DE3853061T2

DE3853061T2 - Datenwandler-Positionssteuerungssystem für Plattenspeicher-Antriebssystem.

Info

Publication number: DE3853061T2
Application number: DE3853061T
Authority: DE
Inventors: Toshio Inaji; Hiroshi Mitani; Hiromi Onodera; Noriaki Wakabayash Wakabayashi; Shuichi Yoshida; Tsukasa Yoshiura
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1987-12-24
Filing date: 1988-12-22
Publication date: 1995-10-05
Anticipated expiration: 2008-12-23
Also published as: DE3853061D1; EP0323154A2; EP0323154A3; KR910007909B1; EP0323154B1; US4954905A; KR890010889A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuersystem zum Positionieren eines Datenwandlers auf Datenspuren in einem Plattenspeicherantriebssystem, und betrifft insbesondere ein Datenwandlerpositionssteuersystem für ein Plattenspeicherantriebssystem, welches ein Verfahren und ein System zum Bewegen eines Datenwandlers mit hoher Geschwindigkeit zur ausgewählten Datenspur umfaßt, und weiterhin das Steuern der Relativposition des Datenwandlers in bezug auf die Datenspur.
Mit fortschreitender Verbesserung von Informationsaufzeichnungs- und wiedergabegeräten wurde ein Positionssteuersystem erforderlich, welches erheblich geringere Abmessungen aufweist, weniger Energie verbraucht, und mit höherer Geschwindigkeit und größerer Exaktheit arbeitet, und zwar zur Verwendung als Positionierantriebssystem für entweder einen aufzeichnenden oder einen wiedergebenden Wandler in einem Magnetplattenspeicherantriebssystem oder in einem optischen Plattenspeicherantriebssystem. Besonders erwünscht sind: eine Erhöhung der Geschwindigkeit, um einen Hochgeschwindigkeitszugriff entsprechend einem Hochgeschwindigkeitsbetrieb bei Halbleitern zu ermöglichen; eine Miniaturisierung, um bei vorgegebenen Abmessungen eine größere Kapazität zur Verfügung zu stellen; ein geringerer Energieverbrauch, damit das System kompaktere Abmessungen aufweist und tragbar ist; und eine hohe Exaktheit zur Erhöhung der Spurdichte und daher der Speicherkapazität.
Ein derartiges Positionssteuersystem verwendet üblicherweise einen Schrittmotor als Positioniervorrichtung. Beispielsweise ein Hybridpermanentmagnet-Schrittmotor ist besonders vorzuziehen, bei welchem ein Läufer einen axial magnetisierten Permanentmagneten aufweist, sowie mehrere magnetische Materialien, die auf beiden Seiten des Permanentmagneten angeordnet sind, und Felder magnetischer Zähne aufweisen, die in gleichen Abständen an den Umfängen der magnetischen Materialien vorgesehen sind. Weiterhin weist ein Ständer in dem Motor einen Magnetmaterialkern auf, in welchem Gruppen magnetischer Zähne vorgesehen sind, entgegengesetzt dem Läufer, sowie mehrere Wicklungen, die auf dem Magnetmaterialkern und um diesen herum angeordnet sind.
Der Schrittmotor des Hybridpermanentmagnettyps wird durch eine Basisleistungsverstärkerschaltung versorgt, welche Brückenschaltungen aufweist, die mit mehreren Schaltern versehen sind, wobei die Wicklungen zwischen den Brückenschaltungen angeordnet sind. Wenn die Wicklungen nacheinander durch Aktivieren der Schalter in gleichen Zeitabständen magnetisiert werden, geht der Läufer kontinuierlich von einer Position in eine andere über, infolge der Reihe der magnetischen Wirkungen auf die Wicklungen. Die Schalter sind üblicherweise Halbleiter.
Genauer gesagt wird in weitem Maße ein durch zwei Phasen versorgter Schrittmotor vorgesehen, dessen Läufer sich um 1/4 des Zahnabstands drehen (vorwärtslaufen) kann (um einen elektrischen Winkel von 90º), wenn die Schalter so arbeiten, daß sie sich aufeinanderfolgend öffnen und schließen, synchronisiert mit externen Signalen.
Es wurde ein Positionssteuersystem nach dem Stand der Technik eines Plattensystems vorgeschlagen, welches in dem U.S.- Patent Nr. 4 568 988 beschrieben ist, welches einen derartigen Schrittmotor verwendet und als Positioniersystem mit offener Schleife bezeichnet wird, in welchem die Brückenschaltungen nacheinander durch die Eingabe von Schrittimpulsen aktiviert werden und sich auf diese Weise der Läufer in dem Schrittmotor drehend vorwärts bewegt, um einen Datenwandler zu bewegen, um Zugriff auf Spuren zu erlangen.
Dieses Positionssteuersystem nach dem Stand der Technik weist den Schrittmotor als elektromagnetische Positioniervorrichtung in dem Positioniersystem mit offener Schleife auf, wodurch dessen elektronische Steuerschaltung verhältnismäßig einfach ausgebildet sein kann. Da die Positionierung durch Impulszufuhr erfolgt, wird ein einfaches Verfahren verwendet, in welchem Impulse direkt von einem Mikroprozessor einem Leistungsverstärker zugeführt werden. Zusätzlich verfügt dieses System über einen hohen Energiewirkungsgrad, verglichen mit einer anderen Positioniervorrichtung wie beispielsweise einem Tauchspulenmotor oder einem Servomotor (und daher kann ein Betätigungsglied wie ein Schrittmotor, der zahnförmige magnetische Zähne in der magnetischen Schaltung aufweist, einen hohen Energiewirkungsgrad zur Verfügung stellen und eine hohe Kraft oder ein hohes Drehmoment bei niedrigem Strom erzeugen), und weist daher kompakte Abmessungen und einen geringeren Energieverbrauch auf.
Andererseits ist dieses System immer noch in bezug auf einen Hochgeschwindigkeitsbetrieb und auf die Genauigkeit nachteilig. Insbesondere verursacht der Schrittmotor als Positioniervorrichtung, daß ein Datenwandler um seinen Ruhepunkt während der Positionierung auf die ausgewählte Datenspur vibriert, und kann daher eine beträchtliche Einstellzeit für die Positionierung erfordern.
Um die Vibration zu verringern und die Einstellzeit zu minimalisieren, müssen der Rotor und die beweglichen Teile mit einer mechanischen, viskosen Dämpfung versehen werden. Dies führt zu einer komplizierten Anordnung und erfordert eine längere Suchzeit für das Positionieren, infolge der viskosen Dämpfung. Derartige Probleme müssen bei dem Positionssteuersystem nicht auftreten, welches mit einem Tauchspulenmotor oder mit einem Gleichspannungs-Servomotor versehen ist. Da der Schrittmotor mit einer Geschwindigkeit gedreht wird, die mit Signalen von äußeren Impulsen synchronisiert ist, kann der Datenwandler einen Hochgeschwindigkeitssuchvorgang durchführen, wenn die Frequenz der Impulssignale erhöht wird. Während eines Hochgeschwindigkeitsbetriebs allerdings, anders als bei einem Betrieb mit niedriger Geschwindigkeit, bei welchem eine Vorschubkraft groß ist, wird der Anstieg des Stroms infolge der Zeitkonstante der Wicklungen und Hystereseverlusten verzögert, und der Wirkungsgrad der Drehmomenterzeugung verringert. Daher neigt der Schrittmotor dazu, wenn ein Hochgeschwindigkeits-Suchvorgang versucht wird, außer Takt zu geraten. Wenn der Magnetpolabstand in der Breite verringert wird, um die Auflösung der Positionierung zu erhöhen, so nimmt die Schaltfreguenz zu, und vergrößert sich dieser Nachteil.
Wenn die Dichte der Spuren dadurch erhöht wird, daß die Entfernung zwischen zwei benachbarten Datenspuren verringert wird, zum Zweck der Erhöhung der Informationsaufzeichnungskapazität, so muß die Positionierung eine höhere Genauigkeit aufweisen. Im einzelnen ist eine höhere Positionshaltefähigkeit (Steifigkeit) in bezug auf eine äußere Schwingung oder einen äußeren Stoß erforderlich, und darüber hinaus sind die Ergebnisse der Exzentrizität oder einer Mäanderform der Spuren verhältnismäßig wenig vernachlässigbar. Insbesondere kann bei dem Positionssteuersystem nach dem Stand der Technik die Anzahl der Magnetpolzähne des Läufers und Ständers in dem Schrittmotor erhöht werden, um das Ausmaß des Schrittwinkels zu verringern, für eine präzise Positionierung und Verbesserung der Auflösung. In bezug auf die Begrenzung in Hinsicht auf mechanische Genauigkeit läßt sich jedoch eine Erhöhung der Anzahl der Magnetpolzähne nicht erreichen. Selbst wenn die Anzahl erhöht wird und die Positionierauflösung verbessert wird, bleibt es immer noch schwierig, die absolute Genauigkeit der Positionierung zu erzielen, und die Steifigkeit (das Haltedrehmoment) zu erhöhen. Darüber hinaus stellt das Positionssteuersystem nach dem Stand der Technik keine ausreichende Spurverfolgung zur Verfügung, infolge einer Exzentrizität und Mäanderform der Spuren, die bei den austauschbaren Medien notwendigerweise vorhanden sind.
Es ist ein weiteres Verfahren bekannt, bei welchem ein Suchvorgang mit hoher Geschwindigkeit, eine höhere Spurendichte und eine sehr genaue Spurverfolgung vorgeschlagen werden, um ein Datenplattenspeicherantriebssystem bezüglich der Leistung zu verbessern, und zwar unter Verwendung einer Kombination einer Servosteuerung mit geschlossener Schleife mit einem Positionssteuersystem, welches eine Positioniervorrichtung wie beispielsweise einen Tauchspulenmotor oder einen Gleichspannungs-Servomotor aufweist. Dieses System ist jedoch, verglichen mit dem voranstehend beschriebenen System, welches den Schrittmotor aufweist, mit einem geringen Energiewirkungsgrad versehen, mit einer hohen Energieabstrahlung, ist nicht für eine Miniaturisierung geeignet, und weist eine komplizierte Anordnung seiner elektronischen Steuerschaltung auf. Genauer gesagt weist die Schaltung zwei Schleifen auf, nämlich eine Positionssteuerschleife für die Spurverfolgungssteuerung und eine Geschwindigkeitssteuerschleife für die Suchsteuerung. Letztere ist zur Geschwindigkeitssteuerung mit einer Tabelle eines Geschwindigkeitsprofils versehen, welche eine Funktion der Anzahl der übrigbleibenden Spuren darstellt und bei der elektrischen Steuerung durch die erstgenannte Positionssteuerschleife ersetzt werden sollte, bevor der Datenwandler eine Zielspur erreicht. Darüber hinaus weist eine Geschwindigkeitsmeßschaltung eine verhältnismäßig komplizierte Anordnung auf.
Darüber hinaus kann bei dem Datenplattenspeicherantriebssystem nach dem Stand der Technik, bei welchem der Schrittmotor durch eine derartige, bekannte Positioniersteuerung mit offener Schleife betätigt wird, die Spurabweichung des Datenwandlers nicht sofort erfaßt werden, wenn sie von einer äußeren Schwingung oder einem äußeren Stoß herrührt. Es ist deswegen äußerst wichtig, die Spurabweichung zu erfassen, da das Einschreiben von Daten gestoppt werden sollte, wenn der Datenwandler gegenüber der Datenspur infolge einer äußeren Schwingung oder eines äußeren Stoßes verschoben ist. Beim Stand der Technik ist die Platte mit Servoinformation versehen, die in ihrer Oberfläche vorgesehen ist, um den relativen Positionierfehler des Datenwandlers in bezug auf die Datenspur aufzunehmen. Die Servoinformation wird daher für eine verbesserte Spurverfolgung und für eine Spurfehlererfassung verwendet.
Eine ganz neue Platte zur Verwendung in dem Magnetdatenplattenspeicherantriebssystem ist mit keiner derartigen speziellen Servooberfläche versehen, um nämlich die Speicherkapazität zu erhöhen. Statt dessen wird die gesamte Plattenoberfläche zu einer Datenaufzeichnungsoberfläche, in welcher Stücke der Servoinformation verstreut sind. Selbst auf einer optischen Platte einer solchen Art, die keine spezielle Spurnut aufweist, ist die Servoinformation für die Spurverfolgung in gestreuter Anordnung vorgesehen. Dies wird als Sampling- Servoverfahren oder als Sektor-Servoverfahren bezeichnet.
Beim Sektor-Servoverfahren ist die Servoinformation in jedem Datensektor angeordnet, wie besonders in dem U.S.-Patent Nr. 3 593 333 beschrieben ist. Bei einem derartigen Verfahren wird infolge des Servomechanismus Information nur intermittierend ausgegeben, und daher läßt sich eine Verbesserung der Spurverfolgung nicht einfach erreichen. Darüber hinaus läßt sich kein Spurfehler unmittelbar nach seinem Auftreten feststellen.
Wie voranstehend beschrieben stellt das Positionssteuersystem nach dem Stand der Technik für ein Plattenspeicherantriebssystem, welches als Positioniervorrichtung verwendet wird, und einen Schrittmotor verwendet, den Vorteil einer kompakteren Anordnung oder einer Energieeinsparung zur Verfügung, und ist gleichzeitig in der Hinsicht nachteilig, daß die Spurpositionierung eine beträchtliche Einstellzeit erfordert, und darüber hinaus ein Suchvorgang mit hoher Geschwindigkeit nur schwierig durchgeführt werden kann. Darüber hinaus ist es in bezug auf die Konstruktion des Schrittmotors und die Anordnung der Positioniersteuerung mit offener Schleife schwierig, die Positionierauflösung wesentlich zu verbessern, und die Genauigkeit und die Steifigkeit bei der Positionierung zu erhöhen, und weiterhin während des Betriebs die Spurverfolgung sicherzustellen. Andererseits tritt bei dem anderen bekannten Positionssteuersystem mit einem Servobetrieb mit offener Schleife, welches eine andere Positioniervorrichtung, wie beispielsweise einen Tauchspulenmotor oder einen Gleichspannungs-Servomotor verwendet, ein beträchtlicher Energieverlust auf, und obwohl es dazu führen kann, daß die Leistung eines Datenplattenspeicherantriebssystems wesentlich verbessert wird, läßt es sich nicht kompakt ausbilden und weist eine komplizierte Anordnung seiner elektronischen Steuerschaltung auf. Da der Spurabstand bei jüngsten Datenplattenspeicherantriebssystemen verhältnismäßig gering ist, muß eine Ablenkung der Datenspur auf einem austauschbaren Medium während einer Drehung der Platte stark berücksichtigt werden, soweit sie die Spurverfolgung beeinflußt. Darüber hinaus wird möglicherweise ein Spurfehler infolge einer äußeren Vibration und äußerer Stöße hervorgerufen.
