DE69211919T2

DE69211919T2 - Stellmotorregelvorrichtung

Info

Publication number: DE69211919T2
Application number: DE69211919T
Authority: DE
Inventors: Toshifumi Nakai
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1991-07-23
Filing date: 1992-07-23
Publication date: 1996-11-28
Anticipated expiration: 2012-07-24
Also published as: EP0526116A2; KR960011212B1; JPH0530772A; EP0526116A3; EP0526116B1; US5323096A; DE69211919D1; KR930003068A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Servomotor-Regelvorrichtung zum Regeln der Frequenz eines Servomotors abhängig von Information zur Istfrequenz des Servomotors.

2. Beschreibung der einschlägigen Technik

Um Servomotoren in DATs (digitalen Audioband-Recordern), VCRs (Videokassetten-Recordern) usw., z.B. einen Servomotor zum Antreiben einer rotierenden Kopftrommel, einen Servomotor zum Antreiben einer Capstanwelle, einen Servomotor zum Antreiben einer Bandhaspel und dergleichen zu regeln, wird ein Signal verwendet, das die Istfrequenz des Servomotors anzeigt. Als Signal, das die Frequenz eines Servomotors anzeigt, wird ein Impulssignal verwendet, das einmal oder mehrmals pro Umdrehung des Servomotors dadurch erzeugt wird, daß mit einem Sensor (Frequenzgenerator) ein oder mehrere Magnetpole erfaßt werden, die an einem rotierenden Mechanismus angebracht sind. Aus dem Intervall dieses Impulssignals wird die Frequenz berechnet. Diese gemessene Frequenz wird mit einer Sollfrequenz verglichen, und die Differenz zwischen diesen wird dazu verwendet, ein Regelungssignal für den Servomotor zu erzeugen.
Für ein solches Regelungssignal wird im Fall eines Wechselstrommotors ein Signal mit analogem Signalverlauf verwendet, das z.B. durch eine PWM(Impulsbreiten-Modulation)-Schaltung erzeugt wird, und im Fall eines Gleichstrommotors wird ein Analogspannungssignal verwendet, das durch eine PWM-Schaltung oder einen D-A(Digital-Analog)-Umsetzer oder dergleichen erzeugt wird.
Bekannte Servomotor-Regelvorrichtungen, wie sie vorstehend angegeben sind, bei denen die Frequenz aus dem Intervall eines von einem Frequenzgenerator empfangenen Impulssignals berechnet wird, und die ein Servomotor-Regelungssignal nur durch Vergleichen dieser Frequenz mit einer Sollfrequenz berechnen weisen den nachfolgend beschriebenen Nachteil auf.
Wegen der Zeitverzögerung zwischen dem Moment, zu dem das Impulssignal dem Frequenzgenerator zugeführt wird, und dem Moment, zu dem das Servomotor-Regelungssignal berechnet wird, die unabhängig davon auftritt, ob die oben angegebene Berechnung durch Hardware oder Software ausgeführt wird, ist es unmöglich, zum Zeitpunkt, zu dem das Impulssignal empfangen wird, ein Regelungssignal auszugeben, das für diesen Moment passend ist. Im allgemeinen kann die Zeitverzögerung kleingemacht werden, wenn die Servoregelung durch Hardware realisiert wird. Bei einer Servoregelung durch Software nimmt die Zeitverzögerung einen beträchtlichen Wert ein, da die Arithmetikoperationen zeitaufwendige Operationen wie Multiplikationen zusätzlich zu Additionen und Subtraktionen umfassen.
Daher unterscheidet sich das ausgegebene Regelungssignal, obwohl sein Wert für den Moment, zu dem das Impulssignal erhalten wurde, optimal ist, vom optimalen Wert für den Moment, zu dem das Regelungssignal ausgegeben wird. Im Ergebnis treten Schwierigkeiten wie eine Verringerung der Ansprechgeschwindigkeit des Servoregelungssystems und das Auftreten von Nachschwingen in solcher Weise auf, daß die Motordrehzahl nicht konvergiert, sondern ihre Amplitude fortlaufend schwingt, was es erschwert, daß das Servosystem in einem stabilen Zustand verbleibt.
Das Dokument IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol 32, No. 6B, November 1989, offenbart ein Verfahren zur digitalen Regelung eines Plattenantriebsmotors. Das Servosystem arbeitet so, daß es den Motor mit konstanter Geschwindigkeit antreibt. Um die Drehzahl zu messen, werden ein Impuls oder mehrere pro Umdrehung erzeugt. Das Servosystem vergleich das Intervall der Impulse mit einem Sollwert, berechnet eine Geschwindigkeitsabweichung und nimmt eine Rückkopplung des korrekten Werts vor. Der Algorithmus zum berechnen der Geschwindigkeitsabweichung berücksichtigt eine Berechnungsverzögerung.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Servomotor-Regelvorrichtung zu schaffen, die für schnelles Ansprechverhalten sorgt und Schwingungen eines Servomotors verhindert.
Gemäß der Erfindung ist die durch Anspruch 1 definierte Servomotor-Regelvorrichtung geschaffen. Die Unteransprüche sind auf eine Ausführungsform der Erfindung gerichtet.
Es ist möglich, die Zeitverzögerung zwischen dem Moment, zu dem ein Impulssignal erzeugt wird, und dem Moment, zu dem ein Servomotor-Regelungssignal ausgegeben wird, im voraus abzuschätzen, da die für Arithmetikoperationen erforderliche Zeitspanne im wesentlichen konstant ist, solange dieselbe Arithmetikoperation ausgeführt wird. Die Änderung der Servomotor-Drehzahl wird für diese Verzögerungszeit durch eine extrapolierende Berechnung im voraus abgeschätzt. Es wird ein Regelungssignal entsprechend der im voraus abgeschätzten Drehzahl ausgegeben. Demgemäß wird das Regelungssignal in Echtzeit ausgegeben, wodurch die Ansprechgeschwindigkeit des Motors ausreichend hoch wird, weswegen die Servoregelung stabil ohne das Auftreten von Schwingungen eines Servomotors stabil ausgeführt werden kann.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Flußdiagramm für eine Interruptroutine bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 2 ist ein Blockdiagramm, das schematisch den Aufbau der Servomotor-Regelvorrichtung des Ausführungsbeispiels von Fig. 1 zeigt; und
Fig. 3 ist ein zeitbezogenes Signaldiagramm, das die Beziehung zwischen Werten verschiedener Vorgänge beim Ausführungsbeispiel von Fig. 1 zeigt.

