beispiel sei eine

optische Auslesevorrichtung für scheibenförmige Aufzeichnungsträger erwähnt, auf die in einer optisch detektierbaren Struktur Video- und/oder Audioinformation aufgezeichnet ist« Ein derartiger Aufzeichnungsträger enthält meistens eine

spiralförmige Informationsspur, die mit Hilfe eines 30

StrahlungsbundeIs ausgelesen wird. Um dies verwirlichen zu können, sind mindestens zwei Regelschleifen erforderliche Zunächst ist eine erste Regelschleife erforderlich, die die

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Original inspected

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radiale Lage des von dem Strahlungsbündel auf dem Aufzeichnungsträger erzeugten Abtastflecks regelt, mit anderen Worten, dafür sorgt, dass dieser Abtastfleck

stets mit der Informationsspur zusammenfällt, ungeachtet g

einer etwaigen Exzentrizität des Aufzeichnungsträgers. Als zweite ist eine Regelschleife erforderlich, die dafür sorgt, dass das Strahlungsbündel nach wie vor genau auf die Informationsfläche des Aufzeichnungsträgers fokussiert ist, ungeachtet der Unebenheiten dieses scheibenförmigen Aufzeichnungsträgers. Schliesslich ist meistens noch eine dritte Regelschleife erwünscht, um Zeitfehler im ausgelesenen Signal durch Regelung der Lage des Abtastflecks in der Spurrichtung auf dem Aufzeichnungsträger zu korrigieren.

Als zweites Beispiel sei ein 15

Aufzeichnungs- und Wiedergabesystem für Videosignale erwähnt, bei dem ein Magnetband als Aufzeichnungsträger benutzt wird. Dabei wird die Information meistens auf das Magnetband gemäss einem Muster zueinander paralleler Spuren

aufgezeichnet, die einen kleinen Winkel mit der Längsachse 20

des Magnetbandes einschliessen. Dazu wird das Magnetband entlang eines Teiles des Umfangs einer sich drehenden Kopfscheibe geführt, wobei auf dieser Scheibe die für die Aufzeichnung und Auslesung der Videosignale bestimmten

Magnetköpfe angebracht sind. Zur Vergrösserung der Informa-25

tionsdichte auf dem Magnetband werden sowohl die Spurbreite als auch der Abstand zwischen den Spuren immer Heiner gewählt. Dies bedeutet, dass die Genauigkeit, mit der die Magnetköpfe den Spuren folgen sollen, immer grosser wird.

Um dies zu ermöglichen, ist jeder der Magnetköpfe nicht 30

starr auf der Kopfscheibe, sondern auf dieser Scheibe mittels eines Stellgliedes, z.B. eines piezoelektrischen Biegeelements, befestigt, dass den Magnetkopf in einer Richtung quer zu der Spurrichtung verschieben kann.

Mit H?7fe auf das Magnetband aufgezeichneter Spurfolge-35

signale und einer zugehörigen Detektionsschaltung wird dann eine Regelschleife erhalten, die dafür sorgt, dass jeder der Magnetköpfe stets genau nit der gewünschten Spur zusammenarbeitet .

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Wenn mit Hilfe einer derartigen Regelschleife eine genügend genaue Regelung der Regelgrösse erreicht werden soll, muss die Gesamtübertragungskennlinie der Regelschleife strenge Anforderungen erfüllen. So muss die Verstärkung der Regelschleife (die sogenannte offene Schleifenverstärkung) in dem für das Fehlersignal bedeutenden Frequenzbereich genügend gross sein. Bei einer auf übliche Weise aufgebauten Regelschleife bedeutet dies im allgemeinen, dass die Ubertragungskennlinie der Regelschleife den Charakter einer Tiefpasskennlinie mit einem mehr oder weniger flachen Verlauf von der Frequenz O bis zu einer maximal regelbaren Frequenz aufweist. Eine derartige Ubertragungskennlinie weist im allgemeinen den Nachteil auf, dass es

schwierig ist, einen grossen Verstärkungsfaktor zu erreichen und zugleich die Stabilität der Regelschleife zu gewährleisten, so dass im allgemeinen ein Kompromiss getroffen werden muss und zusätzliche Netzwerke zur Gewährleistung der Stabilität hinzugefügt werden müssen. Ausserdam

ergibt sich der Nachteil, dass auch Rauschsignale innerhalb des Frequenzbandes der Tiefpasskennlinie der vollständigen Verstärkung unterworfen werden und demzufolge das Regelverhalten erheblich beeinträchtigen können.

Um diese Probleme zu besei-

tigen, ist in der Nl. Pat.Anm. Nr. 7.702.990 eine Regelschleife der eingangs genannten Ax-t beschrieben, bei der die Tatsache ausgenutzt wird, dass bei einer Vielzahl von Regelungen das Fehlersignal im wesentlichen aus einer Anzahl von Komponenten bei festen Frequenzen, und zwar einer

Grundfrequenz und einer Anzahl deren Harmonischer, besteht. Bei dem zuerst genannten Beispiel einer Auslesevorrichtung stellt sich z.B. heraus, dass für die dabei genannten Regelungen das Fehlersignal starke Komponenten bei einer

Grundfrequenz, die der Umdrehungsfrequenz des Aufzeichnungs-35

trägers entspricht, und deren Harmonischen aufweist_o Auf gleiche Weise stellt sich heraus, dass bei dem an zweiter Stelle genannten Beispiel das Fehlersignal starke

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Komponenten bei einer der UmdrehungsTrequenz der Kopfscheibe entsprechenden Grundfrequenz und deren Harmonischen aufweist.

In der genannten Nl. Pat.Anm.

wird diese Tatsache ausgenutzt und wird vorgeschlagen, eine Ubertragungskennlinie mit einer Anzahl von Spitzen bei der genannten Grundfrequenz und deren Harmonischen zu verwirklichen. Dadurch wird ja erreicht, dass für die bedeutenden Frequenzen des Fehlersignals eine grosse Schleifenverstärkung gilt, während die Schleifenverstärkung für die weniger bedeutenden Frequenzen niedriger ist. Dadurch wird einerseits erreicht, dass der Einfluss von Rauschsignalen erheblich geringer ist, wodurch ein erheblich ruhigeres Regelverhalten erhalten wird, während andererseits die Stabilität der Regelschleife erheblich einfacher sichergestellt werden kann.

Die gewünschte Übertragungskennlinie wird bei der in dieser Nl. Pat.Anm. beschriebenen Regelschleife mit Hilfe einer Anzahl parallelgeschalteter Bandpassfilter erhalten, die auf je eine gesonderte zu der Grundfrequenz und deren Harmonischen gehörige Frequenz eingestellt sind. Um eine möglichst grosse Herabsetzung des Fehlersignals zu erhalten, ist es naturgemäss erwünscht, dass der Verstärkungsfaktor bei der genannten Frequenz möglichst gross ist. während es andererseits erwünscht ist, dass die Bandbreite der Bandpasskennlinien um diese Frequenzen herum möglichst klein ist. Mit anderen Worten: es ist er^TA"iinscht, dass die Bandpasskennlinien um diese Frequenzen herum einen möglichst hohen Gütefaktor aufweisen.

Bei Anwendung parallelgeschalteter Bandpassfilter, wie in der genannten Nl.Pat.Anm. angegeben ist, ist es aber schwierig, einen sehr hohen Güte faktor zu erzielen. Ausserdem erfordert diese Lösung ein gesondertes Filter für jede Harmonische der Grundfrequenz, die für die Regelung noch von Bedeutung ist, so dass bei dieser Lösung eine grosse Anzahl von Elementen erforderlich sein kann und ausserdem die Herstellung wegen der notwendigen Abgleich-

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ungen der Bandpassfilter aufwendig ist.

Die Erfindung- hat die Aufgabe,

eine Regelschleife der eingangs erwähnten Art anzugeben, bei der auf besonders zweckmässige und herstellungstechnisch vorteilhafte ¥eise die gewünschte Ubertragungskennlinie verwirklicht wird. Die Erfindung ist dazu dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinheit versehen ist mit

- einer Speichervorrichtung mit einer Anzahl von Speicherplätzen, die sich zur Speicherung digital kodierter Signalwerte eignet,

- einem Digital/Analog-TJmsetzer, der mit der Speichervorrichtung gekoppelt ist und zur Umsetzung der von der Speichervorrichtung gelieferten digital kodierten Signal-

werte in analoge Signalwerte dient,

- Komparatormitteln zum Vergleichen des ¥ertes des durch einen aus der Speichervorrichtung ausgelesenen Signalwert dargestellten Fehlersignals mit dem Xstwert dieses Fehlersignals ,

- Korrekturmitteln, die einerseits mit der Speichervorrichtung und andererseits mit dem Ausgang des Komparators gekoppelt sind und dazu dienen, die von der Speichervorrichtung erhaltenen Signalwerte in Abhängigkeit von dem

vom Komparator gelieferten Signal zu korrigieren, wobei 25

die durchgeführte Korrektur einen Höchstwert besitzt, der klein in bezug auf den höchstmöglichen Signalwert ist, und

- Steuermitteln für die Speichervorrichtung, die dazu

eingerichtet sind, eine Auslesung einer Anzahl von 30

Signalwerten aus der Speichervorrichtung gemäss einem sich wiederholenden Zyklus und jeweils nach dem Auslesen eines Signalwertes die Speicherung des von den Korrekturmittel^ gelieferten korrigierten Signalwertes in dem Speicher zum

Ersatz des ausgelesenen Signalwertes zu gestatten, wobei 35

der Zyklus eine Periodendauer gleich der zu der Grundfrequenz gehörigen Periodendauer besitzt.

