HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Feld der Erfindung
-
Allgemein betrifft die Erfindung ein Motor-Servosystem.
Insbesondere betrifft die Erfindung ein Motor-Servosystem,
das in einem Servosystem zur Unterdrückung von
Unregelmäßigkeiten eines FG-Signals verwendet wird, die durch
einen Trommelmotor eines VTR (Video-Tape Recorder)
verursacht werden, und zu Unregelmäßigkeiten bei der Rotation
führen, oder ein Servosystem zur Steuerung eines Motors,
wie etwa einen Wellenmotor eines VTR's, bei dem die
gewünschten Ansprecheigenschaften aufgrund von Versatz,
Lastwechsel usw. nicht erreicht werden können.
Beschreibung des Standes der Technik
-
Als ein herkömmliches Motor-Servosystem 1, bei dem die
Unregelmäßigkeiten eines FG-Signals (im folgenden einfach als
FG-Unregelmäßigkeit bezeichnet) unterdrückt werden können,
um eine Signalkomponente dieser FG-Unregelmäßigkeiten von
einem Motorsteuersignal zu entfernen, gibt es eine
Schaltung, bei der ein Analog-Kerbfilter 2 eingefügt wird, wie
es in Fig. 7 gezeigt ist, oder eine Schaltung, bei der ein
Digital-Kerbfilter 3 eingefügt wird, wie es in Fig. 8
gezeigt ist. Desweiteren kann als das in Fig. 8 gezeigte
Digital-Kerbfilter 3 z.B. eine Schaltung verwendet werden,
wie sie in Fig. 9 gezeigt ist.
-
Zusätzlich gibt es als ein bekanntes Motor-Servosystem 1
zur Steuerung eines Wellenmotors 4 eines VTR's eine
Schaltung, wie sie in Fig. 10 gezeigt wird, in der eine
Geschwindigkeitsdetektion und eine Phasendetektion beruhend
auf dem FG-Signal durchgeführt wird, und wobei diese
Detektionssignale miteinander synthetisiert werden, und wobei
anschließend ein Motorsteuersignal an den Wellenmotor 4
über einen Tiefpaßfilter-Abschnitt 5, einen
D/A-Wandler-Abschnitt 6 usw. angelegt wird.
-
Bei dem Analog-Kerbfilter 2, das in dem in Fig. 7 gezeigten
Motor-Servosystem 1 verwendet wird, tritt der Fall auf, daß
eine Abweichung in der Mittelfrequenz einer Kerbe aufgrund
der Fluktuation elektronischer Teile auftritt und deshalb
der Effekt der Kerbe abnimmt.
-
Bei dem Digital-Kerbfilter, das in dem in Fig. 8 gezeigten
Motor-Servosystem 1 verwendeten wird, tritt keine
Abweichung der Mittelfrequenz auf, aber die RAM-Zeit (Random
Access Memory) und die CPU-Zeit (Central Processor Unit)
werden sehr lang. Insbesondere, wenn das Digital-Kerbfilter
zur Entfernung von FG-Unregelmäßigkeiten der Trommel
verwendet wird, wird die Zahl der Verzögerungszeiten umso
größer, je länger die Abtastzeiten für eine Rotation
werden, und deshalb wird die CPU-Zeit lang. Andererseits wird
es in einem solchen System, in dem ein
Servosteuermikrocomputer und ein Systemsteuermikrocomputer im selben
Mikrocomputer enthalten sind, unmöglich, die Abtastfrequenz durch
den Servomikrocomputer, d.h. die Zahl der
Verzögerungszeiten der Kerbe, hinreichend zu erhöhen, da die CPU-Zeit
nicht nur dem Servosteuermikrocomputer gewidmet werden
kann, und deshalb kann eine hinreichende Sicherheit nicht
erhalten werden.
-
Außerdem war in dem Fall, in dem ein Motor mit großem
Versatz oder großem Lastwechsel durch das in Fig. 10 gezeigte
Motor-Servosystem 1' gesteuert wird, da es nötig war, die
Servoverstärkung sehr groß zu machen, in der Vergangenheit
kein anderer Weg vorhanden als die Servoverstärkung zu
erhöhen, indem die Abtastfrequenz erhöht wird. Wenn jedoch
ein Motor miniaturisiert wird, tritt das Problem auf, daß
der Versatz oder der Lastwechsel groß wird und andererseits
die Abtastfrequenz abnimmt, da die Magnetisationzahl des
Motors verringert wird, und es wird deshalb unmöglich, die
Unregelmäßigkeiten der Motorrotation hinreichend zu
unterdrücken.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Es ist deshalb eine wesentliche Aufgabe der Erfindung, ein
Motor-Servosystem zu schaffen, bei dem ein Motor stabil mit
einer einfachen Software gesteuert werden kann, auch wenn
FG-Unregelmäßigkeiten auftreten.