In der EP-A-0 229 891 wird ein Kopfpositioniersystem vorgeschlagen, welches einen Schrittmotor in einer Anordnung mit geschlossener Steuerschleife aufweist, und zum Positionieren eines Magnetkopfes auf eine Zielspur einer sich drehenden Magnetplatte dient, und welches einen Antriebsmotor zum Antrieb des Magnetkopfes in einer Radialrichtung der Magnetplatte aufweist, sowie einen Positionsfehlerdetektor zur Erzeugung eines Positionsfehlersignals, welches eine Ablenkung des Magnetkopfes in bezug auf eine Zentrumslinie der Zielspur anzeigt. Ein digitales Kompensationsfilter erzeugt ein Kompensationssignal, welches eine Frequenz aufweist, die ein ganzzahliges Vielfaches der Drehfrequenz der Platte beträgt. Ein digitales Stabilisierungsfilter ist mit dem Positionsfehlerdetektor verbunden, und mit dem digitalen Kompensationsfilter, zur Erzeugung eines Gleichgewichtspunktsignals des Antriebsmotors entsprechend dem Positionsfehlersignal und dem Kompensationssignal. Ein Motortreiber legt den Treiberstrom des Antriebsmotors in Reaktion auf das Gleichgewichtspunktsignal fest. Ein Detektor erfaßt die Position des Magnetkopfes in bezug auf die Zentrumslinie der Zielspur und liefert das Kopfpositionssignal an den Positionsfehlerdetektor.
Es ist ein Ziel von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, ein neues Datenwandlerpositionssteuersystem für ein Plattenspeicherantriebssystem zur Verfügung zu stellen, welches so ausgebildet ist, daß ein Hochgeschwindigkeitsspurzugriff auf exakte Weise durchgeführt werden kann, zusammen mit einer kompakten Anordnung des Systems, wobei ein geringer Energieverbrauch erzielt wird.
Ein weiteres Ziel von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellt die Bereitstellung eines Datenwandlerpositionssteuersystems dar, welches so ausgebildet ist, daß das Auftreten eines Außertrittfallens verhindert wird, daß die Fähigkeit zur Durchführung eines Suchvorgangs mit höherer Geschwindigkeit erhöht wird, und daß die Vorschubkraft einer Positioniervorrichtung besonders wirksam erzeugt wird.
Ein weiteres Ziel von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellt die Bereitstellung eines Datenwandlerpositionssteuersystems dar, welches so ausgebildet ist, daß die Einstellung des Datenwandlers auf die ausgewählte Datenspur mit höherer Geschwindigkeit ohne Vibration erfolgen kann, nämlich durch Regeln einer Positioniervorrichtung.
Ein weiteres Ziel von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellt die Bereitstellung eines Datenwandlerpositionssteuersystems dar, welches so ausgebildet ist, daß die Positionierung des Datenwandlers mit hoher Genauigkeit und mit hohem Auflösungsgrad durchgeführt werden kann, durch Verwendung einer Positionskodiereinrichtung, und daß eine hohe Steifigkeit zur Verfügung gestellt wird, um Schwingungen und Stöße von außen zu unterdrücken.
Ein weiteres Ziel von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellt die Bereitstellung eines Datenwandlerpositionssteuersystems dar, welches so ausgebildet ist, daß die Positionierung des Datenwandlers frei durchgeführt werden kann, unabhängig von einem bestimmten Spurabstand, und zur Feineinstellung dadurch gesteuert werden kann, daß der gesamte Bewegungsbereich des Datenwandlers in bezug auf die lineare Absolutposition erfaßt wird.
Ein weiteres Ziel von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellt die Bereitstellung eines Spurverfolgungspositionssteuersystems dar, welches so ausgebildet ist, daß eine höhere Spurverfolgungsfähigkeit erzielt werden kann, durch Verringerung des Spurfehlers, der zwischen dem Datenwandler und der Datenspur hervorgerufen wird, und weiterhin die Bereitstellung eines neuen Spurverfolgungspositionssteuersystems, welches so ausgebildet ist, daß die Exzentrizität und die Mäanderform der Spur, welche bei einem entfernbaren Medium notwendigerweise vorhanden sind, begrenzt werden können.
Ein weiteres Ziel von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellt die Bereitstellung eines einfachen Positionssteuersystems dar, welches so ausgebildet ist, daß die Spurzugriffssteuerung unter Verwendung einer Positionssteuerschleife durchgeführt werden kann, jedoch ohne eine Geschwindigkeitssteuerschleife.
Ein weiteres Ziel von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellt die Bereitstellung eines Positionssteuersystems dar, welches so ausgebildet ist, daß das Auftreten eines Spurfehlers mit hoher Genauigkeit unterschieden werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Datenwandlerpositionssteuersystem für ein Datenplattenspeicherantriebssystem zur Verfügung gestellt, welches einen Datenwandler aufweist, der zum Schreiben und/oder Lesen von Informationsdaten auf mehrere bzw. von mehreren Datenspuren ausgebildet ist, die auf einer Oberfläche einer Datenplatte vorgesehen sind, mit:
einer Positioniervorrichtung, welche Mehrfachphasenwicklungen zur Bewegung des Datenwandlers auf der Plattenoberfläche aufweist; und
einer Servoeinrichtung mit geschlossener Schleife, welche umfaßt:
eine Spurfehlerdetektoreinrichtung zur Erfassung eines Positionsfehlers des Datenwandlers in bezug auf die Datenspur und zur Verfolgung eines Spurfehlersignals, welches den erfaßten Positionsfehler anzeigt;
eine Kompensationpositions-Berechnungseinrichtung zur Berechnung eines Bezugspositionssignals aus dem Spurfehlersignal; und
eine Antriebseinrichtung, welche auf das Bezugspositionssignal zum Antrieb der Positioniervorrichtung reagiert, mit einer Funktionsgeneratoreinrichtung zur Erzeugung von Mehrfachphasensignalen, welche sich voneinander bezüglich der Phase unterscheiden, und mit einem Leistungsverstärker zum Verstärken der Mehrfachphasensignale, um elektrische Mehrfachphasenströme zu erhalten und die elektrischen Mehrfachphasenströme den Mehrfachphasenwicklungen der Positioniervorrichtung zuzuführen;
und ist dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin eine weitere Servoeinrichtung mit geschlossener Schleife vorgesehen ist, welche die Funktionsgeneratoreinrichtung und den Leistungsverstärker aufweist, und weiterhin aufweist:
eine Positionskodiereinrichtung zur Erfassung einer Verschiebung der Positioniervorrichtung und zur Erzeugung eines momentanten Positionssignals, welches eine momentane Position der Positioniervorrichtung anzeigt;
eine in der Antriebseinrichtung vorgesehene Komparatoreinrichtung zum Vergleichen des momentanen Positionssignals mit dem Bezugspositionssignal und zur Erzeugung eines Abweichungssignals, welches eine Abweichung des momentanen Signals in bezug auf das Bezugspositionssignal anzeigt;
eine elektrische Winkelberechnungseinrichtung, die in der Antriebseinrichtung vorgesehen ist, um ein elektrisches Winkelsignal zu berechnen, welches eine Eingangsleistung für die Positioniervorrichtung darstellt,
wobei die Funktionsgeneratoreinrichtung auf das elektrische Winkelsignal zur Erzeugung der Mehrfachphasensignale reagiert.
Gemäß einiger Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weist das Datenwandlerpositionssteuersystem weiterhin eine Spurauslenkungsschätzeinrichtung auf, um eine Spurauslenkung abzuschätzen, die durch eine Exzentrizität und/oder Mäanderform der Datenspuren hervorgerufen wird, und um ein Vorschubsignal zu erzeugen, welches die abgeschätzte Spurauslenkung anzeigt, wobei das Vorschubsignal dem Bezugspositionssignal hinzuaddiert wird.
Gemäß einiger anderer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weist das Datenwandlerpositionssteuersystem weiterhin eine Positionsprofilerzeugungseinrichtung auf, die auf Auswahlinformation für eine neue Spur reagiert, um ein Positionsprofilsignal zu erzeugen, welches ein Positionsprofil zur Bewegung des Datenwandlers von einer momentanen Datenspur zu einer neu ausgewählten Datenspur anzeigt, wobei das Positionsprofilsignal zum Bezugspositionssignal hinzuaddiert wird, so daß der Datenwandler sich unter einer Positionstrajektoriensteuerung bewegen kann.
Gemäß weiterer Ausführungsformen der Erfindung weist das Datenwandlerpositionssteuersystem weiterhin eine Spurabweichungsdiskriminatoreinrichtung mit einer Simulatoreinrichtung auf, um in Echtzeit die gesamte Operation oder einen Teil der Operation der weiteren Servoeinrichtung mit geschlossener Schleife zu simulieren und ein Simulationssignal des Momentanpositionssignals zu erzeugen, sowie eine Spurabweichungsdetektoreinrichtung zur Überwachung einer Spurabweichung des Datenwandlers von einer ausgewählten Datenspur in bezug auf das momentane Positionssignal und das Simulationssignal.
Derartige Anordnungen gemäß der vorliegenden Erfindung stellen die folgenden Operationen und Ergebnisse zur Verfügung.
Da die momentane Position ständig erfaßt wird, und die Phase des Verbundstrom-Magnetisierungsvektors in den mehreren Windungen auf diese Weise gesteuert wird, kann die Positioniervorrichtung ständig äußerst wirksam eine Vorschubkraft erzeugen. Daher wird ein Zustand eines Schrittfehlers sowohl während einer Übergangsbewegung als auch während eines Suchvorgangs mit hoher Geschwindigkeit verhindert, und daher kann sich der Datenwandler mit hoher Geschwindigkeit sicher bewegen und für eine Einstellung betätigt werden.
Darüber hinaus kann der Datenwandler schnell zu dem Zweck bewegt werden, sich auf die ausgewählte Datenspur einzustellen, und zwar ohne Vibrationen, da eine geeignete Steuerberechnung in dem elektrischen Winkelberechner entsprechend der Größe der Abweichung durchgeführt wird, die sich durch Vergleich des momentanen Positionssignals mit dem Bezugspositionssignal ergibt. Dies verkürzt die Zugriffszeit.
Der Positionskodierer überwacht die momentane Position der Positioniereinrichtung auf exakte Weise und mit hoher Auflösung, wodurch bei der Positionierung eine minimale Einstellung durchgeführt werden kann.
Derartige Anordnungen gemäß der vorliegenden Erfindung stellen die folgenden Operationen und Ergebnisse zur Verfügung.
Da die momentane Position kontinuierlich erfaßt wird, und auf diese Weise die Phase des Verbundstrom-Magnetisierungsvektors in den mehreren Windungen gesteuert wird, kann die Positioniervorrichtung konstant äußerst wirksam eine Vorschubkraft erzeugen. Daher wird ein Zustand eines Außertrittfallens sowohl während einer Übergangsbewegung als auch während eines Suchvorgangs mit hoher Geschwindigkeit verhindert, und auf diese Weise kann sich der Datenwandler sicher mit hoher Geschwindigkeit bewegen und für eine Einstellung betätigt werden.
Darüber hinaus kann der Datenwandler zu dem Zweck schnell bewegt werden, sich auf die ausgewählte Datenspur einzustellen, und zwar ohne Vibrationen, da eine geeignete Steuerberechnung in der elektrischen Winkelberechnungsvorrichtung entsprechend der Größe der Abweichung durchgeführt wird, die sich aus dem Vergleich des momentanen Positionssignals mit dem Bezugspositionssignal ergibt. Dies verkürzt die Zugriffszeit.
Der Positionskodierer überwacht die momentane Position der Positioniereinrichtung mit Genauigkeit und hoher Auflösung, wodurch bei der Positionierung eine minimale Einstellung erfolgen kann. Gleichzeitig wird die Steifigkeit erhöht, während die Auswirkungen der Vibration auf ein Minimum begrenzt werden, was eine höhere Dichte der Datenspuren ermöglicht.
Darüber hinaus erfaßt der Positionskodierer den gesamten Bewegungsbereich des Datenwandlers bezüglich der linearen Absolutposition, während der Bezugspunkt als Datenpunkt festgelegt wurde. Daher kann eine Positionierung unabhängig von einem bestimmten Spurabstand durchgeführt werden, und bei der Positionierung eine minimale Einstellung erfolgen.
Da eine geeignete Kompensationsberechnung bei der Kompensationspositionsberechnung durchgeführt wird, wenn der Spurfehlerdetektor den Positionsfehler erfaßt, der zwischen dem Datenwandler und der Datenspur auftritt, kann sich der Datenwandler entlang der Datenspur während der Spurverfolgung auf genaue Weise bewegen. Daher können die Datenspuren eine höhere Dichte aufweisen.
Die Spurabweichungsschätzeinrichtung führt eine Abschätzung der Exzentrizität und der Mäanderform der Spur durch, und liefert mit den sich hieraus ergebenden Daten für die Spurabweichung eine vorschubartige Steuerung während der Spurverfolgungsbewegung, wodurch die Spurverfolgung bezüglich der Genauigkeit und Konsistenz verbessert werden kann.