Durch den angegebenen Aufbau

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der Regeleinheit wird erreicht, dass die mit dieser Regeleinheit verwirklichte Übertragungsfunktion sehr steile Spitzen aufweisen kann, ohne dass dies mit extrem hohen Genauigkeitsanforderungen in bezug auf die verwendeten Elemente einhergeht. Der Verlauf der Übertragungsfunktion wird in hohem Masse durch die Parameter bestimmt, die auf die digitalen .Signalwerte einwirken, wie die für die Signalwerte verwendete Anzahl Bits und das Ausmass der mit der Korrekturvorrichtung durchgeführten Korrektur. Toleranzen in bezug auf in der Regeleinheit verwendete Schaltungen spielen jedoch, was ihren Einfluss auf die Ubertragungskennlinie anbelangt, eine unbedeutende Rolle.

Es c·ei bemerkt, dass in der Nl.

Pat.Anm. Nr. 7·7Ο3·539 eine Regelschleife beschrieben ist, bei der ebenfalls eine Übertragungskennlinie mit einer Anzahl von Spitzen bei einer Grundfrequenz und deren Harmonischen verwirklicht wird. Dabei wird bemerkt, dass eine derartige Kennlinie u.a. mittels eines sogenannten

Kammfilters mit einer Verzögerungsvorrichtung verwirklicht wird.

Eine bevorzugte Ausführungsform

der Regelschleife nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturmittel dazu eingerichtet sind, die

aus der Speichervorrichtung ausgelesenen digitalen Signal·» werte um einen vorherbestimmten Wert zu vergrössern oder zu verkleiner, abhängig von der Polarität des Signals am Ausgang des Komparators.

Die Regelschleife nach der

Erfiruluug, insbesondere die Regeleinheit, eigenet sich besonders gut zur Anwendung einer programmierbaren Steuereinheit, wie eines Mikroprozessors. Mittels dieser Steuereinheit können sowohl das Auslesen als auch das

Einschreiben der Signalwerte in den richtigen Speicher-35

platzen sowie die in bezug auf diese Signalwerte vorzunehmenden Korrekturen durchgeführt werden. Die Anwendung einer derartigen Steuereinhext weist dabei selbstverständ-

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lieh den Vorteil einer grossen Flexibilität auf, d.h.., dass durch. Anpassung des Programms die Regeleinheit einfach den von der zu regelnden Regelgrösse gestellten besonderen

Anforderungen angepasst werden kann. 5

In bezug auf die Ausführung

der Regeleinheit, insbesondere was die darin verwendeten Elemente anbelangt, gibt es eine Vielzahl von Möglichke iten_? Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet,

dass die Komparatormittel mit einem Differenzverstärker 10

mit einem ersten mit der Eingangsklemme der RegeMnheit gekoppelten Eingang und einem zweiten mit dem Ausgang des Digital/Analog-Umsetzers gekoppelten Eingang versehen sind. Diese bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich durch die

Einfachheit der Komparatormittel aus < 15

Um die Anforderungen, die

an die G-esamtübertragungskennlinie der Regelschleife gestellt werden, erfüllen zu können, ist es meistens erwünscht, in Reihe mit der Regeleinheit zusätzliche

Tiefpässe anzuordnen, die im allgemeinen eine zusätzliche 20

Verzögerung einführen. Nach einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Regelschleife wird diese Verzögerung dadurch ausgeglichen, dass Mittel vorhanden sind, mit deren Hilfe der Ausgangsklemme der Regeleinheit aus der Speichervorrichtung ausgelesene und in analoge

Form umgesetzte Signalwerte zugeführt werden, die gegenüber den den Komparatormitteln zugeführten Signalwerten voreilen.

Um bestimmte besondere Anforderungen in bezug auf die Ubertragungskennlinie erfüllen zu

können, ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsklemme der Regeleinheit mit dem Eingang eines Filternetzwerks gekoppelt ist, dessen Ausgang mit einer Addierstufe gekoppelt ist,

die zugleich mit der Ausgangsklemme der Regeleinheit gekop-35

pelt ist, um die Ausgangssignale der Regeleinheit und des Filternetzwerks zueinander zu addieren und das Summensignal als Steuersignal an die Steuervorrichtung zu liefern.

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Dabei kann noch eine

besondere Sicherung gegen bestimmte Störsignale dadurch erhalten werden, dass das Filternetzwerk eine Begrenzer— schaltung zur Begrenzung des Ausgangssigmils dieses Filternetzwerks auf einen vorher bestimmten Wert enthält.

Einige Ausführungsformen der

Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Regelschleife nach der Erfindung zur Anwendung in einer Vorrichtung zum Auslesen eines scheibenförmigen Aufzeichnungsträgers ,

Fig. 2 die Ubertragungskenn-

linie der Regeleinheit,

Fig. 3 schematisch den Aufbau

der Regeleinheit unter Verwendung einer programmierbaren Steuereinheit,

Fig. 4 ein Stromdiagramm des

20

für diese Steuereinheit bestimmten Programms,

Fig. 5 eine Ausführungsform

der Regelschleife nach der Erfindung zur Anwendung in einer Vorrichtung zum Auslesen eines bandförmigen magnetischen Aufzeichnungsträgers,

25

Fig. 6 die Ausführung der

Regeleinheit mit programmierbarer Steuereinheit, und

Fig. 7 ein Stromdiagramm des dabei verwendeten Programms.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung zum Auslesen

30

eines scheibenförmigen Aufzeichnungsträgers, die mit einer

Regelschleife nach, der Erfindung versehen ist. Der scheibenförmige Aufzeichnungsträger 1 wird mit Hilfe eines Motors 2 im Drehsinn V.angetrieben. Der Aufzeichnungsträger 1 wird mit Hilfe eines Strahlungsbündels A aus-35

gelesen, das von einer Strahlungsquelle 3 ausgesandt und über einen halbdurchlässigen Spiegel 4, einen Spiegel 5

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und ein Linsensystem 6 auf die Informationsflache des Aufzeichnungsträgers 1 gerichtet wird. Diese Informationsflache ist als Reflexionsfläche ausgeführt, so dass das Strahlungsbündel A reflektiert wird und über das Linsensystem 6, den Spiegel 5 und den halbdurchlässigen Spiegel K eine Detektionsvorrichtung 7 trifft. Diese Dettiktionsvorrichtung 7 setzt zunächst die im Strahlungsbündel A vorhandene Information, z.B. Videoinformation, in ein elektrisches Signal um , das dann zur weiteren Verarbeitung an einer Ausgangsklemme 8 zur Verfugung steht.

Um den von dem Strahlungsbündel

A erzeugten Abtastfleck S nach wie vor genau auf die Informationsflache zu fokussieren, ungeachtet vertikaler Bewegungen dieser Informationsfläche, ist eine Fokussie-

rungsregelschleife vorhanden. Diese Fokussierungsregelschleife enthält zunächst eine Antriebsvorrichtung 9» mit der das Linsensystem 6 in der Richtung X verschoben werden kann, wodurch die Fokussierung des Strahlungsbündels A auf den Aufzeichnungsträger geregelt wird. ¥eiter muss

diese Regelschleife ein Detektionssystem zur Lieferung eines Fehlersignals enthalten, das ein Mass für die Abweichung in der Fokussierung ist. Bei der dargestellten Vorrichtung ist angenommen, dass dieses Detektionssystem einen Teil der Detektionsvorrichtung 7 bildet und ein

Fehlersignal an eine Klemme 10 lieferte Systeme zum

Detektieren von Fokussierfehlern sind in vielen Ausführungen bekannt. Da die Weise, in der das Fehlersignal erhalten wird, für die vorliegender-Frfindung nicht wesentlich ist, wird darauf nicht näher eingegangen, aber zur

Illustrierung derartiger Fokussiersysteme sei nur auf die DE-PS 23 22 725 und DE-OS 26 30 3O8 verwiesen. In die Regelschleife ist weiter eine Regeleinheit 11 aufgenommen, deren Eingangsklemme 12 mit der Klemme 10 des Detektions-

systems 7 verbunden ist und demzufolge das Fehlersignal 35

empfangt. Das Ausgangssignal dieser Regeleinheit 11 an der Ausgangsklemme 13 wird als Steuersignal der Steuervorrichtung 9 zugeführt.