KURZE BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS

Es wird nun ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Fig. 2 ist ein Blockdiagramm, das schematisch den Aufbau einer Servomotor-Regelvorrichtung für einen VCR gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.
In Fig. 2 bezeichnet die Bezugszahl 10 einen Mikrocomputer zur Servoregelung. Dieser Mikrocomputer 10 umfaßt eine CPU 11, einen ROM 12, einen RAM 13, einen PMG (programmierbarer Mustergenerator) 14, eine FRC(freilaufender Zähler)-Latchschaltung 15, eine Treiberimpuls-Generatorschaltung 16, eine SIO (serielle Schnittstelle) 17 für Eingabe/Ausgabe-Umsetzung serieller Daten, einen Timer/Zähler 18, einen Analog-Digital-Umsetzer 19 und einen Universal-Eingabe/Ausgabe- Port 20. Diese Komponenten sind über einen internen Bus 21 miteinander verbunden.
Mit diesem Mikrocomputer 10 sind eine rotierende VCR-Kopftrommel 22, ein TTL-Kopf (Regelungskopf) 23, ein Capstan-Antriebsmotor 25 über eine Treiberschaltung 24, ein Antriebsmotor 27 für die rotierende Kopftrommel über eine Treiberschaltung 26, ein Capstan-Frequenzgenerator 28, ein Frequenzgenerator 29 für die rotierende Kopftrommel 22, ein Impulsgenerator 30 für die rotierende Kopftrommel 22 und ein Quarzoszillator 31 verbunden.
Der PMG 14 erzeugt verschiedene Signalmuster, zu denen ein Kopfumschaltimpuls HSW für die rotierende Kopftrommel 22, ein Regelungssignal HAMP eines Kopfverstärkers (nicht dargestellt) ein Aufzeichnungs-Regelungssignal REC-CTL des CTL- Kopfs 23, ein falsches Vertikal-Synchronisiersignal FV und ein Audiokopf-Umschaltimpuls A-HSW gehören. Da der PMG 14 die Erfindung nicht unmittelbar betrifft, erfolgt keine detaillierte Erläuterung zu ihm.
Die FRC-Latchschaltung 15, die als Hauptkomponente einen freilaufenden Zähler aufweist, nimmt eine Einspeicherung folgender Impulse vor: eines Capstanfrequenz-Impulses C-FG, der vom Capstan-Frequenzgenerator 28 empfangen wird, einen Trommelfrequenz-Impuls D-FG, der vom Frequenzgenerator 29 der rotierenden Kopftrommel 22 empfangen wird, einen Trommelimpuls D-PG, der vom Impulsgenerator 30 der rotierenden Kopftrommel 22 empfangen wird, und ein Abspiel-Regelungssignal PL-CTL, das vom CTL-Kopf 23 empfangen wird, synchron mit der zeitlichen Lage einer Impulsflanke eines Vertikal-Synchronisiersignals VSYNC. Die Ist-Drehposition jedes Motors ist durch Zählwerte des freilaufenden Zählers repräsentiert und sie wird an die CPU 11 gegeben. Die vorstehend angegebenen Frequenzgeneratoren 28 und 29 werden dazu erfaßt, die tatsächlichen Drehzahlen des Capstan-Antriebsmotors 25 bzw. des Antriebsmotors 27 für die rotierende Kopftrommel zu erfassen. Die CPU 11 führt Arithmetikoperationen unter Verwendung der Zählwerte des freilaufenden Zählers, wie von der FRC-Latchschaltung 15 geliefert, aus, und sie gibt Motorregelungssignale an die Treiberimpuls-Generatorschaltung 16 aus.