Die Positionsprofilerzeugung liefert Information bezüglich des Positionsprofils oder der Bewegungstrajektorie, damit der Datenwandler auf die neu ausgewählte Datenspur zugreifen kann, an das Bezugspositionssignal, so daß die Zugriffssteuerung so erfolgen kann, daß sie durch die Positionssteuerung ersetzt wird, und darüber hinaus das System eine einfache Ausbildung aufweisen kann.
Der Spurabweichungsdiskriminator überwacht die Bewegung des Datenwandlers, und daher kann eine Spurabweichung mit hoher Genauigkeit unterschieden werden.
Da die Positioniervorrichtung in der Servoschleife geringe Abmessungen aufweist, und in der Hinsicht wirksam ist, daß sie das Merkmal eines geringen Energieverbrauchs aufweist, kann das Plattenspeicherantriebssystem selbst kleine Abmessungen aufweisen und tragbar werden.
In den Zeichnungen zeigt:
Fig. 1 eine erläuternde Darstellung einer Ausführungsform in Form eines Datenübertragungspositionskontrollsystems für ein Plattenspeicherantriebssystem gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine erläuternde Darstellung einer Ausführungsform, die einen Komparatur 7 aufweist, einen elektrischen Winkelberechner 8, einen Funktionsgenerator 9, und eine Kompensationspositionsberechnungseinrichtung 14, die in der Ausführungsform von Fig. 1 vorgesehen ist;
Fig. 3(a) ein grundlegendes Flußdiagramm einer ersten Servoschleife, die gemäß der vorliegenden Erfindung in dem Aufbauprogramm vorgesehen ist, und in dem ROM-Bereich des Speichers 28 gemäß Fig. 2 gespeichert ist;
Fig. 3(b) ein grundlegendes Flußdiagramm einer zweiten Servoschleife, die gemäß der vorliegenden Erfindung in dem Aufbauprogramm vorgesehen ist, und in dem ROM-Bereich des Speichers 28 gemäß Fig. 2 gespeichert ist;
Fig. 4(a) ein Flußdiagramm, welches einen Vorgang 32 von Fig. 3(a) gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert;
Fig. 4(b) ein Flußdiagramm, welches einen Vorgang 33 von Fig. 3(a) gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert;
Fig. 4(c) ein Flußdiagramm, welches einen Vorgang 34 von Fig. 3(a) gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert;
Fig. 4(d) ein Flußdiagramm, welches einen Vorgang 35 von Fig. 3(a) gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert;
Fig. 5(a) ein Flußdiagramm, welches einen Vorgang 62 von Fig. 3(b) gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert;
Fig. 5(b) ein Flußdiagramm, welches einen Vorgang 63 von Fig. 3(b) gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert;
Fig. 6(a) ein Blockschaltbild, welches eine Abfolge des Vorgangs 63 von Fig. 5(b) in bezug auf Fig. 3(b) zeigt, gemäß der Erfindung;
Fig. 6(b) ein Frequenzcharakteristikdiagramm einer Übertragungsfunktion, welche eine Abfolge von einem Spurfehlersignal f zu einem Kompensationspositionssignal d1 in dem Vorgang 63 von Fig. 5(b) in bezug auf Fig. 3(b) zeigt, gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 7 ein Blockschaltbild einer Positionserkennungsschaltung 5b in dem Positionskodierer 6 von Fig. 1, gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 8 ein Schaltbild eines Modulators von Fig. 7 gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 9 eine schematische Darstellung eines Drehmomenterzeugungsmechanismus in einer Positioniervorrichtung von Fig. 1 gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 10 ein Charakteristikdiagramm für das statische Drehmoment der Positioniervorrichtung von Fig. 1 gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 11 ein Charakteristikdiagramm, welches die Begrenzungscharakteristik einer elektrischen Winkelbegrenzungsvorrichtung in dem Vorgang 34 von Fig. 3 oder 4(c) zeigt, gemäß der Erfindung;
Fig. 12 ein Diagramm, welches die Voreilungswinkelkompensation in bezug auf den Wicklungsstrom erläutert, gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 13(a), 13(b) und 13(c) Vergleichsdiagramme, welche die Vergleichsbeziehung zwischen Positionsprofilsignalen d3, welche von einem Positionsprofilgenerator 18a von Fig. 1 geliefert werden, und Orten yh eines Datenwandlers 2 zeigen, gemäß der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 14(a) und 14(b) Schaltbilder des Simulators 19 von Fig. 1, gemäß der vorliegenden Erfindung.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, in Form eines Datenwandlerpositionssteuersystems für ein Plattenspeicherantriebssystem werden im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 ist eine erläuternde Darstellung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Form eines Datenwandlerpositionssteuerssystems für ein Plattenspeicherantriebssystem, welches ein Drehbetätigungsglied verwendet, beispielsweise einen Schrittmotor, welches als Positioniervorrichtung dient. In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1a einen Läufer mit Permanentmagneten und einem gezahnten Abschnitt (welcher Magnetpolzähne aufweist), der aus Magnetmaterial besteht. 3a und 3b bezeichnen Wicklungen, die auf und um einen Magnetmaterialkern herum angeordnet sind. Die Wicklungen 3a und 3b sind mit dem Magnetmaterialkern vereinigt, um einen Ständer 4 zu bilden, der dem Läufer 1a gegenüberliegend und von diesem beabstandet angeordnet ist. Daher bilden der Läufer 1a und der Ständer 1b in Primärkombination eine Positioniervorrichtung 1. 2 bezeichnet einen Datenwandler, der durch die Positioniervorrichtung 1 betätigt wird, für einen Zugriff auf eine bestimmte Datenspur 24 auf einer Platte 23. 5a bezeichnet einen Positionssignalgenerator zur Erzeugung mehrerer zweiphasiger Positionssignale sinusartiger Form sa und sb nach Erfassung des Ortes des Läufers 1a (oder indirekt des Datenwandlers 2). 5b bezeichnet eine Positionserkennungsschaltung zur Erzeugung eines momentanen Positionssignals b des Läufers 1a zur Erkennung mit hoher Auflösung, nach Empfang der zweiphasigen, sinusförmigen Positionssignale sa und sb von dem Positionssignalgenerator 5a. Dieses momentane Positionssignal b stellt ein hochauflösendes Signal dar, welches in einer vorbestimmten Bezugsposition entsteht, und durch den gesamten Bewegungsbereich des Datenwandlers 2 die lineare, absolute Position anzeigt. Nachstehend wird eine Kombination von 5a und 5b als ein Positionskodierer 6 bezeichnet. 7 bezeichnet einen Komparator zur Erzeugung eines Abweichungssignals c (= a - b) beim Empfang des momentanen Positionssignals b von der Positionserkennungsschaltung 5b, und weiterhin eines Bezugspositionssignals a, welches an einen Eingang für das Bezugspositionssignal 11 der Positionserkennungsschaltung 5b geschickt wird. 8 bezeichnet eine elektrische Winkelberechnungsvorrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Winkelsignals e durch geeignete Steuerberechnung nach Empfang des Abweichungssignals c. 9 bezeichnet einen Funktionsgenerator zur Erzeugung mehrerer zweiphasiger, sinusförmiger Signale sc und ss, welche dem elektrischen Winkelsignal e entsprechen. 10 bezeichnet einen Leistungsverstärker zur Zufuhr von Energie zu den Wicklungen 3a und 3b jeweils nach Verstärkung der zweiphasigen sinusförmigen Signale sc und ss, die von dem Funktionsgenerator 9 geliefert werden. Sämtliche voranstehend beschriebenen Bauteile bilden bei dieser Anordnung eine erste Servoschleife 12.
13 stellt einen Spurfehlerdetektor zur Erfassung des relativen Positionsfehlers des Datenwandlers 2 in bezug auf die ausgewählte Datenspur 24 auf der Platte 23 dar, und zur Erzeugung des Spurfehlersignals f. 14 bezeichnet eine Kompensationspositionsberechnungsvorrichtung zur Erzeugung eines Kompensationspositionssignals d1, welches ebenfalls an den Bezugspositionssignaleingang 11 geliefert wird, auf der Grundlage einer spezifischen Kompensationsberechnung auf der Grundlage des Spurfehlersignals f. 15 bezeichnet eine Eingabe yt der Spurabweichung einschließlich der Exzentrizität und der Mäanderform auf der Datenspur 24. 17 bezeichnet eine Spurabweichungsschätzvorrichtung zur Berechnung der Exzentrizität und der Mäanderform auf der Datenspur 24, um die Spurverfolgung zu verbessern. Im einzelnen berechnet die Spurabweichungsschätzvorrichtung 17 das Ausmaß der Exzentrizität und der Mäanderform auf der Datenspur 24 nach Empfang des Spurfehlersignals f und des momentanen Positionssignals b, und erzeugt dann ein Vorschubsignal d2, welches an dem Bezugspositionssignaleingang 11 geschickt wird, und daher mit dem Bezugspositionssignal a summiert wird. Daher bildet die Kombination der Bauteile 2, 13, 14 und 17 bei dieser Anordnung eine zweite Servoschleife 16.
18a ist ein Positionsprofilgenerator oder eine entsprechende Einrichtung, damit der Datenwandler 2 auf die neu ausgewählte Datenspur 24 zugreifen kann, und ist so ausgebildet, daß ein Positionsprofilsignal 3d entsprechend der Information bezüglich der Spurauswahl erzeugt wird, welche von einer Schnittstellensteuerung 18b geliefert wird. Ein Positionsprofil repräsentiert eine Positionstrajektorie, genauer gesagt den Bewegungsort des Datenwandlers 2 ausgedrückt als Funktion der Zeit. Nachdem der Zugriff auf eine Spur beendet ist, wird es allerdings auf einen Wert entsprechend dem Ort der neuen Spur festgesetzt. Dieses Signal d3 wird ebenfalls zum Bezugspositionssignaleingang 11 geschickt und mit dem Bezugspositionssignal a summiert.
22 bezeichnet einen Spurabweichungsdiskriminator, welcher einen Simulator 19 und einen Spurabweichungsdetektor 20 umfaßt. Der Simulator 19 simuliert die Operation der ersten Servoschleife 12 (welche den Komparator 7, die elektrische Winkelberechnungsvorrichtung 8, den Funktionsgenerator 9, den Leistungsverstärker 10, die Positioniervorrichtung 1 und den Positionskodierer 6 umfaßt), und erzeugt ein Simulationssignal b entsprechend dem momentanen Positionssignal b. Der Spurabweichungsdetektor 20 erzeugt ein Spurabweichungssignal (OFF) 21, wenn er durch Vergleich der beiden Signale b und b' eine Spurabweichung feststellt.
Fig. 2 erläutert die Anordnung des Komparators 7, der elektrischen Winkelberechnungsvorrichtung 8, des Funktionsgenerators 9 und der Kompensationspositionsberechnungsvorrichtung 14 von Fig. 1 gemäß der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform sind der Komparator 7, die elektrische Winkelberechnungsvorrichtung 8, der Funktionsgenerator 9 und die Kompensationspositionsberechnungsvorrichtung 14 in Form einer Einheit aus einem A/D-Wandler 26, einem Computer 27, einem Speicher 28 und D/A-Wandlern29a und 29b angeordnet. Der A/D- Wandler 26 wandelt das Spurfehlersignal f, welches von dem Spurfehlerdetektor 13 geliefert wird, in ein Digitalsignal um. Der Computer 27 umfaßt eine arithmetische Logikeinheit und eine Sequenzeinheit zum Steuern des Operationsablaufs entsprechend den festgelegten Programmen, die nachstehend erläutert werden, und in dem ROM-Bereich (Nur-Lese-Bereich) des Speichers 28 gespeichert sind. Genauer gesagt holt sich der Computer 24 das Ausgangssignal von dem A/D-Wandler 26 und das momentane Positionssignal b von dem Positionskodierer 6, beispielsweise in sein Register oder in seinen RAM- Bereich (Bereich mit wahlfreiem Zugriff), und bearbeitet diese Werte durch eine spezifische arithmetische Operation und Synthese zur Erzeugung des elektrischen Winkelsignals e. Dann wird das elektrische Winkelsignal e in bezug auf eine Funktionstabelle von Sinuswellen und Kosinuswellen gesetzt, die in dem ROM-Bereich des Speichers 28 gespeichert sind, um mehrere zweiphasige Signale SC und SS zu erzeugen, welche den D/A-Wandlern 29a bzw. 29b zugeführt werden. Die D/A-Wandler 29a und 29b führen jeweils eine Digital/Analog-Wandlung der zweiphasigen Signale SC und SS durch, und geben die beiden zweiphasigen Analogsignale sc und ss aus.
Das in dem ROM-Bereich des Speichers 28 gespeicherte, spezifische Programm wird kurz unter Bezugnahme auf die Fig. 3(a) und 3(b) beschrieben.
Fig. 3(a) ist ein grundlegendes Flußdiagramm der ersten Servoschleife, die in dem Programm enthalten ist, welches in dem ROM-Bereich des in Fig. 2 dargestellten Speichers 28 gespeichert ist. Dieses Programm startet bei Nr. 1, und beim ersten Schritt des Vorgangs 31 erfolgt eine Unterbrechung durch einen Zeitgeber. Dieser Zeitgeber erzeugt einmal in einem festgelegten Zeitraum τ1 ein Unterbrechungssignal. Bei einer Unterbrechung geht die Prozedur zur Nr. 2 über. Daher werden die folgenden Prozeduren in jede Abtastzeit τ1 durchgeführt. Der Prozeß 32 dient zur Datenacquisition, wobei das momentane Positionssignal b zugeführt und in dem Register oder RAM-Bereich Qb gespeichert wird. Der Prozeß 33 dient zur Steuerberechnung, bei welcher das elektrische Winkelsignal g durch eine bestimmte Steuerberechnung erzeugt wird, auf der Grundlage des Abweichungssignals c, welches durch Vergleich zwischen dem Bezugspositionssignal und dem momentanen Positionssignal a, b erhalten wird, damit die Drehposition des Läufers 1a mit der Bezugsposition übereinstimmen kann. Der Prozeß 34 dient zur Signalbegrenzung, bei welcher das elektrische Winkelsignal g innerhalb eines Grenzbereiches beschränkt wird, um ein elektrisches Winkelsignal h zu erzeugen. Der Prozeß 35 dient zur Ausgabe des Ergebnisses, welches durch Bearbeitung des vorherigen Ergebnisses bei der Korrekturberechnung erhalten wurde, wobei die beiden zweiphasigen Signale SC und SS dadurch erzeugt werden, daß das momentane Positionssignal b des Läufers 1a und das im Prozeß 34 erzeugte elektrische Winkelsignal h in bezug auf die Funktionstabelle der Sinuswellen und Kosinuswellen gesetzt werden, die in dem ROM-Bereich des Speichers 28 gespeichert ist, und nach außen geschickt werden (an den D/A-Wandler 29a bzw. 29b). Nach diesem Vorgang kehrt die Prozedur zur Nr. 1 zurück.