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Die Regeleinheit 11 ist dazu

eingerichtet, eine Ubertragungskennlinie mit einer Anzahl von Spitzen bei der Frequenz O (einer Grundfrequenz) und einer Anzahl. Harmonischer derselben zu verwirklichen, wobei die Grundfrequenz gleich der Umdrehungsfrequenz des Aufzeichnungsträgers ist. Die Wahl einer derartigen Ubertragungskennlinie gründet sich auf die Erkenntnis, dass das Frequenzspektrum des Fehlersignals verhältnismässig starke Komponenten bei dieser Grundfrequenz und deren auffolgenden Harmonischen enthält. Um eine zweckmässige Regelung zu erhalten, ist es daher erwünscht, eine Ubertragungskennlinie anzuwenden, die für diese Frequenz eine grosse Verstärkung ergibt. Andererseits ist es weniger erwünscht, für den ganzen Frequenzbereich einen derartigen hohen Verstärkungsfaktor zu zulassen, weil dann etwaige dem Fehlersignal zugesetzte Rauschsignale einen erheblichen Einfluss auf die Regelung ausüben, während ausserdem eine Regelschleife mit einer derartigen Ubertragungskennlinie schwer stabil gemacht werden kann.

Um eine zweckmässige Regelung zu erhalten, die für Rauschsignale besonders unempfindlich ist, ist es demzufolge sehr wünschenswert, dass der für die obengenannten Frequenzen zutreffende Verstärkungsfaktor erheblich grosser als der für die übrigen Frequenzen zutreffende Verstärkungsfaktor ist, während ausserdem die Breite der Frequenzbänder bei den genannten Frequenzen, für die dieser grosse Verstärkungsfaktor zutrifft, klein sein soll, was auf die Anforderung eines hohen Gütefaktors für die Bandpasskennlinien bei den genannten Frequenzen hinauskommt.

Um dies zu erreichen, weist nach

der Erfindung die Regeleinlieit 1 1 einen schematisch in der Figur gezeigten Aufbau auf, der einen hohen Gütefaktor gewährleistet, wobei Toleranzen in bezug auf die verwendeten Elemente nur einen geringen Einfluss ausüben. Die Regeleinheit 11 enthält eine Speichervorrichtung 14, die sich zur Speicherung einer Anzahl von Signalwerten in

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digital kodiertex· Form eignet. Der Ausgang der Speichervorrichtung 14 ist mit einem Digital/Analog-Umsetzer 15 verbunden, der die angebbtenen digitalen Signalwerte in analoge Signalwerte umsetzt. Weiter ist der Ausgang der Speichervorrichtung 14 mit einer Korrekturvorrichtung 16 verbunden, deren Ausgang wieder mit dem Eingang der Speichervorrichtung 14 verbunden ist. Diese Korrekturvorrichtung empfängt ein Korrektursignal von einem Komparator 17» der zwei Eingänge besitzt, deren einer mit der Eingangs— klemme 12 der Regeleinheit und deren anderer mit dem Ausgang des D/A-Umsetzers 15 verbunden ist. Der Ausgang dieses D/A-Umsetzers ist über ein Anpassungsnetzwerk 18 mit der Ausgangsklemme 13 der Regeleinheit gekoppelt und liefert dieser Ausgangsklemme ein Steuersignal für die Steuer— vorrichtung.

Die Speichervorrichtung 14 kann

z.B. als digitales Schieberegister ausgebildet sein, wobei während jeder Taktperiode der in einem Register gespeicherte digitale Signalwert auf das nächstfolgende Register über— tragen wird. Die in der Speichervorrichtung 14 gespeicher-

N ten Signalwerte umfassen dabei eine Zeitperiode T = —

° ¹

wobei N die Anzahl von Registern der Speichervorrichtung und f die Taktfrequenz darstellen. Das Taktsignal für dd Speichervorrichtung wird von der Umdrehungsfrequenz f

^s

(Umdr/sec) des Aufzeichnungsträgers 1 abgeleitet. Dazu kann auf der Motorwelle eine Tachometerscheibe 20 mit einer Anzahl (m) von Markierungen angebracht sein, die mit einem Aufnehmer 21 zusammenarbeitet, dieser Aufnehmer liefert

demzufolge als Taktsignal eine Impulsreihe mit einer 30

Wiederholungsfrequenz M.f . Mittels eines Frequenzteilers oder Frequenzvervielfachers kann daraus ein Taktsignal f für die Speichervorrichtung abgeleitet werden, das der Gleichung f = P.M.f entspricht, wobei P der Verviel-

O S

fachungs- bzw. Teilfaktor des Frequenzvervielfachers bzw. 35

des -teilers ist. Für den Inhalt der Speichervorrichtung

JX JT I

gilt also : T = τ: = rr ., -x · Die Anzahl von Speicher-

O I Jr .JM I

platzen N wird nun gleich P.M gewählt, wodurch der Speicher-

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inhalt, d.h.. die Zeitdauer, über die sich die gespeicherten Signalwerte erstrecken, gerade einer Umdrehungsperiode des Aufzeichnungsträgers entspricht; mit anderen Worten:

der Inhalt der Speichervorrichtung lh stellt den Verlauf g

des Fehlersignals für eine Umdrehungsperiode des Aufzeichnungsträgers 1 dar.

Jeder am Ausgang der Speichervorrichtung 14 erscheinende digitale Signalwert wird der

Korrekturvorrichtung i6 zugeführt. Veiter wird zu gleicher .

Zeit dieser digitale Signalwert vom D/A-Umsetzer 15 in einen analogen Signalwert umgewandelt und wird dieser analoge Signalwert vom Komparator I7 mit dem Istwert des Fehlersignals verglichen. Abhängig von dem Ausgangssignal

dieses Komparators 17 wird dann von den Korrekturmitteln ,

16 eine Korrektur des angebotenen digitalen Signalwertes durchgeführt. Der korrigierte digitale Signalwert wird dann als Ersatz des ursprünglichen sigitalen Signalwertes wieder in die Speichervorrichtung 14 eingeschrieben.

Durch diesen Entwurf wird 20

eine Ubertragungskennlinie mit Spitzen bei der Frequenz O Hz, d.h. der Grundfrequenz f , und deren Harmonischen ver-

wirlicht, wie mit I in Fig. 2 angegeben ist (beide Skalen besitzen eine lögarithmische Skalenteilung)* Dabei werden also Komponenten des Fehlersignals mit einer Frequenz f ^s

oder einem Vielfachen derselben in erheblich grosserem Masse als zwischenliegende Frequenzkomponenten verstärkt.

Der exakte Verlauf der

Ubertragungskennlinie ist von der Ausführung der Korrekturmittel 16 und insbesondere von der Weise, in der diese 30

Korrekturmittel die Korrektur durchführen, abhängig. Da die geschlossene Schleife mit der Speichervorrichtung und den Korrekturmitteln völlig mit digitalen Signalwerten arbeitet, ist die Stabilität des Ganzen sichergestellt,

ungeachtet etwaiger Toleranzen in den verwendeten Elemen-35

ten. Insbesondere wirkt ein etwa in dieser geschlossenen Schleife auftretender Fehler nicht kumulativ, dies im Gegensatz zum Auftreten eines Fehlers in einer geschlosse-

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nen Schleife, die mit analogen Signalen arbeitet, wie einer Schleife mit einem analogen Schieberegister als Speichervorrichtung.