Die Treiberimpuls-Generatorschaltung 16 ist eine Schaltung zum Einstellen eines Tastverhältnisses. Abhängig von Regelungsgrößen, wie sie von der CPU 11 geliefert werden, erzeugt sie PWM-Signale zum Regeln der Frequenzen und der Phasen des Capstan-Antriebsmotors 25 und des Antriebsmotors 27 für die rotierende Kopftrommel, und sie gibt die Signale an die Treiberschaltungen 24 bzw. 26 aus, wodurch der Capstan- Antriebsmotor 25 und der Antriebsmotor 27 für die rotierende Kopftrommel geregelt werden.
Der Analog-Digital-Umsetzer 19 ist zum Eingeben von zur Einstellung verwendeten Daten und von Signalen von einem Capstansensor und einem Mechanismussensor vorhanden.
Der Universal-Eingabe/Ausgabe-Port 20 empfängt ein Signal von einem Haspelsensor und er gibt ein Capstan-Regelungssignal und ein Mechanismus-Regelungssignal aus.
Fig. 1 ist ein Flußdiagramm einer Interruptroutine, die die CPU 11 ausführt, wenn sie Regelgrößen für den Capstan-Antriebsmotor 25 berechnet. Diese Interruptroutine wird durch eine ansteigende Flanke des vom Frequenzgenerator 28 empfangenen Capstanfrequenz-Impulses C-FG getriggert.
In einem Schritt S1 nimmt die FRC-Latchschaltung 15 eine Einspeicherung des Zählwerts ihres freilaufenden Zählers als Zählwert Cfrc vor.
In einem Schritt S2 wird der vorangehende Zählwert Cfrc' vom freilaufenden Zähler beim vorigen Prozeß der Interruptroutine aus einer speziellen Speicherstelle M1 des RAM 13 ausgelesen und der neue Zählwert Cfrc vom freilaufenden Zähler, wie er in diesem Moment im Prozeß der Interruptroutine vorliegt, wird in der Speicherstelle M&sub1; eingespeichert.
In einem Schritt S3 wird ein Wert Tn, der die Periode des Capstanfrequenz-Impulses C-FG in diesem Moment repräsentiert, aus der folgenden Gleichung berechnet: Tn = Cfrc - Cfrc'.
In einem Schritt S4 wird ein Wert Xn-1, der eine im voraus abgeschätzte Drehzahl des Capstan-Antriebsmotors 25 repräsentiert, wie er beim vorigen Prozeß der Interruptroutine erhalten wurde, aus einer speziellen Speicherstelle Mn-1 des RAM 13 ausgelesen.
In einem Schritt S5 wird durch die nachfolgend angegebene Gleichung ein Wert Xn berechnet, der eine neue im voraus abgeschätzte Drehzahl des Capstan-Antriebsmotors 25 repräsentiert:
Der Anfangswert X&sub1; ist durch die folgende Gleichung gegeben:
X&sub1; = 1/T&sub0; - (1/T&sub0; - 1/T&sub1;) (T&sub1; + Tx) / T&sub1;,
wobei Tx ein Wert ist, der einer Verzögerungszeit zwischen dem Motor, zu dem ein Capstanfrequenz-Impuls C-FG ansteigt, und dem Moment, zu dem ein Servomotor-Regelungssignal ausgegeben wird, nachdem eine Arithmetikoperation unter Verwendung der zum Anstiegszeitpunkt des Impulses C-FG eingespeicherten Werte ausgeführt wurde, entspricht. Bei diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen konstanten Wert wie Tx.
In einem Schritt S6 wird der berechnete Wert Xn, der die im voraus abgeschätzte Drehzahl des Capstan-Antriebsmotors 25 repräsentiert, in der Speicherstelle M&sub2; abgespeichert.