Fig. 3(b) ist ein grundlegendes Flußdiagramm der zweiten Servoschleife, die in dem Programm vorhanden ist, welches in dem ROM-Bereich des in Fig. 2 gezeigten Speichers 28 gespeichert ist. Dieses Programm startet bei Nr. 6, und im ersten Schritt des Prozesses 36 wird ein Unterbrechungssignal zur Verfügung gestellt, welches mit der Erfassung eines Positionsfehlers synchronisiert ist, der zwischen dem Datenwandler 2 und der momentanen Datenspur auftritt. Das Unterbrechungssignal tritt einmal in einem festgelegten Zeitraum τ2 auf. Bei einer Unterbrechung geht die Prozedur zur Nr. 7 über. Daher werden die folgenden Prozeduren in jedem Abtastzeitraum τ2 durchgeführt, wobei bei der Ausführungsform τ2 größer als τ1 ist. Der Prozeß 62 dient zur Datenacquisition, bei welcher das Spurfehlersignal f, welches durch den A/D-Wandler 26 in ein Digitalsignal umgewandelt wird, zugeführt und in dem Register oder RAM-Bereich Qf gespeichert wird. Der Prozeß 63 dient zur Berechnung zur Kompensationsstabilisierung, wobei das Bezugspositionssignal a in bezug auf das Spurfehlersignal f und dergleichen erzeugt wird. Nach diesem Prozeß kehrt die Prozedur zur Nr. 6 zurück.
Die Prozeduren von dem Prozeß 32 bis zu dem Prozeß 35 von Fig. 3(a) werden mit mehr Einzelheiten in bezug auf die Fig. 4(a), 4(b), 4(c) und 4(d) beschrieben.
Fig. 4(a) ist ein Flußdiagramm des Prozesses 32 von Fig. 3(a). Im Prozeß 36 und 37 werden das Bezugspositionssignal a bzw. das momentane Positionssignal b in dem Register oder RAM-Bereich Qa bzw. Qb gespeichert. Im Prozeß 38 werden die Daten einschließlich Information bezüglich Werten, die bei der vorherigen Abtastung erhalten wurden, von dem Register oder RAM- Bereich Qn auf Qn-1 übertragen. Qn repräsentiert das Register oder den RAM-Bereich zum Speichern eines Digitalsignals, welches dem Abweichungssignal c entspricht, das durch Vergleich zwischen dem Bezugspositionssignal a und dem momentanen Positionssignal b erhalten wird. Im Prozeß 39 wird das Digitalsignal entsprechend dem Abweichungssignal c, welches aus dem Bezugspositionssignal und momentanen Positionssignal a, b erhalten wird, durch folgende Berechnung bearbeitet:
(c = a - b, also (Qn) E (Qa) - (Qb)),
und in Qn gespeichert. Genauer gesagt wird ein Abweichungssignal, welches durch Vergleichen der momentanen Position des Läufers 1a mit der Bezugsposition erzeugt wird, in Qn gespeichert, wogegen ein Abweichungssignal, welches bei der vorherigen Abtastung erzeugt wurde, in Qn-1 gespeichert wird. Diese Prozeduren werden in dem Komparator 7 durchgeführt. (Qn) repräsentiert den Inhalt von Qn.
Fig. 4(b) ist ein Flußdiagramm des Prozesses 33 von Fig. 3(a). Im Prozeß 41 wird der Inhalt von Qn einschließlich der Daten entsprechend dem momentanen Abweichungssignal c (= a - b), welches aus dem Bezugspositionssignal a und dem momentanen Positionssignal b erhalten wird, mit K1 multipliziert, und die sich ergebenden Daten werden dann in dem jeweiligen Register oder RAM-Bereich P gespeichert. Der Inhalt von P wird zu einem Faktor proportional zum Inhalt von Qn. Im Prozeß 42 wird der Inhalt von Qn-1 einschließlich der Daten, welche dem Abweichungssignal c entsprechen, das bei der vorherigen Abtastung erzeugt wird, von dem Inhalt von Qn subtrahiert, einschließlich der entsprechenden Daten bezüglich des momentanen Abweichungssignals c, und die sich ergebenden Daten werden dann in dem Register oder RAM-Bereich ΔQ gespeichert. Im Prozeß 43 wird (Qn) τ1 berechnet, durch Multiplizieren des Inhalts von Qn mit der Abtastperiode τ1, und dann zum Inhalt in dem festgelegten Register oder RAN-Bereich Sn-1 addiert, der bei der vorherigen Abtastung erzeugt wurde, und die sich ergebenden Daten werden in einem weiteren Bereich Sn gespeichert. Dies wird durch die nachstehende Gleichung (1) ausgedrückt, und das Ergebnis der Berechnung oder eine Variable wird in Sn gespeichert.
(Sn) = (Sn-1) + (Qn) τ1 (1)
In Gleichung (1) repräsentiert der Inhalt von Qn das Abweichungssignal c, welches aus dem Bezugspositionssignal a und dem momentanen Positionssignal b erhalten wird. Gibt es daher eine statische Abweichung zwischen dem Bezugspositionssignal a und dem momentanen Positionssignal b, so wird das Glied (Qn) τ1 bei jedem Abtastvorgang zu (Sn-1) hinzuaddiert. Daher nimmt mit fortschreitender Zeit der Inhalt von Sn zu, und daher kann unter Verwendung eines entsprechenden Servosystems mit geschlossener Schleife die statische Abweichung zwischen den Signalen a und b ausgeschaltet werden. Ist die Abtastperiode τ1 im wesentlichen kurz, so repräsentiert der Inhalt von Sn, der in Gleichung (1) gezeigt ist, das Ergebnis der Integration des Abweichungssignals c über die Zeit. Daher dient der Prozeß 43 zur Erzeugung eines integrierten Faktors durch zeitliches Ansammeln des Ausmaßes der Abweichung. Im Prozeß 44 wird (Sn) mit K2 multipliziert, und die sich ergebenden Daten in dem angegebenen Register oder RAM-Bereich I gespeichert. Der Inhalt von I wird zu einem Integralsignal. Im Prozeß 45 wird (ΔQ)/τ1, welches durch Division des Inhalts von ΔQ durch die Abtastperiode τ1 erhalten wird, mit K3 multipliziert, und die sich ergebenden Daten werden in dem angegebenen Register oder RAM-Bereich D gespeichert. Daher dienen die Prozesse 42 und 45 beide zur Erzeugung von Differentialfaktoren durch Differenzieren des Ausmaßes der Abweichung nach der Zeit. Der Inhalt von D wird ein Differentialsignal. Im Prozeß 46 werden die Inhalte von P, I und D, die im Prozeß 41, 44 bzw. 45 erzeugt werden, aufsummiert, um das elektrische Winkelsignal g zu erzeugen, und die sich ergebenden Daten werden in dem angegebenen Register oder RAM-Bereich G gespeichert. Die Prozedur geht dann zur Nr. 4 über. Diese Prozeduren sind als P.I.D. Kompensation bekannt, verleihen dem System Stabilität und erhöhen die Steifigkeit (das Positionshaltedrehmoment gegen Störungen durch Schwingungen) sowie die Positionsspurverfolgungsfähigkeit bezüglich des Bezugspositionssignals a.
Fig. 4(c) ist ein Flußdiagramm des Prozesses 34 von Fig. 3(a). Im Prozeß 48 wird der Absolutwert des elektrischen Winkelsignals g, welches im Prozeß 33 erzeugt wird, mit einer vorbestimmten Konstanten gMAX verglichen. Ist g > gMAX, so geht die Prozedur über zum Prozeß 49. Falls nicht, geht die Prozedur zur Nr. 5 über, nachdem das Signal g in das spezifische Register oder den spezifischen RAM-Bereich H zur Speicherung im Prozeß 50 übertragen wurde. Im Prozeß 49 wird das Signal g mit aufrechterhaltenem Vorzeichen, wobei sein Wert den Wert gMAX annimmt, in dem Bereich H gespeichert, bevor es mit Nr. 5 weitergeht. Ein Signal aus dem Bereich H wird als ein elektrisches Winkelsignal h bezeichnet. Der Prozeß 34 dient zur Begrenzung des elektrischen Winkels auf einen bestimmten Bereich, was als Begrenzungsprozeß für den elektrischen Winkel bezeichnet wird, wie nachstehend detailliert anhand der Funktion und des Prinzips beschrieben wird.
Fig. 4(d) ist ein Flußdiagramm des Prozesses 35 von Fig. 3(a). Im Prozeß 52 wird die Differenz zwischen dem momentanen Positionssignal b, welches in dem Bereich Qb gespeichert ist, und dem vorherigen momentanen Positionssignal b, welches in dem Bereich Qb-1 gespeichert ist, berechnet und in dem festgelegten Register oder RAM-Bereich V unter Bezugnahme auf eine Drehgeschwindigkeit V des Läufers 1a gespeichert. Im Prozeß 53 wird das momentane Positionssignal b von dem Bereich Qb auf Qb-1 übertragen, zur Vorbereitung für die folgende Berechnung. Die Prozesse 52 und 53 bilden den Prozeß 59 in Form einer Geschwindigkeitsberechnungseinrichtung zur Berechnung der Drehgeschwindigkeit des Läufers 1a. Im Prozeß 54 wird die Drehgeschwindigkeit v (deren Absolutwert) mit einem vorbestimmten Bezugswert VREF verglichen. Ist der Absolutwert der Drehgeschwindigkeit v ausreichend groß, so daß eine Voreilungswinkelkompensation erforderlich ist, so geht die Prozedur zum Prozeß 55 über. Ist dies nicht erforderlich, so geht die Prozedur zum Prozeß 56 über. Im Prozeß 55 wird die Größe der Voreilungswinkelkompensation f(v) entsprechend der Geschwindigkeit v aus den Daten in dem ROM-Bereich des Speichers 28 berechnet und zum momentanen Positionssignal b (gespeichert im Bereich Qb) hinzuaddiert, vor einer erneuten Speicherung in dem Bereich Qb. Im Prozeß 56 wird das begrenzte elektrische Winkelsignal h, welches im Prozeß 34 erzeugt wird, mit dem kompensierten momentanen Positionssignal b summiert, um das elektrische Winkelsignal e zu erzeugen, welches dann in dem festgelegten Register oder RAM-Bereich E gespeichert wird. Diese Prozeduren zum Erhalten des elektrischen Winkelsignals e werden in der elektrischen Winkelberechnungsvorrichtung 8 ausgeführt. Die Prozesse 54 und 55 bilden den Prozeß 60 in Form einer Voreilungswinkelkompensationsvorrichtung zur Erzeugung und Kompensierung der Größe des Voreilungswinkels in dem elektrischen Winkel entsprechend der Geschwindigkeit des Läufers 1a. Obwohl die Kompensation f(V) vorher dem momentanen Positionssignal bei dieser Ausführungsform hinzuaddiert wird, kann sie auch zum elektrischen Winkelsignal h hinzuaddiert werden, um einen ähnlichen Effekt zu erreichen. Die Wirkung der Prozeduren vom Prozeß 59 bis 60 (Prozeß 52 bis 55) wird nachstehend beschrieben.
Im Prozeß 57 wird ein Kosinuswellensignal SC = fc (e) erzeugt, wobei das elektrische Winkelsignal e (oder insbesondere dessen niedrigere Bits, da dessen obere Bits entfallen), welches im Prozeß 56 erzeugt wird, in bezug zur Funktionstabelle der Kosinuswellen gesetzt werden, die in dem ROM-Bereich des Speichers 28 gespeichert ist. Entsprechend wird im Prozeß 58 ein Sinuswellensignal SS = fs (e) erzeugt, wobei das elektrische Winkelsignal e in bezug auf die Funktionstabelle der Sinuswellen gesetzt wird, die in dem ROM-Bereich des Speichers 28 gespeichert ist. Die beiden zweiphasigen Signale SC und SS werden schließlich dem D/A-Wandler 29a bzw. 29b zugeführt. Diese werden in dem Funktionsgenerator 9 ausgeführt. (Zusätzlich werden die folgenden Prozeduren unter Bezugnahme auf Fig. 1 und 2 beschrieben. Die Digitalsignals SC und SS werden in ihre jeweiligen Analogsignale sc und ss durch den D/A- Wandler 29a bzw. 29b umgewandelt, und an den Leistungsverstärker 10 übertragen. Die beiden zweiphasigen Signale sc und ss werden elektrisch in dem Leistungsverstärker 10 verstärkt und dann in entsprechende zweiphasige Stromsignale (oder Spannungssignale) umgewandelt, um den zweiphasigen Wicklungen 3a und 3b zugeführt zu werden, die auf dem Magnetmaterialkern des Ständers 4 und um diesen herum angeordnet sind.) Die Prozedur in dem Programm bewegt sich zur Vorderseite von Nr. 1 einer Sequenz in Fig. 3(a), um die Unterbrechung von einem Zeitgeber zu erwarten.
Die Prozeduren vom Prozeß 62 zu 63 von Fig. 3(b) werden im einzelnen unter Bezugnahme auf die Fig. 5(a) und 5(b) beschrieben.
Fig. 5(a) ist ein Flußdiagramm des Prozesses 62 von Fig. 3(b). Im Prozeß 64 wird das Spurfehlersignal f (oder dessen Originalsignal) durch den A/D-Wandler 26 in ein Digitalsignal umgewandelt. Im Prozeß 65 wird das digitale Spurfehlersignal f (oder das aus dem Originalsignal berechnete) in dem festgelegten Register oder ROM-Bereich Qf gespeichert. Dann geht die Prozedur zur Nr. 8 über.
Fig. 5(b) ist ein Flußdiagramm des Prozesses 63 von Fig. 3(b). Im Prozeß 66 werden der Inhalt des Bereiches Qf (das Spurfehlersignal f) und des angegebenen Registers oder RAM-Bereiches Qf-1 summiert, und das Ergebnis wird durch j repräsentiert. Im Prozeß 67 wird j mit K4 multipliziert, und die sich ergebenden Daten werden in dem Bereich Qf-1 für die folgende Berechnung gespeichert. K4 ist eine positive Zahl kleiner als 1. Die Berechnung wird durch eine nachstehend angegebene Gleichung (2) repräsentiert.
j = (Qf) + K4 (Qf-1)
= (Qf) + K4 (Qf) z&supmin;¹ (2)