Der Gütefaktor der Ubertragungsfunktion, d.h. die Steilheit der Spitzen bei der Grundfrequenz f und deren Vielfachen, wird durch die Grosse der Korrektur bestimmt, die von den Korrekturmitteln 16 eingeführt wird. Die einfachste Korrekturmöglichkeit besteht darin, dass die aus der Speichervorrichtung 14 ausgelesenen digitalen Signalwerte um einen ¥ert gleich dem des am wenigsten signifikanten Bits vergrössert oder verfeinert werden, abhängig von der Polarität des Aus gangs signals des Komparators 17· Ausgehsind von digitalen Signalwerten, die aus η Bits bestehen, beträgt der über

^⁵ die Korrekturmittel 16 auf diese ¥eise erhaltene Rückkopplungsfaktor zwischen dem Ausgang und dem Eingang der Speichervorrichtung 14:

k = 1 - — . Der Gütefaktor Q eines derartigen rückgekoppel η ten Systems entspricht der Gleichung Q=-, also Q = 2 «

Ausgehend von aus 8 Bits bestehenden digitalen Signalwerten, wird demzufolge für den Gütefaktor Q ein ¥ert von 2^6 erreicht. Infolge dieses hohen Gütefaktors sind die Spitzen in der Übertragungsfunktion nach Fig. Z sehr steil

und schmalbandig. Ausserdem beeinflussen Toleranzen in den verwendeten Elementen den Yert dieses Gütefaktors und die Wirkung der Vorrichtung nahezu nicht. In dem wesentlichen Rückkopplungsweg findet ja nur digitale Signalübertragung statt, die, wie als bekannt vorausgesetzt werden kann, für

Toleranzen wenig empfindlich ist. Toleranzen in den analogen Signalverarbeitungsteilen, wie dem D/A-Umsetzer 15 und dem Komparator 17» üben jedoch auf den Rückkopplungsfaktor keinen Einfluss aus, können aber höchstens zeitweilig eine fehlerhafte Korrektur eines digitalen Signalwertes herbeiführen.

¥ie erwähnt, wird mit der dargestellten Vorrichtung die Ubertragungskennlinie nach

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Fig. 2 verwirklicht, wobei grundsätzlich, keine Beschränkung in der Bandbreite auftritt, d.h., dass sich das mit I bezeichnete Muster bis zu hohen Frequenzen wiederholt. Da bei einer Regelung einer Regelgrösse im allgemeinen nur eine beschränkte Bandbreite benutzt werden soll, kann ein Tiefpass 18 zwischen dem D/A-Umsetzer 15 und der Ausgangsklemme 13 der Regeleinheit angeordnet werden. Durch diesen Tiefpass wird die mit der Regeleinheit verwirklichte Kammfilterkennlinie über einer gewissen Grenzfrequenz f (z.B. 1 kHz) abfallen, wie in Fig. 2 angegeben ist. Um dafür zu sorgen, dass bei den verhältnismässig niedrigen Frequenzen, die zwischen den Spitzenfrequenzen liegen, die Regelschleife doch gewissermassen anspricht, kann parallel zu der Regeleinheit 11 ein zusätzliches Netzwerk 19 angeordnet werden, wobei das Ausgangssignal dieses Netzwerks 19 und das Ausgangssignal der Regeleinheit 11 in einer Addierstufe 22 zueinander addiert werden. Das Netzwerk 19 kann zB. eine Ubertragungskennlinie der in Fig. 2 mit II angegebenen Art aufweisen.

²^ Diese Übertragungskennlinie übt neben der Verstärkung der niedrigeren Frequenzen ausserdem durch den differenzierenden Charakter um die Grenzfrequenz f herum einen stabilisierenden Einfluss auf die Regelschleife aus. Als zusätzliche Anordnung kann in das Netzwerk 19 noch ein Begrenzer aufgenommen werden, der das über dieses Netzwerk 19 an die Addierstufe gelieferte Signal auf einen gewissen eingestellten Grenzwert begrenzt. Wenn dieser Grenzwert dabei eine derartige Grosse aufweist, dass für reelle Istfehlersignale, die über das Netzwerk 19 die Fokussierung

³^ beeinflussen müssen, die Begrenzung noch nicht aktiv ist, während für Störsignale, die eine grössere Amplitude aufweisen, diese Begrenzung wohl aktiv ist, wird eine grosse Unampfindlichkeit für Störsignale, wie sie u.a. durch Signalaussetzer auf dem Aufzeichnungsträger infolge

von Unregelmassigkeiten in der Informationsfläche herbeigeführt werden können, erzielt, ohne dass das Regelverhalten dadurch beeinträchtigt wird.

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In bezug auf die Ausführung der

Regeleinheit 11 nach Fig. 1 sind eine Anzahl auf der Hand liegender Abwandlungen möglich. Das der Eingangsklemme angebotene Fehlersignal kann selbstverständlich mit Hilfe eines Analog/Digital-Umsetzers zunächst in einen digitalen Si'enalwert umgesetzt werden, wonach dieser digitale SignaA wert unmittelbar mit dem dem Ausgang der Speichervorrichtung \h entnommenen digitalen Signalwert verglichen werden kann, wobei, abhängig von diesem Vergleich, die gewünschte Korrektur dieses digitalen Signalwertes vorgenommen werden kann. Die in Fig. 1 dargestellte Ausführung hat jedoch den Vorteil, dass dabei kein Analog/Digital-Umsetzer benötigt wird.

Die Regeleinheit 11 ist oben an Hand der Regelschleife für die Fokussierung des Abtastflechs auf dem Aufzeichnungsträger beschrieben. Eine gleiche Regeleinheit kann aber ebenfalls in die Regelschleifen für andere Regelgrössen aufgenommen werden. So enthält die Vorrichtung zum Auslesen des scheibenförmigen Aufzeichnungsträgers 1 auch eine Regelschleife, die die radiale Lage des Abtastflecks S regelt; d.h. dafür sorgt, dass der Abtastfleck, ungeachtet einer etwaigen Exzentrizität des Aufzeichnungsträgers 1, doch stets mit der Informationsspur zusammenfällt. Dabei wird wieder ein Detektionssystem zum Messen der radialen Lage des Abtastflecks und zum Erzeugen eines Fehlersignals benutzt. Die obengenannten Systeme sind in vielen Abwandlungen bekannt, so dass in Fig. 1 angenommen ist, dass dieses Detektionssystem in der Detektionsvorrichtung 7 angeordnet ist und das radiale Fehlersignal an einer Ausgangsklemme 23 zur Verfugung steht. Dieses Fehlersignal wird einer Regeleinheit 24 zugeführt, die einen gleichen Aufbau wie die Regeleinheit 11 aufweist und somit ebenfalls eine Übertragungsfunktion mit Spitzen bei der Umdrehungsfrequenz des Auf-

³^ Zeichnungsträgers 1 und deren Harmonischen verwirklicht. Dabei kann in der Regeleinheit 2k mit Hilfe von Reihenfiltern, die dem Filter 18 entsprechen, und Parallelfil-

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tern, die dem Filter 19 entsprechen, die Übertragungsfunktion auf einen gewünschten Verlauf gebracht werden.

Der Ausgang der Regeleinheit

ist schliesslich mit einer Antriebsvorrichtung 25 verbunden, g

die die Winkellage QG des Spiegels 5 in Abhängigkeit von dem Regelsignal ändern kann.

Schliesalich sei im Zusammenhang

mit der Vorrichtung nach Fig. 1 noch auf eine dritte mögliche Regelung verwiesen. Durch eine Exzentrizität des Aufzeichnungsträgers 1 werden auch Zeitfehler in das ausgelesene Videosignal eingeführt. Diese Zeitfehler können dadurch ausgeglichen werden, dass die Lage des Abtastflecks S in der Spurrichtung geändert wird, zu welchem Zweck ein zusätzliches geregeltes Ablenkelement, z.B. ein

kippbarer Spiegel, erforderlich ist. Das für dieses Ablenkelement bestimmte Steuersignal kann mit Hilfe einer Regeleinheit, die wieder einen dem der Regeleinheit 11 entsprechenden Aufbau aufweist, von einem auf bekannte

Weise erzeugten Fehlersignal abgeleitet werden. Statt ein 20

Ablenkelement anzuwenden, kann das ausgelesene Videosignal auch einer veränderlichen Verzögerungsleitung zugeführt werden. Das Regelsignal für diese Verzögerungsleitung kann dann gleichfalls mittels einer derartigen Regeleinheit

erzeugt werden.
25

Die Regeleinheit 11 nach Fig.

eignet sich besonders gut zur Anwendung einer pgorammierbaren Steuereinheit, wie eines Mikroprozessors. Zur Illustrierung zeigt Fig. 3 schematisch den Aufbau der

Regeleinheit 11, wobei eine derartige Steuereinheit benutzt 30

wird, während Fig. 4 ziemlich schematisch ein Stromdaigramm eines für diese Anwendung geeigneten Programms für die Steuereinheit zeigt.