In einem Schritt S7 wird unter Verwendung der im voraus abgeschätzten Drehzahl Xn ein Regelungssignal On für den Capstan-Antriebsservomotor 25 durch die folgende Gleichung berechnet und das berechnete Regelungssignal wird an die Treiberimpuls-Generatorschaltung 16 ausgegeben:
On = f (Xn),
wobei f (Xn) eine Funktion ist, die dazu dient, das Regelungsausgangssignal für den Servomotor aus der im voraus abgeschätzten Drehzahl Xn des Servomotors zu berechnen. Diese Funktion unterscheidet sich für verschiedene Regelungsschleifen. Sie ist an Eigenschaften der verwendeten Servomotoren, die Regelungsverstärkung usw. angepaßt.
Nach dem Schritt S7 kehrt die CPU 11 von dieser Interruptroutine zur Hauptroutine zurück.
Fig. 3 ist ein zeitbezogenes Signaldiagramm, das die Beziehung zwischen dem Capstanfrequenz-Impuls C-FG, dem die Periode des Impulses C-FG repräsentierenden Wert Tn, der Verzögerungszeit Tx und dem Wert Xn zeigt, der die im voraus abgeschätzte Drehzahl des Capstan-Antriebsmotors 25 repräsentiert.
Der Capstanfrequenz-Impuls C-FG wird zu Zeitpunkten t&sub0;, t&sub1;, ..., tn-1, tn geliefert. Für jeden Impuls wird die in Fig. 1 dargestellten Interruptroutine ausgeführt, wodurch Perioden T&sub0;, T&sub1;, ..., Tn-1, und Tn berechnet werden. Die Kehrwerte 1/T&sub0;, 1/T&sub1;, ..., 1/Tn-1, und 1/Tn der Perioden T&sub0;, T&sub1;, ..., Tn-1 und Tn entsprechen den Drehzahlen des Capstan-Antriebsmotors 25.
Diese berechneten Drehzahlen repräsentieren Drehzahlen zu den Zeitpunkten t&sub0;, t&sub1;, ..., tn-1, und tn.
Jedoch ist der tatsächliche Zeitpunkt, zu dem ein Regelungssignal für den Capstan-Antriebsmotor 25, das auf Grundlage der berechneten Drehzahlen erzeugt wurde, ausgegeben wird, um Tx gegenüber den Zeitpunkten t&sub0;, t&sub1;, ..., tn-1, und tn verzögert. Daher wird bei diesem Ausführungsbeispiel die im voraus abgeschätzte Drehzahl Xn, die die Drehzahl des Capstan-Antriebsmotors 25 nach der Zeitspanne Tx angibt, durch die oben angegebene lineare Extrapolationsformel Xn = Xn-1 - (Xn-1 Tn - 1)/Tn - Tx) berechnet.
Demgemäß kann eine Servoregelungsgröße erhalten werden, die genau der Drehzahl Xn zu demjenigen Zeitpunkt entspricht, zu dem die Regelgröße tatsächlich ausgegeben wird, so daß die Ansprechgeschwindigkeit des Servomotors wesentlich erhöht ist, was es ermöglicht, eine stabile Regelung auszuführen, ohne daß Schwingungen auftreten.
Die Beschreibung erfolgte für die Regelung des Capstan-Antriebsmotors 25. Jedoch wird auch der Antriebsmotor 27 für die rotierende Kopftrommel auf dieselbe Weise geregelt.
Die Erfindung kann nicht nur auf die Regelvorrichtung eines VCR angewandt werden, sondern auch auf die Regelvorrichtung eines DAT oder anderer Systeme.
Obwohl beim obigen Ausführungsbeispiel die auf der Arithmetikoperation beruhende Verzögerungszeit Tx konstant ist, kann es sich um einen variablen Wert handeln.