In Gleichung (2) stellt z eine Größe dar, die durch eine z- Transformation festgelegt wird. Ist K4 = 1, so ergibt sich j durch zeitliche Integration von Qf (des Inhalts des Bereiches Qf). Ist 0 < K4 < 1, so weist j die Charakteristik einer zeitlichen Erhöhung auf, so daß es die Verstärkung im niederfrequenten Bereich f erhöht. In bezug auf ein Servosteuersystem gibt es niederfrequente Kompensatoren (Unterdrückungseinrichtungen für die statische Abweichung oder die niederfrequente Abweichung). Im Prozeß 68 wird j dem Inhalt von Rm hinzuaddiert, der aus dem festgelegten rekursiven Register oder RAM-Bereich Rn (n = 1 bis m) erhalten wird, und das Ergebnis wird mit u bezeichnet. Im Prozeß 69 werden f, j und u mit K5, K6 bzw. K7 multipliziert (dies sind festgelegte reelle Zahlen einschließlich Null), und die Ergebnisse werden mit a summiert. d1 ist, wie voranstehend beschrieben, ein Kompensationspositionssignal. Im Prozeß 70 erfolgt eine Datenverschiebung der Daten R1 bis Rm in dem rekursiven Register oder den RAM-Bereichen, während u in dem Bereich R1 für die nachfolgende Berechnung gespeichert wird. Dann geht die Prozedur in dem Programm zur Vorderseite von Nr. 6 in Fig. 3(b) über, in Bereitschaftsstellung für eine Unterbrechung, die mit einer weiteren Operation einer Spurfehlererfassung synchronisiert ist. Genauer gesagt sind die Prozesse 68 und 70 einer Berechnung für ein rekursives Digitalfilter zugeordnet, zu dem Zweck, eine besonders hohe Verstärkung in bezug auf ein Basisfrequenzelement der Drehfrequenz der Platte oder harmonische Elemente zu erhalten, deren Frequenz ein ganzzahliges Vielfaches der Basisfrequenz ist, wobei die Elemente in dem Spurfehlersignal f enthalten sind, und um darüber hinaus die Abweichung der Elemente zu unterdrücken.
Die Fig. 6(a) und 6(b) sind Darstellungen, die im wesentlichen die Operation des Prozesses 63 von Fig. 3(b) unter Bezugnahme auf Fig. 5(b) erläutern. Fig. 6(a) ist ein Blockschaltbild einer Sequenz im Prozeß 63, wobei z durch eine z- Transformation festgelegt ist, wogegen z ein Zeitverzögerungselement ist (beispielsweise ein Schieberegister). LPF - nicht in Fig. 5(b) gezeigt - bezeichnet ein Tiefpaßfilter, welches zur Stabilisierung in dem rekursiven Digitalfilter vorgesehen ist. Fig. 6(b) ist ein Charakteristikdiagramm der Frequenzantwort der Übertragungsfunktionen, welche von dem Spurfehlersignal f bis zum Kompensationspositionssignal d1 reichen. fo ist ein Basisfrequenzelement der Drehfrequenz der Platte, in dem Spurfehlersignal f enthalten. Wie gezeigt, führen die ganzzahlig multiplizierten harmonischen Elemente ebenfalls zu einer gewünschten hohen Verstärkung. Daher kann durch die Prozeduren in der Fig. 3(b) gezeigten zweiten Servoschleife die Spurverfolgungsfähigkeit des Datenwandlers 2 bezüglich der Datenspur wesentlich verbessert werden.
Fig. 7 ist ein Blockschaltbild der Positionserkennungsschaltung 5b in dem Positionskodierer 6 von Fig. 1. Wie aus Fig. 7 hervorgeht, stellen 71a und 71b Positionssignalverstärker (AMP) dar, um die zweiphasigen Sinuswellenpositionssignale sa und sb von dem Positionssignalgenerator 5a jeweils zu verstärken. 72a und 72b sind Modulatoren oder Multiplizierer zum Modulieren hochfrequenter Trägersignale 76a und 76b unter Verwendung zweiphasiger Sinuswellensignale von ihren jeweiligen Signalverstärkern 71a und 71b. 48 bezeichnet einen Trägersignalgenerator zur Erzeugung der Trägersignale 76a und 76b durch Frequenzteilung eines Basistaktsignals, welches von einem Basisoszillator 77 abgeleitet wird. Die Trägersignale 76a und 76b, die in einem Phasenwinkel von 90º zueinander angeordnet sind, werden von dem Trägersignalgenerator 84 ihrem jeweiligen Modulator 72a bzw. 72b zugeführt. 73 ist eine Summierschaltung (SUM) zum Summieren der beiden Ausgangssignale der Modulatoren 72a, 72b. 74 ist ein Tiefpaßfilter (LPF), um nur ein Basisfrequenzelement des summierten Modulationsausgangssignals von der Summierschaltung 73 aufzunehmen, wobei die harmonischen Elemente entfernt werden. 75 ist eine Schaltung für ein quadratisches Wellensignal zum Umwandeln der Basisfrequenzwelle in eine quadratische Welle. 78 ist ein phasendifferentieller Zähler zur Messung von Phaseninformation bezüglich der quadratischen Welle. Daher wird der phasendifferentielle Zähler 78 mit dem Trägersignal 76a versorgt, mit dem quadratischen Signal von der Quadratwellenschaltung 75, und mit dem Basistaktsignal von dem Basisoszillsator 77. Der phasendifferentielle Zähler 78 zeigt die Phaseninformation in Form einer Zählzahl an, deren maximaler Heraufzählwert n beträgt, und kann die Phase nur innerhalb eines Bereiches eines Periodenabstands des Positionssignals unterscheiden. Um eine Messung in einem weiten Bereich zu ermöglichen, ist ein umkehrbarer Zähler vorgesehen, um eine Zahl zu zählen, die größer ist als der Periodenabstand des Positionssignals, wie durch die Bezugsziffer 80 angedeutet ist. 79 ist ein Impulsseparator zum Trennen des Inhalts des phasendifferentiellen Zählers 78, jedesmal wenn sich der Inhalt von 0 auf n oder von n auf 0 ändert, in einen Heraufzählimpuls und einen Herunterzählimpuls. Der umkehrbare Zähler 80 führt ein Heraufzählen oder Herunterzählen nach Empfang des entsprechenden Heraufzähl- oder Herunterzählimpulses durch. 81 bezeichnet einen Eingang für das ursprüngliche Zurücksetzen des reversiblen Zählers 80. 82 ist ein Positionsregister zum Summieren des Inhalts des reversiblen Zählers 80 und des phasendifferentiellen Zählers 78 sowohl in den Abschnitten unterer und oberer Bits. 83 bezeichnet einen Ausgang der Positionserkennungsschaltung Sb.
Nachstehend werden die Prinzipien der Positionserkennungsschaltung 5b beschrieben. Sind die beiden zweiphasigen Sinuswellensignale von den jeweiligen Positionssignalverstärkers 71a, 71b durch EA(θ) und EB(θ) bezeichnet, so ergeben sich folgende Gleichungen:
EA(θ) = E.COS (2πθ/θp) (3a)
EB(θ) = E.SIN (2πθ/θp) (3b)
wobei θ = a den Drehwinkel (Ort) des Läufers 1a bezeichnet, θp den Periodenabstand des Sinuswellenpositionssignals von dem Positionssignalgenerator 5a, und E einen Spitzenwert des Sinuswellenpositionssignals. Werden die Trägersignale 76a und 76b durch CA(t) und CB(t) bezeichnet, so ergeben sich folgende Gleichungen:
CA(θ) = COS (2πfct) (4a)
CB(θ) = SIN (2πfct) (4b)
wobei fc eine Trägerfrequenz ist.
Ist P (t, θ) das Ergebnis, welches in der Summierschaltung nach Modulation in den Modulatoren 72a und 72b berechnet wird, so ergibt sich folgende Gleichung für P in bezug auf (3a), (3b), (4a) und (4b):
P (tm θ)
= EA(θ) .CA(θ) + EB(θ).CB(θ)
= E {cos (2πθ/θp).COS (2πfct)
+ SIN (2πθ/θp).SIN (2πfct)}
= E COS (2πfct - 2πθ/θp) (5)
Dies bedeutet, daß der Träger mit der Frequenz fc ein Phasenglied 2πθ/θp enthält. Mit anderen Worten ist die Positionsinformation θ in eine Form einer Phaseninformation entsprechend P (t, θ) verschoben. Daher kann die Position des Läufers 1a durch Demodulieren der Phaseninformation in P (t, θ) erkannt werden. Um die Position des Läufers 1a auf exakte Weise über P (t, θ) zu bestimmen, sollten die Signalformen von EA (θ) und EB (θ) sinusförmig sein, da dies eine geringere Störung in bezug auf die Drehposition θ hervorruft. Ist die Störung groß, so ist der Positionsdetektor weniger regelmäßig und weniger linear. Das Tiefpaßfilter 74 führt auch die Entfernung von Elementen harmonischer Frequenz aus P (t, θ) durch. Da die Trägersignale 76a, 76b eine stark harmonische Welle verwenden (beispielsweise eine quadratische Welle), ist das Tiefpaßfilter 74 unbedingt für das System erforderlich.
Das summierte Signal P (t, θ), welches ohne Demodulierung nutzlos ist, muß demoduliert werden, um die Positionsinformation zu erhalten. Bei dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird, nachdem das Signal P (t, θ) in eine quadratische Welle in der Quadratwellenschaltung 75 umgewandelt wird, die Phasenabweichung des Signals P (t, θ) von dem Trägersignal 76a direkt unter Verwendung eines Basistaktsignals von dem Basisoszillator 77 nach einem Demodulationsverfahren berechnet, so daß eine Positionsinformation mit hoher Auflösung erhalten werden kann. 78 ist ein phasendifferentieller Zähler zur Messung der Phaseninformation in dem Signal P (t, θ), der daher mit dem Trägersignal 76a beliefert wird, mit dem Quadratwellensignal, in welches das Signal P (t, θ) in der Quadratwellenschaltung 75 umgewandelt wird, und mit dem Basistaktsignal von dem Basisoszillator 77. Der phasendifferentielle Zähler 78 beginnt mit dem Zählen des Basistaktsignals, wenn das Trägersignal 76a ansteigt (oder absinkt), und fährt hiermit fort, bis der Anstieg (oder das Absinken) des Signals P (t, θ) erfaßt wird. Daher kann die Phaseninformation (2πθ/θp) in dem Signal P (t, θ) in Form einer Zählzahl an dem phasendifferentiellen Zähler 78 aufgenommen werden. Da das Trägersignal 76a die Frequenz fc aufweist, kann auch die Phasenmessung mit einer Auflösung von 1/n bezüglich der Periode durchgeführt werden, mit welcher das Basistaktsignal die Frequenz des n-fachen der Frequenz fc aufweist. Dies bedeutet, daß die Auflösung bezüglich der Phase 2π den Wert 1/n hat, was dem Periodenabstand θp des Sinuswellenpositionssignals von dem Positionssignalgenerator 5a entspricht. Genauer gesagt wird der Periodenabstand θp des Positionssignals in gleichen Intervallen von 1/n über den Drehwinkel interpoliert. Ist daher θp kleiner und n groß, so kann eine Erhöhung der Auflösung ermöglicht werden, und eine glatte Positionsinformation erhalten werden. Der Trägersignalgenerator 84 umfaßt eine Frequenzteilerschaltung, in welcher das Ausgangssignal des Basisoszillators 77 durch n geteilt wird, um die zweiphasigen Trägersignale 76a und 76b zu erzeugen. Der Inhalt des phasendifferentiellen Zählers 78 beträgt n maximal, und kann daher die Phase im Bereich des Periodenabstands θp unterscheiden. Um eine derartige Messung über einen weiten Bereich zu ermöglichen, wie es in einem üblichen Positionssteuersystem erforderlich ist, ist der reversible Zähler 80 vorgesehen, um die Zahl zu zählen, welche den Periodenabstand θp überschreitet. Die Wirkung des Impulsseparators 79 besteht darin, einen Meraufzählimpuls oder einen Herunterzählimpuls an den reversiblen Zähler 80 zu schicken, wenn sich der Inhalt des phasendifferentiellen Zählers 78 von 0 auf n bzw. von n auf 0 ändert. Der Inhalt des reversiblen Zählers 80 und des phasendifferentiellen Zählers 78 wird sowohl in den oberen als auch unteren Bitabschnitten aufsummiert und zeitweilig in dem Positionsregister 82 gespeichert.
Fig. 8 ist ein Schaltbild des Modulators 72a oder 72b. Wie aus Fig. 8 hervorgeht, ist mit 85 ein Sinuswellenausgangssignal E(θ) des Positionssignalverstärkers 71a oder 71b bezeichnet. 86 bezeichnet einen invertierenden Verstärker (Verstärkung = 1), wogegen 87 einen Halbleiterschalter bezeichnet, der durch das Trägersignal 76 (mit der Frequenz fc) gesteuert wird. Der Halbleiterschalter 87 ist so ausgebildet, daß er das Positionssignal E(θ) überträgt, wenn das Trägersignal 76 sich auf dem "H-Pegel" befindet, dagegen ein invertiertes Positionssignal -E(θ), wenn der "L-Pegel" vorhanden ist und daher ein Modulationsausgangssignal 88 erzeugt.
Bei der voranstehend beschriebenen Anordnung ist die Position des Läufers 1a in digitaler Form am Positionsregister 82 vorhanden. Die Auflösungswirkung des kodierers bei dieser Ausführungsform kann dadurch verbessert werden, daß der Faktor n oder die Frequenz des Basistaktsignals vom Basisoszillator 77 erhöht wird. Der reversible Zähler 80 ist dazu vorgesehen, die Anzahl zu zählen, wie häufig das Positionssignal den Periodenabstand θp überschreitet, während der Inhalt des reversiblen Zählers 80 und des phasendifferentiellen Zählers 78 sowohl in den unteren und oberen Bitabschnitten aufsummiert werden, um die Position des Läufers 1a zu identifizieren, so daß die momentane Position festgestellt werden kann, wobei der spezifizierte Datenpunkt als der Bezugspunkt festgelegt wird, linear über den Bewegungsbereich (proportional zur Bewegungsverschiebung), und in digitaler Form mit einer hohen Auflösungsgenauigkeit für eine absolute Positionierung eingelesen wird. Dies gestattet es dem System, daß es besonders bevorzugt für eine minimale Positionierung auf einer Platte eingesetzt wird. Es ist bekannt, daß die Stabilität etwas niedrig wird, wenn die Auflösung 1/8 des Abstands der Datenspuren beträgt (Entfernung zwischen den Zentren zweier benachbarter Spuren), und ausreichend ist, wenn sie 1/16 des Abstandes beträgt. Daher kann der Datenwandler frei positioniert werden, beispielsweise auf der Grenzlinie zwischen zwei benachbarten Spuren, unabhängig vorn Spurabstand.
Die Funktion und Operation des Datenwandlerpositionssteuersystems für ein Plattenspeicherantriebssystem gemäß der vorliegenden Erfindung gemäß Fig. 1 wird nachstehend weiter im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Die Beschreibung beginnt mit den Grundlagen der Drehmomenterzeugung und der Positionierung unter Bezugnahme auf Fig. 9.
Fig. 9 ist eine schematische Ansicht, welche einen Drehmomenterzeugungsmechanismus in der Positioniervorrichtung von Fig. 1 zeigt, wobei Φm einen Magnetpolvektor des Läufers 1a darstellt (welcher einen Permanentmagneten aufweist, der ein Paar von Magnetpolen hat, obwohl tatsächlich ein Multipol-Permanentmagnet verwendet wird), wobei zwei Phasenwicklungen durch 3a und 3b bezeichnet sind. Der Positionskodierer 6 ist so angeordnet, daß er die relative Drehposition des Magnetpolvektors in bezug auf die Wicklungen 3a und 3b ermittelt. Die relative Drehposition wird durch b repräsentiert, welches einen relativen Datenpunkt aufweist und einen Bereich von mehr als 2π (= 360º) aufweisen kann. Sind die Raten des elektrischen Stroms zu den Phasen durch IA und IB bezeichnet, so ergibt sich folgende Gleichung für das erzeugte Drehmoment in den Phasen:
A-Phase -Kt.IA.SIN (b) (6a)
B-Phase Kt.IB.SIN (π(2-b) = Kt.IB.COS (b) (6b)
(wobei Kt den Drehmomentkoeffizienten, und b das momentane Positionssignal bezeichnet).
Der den Zweiphasenwicklungen 3a, 3b des Ständers zugeführte Strom wird dann in Sinuswellenform entsprechend den Zweiphasensignalen sc und ss von dem Funktionsgenerator 9 umgeformt. Dem Funktionsgenerator 9 wird das elektrische Winkelsignal e (= b+h) zugeführt, welches aus dem momentanen Positionssignal b des Läufers 1a unter Kompensation durch den Voreilungswinkel erzeugt wird, und das elektrische Winkelsignal h von der elektrischen Winkelberechnungsvorrichtung 8, und dann erzeugt der Funktionsgenerator die Ausgangssignale der zweiphasigen Sinuswellensignale sc, ss entsprechend dem Signal e. Daher sind die den Wicklungen 3a, 3b zugeführten Ströme proportional zu den Zweiphasensignalen sc bzw. ss von dem Funktionsgenerator 9. Daher ergibt sich:
IA = Io.COS (b+h) (7a)
IB = Io.SIN (b+h) (7b)
(hierbei ist Io der Stromspitzenwert).
Dies bedeutet, daß der momentane Magnetisierungsvektor Φi der Wicklungen 3a, 3b in der Position von b+h festgelegt ist, wie durch 91 von Fig. 9 angedeutet ist. Dann ergibt sich als Gleichung für das erzeugte Drehmoment unter Bezugnahme auf die Gleichungen (6a), (6b), (7a) und (7b):
T = Kt.Io {-SIN (b).COS (b+h)
+ COS (b).SIN (b+h)}
= Kt.Io.SIN (h) (8)
Die Gleichung (8) zeigt an, daß die Positionssteuerung des Läufers in dem Positionssteuersystem dadurch durchgeführt werden kann, daß der Verbundstrommagnetisierungsvektor Φi der mehreren Windungen in bezug auf sowohl das momentane Positionssignal b als auch das Abweichungssignal c eingestellt wird, die aus dem momentanen Positionssignal b und dem Bezugspositionssignal a erzeugt werden. Wenn im einzelnen die Variation h in Gleichung (8) geändert wird, so ändert sich das erzeugte Drehmoment T, und daher ergibt sich eine Charakteristik zum Positionieren. Wenn beispielsweise die Position des Läufers 1a den Wert b-Δb aufweist, und das Bezugspositionssignal a den Wert b aufweist, so weist das Abweichungssignal c den Wert Δb auf, und wird der Wert von h ermittelt. Dann wird das Drehmoment entsprechend der Berechnung von Gleichung (8) erzeugt. Dies führt dazu, daß sich der Läufer 1a solange dreht, bis der Wert Δb zu Null wird. Erreicht der Läufer 1a die Position b, so werden sowohl der Wert Δb als auch h als auch das Drehmoment gleich Null. Die elektrische Winkelberechnungsvorrichtung 8 erzeugt das elektrische Winkelsignal g durch Zusammensetzen proportionaler, differentieller und integraler Faktoren des Abweichungssignals c von dem Komparator 7. Das elektrische Winkelsignal e auf der Grundlage von g verleiht dem Läufer 1a eine elektrische Dämpfung, über die Wirkung des differentiellen Faktors, der als ein zeitdifferentielles Signal wirkt. Daher kann die Vibration des Läufers 1a während der Positionierung ausgeschaltet werden, und die Einstellzeit verkürzt werden. Darüber hinaus kann die statische Abweichung zwischen dem Bezugspositionssignal a und dem momentanen Positionssignal b durch die Wirkung des differentiellen Faktors des elektrischen Winkelsignals e eingegrenzt werden. Da das Abweichungssignal c (= a - b) nicht gleich Null ist, wenn eine Abweichung zwischen dem Bezugspositionssignal a und dem momentanen Positionssignal b erzeugt wird, infolge einer Reibung oder einer Belastung, nimmt insbesondere dessen Integralfaktor mit zunehmender Zeit zu, entsprechend Gleichung (1). Dies führt dazu, daß das momentane Positionssignal b gleich dem Bezugspositionssignal a wird, und auf diese Weise die statische Abweichung kontrolliert werden kann.
Die Funktion und Grundlagen der elektrischen Winkelbegrenzervorrichtung im Prozeß 34 von Fig. 3 oder 4(c) wird unter Bezugnahme auf die Fig. 10 und 11 beschrieben.
Fig. 10 ist ein Diagramm der statischen Drehmomentcharakteristik der Positioniervorrichtung einer in Fig. 1 gezeigten Art, in dem Positionssteuersystem für ein Plattenspeicherantriebssystem gemäß der vorliegenden Erfindung. Das erzeugte Drehmoment T liegt auf der y-Achse, wogegen der elektrische Winkel e auf der x-Achse liegt. Da das erzeugende Drehmoment T eine Sinuswellenfunktion des elektrischen Winkelsignals h ist, nimmt es in bezug auf Gleichung (8) zu, wenn das Signal h größer als Null wird. Im einzelnen ergibt sich das maximale Drehmoment T1 am Punkt e = e1, oder h = π/2 [rad], und verringert sich das Drehmoment T, wenn h den Wert von h = π/2 [rad] überschreitet. Wenn h den Wert von π/2 [rad] überschreitet und den Punkt e = e2 erreicht, so wird das Vorzeichen des erzeugten Drehmoments negativ, und wird das umgekehrte Drehmoment T2 erzeugt. Dies führt zu einer Instabilität des Steuersystems, und im schlimmsten Falle dazu, daß dieses außer Tritt gerät. Es ist daher erforderlich, den Absolutwert des elektrischen Winkelsignals h auf weniger als π/2 [rad] zu halten.
Fig. 11 ist ein Charakteristikdiagramm, welches die Begrenzungscharakteristik der elektrischen Winkelsteuerung im Prozeß 34 von Fig. 3 oder 4(c) zeigt. Der Absolutwert des elektrischen Winkelsignals g wird mit der vorbestimmten Konstanten gMAX verglichen (= π/2 [rad]), und innerhalb des Bereichs begrenzt und das Ergebnis wird zum elektrischen Winkelsignal h. Daher wird in gewissem Ausmaß der elektrische Winkel e begrenzt. Selbst wenn der Absolutwert des elektrischen Winkelsignals, das in der elektrischen Winkelberechnungsvorrichtung berechnet wird, den Wert von π/2 [rad] überschreitet, kann daher die effektive Beschleunigung und Verzögerung dadurch durchgeführt werden, daß der elektrische Winkel e so gesteuert oder geregelt wird, daß das erzeugte Drehmoment ein Maximum annimmt. Genauer gesagt dreht sich der Läufer 1a glatt, ohne außer Tritt zu geraten, bis er die Zielposition a erreicht, welche durch das Bezugspositionssignal gegeben ist. Zwar ist bei der vorliegenden Ausführungsform die Grenze g.MAX gleich π/2, jedoch kann sie für eine stabile Beschleunigung und Verzögerung auch kleiner als π sein.
Die Funktion und Grundlagen der Geschwindigkeitsberechnungsvorrichtung und der Voreilungswinkelkompensationsvorrichtung in den Prozessen 59 und 60, die jeweils in Fig. 4(d) gezeigt sind, werden unter Bezugnahme auf Fig. 12 beschrieben.
Die Geschwindigkeitsberechnungsvorrichtung im Prozeß 59 dient zum Erhalten einer Drehgeschwindigkeit v des Läufers 1a, welche nicht auf besondere Weise berechnet wird, falls sie durch eine bekannte Einrichtung oder durch ein bekanntes Verfahren vorgegeben ist. Die Drehgeschwindigkeit v wird zur Voreilungswinkelkompensation im Prozeß 60 verwendet. Die Voreilungswinkelkompensation dient dazu, einen elektrischen Winkel zu erhalten, welcher der Drehgeschwindigkeit v voreilt, und zwar zum Zwecke der Kompensation. In dieser Beziehung wird der elektrische Winkel von der elektrischen Winkelberechnungsvorrichtung 8 um eine festgelegte Gradzahl voreilend gemacht, entsprechend der Bewegungsgeschwindigkeit im Phasenmaß (Winkelmaß). Die vorbereitende Kompensation f (v), welche der Geschwindigkeit v entspricht und in dem ROM-Bereich des Speichers 28 gespeichert wurde, wird aus diesem herausgeholt und zur Kompensation verwendet, um das elektrische Winkelsignal e zu erzeugen. Wenn die Drehgeschwindigkeit v des Läufers 1a zunimmt, so können elektrische oder magnetische Probleme entstehen. Die Voreilungswinkelkompensation soll derartige Probleme ausschalten, den Drehmomenterzeugungswirkungsgrad (während der Drehung des Läufers 1a) der Positioniervorrichtung verbessern, und die Spurzugriffszeit des Datenwandlers 2 verkürzen. Das elektrische Problem kann durch die Induktivität L der Wicklungen 3a, 3b in der Positioniervorrichtung hervorgerufen werden, und besteht im einzelnen darin, daß selbst dann, wenn die Wicklungen durch einen Stromantrieb aktiviert werden (ein Antriebsverfahren, bei welchem eine exakte Stromrate durch negative Rückkopplung auf die Wicklungen zurückgeführt wird) der Drehmomenterzeugungswirkungsgrad abnimmt, wenn die Drehgeschwindigkeit v zunimmt, infolge einer Stromanstriebsverzögerung, die aus einer Kombination des Widerstands R, der Induktivität L und der Versorgungsspannung E herrührt.
Fig. 12 ist eine erläuternde Darstellung der Beziehung zwischen Voreilungswinkel und Wicklungsstrom. Der zur Verfügung gestellte Wicklungsstrom, wenn die Drehgeschwindigkeit v groß ist, weist eine tatsächliche Wellenform (b) auf, wogegen eine Wellenform (a) einem Bezugsstrom ohne Voreilungswinkelkompensation darstellt. Der Strom mit der Wellenform (b) ist regelwidrig und ist in der Phase gegenüber dem Strom von verzögert. Entsprechend ist die zusammengesetzte momentane Magnetisierung Φi verzögert, und wird eine effektive Drehung des Läufers 1a verhindert. Eine Wellenform (c) repräsentiert einen Bezugsstrom mit einer ausgeführten Voreilungswinkelkompensation, wogegen (d) einen tatsächlich vorhandenen Strom repräsentiert. Dieser Bezugsstrom eilt um einen Voreilungswinkel vor, und der Strom mit der Wellenform (d) ist daher nicht phasenverzögert, obwohl in der Signalform verzerrt. Dies führt dazu, daß der Drehmomenterzeugungswirkungsgrad wesentlich verbessert wird.
Das magnetische Problem kann durch den Wirbelstromverlust in der magnetischen Schaltung der Positioniervorrichtung hervorgerufen werden. Dies führt dazu, daß die zusammengesetzte momentane Magnetisierung Φi gegenüber dem Strom phasenverzögert ist. Dies hat wesentliche Auswirkungen bei einer hohen Drehgeschwindigkeit v, und es ergibt sich ein ähnlicher Effekt wie bei dem elektrischen Problem. Allerdings kann dies durch Voreilungswinkelkompensation gesteuert werden.
Nunmehr wird die Operation der Spurablenkungsschätzvorrichtung 17, die in Fig. 1 gezeigt ist, gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Der Spurfehlerdetektor 13 erfaßt das relative Spurfehlersignal f des Datenwandlers 2 bezüglich der Datenspur 24. Wenn die Absolutposition des Datenwandlers 2 gleich yh ist, und die Absolutposition der Datenspur 24 mit Spurablenkung gleich yt, so ergibt sich folgende Gleichung für das Spurfehlersignal f:
f = yt - yh (9)
Das momentane Signal b, welches von dem Positionskodierer 6 geliefert wird, der es bei der Erfassung der Position des Läufers 1a erzeugt, repräsentiert die Absolutposition yh des Datenwandlers 2, wie sie durch einen Übertragungsmechanismus zur Verfügung gestellt wird. Dies wird ausgedrückt durch:
yh = b (10)
Dann ergibt sich aus den Gleichungen (9) und (10):
yt = f + b (11)
Aus dieser Gleichung (11) wird die Spurablenkung der Datenspur 24 mit dem Spurfehlersignal f und dem momentanen Positionssignal b abgeschätzt. Die Spurablenkungsschätzvorrichtung 17 weist einen Addierer auf, zum Zusammensetzen des Spurfehlersignals f und des momentanen Positionssignals b, und kann weiterhin andere nützliche Funktionen für die Steuerung zur Verfügung stellen, beispielsweise eine Einstellung des Skalenfaktors und der Signalverstärkung. Aus dem Grund, daß die sich ergebende Abschätzung der Spurablenkung yt auf der Datenspur 24 wahr ist, kann das Signal d2, welches der zweiten Servoschleife in bezug auf die Abschätzung von yt zugeführt wird, als sogenanntes Vorschubsignal angesehen werden, da es der zweiten Servoschleife entsprechend dem äußeren Signal yt zugeführt wird. Vorschubsteuerung ist ein Steuerverfahren, bei welchem ein äußeres Signal an das Innere einer Servoschleife angelegt wird, und daher kann die Steuer- oder Regelbarkeit ohne Verlust an Stabilität verbessert werden. Da bei dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Abschätzung der Spurablenkung yt auf der Datenspur 24 als äußeres Signal für die zweite Servoschleife dient, kann das Vorschubsignal d2 an das Innere der zweiten Servoschleife angelegt werden, ohne deren Stabilität zu beeinträchtigen. Daher wird die Spurverfolgung erheblich verbessert. Dieser Effekt wird im einzelnen beschrieben. Da die Servoschleife ein Servosystem mit geschlossener Schleife darstellt, welches von dem Bezugspositionssignal a beherrscht wird, ergibt sich folgende annähernde Gleichung:
a = b (12)
Dann ergibt sich aus Gleichung (10):
yh = a (13)
Dies bedeutet, daß die Position yh des Datenwandlers 2 beinahe durch das Bezugspositionssignal a beherrscht wird. Wenn daher ein Signal der Spurauslenkung yt zum Bezugspositionssignal a hinzuaddiert wird, so folgt der Datenwandler 2 dem Signal a. Daher gibt, falls a = yt ist:
yh = a = yt (14)