In Fig. 3 sind entsprechende

Elemente mit den gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 1 35

bezeichnet, wie die Speichervorrichtung 14, der D/A-Umsebzer 15 und der Komparator -17· Die Speichervorrichtung besteht in diesem Falle aus einem Schreib/Lese speicher

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wobei der gewünschte Speicherplatz von der Steuereinheit adressiert wird. Durch den Block 30 ist die programmierbare Steuereinheit dargestellt, während durch den Block schematisch eine Einheit zum Erzeugen eines Synchronsignals T dargestellt ist. In Fig. 1 wurde diese Einheit ^T durch das Tachosystem 20,21 gebildet, aber jedes andere System, das ein Taktsignal T liefern kann, das in bezug auf den sich drehenden Aufzeichnungsträger synchronisiert ist, ist naturgemäss brauchbar. Mit 12 ist ein Eingangsgatter für das Pehlersignal F bezeichnet, das in bezug auf seine Funktion also der Eingangsklemme 12 nach Fig. 1 entspricht. ¥eiter enthält die Regeleinheit nach Fig. 3 zwei Abtast- und Halteschaltungen 32 und 33 > deren Signaleingänge mit dem Ausgang des D/A-Umsetzers und deren Ausgänge mit dem Komparator 17 bzw. der Ausgangsklemme verbunden sind. Die unterschiedlichen Einheiten sind für den Austausch von Signalwerten miteinander durch einen Datenbus 34 gekoppelt während die Steuereinheit 30 über einen Adressenbus 35 diesen Austausch von Sigiial-

werten zwischen den unterschiedlichen Einheiten steuert.

Fig. 4 zeigt sehr schematisch

ein Stromdiagramm des Programms für die Steuereinheit 30« Nach dem Block 40 wird das Programm gestartet. Nach dem Block 4i wird dann bis zu dem Zeitpunkt gewartet, zu dem ein Synchronisätionsimpuls T (in Fig. 1 ein Tachoimpuls T) erscheint. Nach dem Block 42 wird der in einem Speicherplatz η gespeicherte Signalwert M(n) mit dem Istwert des Fehlersignals F verglichen, was auf eine Detektion der Polarität des Ausgangs signals des !Comparators 17 hinauskommt ο Abhängig von dem Ergebnis dieser Detektion wird der Inhalt des betreffenden Speicherplatzes um ein Bit erhöht (Block 43) oder um ein Bit herabgesetzt (Block 44). Nach dem Block 45 wird dann dieser Signalwert an den D/A Umsetzer 15 geliefert und wird der analoge Signalwert durch

Aktivierung der SH-Halteschaltung 33 an die Ausgangsklemme 13 geliefert. Anschliessend wird nach dem Block 46 die Adressierung der Speicherplätze um 1 erhöht, so dass nach

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dem Block 47 der Inlialt des nächstfolgenden Speicherplatzes (n+i) an den D/A-Umsetzer 15 geliefert und durch Aktivierung der SH-Abtastschaltung 32 dem Komparator

17 zugeführt wird. Dann wird Wieder auf den nächstfolgenden g

Synchronisationsimpuls gewartet, wonach wieder der Vergleich mit dem Istfehlersignal F stattfindet.

Es ist einleuchtend, dass das Stromdiagramm nach Fig. k nur sehr summarisch aufgetragen ist. So sollen Massnahmen getroffen werden, die sicher-

stellen, dass die obenbeschriebenen Bearbeitungen auf zyklische Weise stattfinden, mit anderen Worten, dass die Adressierung der Speicherplätze zyklisch stattfindet. Ausgehend von den gewünschten Signalbearbeitungen, kann

naturgemäss weiter eine Anzahl von Programmvarianten ent— 15

worfen werden, die alle die gleichen Signalbearbeitungen erzeugen.

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform der Regelschleife nach der Erfindung, die in einer

Auf zeichnung s- und Wiedergabevorrichtung für Videoinf orma.-20

tion verwendet wird, wobei ein bandförmiger magnetischer

Aufzeichnungsträger benutzt wird. Insbesondere wird von einer Vorrichtung von einem Typ mit zwei auf einem Kopfrad angeordneten Magnetköpfen ausgegangen, wobei der Aufzeichnungsträger über einen Umlenkwinkel von 180° schrauben-25

linienförmig um dieses Kopfrad herumgeschlungen ist, so dass auf dem Aufzeichnungsträger parallele Informationsspuren gebildet werden, die einen kleinen Winkel mit der Längsachse dieses Aufzeichnungsträgers einschliessen. Aufeinanderfolgende Informationsspuren werden dann abwechselnd von den beiden Magnetköpfen abgetastet₀

Da sowohl die Breite der

Informationsspuren als auch der Abstand zwischen diesen Spuren immer kleiner gewählt werden,ist es meistens erwünscht durch eine aktive Regelung dafür zu sorgen, dass beim Auslesen eines derartigen Aufzeichnungsträgers die Magnetköpfe genau mit der gewünschten Informationsspur zusammenarbeiten; mit anderen Worten, es ist erwünscht, die Lage der

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Magnetköpfe in einer Richtung quer zu der Spurrichtung zu regeln. Um dies zu ermöglichen, ist dann jeder der Magnetköpfe auf einem SteB-glied, z.B₀ einem piezoelektrischen Biegeelement, befestigt, dem ein Regelsignal zur Positionierung des betreffenden Magnetkopfes in bezug auf eine Informationsspur zugeführt wird.

Zum Erhalten eines geeigneten

Regelwignals muss naturgemäss zunächst ein Detektionssystem vorhanden sein, das die Lage des Magnetkopfes in bezug auf die gewünschte Spur messen und ein entsprechendes Fehlersignal erzeugen kann. Dafür bestimmte Systeme sind in einer Anzahl von Abwandlungen bekannt. In der Regel werden zugleich mit der Videoinformation in den Informationsspuren aufgezeichnete langwellige Spurfolge-

signale benutzt. Diese Spurfolgesignale weisen von Spur zu Spur eine sich gemäss einem festen Muster ändernde Frequenz und/oder Phase auf. Beim Abtasten einer bestimmten Informationsspur durch einen Magnetkopf wird dann durch Vergleich der von den SpurfolgeSignalen der beiden benach-

barten Spuren in diesem Magnetkopf induzierten Signale, der sogenannten Übersprechsignale, Information über die Lage des Magnetkopfes in bezug auf die gewünschte Informationsspur erhalten und ein entsprechenden Eehlersignal erzeugt. Da die Weise, in der die Lage der Magnetköpfe gemes-

sen und das Fehlersignal erzeugt wird, für die vorliegende Erfindung nicht wesentlich isi} wird dies in der Figur nur schematisch angedeutet. Zur Illustrierung sei auf die in den DE-OS 25 30 482, DE-OS 27 01 318 und DE-OS 28 22 212 beschriebenen Systeme verwiesen. Da die Erfindung insbe-

sondere für die Regelung beim Auslesen von Videoinformation von dem Aufzeichnungsträger von Bedeutung ist, sind in Fig. 5 nur die beim Auslesen wirksamen Einzelteile dargestellt .

In Fig. 5 ist das Kopfrad nur 35

schematisch durch den Block 50 dargestellt. Auf diesem Kopfrad 50 sind einander diametral gegenüber zwei Magnetköpfe K₁ und K„ angeordnet, wobei diese Magnetköpfe gesondert

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quer zu der Spurrichtung mit Hilfe von Stellgliedern, z.B. piezoelektrischen Biegeelementen, verschiebbar sind, die schematisch durch die Blöcke 51 und 52 dargestellt sind. Das von den Magnetköpfen von dem Aufzeichnungsträger ausgelesene Signal wird mittels eines sich drehenden Transformators 53 dem sich drehenden Kopfrad 50 zur weiteren Bearbeitung entnommen. Dieses ausgelesene Signal besteht einerseits aus der gewünschten Videoinformation, die einer (nicht dargestellten) Verarbeitungseinheit zugeführt wird, und andererseits aus den Ubersprechsignalen der benachbarten Spuren, die einem Detektionssystem $h zugeführt werden, das daraus das Sollfehlersignal F ableitet. Der Aufbau dieses Detektionssystems ist naturgemäss von dem System von SpurfolgeSignalen abhängig. Ausführungsformen sind in den vorgenannten deutschen Patentanmeldungen beschrieben.

Die Regelschleife enthält weiter wieder die Regeleinheit 11, deren Eingangskiemme 12 das Fehlersignal F zügefuhrtwird. Das von dieser Regel-

20

einheit 11 -!bearbeitete Steuersignal wird über einen Tiefpass 56 dem Eingang 58 einer Schalteinheit 57 zugeführt. Diese Schalteinheit 57 dient u.a. dazu, sicherzustellen, dass das erzeugte Steuersignal dem Stellglied des Magnetkopfes zugeführt wird, der augenblicklich mit der Abtas-

tung einer Infοrmationsspur beschäftigt ist. Die Schalteinheit 57 besitzt zwei Ausgangsklemmen 59 und 6O, wobei die Ausgangsklemme 59 über einen Schleifring 69 mit dem Stellglied 51 und die AusgangsHemme 6O über einen Schleifring 70 mit dem Stellglied 52 verbunden ist.