Claims

1. Servomotor-Regelvorrichtung mit:

- einer Impulsgeneratoreinrichtung (28, 29) zum Erzeugen eines Impulssignals (C-FG, D-FG) mit einer Frequenz, die der Istfrequenz eines Servomotors (25, 27) entspricht; und

- einer Arithmetikoperations-Einrichtung (11) zum Ausgeben eines Regelungssignals, das eine im voraus abgeschätzte Drehzahl des Servomotors repräsentiert, wobei diese Arithmetikoperations-Einrichtung das Regelungssignal dadurch erzeugt, daß sie eine extrapolierte Korrektur auf Grundlage einer im voraus abgeschätzten Änderung der Frequenz des Servomotors aufgrund einer Zeitverzögerung zwischen dem Moment, zu dem das Impulssignal erzeugt wird, und dem Moment, zu dem das Regelungssignal an den Servomotor angelegt wird, realisiert;

dadurch gekennzeichnet, daß die Arithmetikoperations-Einrichtung die im voraus abgeschätzte Drehzahl Xn gemäß der folgenden Gleichung berechnet:

Xn = Xn-1 - (Xn-1Tn - 1) / (Tn - Tx),

wobei Tn ein Wert ist, der der Differenz zwischen einer Periode des von der Impulserzeugungs-Einrichtung empfangenen Impulssignals und der Periode eines vorangegangenen Impulssignals entspricht, wie sie zuvor von der Impulserzeugungs- Einrichtung erhalten wurde, Xn-1 die vorangehende im voraus abgeschätzte Drehzahl ist, die zuvor durch die Arithmetikoperations-Einrichtung berechnet wurde, und Tx ein Wert ist, der der Zeitspanne zwischen einem Moment, zu dem ein Impulssignal von der Impulserzeugungs-Einrichtung empfangen wird, und einem Moment, zu dem ein Regelungssignal von der Arithmetikoperations-Einrichtung ausgegeben wird, entspricht, wobei der Anfangswert X&sub1; dieser im voraus abgeschätzten Drehzahl durch die folgende Gleichung ausgedrückt ist:

X&sub1; = 1/T&sub0; - (1/T&sub0; - 1/T&sub1;) (T&sub1; + Tx) / T&sub1;.

2. Servomotor-Regelvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Impulserzeugungs-Einrichtung einen Impulsgenerator (28) zum Erfassen der Frequenz eines Capstan-Antriebsmotors (25) eines DAT oder VCR aufweist.

3. Servomotor-Regelvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Impulserzeugungs-Einrichtung einen Impulsgenerator (29) zum Erfassen der Frequenz des Antriebsmotors (27) einer rotierenden Kopftrommel eines DAT oder VCR aufweist.