Dies bedeutet, daß der Datenwandler 2 annähernd der Spurablenkung yt der Datenspur 24 folgt. Für diesen Zeitpunkt ist das Spurfehlersignal f verhältnismäßig gering, und ist der Spurfehler beinahe verschwunden. In dieser Hinsicht kann die Spurablenkungsschätzvorrichtung 17 auch in Form von Software vorgesehen werden. Im einzelnen kann ihr zugehöriges Programm in dem ROM-Bereich des Speichers 28 von Fig. 2 zur Verarbeitung im Computer 27 gespeichert sein.
Nunmehr wird die Operation des Positionsprofilgenerators 18a in der Ausführungsform von Fig. 1 gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Der Positionsprofilgenerator 18a stellt eine Einrichtung dar, damit der Datenwandler 2 auf eine neu ausgewählte Datenspur zugreifen kann, unter Erzeugung des Positionsprofilsignals d3, welches eine Trajektorie von der momentanen Spur zur neuen Spur in Beziehung auf die Spurauswahlinformation von der Schnittstellensteuerung 18b darstellt. Im einzelnen stellt er eine Zeitfunktion zur Verfügung, um die Bewegungstrajektorie des Datenwandlers 2 zu identifizieren, welche im allgemeinen auf einen Wert entsprechend der ausgewählten Spurposition festgesetzt wird, wenn der Spurzugriff beendet ist. Dieses Signal wird ebenfalls an den Bezugspositionssignaleingang 11 angelegt und mit dem Bezugspositionssignal a summiert. Da die Absolutposition yh des Datenwandlers 2 annähernd durch das Bezugspositionssignal beherrscht wird, wie es durch Gleichung (13) gegeben wird, erlaubt das Positionsprofil freie Bewegungen zwischen den Datenspuren. Während des Zugriffszeitraums ist die Spurverfolgungssteuerung nicht erforderlich, und daher bleibt die zweite Servoschleife im nichtaktivierten Zustand. Es ist wünschenswert, zumindest das Kompensationspositionssignal d1 nicht auszugeben. In bezug auf das Vorschubsignal d2 allerdings kann die Information über die Spurablenkung, welches die Periodizität der Drehung betrifft, in einem Speicher gespeichert und bei Zugriffsoperationen verwendet werden.
Das Zugriffsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung stellt in der Hinsicht einen großen Vorteil zur Verfügung, daß eine Steuerprozedur erleichtert werden kann. Verglichen mit einem Geschwindigkeitssteuerverfahren, welches für die Zugriffsoperation in einem üblichen Plattenspeicherantriebssystem verwendet wird, wobei die Geschwindigkeitssteuerschleife getrennt von der Positionssteuerschleife vorgesehen werden muß, erfordert dieses Verfahren keine Geschwindigkeitssteuerschleife, in welcher die Positionssteuerschleife aufeinanderfolgend sowohl die Spurverfolgungssteuerung als auch die Zugriffssteuerung durchführen kann. Daher ist keine Schaltung zum Umschalten von der Geschwindigkeitssteuerung auf die Spurverfolgungssteuerung (Positionsfolgesteuerung) erforderlich, und auch keine Präzisionsgeschwindigkeitsmessung erforderlich. Darüber hinaus kann ein instabiler Einstellzustand vermieden werden, der bei der Umschaltung unvermeidlich ist.
In den Fig. 13(a), 13(b) und 13(c) ist die Vergleichsbeziehung zwischen dem Positionsprofilsignal d3, welches von dem Positionsprofilgenerator 18a geliefert wird, und der Position yh des Datenwandlers 2 dargestellt, welcher diesem folgt.
Fig. 13(a) zeigt ein Stufeneingangssignal und die entsprechende Reaktion, und genauer gesagt eine Trajektorie, die zum Zugriff auf eine geringere Anzahl an Spuren verwendet wird. Zum Zugriff auf eine festgelegte oder kleine Anzahl an Spuren kann diese Trajektorie die Zugriffszeit verringern. Fig. 13(b) zeigt eine Trajektorie, die zum Zugriff auf eine mittlere Anzahl an Spuren verwendet wird, durch Bereitstellung eines Profils, welches eine konstante Verzögerung nach einer konstanten Beschleunigung aufweist. Fig. 13(c) zeigt eine Trajektorie, die zum Zugriff auf eine entfernte Spur verwendet wird, durch Bereitstellung eines Profils, welches eine Art und Weise umfaßt, bei welcher eine konstante Beschleunigung, ein konstanter Lauf mit konstanter Geschwindigkeit, und eine konstante Verzögerung aufeinanderfolgend ausgeführt werden. Es wird darauf hingewiesen, daß das Positionsprofil nicht auf diese Arten beschränkt ist. Die Operation des Positionsprofilgenerators 18a kann auch in Form von Software bereitgestellt sein. Im einzelnen kann sein zugehöriges Programm in dem ROM-Bereich des Speichers 28 von Fig. 2 zur Verarbeitung in dem Computer 27 gespeichert sein.
Nunmehr wird die Operation des Spurabweichungsdiskriminators 22 beschrieben. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, verwendet die Ausführungsform vorzugsweise ein bestimmtes Spurverfolgungsservosystem, welches entweder als Abtast-Servoverfahren oder als Sektor-Servoverfahren bezeichnet wird. Die zweite Servoschleife arbeitet mit Abtastdaten, in bezug auf ein zeitdiskretes System. Eine Abtastperiode mit diskreter Zeit ist überhaupt nicht kurz, wenn die exakte Positionierung des Datenwandlers möglich ist. Daher hängt die exakte, absolute Positionierung von der ersten Servoschleife ab. Allerdings ist es für den Datenwandler schwierig, der Datenspur zu folgen, die sich auslenkt, wenn sich die Platte dreht. Die zweite Servoschleife 16 nimmt das relative Spurfehlersignal f des Datenwandlers 2 in bezug auf die ausgewählte Datenspur 24 auf, zur Berechnung in der Kompensationspositionsberechnungsvorrichtung 14, so daß der Datenwandler 2 der Zieldatenspur folgen kann, so daß ein zeitdiskretes Verarbeitungssystem vorgesehen ist. Daher ist ein bestimmter Spurabweichungsdiskriminator für diese Operation erforderlich. Der Simulator 19 ist so ausgebildet, daß er in Echtzeit die erste Servoschleife 12 von Fig. 1 simuliert, und im einzelnen jeden Block von Elementen in der Schleife, zur Erzeugung eines Simulationssignals b' des momentanen Positionssignals b, welches von dem Positionskodierer 6 geliefert wird.
Nunmehr wird der Fall beschrieben, in welchem von außen Vibrationen oder Stöße ausgeübt werden. Die Kraftstörung wie beispielsweise eine externe Vibration oder Stöße beeinträchtigt die Positioniervorrichtung 1 und sämtliche anderen beweglichen Teile, die an die Positioniervorrichtung 1 angeschlossen sind, einschließlich des Datenwandlers 2. Daher vibriert der Datenwandler 2 und kann eine Spurabweichung hervorrufen. Wie voranstehend erläutert weist die zweite Servoschleife 16, oder genauer gesagt der Spurfehlerdetektor 13 ein zeitdiskretes Bearbeitungssystem auf, und kann das Spurfehlersignal f nur in gewissen Intervallen zur Verfügung stellen. Dies führt dazu, daß der Spurfehler nicht in einem Moment erfaßt werden kann, in welchem ihn der Positionskodierer 6 momentan erfaßt, so daß eine Wirkung auf das momentane Positionssignal b auftritt. Das Auftreten eines Spurfehlers kann durch eine abrupte Änderung des momentanen Positionssignals b angezeigt werden, wird jedoch nicht exakt diskriminiert, und zwar aus dem Grund, daß die Positioniervorrichtung dazu neigt, in beträchtlichem Ausmaß zu vibrieren, selbst wenn kein Spurfehler hervorgerufen wird, und zwar während der Spurverfolgungsbewegung insbesondere auf einer Platte, welche in gewissem Ausmaß eine Spurauslenkung aufweist. Der Simulator 19, der als Echtzeit- Simulationsmodell für die erste Servoschleife dient, ist dazu gedacht, keine Vibration und Stöße von außen zu erfassen, und daher keine Änderung hervorzurufen. Insbesondere bleibt das Simulationssignal b' unverändert. Dies erlaubt es dem Spurfehlerdetektor 20, die beiden Signale b und b' zu vergleichen, zur Beurteilung des Auftretens eines Spurfehlers, was zu einer exakten Diskriminierung führt.
Die Fig. 14(a) und 14(b) sind Schaltbilder des Simulators 19 in bezug auf die Ausführungsform. Fig. 14(a) zeigt ein LPF (Tiefpaßfilter) erster Ordnung, welches eine Analogschaltung aufweist, wogegen Fig. 14(b) ein LPF zweiter Ordnung zeigt, welches eine ähnliche Analogschaltung aufweist. Wenn das Bezugspositionssignal und das momentane Positionssignal a, b Analogsignale sind, dann arbeiten diese Schaltungen ordnungsgemäß. Wenn ein Digitalsignal verwendet wird, sollten die LPFs Digitalfilter sein. Dann kann die digitale Berechnung einschließlich des Spurfehlerdetektors 20 in Form einer Software in bezug auf das gespeicherte Programm vorgesehen sein. Weiterhin kann eine Reihe zugehöriger Prozeduren (ein Programm) in dem ROM-Bereich des Speichers 28 von Fig. 2 zur Verarbeitung in dem Computer 27 gespeichert sein.
Es ist bekannt, daß ein derartiger Simulator einen spezifischen Simulationseffekt in einer einfachen LPF-Anordnung zur Verfügung stellt. Falls beispielsweise eine solche Anordnung vorgesehen ist, daß der elektrische Winkelberechner 8 einen Abweichungskompensationsfaktor aufweist, beispielsweise einen Integrierer, sowie einen Stabilitätskompensationsfaktor, beispielsweise einen Differenzierer, weiterhin sowohl der Leistungsverstärker 10 als auch der Kodierer 6 eine flache Frequenzcharakteristik aufweisen, und die Positioniervorrichtung 1 im wesentlichen die Frequenzcharakteristik des Tiefpaßtyps aufweist (wobei die Verstärkung kontinuierlich in Richtung auf einen Hochfrequenzbereich kleiner wird, selbst wenn die Frequenz eine allgemeine Unregelmäßigkeit aufweist), infolge des Trägheitseffekts der beweglichen Teile, so kann die Charakteristik, die durch Vergleichen des momentanen Positionssignals b mit dem Bezugspositionssignal a in der geschlossenen Schleife erhalten wird, durch das LPF erster Ordnungs approximiert werden. Wird es daher erneut durch das LPF zweiter Ordnung approximiert, so wird die Genauigkeit des Simulationseffekts verbessert. Daher ist es nicht erforderlich, daß der Simulator 19 die gesamte erste Servoschleife 12 simuliert. Eine partielle Simulation eines Hauptteils ist ausreichend.
Diese Ausführungsform kann ebenfalls einen konventionellen Motor mit Magnetzähnen wie beispielsweise einen Schrittmotor als Antriebsmechanismus der Positioniervorrichtung verwenden. Es kann sich um einen Schrittmotor des Hybrid-Permanentmagnettyps handeln, der einen Magneten entweder auf dem Läufer oder dem Ständer aufweist, und magnetische Zähne auf beiden, um einen Schrittmotor des Typs mit variabler Reluktanz, der Magnetzähne sowohl auf dem Läufer als auch dem Ständer aufweist, und um einen Schrittmotor des Permanentmagnettyps, der einen Multipol-magnetisierten Magneten auf dem Läufer und magnetische Zähne auf dem Ständer aufweist. Jeder der Motoren, die magnetische Zähne aufweisen, kann ein beträchtliches Drehmoment bei einer kleinen Stromrate zur Verfügung stellen, und dies führt dazu, daß eine Energieeinsparung und geringere Abmessungen ermöglicht werden.
Obwohl ein zweiphasiger Motor mit zwei Wicklungen für die Positioniervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann ein dreiphasiger Motor oder ein Motor mit mehr als drei Wicklungen denselben Effekt zur Verfügung stellen. Allerdings sollte die Anzahl der Phasen in dem Funktionsgenerator 9 und dem Leistungsverstärker 10 entsprechend angepaßt werden. Die Funktion für den Funktionsgenerator 9 ist nicht auf eine sinusartige Form von SIN und COS beschränkt, sondern kann die Form sich periodisch wiederholender Wellen aufweisen. Die Funktion kann auch die Erzeugung einer derartigen Wellenform umfassen, so daß eine Störung der Wellenform eine erzeugten Drehmoments der Positioniervorrichtung kompensiert wird.
Zwar wird ein Drehmotor für die Positioniervorrichtung bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet, jedoch wird darauf hingewiesen, daß eine Linearbewegungsvorrichtung wie beispielsweise ein Linearmotor für ähnliche Effekte verwendet werden kann.
Darüber hinaus ist der Positionssignalgenerator 5a für den Läufer 1a der Positioniervorrichtung 1 nicht auf den Drehtyp beschränkt, sondern kann auch vom Lineartyp sein. Weiterhin ist sein Ausgangssignal nicht auf zwei Phasen und Sinuswellenform beschränkt, sondern kann dreiphasig oder mehrphasig sein.
Das Ausgangssignal des Positionssignalgenerators 5a kann eine quadratische Welle sein, und insbesondere jede präzise Form, insoweit als das momentane Positionssignal b mit bestimmter Auflösung erhalten wird. Der Generator 5a kann auch ein absoluter Kodierer sein. Angesichts der Tatsache, daß die für die Positioniervorrichtung in dem Plattenspeicherantriebssystem erforderliche Auflösung in der Größenordnung von weniger als 1 um liegt (Submikrometer) bei der linearen Umwandlung, ist die Kombination eines Positionssignalgenerators und einer Positionserkennungsschaltung, die voranstehend im einzelnen beschrieben wurden, besonders bevorzugt, da sie auf einfache Weise und mit geringen Kosten eine ausreichende Auflösungswirkung zur Verfügung stellt.
Zwar wurde jeder der Prozesse, die in den Fig. 2, 3(a) und 3(b) gezeigt sind, in Form von Software beschrieben, jedoch kann dies auch durch eine Hardware-Anordnung ausgeführt werden.
Darüber hinaus kann das Blockschaltbild von Fig. 6(a) modifiziert werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, der in den beigefügten Patentansprüchen festgelegt ist. Genauer gesagt sind eine Änderung der Reihenfolge der Anordnung des Tiefpaßkompensators und des rekursiven Digitalfilters und Abänderungen dieser Bauteile möglich.