Die Regeleinheit 11 weist

einen Aufbau auf, der dem der Regeleinheit nach Figo 1 stark ähnelt. Entsprechende Elemente sind denn auch mit dengleichen Bezugsziffern bezeichnet., Der Aufbau und der

gegenseitige Zusammenhang der Speichervorrichtung 14, des Digital/Analog-Umsetzers 15» der Korrekturvorrichtung 16 und des Komparators 17 sind mit denen nach Fig. 1 völlig

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identisch., so dass in bezug auf diese ¥irkung dieser Elemente eine weitere Erläuterung niclit mehr notwendig ist. Die Speichervorrichtung 14 empfängt ein Synchronsignal T von . einem Tachosystem 72. Dieses Tachsosystem 72 ist starr mit dem Kopfrad 50 gekoppelt und liefert eine feste Anzahl von Tachoimpulsen pro Umdrehung dieses Kopfrades. Die dargesteÄ te Regeleinheit 11 verwirklicht dann wieder eine Übertragungskennlinie entsprechend der Kennlinie I nach Fig. 2, wobei die Spitzen bei der Umdrehungsfrequenz des Kopfrades

und Vielfachen derselben liegen.

Die in Fig. 5 gezeichte Ausführungsform der Regeleinheit 11 weist in bezug auf die nach Fig. 1 eine Abweichung in dem Sinne auf, dass die Ausgangsklemme

13 nicht mit dem D/A-Umsetzer 151 sondern mit einem zusätz-.

liehen D/A-Umsetzer 55 verbunden ist. Der Eingang dieses D/A-Umsetzers ist mit einer Abzweigung der Speichervorrichtung 14 verbunden. Dieser Aufbau ist im Zusammenhang mit den Vorhandensein des Tiefpasses 56 und der Kennlinie dieses

Filters eingeführt. Es ist bei der gezeigten Vorrichtung 20

meistens erwünscht, für die Regelschleife eine Übertragungskennlinie zu benutzen, die über einer Grenzfrequenz, z.Bo 200 Hz, steil abfällt. Um eine derartige Kennlinie zu erhalten, muss für den Tiefpass 56 ein mehrpoliger Tiefpass

gewählt werden, wodurch aber die Stabilität der Regel-25

schleife gefährdet wird. Dies kann dadurch vermieden werden, dass für diesen Tiefpass eine derartige Kennlinie gewählt wird, dass die G-esamtübertragungskennlinie dieses Filters zusammen mit der Antriebsvorrichtung 51 bzw. 52 so

gut wie möglich eine lineare Phasenkennlinie (Besselsches 30

Filter; besitzt. EdLn derartiges Gebi.de weist jedoch den Nachteil auf, dass dadurch eine Verzögerung eingeführt wird. Diese zusätzliche Verzögerung lässt sich nun auf einfache ¥eise dadurch ausgleichen, dass das Ausgangssignal

der Regeleinheit 11 von einer Abzweigung der Speichervor-35

richtung 14 abgeleitet wird. Das von dieser Abzweigung der Speichervorrichtung 14 erhaltene Signal eilt* ja gegenüber dem von dem Ausgang der Speichervorrichtung (Eingang des

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D/Α-Umsetzers 15) erhaltenen Signal vor. Dabei ist in erster Linie von einer Speichervorrichtung 14 ausgegangen, die aus einem digitalen Schieberegister besteht, wobei sich in der Tat eine Abzweigung unterscheiden lässt. Bei Anwendung eines S chreäb/Le sever stärkers (RAM) kann diese Abzweigung nicht physisch unterschieden werden, sondern erfolgt dies über die Adressierung der Speicherplätze.

Statt des analogen Filters 5^> kann naturgemäss auch dem D/A-Umsetzer 55 ein digitales Filter vorgeschaltet werden, das dann in Zusammenarbeit mit dem D/A-Umsetzer die gleiche Funktion wie das Filter 56 erfüllt.

Das von der Regeleinheit 11 gelieferte Steuersignal wird über den Tiefpass 56 der Eingangsklemme 58 der Schalteinheit 51 zugeführt. Wie bereits angegeben wurde, besteht die primäre Funktion dieser Schalteinheit darin, sicherzustellen, dass dieses Regelsginal dem richtigen Stellglied, und zwar dem Stellglied des Magnetknpfes, der augenblicklich ausliest, zugeführt wird. Um dies zu erreichen, enthält die Schalteinheit 57 zwei Schalter 67 und 68, deren Hauptkontakte mit den Ausgangsklemmen 59 bzw. 60 verbunden sind. Ein Eingangskontakt jedes der beiden Schalter 67 und 68 ist mit der Eingangsklemme 58 verbunden. Die beiden Schalter werden von einem gemein-

^⁵ samen Schaltsignal H₁ derart gesteuert, dass entweder die Ausgangsklemme 59 oder die Ausgangsklemme 6O mit der Eingangsklemme 58 verbunden ist, so dass das Regelsignal entweder dem Stellglied 51 oder dem Stellglied 52 zugeführt wird. Das Schaltsignal H- wird von einer Steuereinheit 71 geliefert. Diese Steuereinheit 71 empfangt ein Synchronsignal H von dem Tachosystem 72, wobei dieses Synchronsignal dazu bestimmt ist, eine Anzeige über die Frage zu geben, welbher der zwei Magnetköpfe mit der'Abtastung beschäftigt ist und während welcher Periode dies der Fall ist. Daau kann da.s Tachometersystem eine einzige Markierung auf einer Tachoscheibe enthalten, die mit der Winkellage eines der Magnetköpfe zusammenfällt. Über einen geeignet

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angeordneten Aufnehmer kann dann ein Synchronsignal H erhalten werden, das pro Umdrehung des Kopfrades einen Impuls liefert, der zu dem Zeitpunkt auftritt, zu dem einer der Magnetköpfe mit der Abtastung einer Informationsspur anrängt, Die Steuer einheit 71 setzt dieses Synchronsignal H dann in ein symmetrisches rechteckiges Signal mit einer Frequenz gleich der TJmdrehungsfrequenz des Kopfrades um, wobei die Übergänge zwischen den zwei diskreten Werten gerade mit den Zeitpunkten zusammenfallen, zu denen bei der

Abtastung der Informations spuren" der Magnetkopf gewechselt wird.

Neben dieser Funktion der Zuführung des Regelsignals zu dem richtigen Stellglied erfüllt

die Schalteinheit 57 noch eine zusätzliche Funktion. 15

Während des Zeitintervalls, in dem einer der Magnetkopfe

(z.B. K₁) eine Informationsspur abtastet, braucht der zweite Magnetkopf (Kp.) grundsätzlich nicht in der Lage geregelt zu werden. Es wird jedoch einleuchten, dass es vorteilhaft ist, wenn zu dem Zeitpunkt, zu dem dieser zweite 20

Magnetkopf mit der Abtastung der nächstfolgenden Informationsspur anfangen muss, seine Lage in bezug auf diese In— formationspur möglichst richtig ist. Da bei Normalbetrieb die Transportgeschwindigkeit des Aufzeichnungsträgers und die Drehzahl des Kopfrades angemessen konstant sind, besteht

eine grosse Korrelation zwischen den Lagen, die ein bestimmter Magnetkopf am Anfang der Abtastungen aufeinanderfolgender für ihn bestimmter Informationsspuren einnehmen soll. Dies bedeutet, dass der Wert des Regelsignals (der sogenannte Anfangswert), der am Anfang der Abtastung einer

Informationsspur durch einen Magnetkopf auftrat, ein gutes Mass für den Wert des Regelsignals ist, wie es am Anfang der nächstfolgenden Abtastung durch denselben Magnetkopf auftreten wird. Diese Tatsache kann dazu benutzt werden,

sicherzustellen, dass jeder der Magnetköpfe, bevor er mit 35

der Abtastung einer Informationsspur anfängt, schon etwa in die richtige Lage geregelt ist.

Die Schalteinheit 57 enthält

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dazu zwei Schalter 61 und 62, die einerseits über eiim Trennwiderstand 73 mit der Eingangsklemme 58 und andererseits mit zwei Kapazitäten 63 bzw. 64 verbunden sind. Die Schalter werden von zwei SchaltSignalen B₁ und B_p gesteuert, die von der Steuereinheit 71 geliefert werden. Diese Schalter 61 bzw. 62 werden derart von diesen Steuersignalen betätigt, dass sie am Anfang der Abtastung einer Informationsspur durch jeden der einzelnen Magnetköpfe K₁ bzw. Kp kurzzeitig geschlossen werden. Dadurch wird der Anfangswert des Fehlersignals am Anfang der Abtastung durch den Magnetkopf K₁ bzw. K„ in den Kapazitäten 63 bzw. 6k- gespeichert. Über Folgerschaltungan 65 bzw. 66 werden die gespeicherten Anfangswerte einem zweiten Eingan gskontakt der Schalter 67 bzw. 68 zugeführt. Aus der Figur lässt sich dann einfach erkennen, dass jeweils eines der Stellglieder, in diesem Falle das Stellglied 51» über die Schalteinheit das Regelsignal empfängt, während gleichzeitig dem anderen Stellglied, in diesem Falle dem Stellglied 52, der in der Schalteinheit gespeicherte Anfangswert zugeführt wird, wodurch das letztere Stellglied den zugehörigen Magnetkopf bereits in die für den Anfang der Abtastung geeignete Lage versetzt.

¥ie die Vorrichtung nach Fig. ist auch die Vorrichtung nach Fig. 5 sehr geeignet für die Anwendung einer programmierbaren Steuereinheit. Diese Steuereinheit kann dann sowohl die Funktion der Regeleinheit 11 als auch die Funktion der Schalteinheit 57 erfüllen. In Fig. 6 ist zur Veranschaulichung ein Blockschaltbild der Vorrichtung unter Verwendung einer programmierbaren Steuer*¹

³^ einheit dargestellt, während Big. 7 ein bei dieser Steuereinheit brauchbares Stromdiagramm zeigt.

In Fi§f 6 ist durch den Block

die programmierbare Steuereinheit dargestellt, die in einer Versuchsanordnung vom Typ Intel 87^-8 vorhanden war. Die

Ausgange P bis P₇ sind mit dem D/A-Umsetzer 15 verbunden, der die angebotenen aus 8 Bits bestehenden digitalen SignAlwerte in analoge Signalwerte umsetzt_o Es wird ange-

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nommen, dass dieser D/A-Umsetzer von einem Typ ist, bei dem der analoge Signalwert an seinem Ausgang erhalten bleibt, bis ein neuer digitaler Signalwert an seinem Eingang angeboten wird. Dieser analoge Signalwert wird dem Komparator 17 zum Vergleich mit dem Istwert des Fehlersignals zugeführt. Der Ausgang des !Comparators 17 ist mit dem Eingang P_1n der Steuereinheit 80 verbunden. Der Eingang P₁₂ der Steuereinheit empfängt ein logisches Signal R/P, das angibt, ob Aufnahme oder ¥iedergabe stattfindet.

Der Einfachheit halber wird nachstehend angenommen, dass stets ¥iedergabe stattfindet, zu welchen Zweck die Regelung ja in erster Linie bestimmt ist. Dem Eingang P.„ wird das Steuersignal H₁ angeboten, wie es von der Steuereinheit 71 nach Pig. 5 erzeugt wird. Dieses Steuersignal H₁ weist demzufolge einen logischen ¥ert 1 auf, wenn ein erster der beiden Magnetköpfe eine Informationsspur ausliest, während es einen logischen ¥ert O aufweist, wenn der andere Magnetkopf eine Inf oBmationsspur ausliest _e «Ein Eingang T₁ der Steuereinheit 80 empfängt das Tachosignal T von dem Tachosystem 71 nach Fig. 5· Es wird angenommen, dass dieses Tachosignal T aus 72 Impulsen pro Umdrehung des Kopfrades besteht. Der Ausgang des D/A-Umsetzers 15 ist schliesslich mit zwei Abtast- und Halteschaltungen 81 und 82 verbunden ₉ deren Ausgänge mit den Stellgliedern 51 bzw. 52 verbunden sind. Diese Schaltungen 81 und 82 werden von den Ausgängen Pp_n bzw. Pp₁ der Steuereinheit 80 gesteuert.

Die ¥irkungsweise dieser Vorrichtung nach Fig. 6 wird an Hand des in Fig. 7 gezeigten Stromdiagramms des in der Steuereinheit 80 gebrauchten Programms auseinandergesetzt. Das Programm wird vom Block 90 gestartet. Dann wird nach dem Block 91 in alle zur Aufnahme der Fehlersignale bestimmten Speicherplätze, (m) des Schreib/Lesespeichers ein ¥ert gleich, d'er Hälfte des höchstmöglichen Wertes eingeschrieben.

Nach dem Entscheidungsblock 9Z

wird der Zeitpunkt abgewartet, zu dem sich das Signal am Eingang P₁Oj also das Signal H₁, von einer logischen "0" in

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eine logische "1" ändert. Dies ist der Zeitpunkt, zu dem einer der Magnetköpfe (z.B. K₁) mit der Abtastung einer Informationsspur anfängt. Nach dem Block 93 wird zu diesem Zeitpunkt der Inhalt des Speicherplatzes "}6 dem D/A Umsetzer 15 angeboten und wird zugleich der Ausgang P_p1 aktiviert, wodurch der vom D/A—Umsetzer 15 gelieferte Signalwert von der SH-Schaltung 82 als Anfangswert dem Stellglied 52 geliefert wird.Nach dem Block 9h wird dann die Adressierung η für die Speicherplätze auf O gesetzt. Nach dem Block 95 wird der Inhalt des Speicherplatzes η dem D/A-Umsetzer 15 angeboten und in einen analogen Signalwert umgesetzt. Nach dem Entscheidungsblock 96 wird nun gewartet, bis der Eingang T₁ eine logische "1" wird, mit anderen Worten, bis eine Tachoimpuls T erscheint. Zu diesem Zeitpunkt wird nach dem Block 97 geprüft, ob der Eingang P₁₀ eine logische "1" iab, mit anderen Worten, ob das Istfehlersignal an der Eingangsklemme 12 grosser als der von dem D/A-Umsetzer 15 gelieferte Signalwert ist. Wenn dies in der Tat der Fall ist, wird der Inhalt des Speicherplatte zes (n) um ein Bit erhöht; sonst wird der Inhalt dieses Speicherplatzes nach dem Block 99 um ein Bit herabgesetzt.

Danach wird nach dem Block 100

geprüft, ob der Magnetkopf K₁ mit der Abtastung einer informationsspur beschäftigt ist. Wenn dies der Fall ist, wird nach dem Block 101 der Inhalt des Speicherplatzes (n+2) dem D/A-Umsetzer 15 angeboten und wird zugleich der Ausgang P₂₀ aktiviert, so dass der vom D/A-Umsetzer 15 gelieferte Signalwert über die SH-Schaltung 81 dem S eil-

"Ü

glied 51 geliefert wird. Wenn nicht die Bedingung ρ = 1 nach dem Block 100 erfüllt wird, wird der von dem Speicherplatz (n+2) ausgelesene Signalwert über den D/AUmsetzer 15 und die SH-Schaltung 82 dem Stellglied 52 zugeführt .

Nach dem Block IO3 wird dann

die .Adressierung für den Speicherplatz um "1" erhöht (n = n+i), während anschliessend nach dem Block 104 geprüft wird, ob die Adressierungsnummer η kleiner als oder

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gleich. 36 ist. Solange dies der Fall ist, läuft der Programmzyklus stets zu dem Block 95 zurück. Die dabei erhaltene Schleife wird also während der Periode durchlaufen, in der der Magnetkopf K₁ mit der Abtastung Tbschaftigt ist.

¥enn die Adressierungsnummer η

grosser als 36 ist, wird nach dem Block 105 zunächst geprüft, ob diese Adressierungsnummer η gleich 37 ist.

Fenn dies der Fall ist, was bedeutet, dass der Magnetkopf K„ *

mit der Abtastung einer Informations spur anfängt, wird nach dem Block IO6 der Inhalt des Speicherplatzes η = O über den D/A-TJmsetzer 15 und die SH-Schaltung (Aktivierung von JP■ ) als Anfangswert dem Stellglied 51 des Magnetkopfes K₁

zugeführt. Nach der Ausführung dieser Instruktion oder 15

wenn die Bedingung nach dem Block IO5 nicht erfüllt wird,

wird nach dem Block IO7 geprüft, ob die Adressierungsnummer η gleich 72 ist. ¥enn dies nicht der Fall ist, läuft der Programmzyklus weiter zu dem Block 95» Die dadurch erhaltene Schleife wird während des Zeitinervalls durchlaufen, 20

in dem der Magnetkopf K„ mit der Abtastung beschäftigt ist.

¥enn dagegen die Adressierungsnummer η = 71 ist, hat der Magnetkopf K_? das Ende der Abtastung erreicht und wird zu dem Block 92 zurückgekehrt.