Claims

1. Datenwandler-Positionssteuersystem für ein Datenplattenspeicherantriebssystem, welches mit einem Datenwandler (2) versehen ist, der zum Schreiben und/oder Lesen von Informationsdaten in und/oder aus mehreren Datenspuren ausgebildet ist, die auf einer Oberfläche einer Datenplatte vorgesehen sind, mit:

einer Positioniervorrichtung (1), welche Mehrfachphasenwicklungen (3a, 3b) zur Bewegung des Datenwandlers auf der Plattenoberfläche aufweist; und

einer Servoeinrichtung (16) mit geschlossener Schleife, welche umfaßt:

eine Spurfehlerdetektoreinrichtung (13) zur Erfassung eines Positionsfehlers des Datentwandlers in bezug auf die Datenspur und zur Erzeugung eines Spurfehlersignals, welches den erfaßten Positionsfehler anzeigt;

eine Kompensationsposition-Berechnungseinrichtung (14) zur Berechnung eines Bezugspositionssignals aus dem Spurfehlersignal; und

eine Antriebseinrichtung (11, 7, 8, 9, 10), welche auf das Bezugspositionssignal zum Antrieb der Positioniervorrichtung reagiert, mit einer Funktionsgeneratoreinrichtung (9) zur Erzeugung von Mehrfachphasensignalen, welche sich voneinander bezüglich der Phase unterscheiden, und mit einem Leistungsverstärker (10) zum Verstärken der Mehrfachphasensignale, um elektrische Mehrfachphasenströme zu erhalten und die elektrischen Mehrfachphasenströme den Mehrfachphasenwicklungen der Positioniervorrichtung zuzuführen;

dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin eine weitere Servoeinrichtung (12) mit geschlossener Schleife vorgesehen ist, welche die Funktionsgeneratoreinrichtung (9) und den Leistungsverstärker (10) aufweist, und weiterhin aufweist:

eine Positionskodiereinrichtung (6) zur Erfassung einer Verschiebung der Positioniervorrichtung (1) und zur Erzeugung eines momentanen Positionssignals, welches eine momentane Position der Positioniervorrichtung anzeigt;

eine in der Antriebseinrichtung vorgesehene Komparatoreinrichtung (7) zum Vergleichen des momentanen Positionssignals mit dem Bezugspositionssignal und zur Erzeugung eines Abweichungssignals, welches eine Abweichung des momentanen Signals in bezug auf das Bezugspositionssignal anzeigt;

eine elektrische Winkelberechnungseinrichtung (8), die in der Antriebseinrichtung vorgesehen ist, um ein elektrisches Winkelsignal zu berechnen, welches eine Eingangsleistung für die Positioniervorrichtung darstellt,

wobei die Funktionsgeneratoreinrichtung (9) auf das elektrische Winkelsignal zur Erzeugung der Mehrfachphasensignale reagiert.

2. System nach Anspruch 1, bei welchem die Positioniervorrichtung (1) mit einem magnetischen Material versehen ist, welches zahnförmige Magnetpolzähne aufweist, die in regelmäßigen Unterteilungsabständen angeordnet sind, und entweder auf dem Stator (1b) oder dem Rotor (1a) der Positioniervorrichtung angebracht sind.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die Positionskodiereinrichtung (6) so angeordnet ist, daß sie eine Auflösung von einer Interpolation von mehr als 1/10 Unterteilungsabstand in einer Datenspur ermöglicht, während ihr Momentanpositionsausgangssignal die Verschiebung der momentanen Bewegung der Positioniervorrichtung (1) durch den Linearbewegungsbereich bei der absoluten Positionsmessung repräsentiert, wobei ein spezifizierter Datenpunkt als Bezugspunkt festgelegt ist.

4. System nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei welchem die Positionskodiereinrichtung (6) eine Positionssignalgeneratoreinrichtung (5a) aufweist, um Mehrfachpositionssignale annähernd sinusförmiger Form zu erzeugen, die sich voneinander bezüglich der Phase unterscheiden, nach Erfassung der Verschiebung der Bewegung der Positioniervorrichtung, eine Trägersignalgeneratoreinrichtung (84) zur Erzeugung von Trägersignalen, die durch die Mehrfachphasenpositionssignale moduliert sind, sowie eine Demodulatoreinrichtung (77, 78) zum Demodulieren der Phaseninformation aus dem modulierten Trägersignal.

5. System nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei welchem die elektrische Winkelberechnungseinrichtung (8) so ausgebildet ist, daß sie ein zusammengesetztes elektrisches Winkelsignal erzeugt, welches einen Proportionalitätsfaktor proportional zur Größe der Abweichung eines Ausgangssignals der Komparatoreinrichtung (7) aufweist sowie einen Differentialfaktor zum zeitlichen Differenzieren des Abweichungsausgangssignals der Komparatoreinrichtung.

6. System nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei welchem die elektrische Winkelberechnungseinrichtung (8) so ausgebildet ist, daß sie ein zusammengesetztes elektrisches Winkelsignal erzeugt, welches einen Integralfaktor zum zeitlichen Akkumulieren des Abweichungsausgangssignals der Komparatoreinrichtung (7) aufweist.

7. System nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei welchem die elektrische Winkelberechnungseinrichtung (8) so ausgebildet ist, daß sie einen Vorgang der spezifischen digitalen Berechnung des Abweichungsausgangssignals der Komparatoreinrichtung (7) durchführt, sowie eine digitale Addition des momentanen Positionssignals zur Erzeugung eines elektrischen Winkelsignals entsprechend den niedrigeren Bits des Ergebnisses, während die höheren Bits unberücksichtigt bleiben.

8. System nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei welchem die elektrische Winkelberechnungseinrichtung (8) eine elektrische Winkelbegrenzungseinrichtung aufweist, um das Ergebnis, welches sich aus der spezifischen digitalen Berechnung des Abweichungsausgangssignals der Komparatoreinrichtung (7) ergibt, innerhalb eines vorbestimmten Bereiches zu begrenzen.

9. System nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei welchem die elektrische Winkelberechnungseinrichtung (8) eine Voreilungswinkel-Kompensationseinrichtung (16) aufweist, um das elektrische Winkelsignal im Winkelmaß entsprechend einer Bewegungsgeschwindigkeit der Positioniervorrichtung (1) voreilen zu lassen.

10. System nach Anspruch 9, bei welchem die elektrische Winkelberechnungseinrichtung (8) weiterhin eine Geschwindigkeitsberechnungseinrichtung (59) zur Berechnung der Bewegungsgeschwindigkeit der Positioniervorrichtung aufweist.

11. System nach Anspruch 9 oder 10, bei welchem die Voreilungswinkel-Kompensationseinrichtung (60) eine Speichereinrichtung (28) zum Tabellieren von Daten bezüglich der Voreilungswinkelkompensation für die Bewegungsgeschwindig keit der Positioniervorrichtung (1) aufweist, so daß die Daten in Beziehung auf die Bewegungsgeschwindigkeit für die Voreilungswinkelkompensation ausgelesen werden können.

12. System nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei welchem die Funktionsgeneratoreinrichtung (9) eine Speichereinrichtung (28) zum Tabellieren von Daten aufweist, die durch eine bestimmte Funktion festgelegt werden, so daß die Daten der Funktion ausgelesen werden können, um Mehrfachphasensignale zu erzeugen, die sich voneinander bezüglich der Phase unterscheiden.

13. System nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei welchem die Funktionsgeneratoreinrichtung (9) mit einer periodischen Funktion versehen ist.

14. System nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei welchem die Funktionsgeneratoreinrichtung (9) mit einer annähernden Sinussignalform mehrerer Phasen als Funktion versehen ist.

15. System nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei welchem die Kompensationsposition-Berechnungseinrichtung (14) eine Niederfrequenz-Kompensationseinrichtung zur Erhöhung der Verstärkung niederfrequenter Elemente aufweist, die in dem Spurfehlersignal enthalten sind.

16. System nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei welchem die Kompensationspositions-Berechnungseinrichtung (14) ein rekursives Digitalfilter aufweist, um eine besonders hohe Verstärkung bei den harmonischen Elementen zur Verfügung zu stellen, die ein ganzzahliges Vielfaches eines Basisfrequenzelements in einer Rotationsperiode des Plattenmediums (23) darstellen und in dem Spurfehlersignal enthalten sind.

17. System nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei welchem die Kombination aus der Komparatoreinrichtung (7), der elektrischen Winkelberechnungseinrichtung (8), der Funktionsgeneratoreinrichtung (9) und der Kompensationspositions-Berechnungseinrichtung (14) mit einer Speichereinrichtung (28) zum Speichern von Programmdaten von Prozeßinformation vereinigt ist, mit einer Sequenzeinrichtung (27) zum Steuern des Ablaufs des Prozesses, und mit einer arithmetischen Logikeinheit-Einrichtung (27) zur Ausführung des Prozesses der Berechnung entsprechend den Programmdaten.

18. Datenwandler-Positionssteuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 16, welches weiterhin eine Spurauslenkungsschätzeinrichtung (17) aufweist, um eine Spurauslenkung abzuschätzen, die durch eine Exzentrizität und/oder Mäanderform der Datenspuren hervorgerufen wird, und um ein Vorschubsignal zu erzeugen, welches die geschätzte Spurauslenkung anzeigt, wobei das Vorschubsignal zum Bezugspositionssignal hinzuaddiert wird.

19. System nach Anspruch 18, bei welchem die Spurauslenkungsschätzeinrichtung (17) eine Additionseinrichtung zum Summieren des Spurfehlersignals, welches von der Spurfehlerdetektoreinrichtung (13) ausgegeben wird, und des momentanen Positionssignals aufweist, welches von der Positionskodiereinrichtung (6) ausgegeben wird.

20. System nach Anspruch 18 oder 19, bei welchem die Spurauslenkungsschätzeinrichtung (17) eine Speichereinrichtung (28) zum Speichern der Information bezüglich der Spurauslenkung aufweist, so daß die Spurauslenkung in Form eines Vorschubsignals während der Bewegung des Datenwandlers (2) zwischen den Datenspuren bereitgestellt werden kann.

21. System nach Anspruch 18, 19 oder 20, bei welchem die Kombination aus der elektrischen Winkelberechnungseinrichtung (8), der Funktionsgeneratoreinrichtung (9), der Kompensationspositions-Berechnungseinrichtung (14) und der Spurauslenkungsschätzeinrichtung (17) mit einer Speichereinrichtung (28) zum Speichern von Programmdaten von Prozeßinformation vereinigt ist, einer Sequenzeinrichtung (27) zum Steuern des Ablaufs des Prozesses, und mit einer arithmetischen Logikeinheit- Einrichtung (27) zur Ausführung des Prozesses der Berechnung entsprechend den Programmdaten.

22. Datenwandler-Positionssteuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 16, welches weiterhin eine Positionsprofilgeneratoreinrichtung (18a) aufweist, die auf neue Spurauswahlinformation reagiert, um ein Positionsprofilsignal zu erzeugen, welches ein Positionsprofil zur Bewegung des Datenwandlers von einer momentanen Datenspur zu einer neu ausgewählten Datenspur anzeigt, wobei das Positionsprofilsignal zum Bezugspositionssignal hinzuaddiert wird, so daß der Datenwandler unter einer Positionstrajektoriensteuerung bewegbar ist.

23. System nach Anspruch 22, bei welchem die Kompensationspositions-Berechnungseinrichtung (14) so ausgebildet ist, daß sie entweder die Berechnung anhält oder kein Kompensationspositionsausgangssignal während der Bewegung des Datenwandlers (2) zwischen den Datenspuren (24) entsprechend der Information bezüglich der darauffolgenden Spurauswahl erzeugt.

24. System nach Anspruch 22 oder 23, bei welchem die Positionsprofilgeneratoreinrichtung (18a) so ausgebildet ist, daß sie ein Schrittpositionsprofilsignal erzeugt, wenn die Verschiebung des Datenwandlers (2) zwischen den Datenspuren (24), die entsprechend der Information bezüglich der darauffolgenden Spurauswahl durchgeführt wird, kleiner ist als eine vorbestimmte Anzahl von Datenspuren.

25. System nach Anspruch 22, 23 oder 24, bei welchem die Positionsprofilgeneratoreinrichtung (18a) so ausgebildet ist, daß sie ein Positionsprofilsignal erzeugt, welches eine konstante Verzögerung entweder nach einer konstanten Beschleunigung oder nach einem konstanten Lauf bei der Bewegung des Datenwandlers (2) zwischen den Datenspuren (24) entsprechend der Information bezüglich der Auswahl folgender Spuren umfaßt.

26. System nach Anspruch 22, 23, 24 oder 25, bei welchem die Kombination aus der Komparatoreinrichtung (7), der elektrischen Winkelberechnungseinrichtung (8), der Kompensationspositionsberechnungseinrichtung (14) und der Positionsprofilgeneratoreinrichtung (18a) mit einer Speichereinrichtung (28) zum Speichern von Programmdaten bezüglich Prozeßinformation vereinigt ist, mit einer Sequenzeinrichtung (27) zum Steuern des Ablaufs des Prozesses, und mit einer arithmetischen Logikeinheit-Einrichtung (27) zur Ausführung des Prozesses der Berechnung entsprechend den Programmdaten.

27. Datenwandler-Positionssteuersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, welches weiterhin eine Spurfehlerdiskriminatoreinrichtung (22) aufweist, einschließlich einer Simulatoreinrichtung (19) zur Echtzeitsimulierung der gesamten Operation oder eines Teils der Operation der weiteren Servoeinrichtung (12) mit geschlossener Schleife und zur Erzeugung eines Simulationssignals für das Momentanpositionssignal, sowie eine Spurfehlerdetektoreinrichtung (20) zur Überwachung der Spurabweichung des Datenwandlers gegenüber einer ausgewählten Datenspur in bezug auf das momentane Positionssignal und das Simulationssignal.

28. System nach Anspruch 17, bei welchem die Simulationseinrichtung (19) eine solche Eingangs-/Ausgangs-Frequenzcharakteristik aufweist, daß sie niedrige Frequenzen durchläßt und hohe Frequenzen abschneidet.

29. System nach Anspruch 27 oder 28, bei welchem die Spurfehlerdiskriminatoreinrichtung (22) weiterhin eine Speichereinrichtung (28) aufweist, zum Speichern der Programmdaten über eine Reihe von Prozeduren des Prozesses von der Simulatoreinrichtung (19) für eine Offset-Monitoreinrichtung, und eine arithmetische Logikeinheit-Einrichtung (27) zur Ausführung der Berechnung entsprechend den Programmdaten.