Für den richtigen Verlauf des 25

Programms sind noch einige Instruktionen erforderlich, die nicht als solche im Stromdiagramm angegeben sind. \Sexaa. die Adressierungsnummer η den ¥ert 7° erreicht hat, wird nach dem Block I07 zu dem Block 95 zurückgekehrt. Die in der

darauffolgenden Schleife im Block 101 und im Block 102 30

aufgeführte Adressierungsnummer (n+2) wäre dann aber gleich 72. Naturgemäss soll aber zu diesem Zeitpunkt wieder der Speicherplatz η = 0 ausgelesen werden. Eine gleiche Komplikation ergibt sich beim Erreichen von η = 71» wobei

nach den Blöcken 101 und 102 natürlich nicht der Speicher-35

platz η = 73, sondern der Speicherplatz η = 1 adressiert werden soll. Diese beiden Schwierigkeiten können einfach dadurch gelöst werden, dass in der Programmschleife, die

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die Blöcke 95 bis IO7 enthält, diese beiden Zustände η = 70 bzw. η = 71 detektiert werden und bei einer positiven Detektion in den Instruktionen nach den Blöcken 101 und 102 die Adressierungsnummer n+2 durch n=0 bzw. n=1 ersetzt wird.

Bei dem Stromdiagramm nach Fig.7

ist die in bezug auf den Inhalt eines Speicherplatzes durchgeführte Korrektur stets ein fester Wert, und zwar + 1 nach den Blöcken 98 und 99» Dies bedeutet, dass es nach dem Starten des Programms ziemlich lange dauern kann, bevor der Inhalt der Speicherplätze in angemessener Weise dem Verlauf des Fehlersignals über eine Umdrehung des Kopfrades entspricht, weil ja der Inhalt jedes Speicherplatzes pro Umdrehung des Kopfrades nur eine Korrektur von 1 Bit erfährt. Um in dieser Hinsicht eine Verbesserung zu erzielen, kann die Ausführung der Korrektur adaptiv gemacht werden, d.h., dass die Grosse der Korrektur von der Vorgeschichte abhängig gemacht wird. Dafür sind selbstverebändlich viele Möglichkeiten denkbar. Eine sehr einfache Möglichkeit, die nur eine geringe Anpassung des Stromdiagramms erfordert, ist in Fig. 7 mit den Blöcken 108 bis 112 angegeben. Der Block 108 ist zwischen den Block 97 und den Block 99 eingefügt und zählt die Anzahl Male, die der Block 99 pro Umdrehung des Kopfrades wirksam wird. Die Blöcke 109 bis 112 werden in die Verbindung zwischen dem Block 107 und dem Block 92 eingefügt. Der Block IO9 prüft, ob die Zählung B des Blocks 108 gleich 72 oder 0 ist. Wenn dies der Fall ist, bedeutet dies, dass alle in dem Speicher gespeicherten Signalwerte zu gross oder alle im Speicher gespeicherten Signalwerte zu klein in bezug auf die zugehörigen Istwerte des Fehlersignals während der vollständigen Umdrehung des Kopfrades waren. Die von den Blöcken 98 und 99 durchgeführte Korrektur weist nun keinen festen Wert (+1) mehr auf, sondern ist veränderlich (+ Δ ) ·

Da B=O oder B = 72 eine Anzeige dafür ist, dass noch ein erheblicher Unterschied zwischen dem Speicherinhalt und dem Istverluf des Fehlersignals besteht, wird in diesem

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18.8.1979 ·β£ PHN 937^

Falle nach, dem Block 110 der Korrekturfaktor Δ. auf einen verhältnismässig hohen Wert, z.B. 4, eingestellt, während, wenn die Bedingung B=O oder B = 72 nicht erfüllt wird, dieser Korrekturfaktor Δ nach dem Block 111 auf den ¥ert "1" eingestellt wird. Die Blöcke 98 und 99 führen demzufolge eine Korrektur um einen von der Vorgeschichte abhängigen Korrekturfaktor Δ durch. Nach dem Block 112 wird naturgemäss jeweils nach einer Umdrehung des Kopfrades der Zähler B auf O gesetzt.

Es dürfte einleuchten, dass sich die Erfindung keineswegs auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkte Insbesondere dürfte es einleuchten, dass bei Anwendung einer programmierbaren Steuereinheit sehr viele Abwandlungen möglich sind, die über die Programmierung dieser Steuereinheit erhalten werden₀ Abhängig von den besonderen Anforderungen, die an eine bestimmte Regelschleife gestellt werden, kann über diese Programmierung die gewünschte Verfeinerung des Regelverhaltens erzielt werden,

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Leerseite

Claims

18.8.1979 "**" PHN 9374 PATENTANSPRUECHE s

1. ] Regelschleife zur Regelung

er Regelgrösse, wobei diese Regelschleife versehen ist mit

- einer Steuervorrichtung zur .Änderung der Regelgrösse als Reaktion auf ein Steuersignal,

- einem Detektionssystem zur Lieferung eines Fehlersignals, das den Unterschied zwischen dem Istwert und dem Sollwert der Regelgrösse anzeigt, und

- einer Regeleinheit mit einer Eingangsklemme, die mit dem Detektionssystem gekoppelt ist, um das Fehlersignal zu empfangen, und einer Ausgangsklemme, die mit der Steuervorrichtung gekoppelt ist, um das Steuersignal zu liefern, wobei diese Regeleinheit eine Ubertragungskennlinie mit einer Anzahl von Spitzen bei einer Grundfrequenz und deren

Harmonischen aufweist,

dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinheit versehen ist mit

- einer Speichervorrichtung (14) mit einer Anzahl von

Speicherplätzen, die sich zur Speicherung digital kodier-

ter Signalwerte eignet,

- einem Digital/Analog-Umsetzer (i5)> der mit der Speichervorrichtung (i4) gekoppelt ist und zur Umsetzung der von der Speichervorrichtung (i4) gelieferten digital kodierten Signalwerte in analoge Signalwerte dient,

- Komp^-^atormitteln (17) zum Vergleichen des Wertes des durch einen aus der Speichervorrichtung (i4) ausgelesenen Signalwert dargestellten Fehlersignals mit dem Istwert dieses Fehlersignals,

- Korrekturmitteln (l6), die einerseits mit der Speicher-

vorrichtung 0^0 und andererseits mit dem Ausgang des Komparators (17) gekoppelt sind und dazu dienen, die von der Speichervorrichtung (i4) erhaltenen ^bignalwerte in

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Abhängigkeit von dem vom Komparator (17) gelieferten Signal zu korrigieren, wobei die durchgeführte Korrektur einen Höchstwert besitzt, der klein in bezug auf den höchstmöglichen Signalwert ist, und

- Steuermitteln (τ) für die Speichervorrichtung (i4), die dazu eingerichtet sind, eine Auslesung einer Anzahl von Signalewerten aus der Speichervorrichtung (i4) gemäss einem sich wiederholenden Zyklus und jeweils nach dem Auslesen eines Signalwertes die Speicherung des von den Korrekturmit-rr teln (16) gelieferten korrigierten Signalwertes in dem Speicher (i4) zum Ersatz des ausgelesenen Signalwertes zu gestatten, wobei der Zyklus eine Periodendauer gleich der zu der Grundfrequenz gehörigen Periodendauer besitzt. (Fig. 1)

2. Regelschleife nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturmittel (i6) dazu eingerichtet sind, die aus der Speichervorrichtung ausgelesenen digitalen Signalwerte um einen vorher bestimmten Wert zu vergrössern oder zu verkleinern, abhängig von deriPolarität des Signals am Ausgang des Komparators (17).

3· Regelschleife nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, dass der vorher bestimmte ¥erte ein konstanter ¥ert ist.

4. Regelschleife nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die.

Komparatormittel (17) mit einem Differenzverstärker (17) mit einem ersten mit der Eingangsklemme (12) der Regeleinheit (11) gekoppelten Eingang (+) und einem zweiten mit dem Ausgang des Digital/Analog-Umsetzers (15) gekoppelten Eingang (-) versehen sind (Fig.i).

5. Regelschleife nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorhanden sind, mit"deren Hilfe der Ausgangsklemme (i3) der Regeleinheit (ii) aus der Speichervorrichtung (14) ausgelesene und in analoge Form umgesetzte Signalwerte zugeführt werden, die gegenüber den den Komparatormitteln (17) zugeführten Signalwerten voreilen.

Θ30037/0782

18.8.1979

6. Regelschleife nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsklemme (12) der Regeleinheit (11) mit dem Eingang eines Filternetzwerks (19) gekoppelt ist, dessen Aus-

gang mit einer Addierstufe (22; gekoppelt ist, die zugleich mit der Ausgangsklemme {13) der Regeleinheit (11) gekoppelt ist, um die Ausgangssignale der Regeleinheit (11) und des Filternetzwerks (19) zueinander zu addieren tind das

Summensignal als Steuersignal an die Steuervorrichtung (9) 10

zu liefern.

7. Regelschleife nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Filternetzwerk (19) eine Begrenzerschaltung zur Begrenzung des Ausgangssignals dieses

Filternetzwerks auf einen vorher bestimmten Wert enthält. 15

8. Regelschleife nach einem der

vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinheit (11) mit einer programmierbaren Steuereinheit versehen ist.

Ö30037/07Ö2