-
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein
Motor-Servosystem zu schaffen, bei dem es möglich ist, die
Servoverstärkung zu erhöhen, auch wenn eine Störung, wie z.B. ein
Lastwechsel, auftritt.
-
Ein erfindungsgemäßes Motor-Servosystem steuert einen Motor
beruhend auf einem Geschwindigkeit-Erfassungssignal und
einem Phasen-Erfassungssignal. Das Motor-Servosystem umfaßt:
erste Synthetisiermittel zum Synthetisieren des
Geschwindigkeits-Erfassungssignals und des Phasen-Erfassungssignals
miteinander mit einem vorgegebenen
Synthetisierungsverhältnis zur Erzeugung eines synthetisierten Signals;
Äquivalenzmotormittel mit einer Übertragungsfunktion, die für
eine Übertragungscharakterstik des Motors repräsentativ
ist, und zum Erzeugen eines Detektionssignals auf Grundlage
des synthetisierten Signals; erste Vergleichermittel zum
Vergleichen des synthetisierten Signals und des
Detektionssignals; und Motorsteuersignal-Erzeugungsmittel zum
Erzeugen eines Motorsteuersignals, durch das der Motor zu
steuern ist, auf Grundlage des synthetisierten Signals und
eines Ausgangssignals des ersten Vergleichermittels.
-
Erfindungsgemäß wird das Geschwindigkeits-Erfassungssignal
durch einen Geschwindigkeits-Erfassungs-Abschnitt erzeugt,
der ein Geschwindigkeits-Erfassungssignal - z.B. auf der
Grundlage eines FG-Signals des Motors - erzeugt. Ein
Phasen-Erfassungs-Abschnitt erzeugt ein
Phasen-Erfassungssignal z.B. auf der Grundlage eines FG-Signals von dem
Motor, oder durch Integration des Geschwindigkeits-
Erfassungssignals. Das erste Synthetisiermittel empfängt
das Geschwindigkeits-Erfassungssignal und des Phasen-
Erfassungssignal und erzeugt das Synthetisiersignal, das
jeweils an das Motorsteuersignal-Erzeugungsmittel und das
erste Vergleichermittel angelegt wird.
-
Das Äquivalenzmotormittel ist eine Art von Softwaremotor
und hat eine Übertragungsfunktion gleich oder ähnlich jener
des zu steuernden Motors. Das Äquivalenzmotormittel
empfängt das Ausgabesignal des ersten Synthetisiermittels
z.B. über ein Tiefpaßfiltermittel. Das Detektionssignal des
Aquivalenzmotormittels wird mit dem Synthetisiersignal des
ersten Synthetisiermittels verglichen, und deshalb wird die
Ausgabe des ersten Vergleichermittels ein Signal, das nur
eine FG-Unregelmäßigkeitskomponente oder eine
Störkomponente repräsentiert. Deshalb enthält das von dem
Motorsteuersignal-Erzeugungsmittel ausgegebene Motorsteuersignal
keine solche FG-Unregelmäßigkeitskomponente oder
Störkomponente.
-
Erfindungsgemäß kann der Motor stabil servogesteuert
werden.
-
Die oben beschriebenen und weitere Aufgaben, Merkmale,
Aspekte und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden
detaillierten Beschreibung zusammen mit den beiliegenden
Zeichnungen deutlicher.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
Fig. 1 ist ein Funktionsblockdiagramm, das eine
erfindungsgemäße Ausführungsform zeigt;
-
Fig. 2 ist ein Funktionsschaltdiagramm, das einen
Äquivalenzmotor-Abschnitt der Ausführungsform aus Fig. 1
zeigt;
-
Fig. 3 ist ein Funktionsschaltdiagramm, das einen
Tiefpaßfilter-Abschnitt mit einer Übertragungsfunktion
zeigt, die jener des Äquivalenzmotor-Abschnitts
entspricht;
-
Fig. 4 ist eine Kurve, die eine Verstärkungseigenschaft
der Funktionsschaltung aus Fig. 2 zeigt;
-
Fig. 5 ist ein Funktionsblockdiagramm, das eine weitere
erfindungsgemäße Ausführungsform zeigt;
-
Fig. 6 st eine Kurve, die eine Schwebung und ein Rauschen
der Ausführungsform aus Fig. 5 zeigt;
-
Fig. 7 ist ein Funktionsblockdiagramm, das den Stand der
Technik zeigt;
-
Fig. 8 ist ein Funktionsblockdiagramm, das einen anderen
Stand der Technik zeigt;
-
Fig. 9 ist ein Funktionsschaltdiagramm, das ein beim
Stand der Technik aus Fig. 8 verwendetes Digital-
Kerbfilter zeigt; und
-
Fig. 10 ist ein Funktionsschaltdiagramm, das noch einen
weiteren Stand der Technik zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
In Fig. 1 wird ein Motor-Servosystem 10 der gezeigten
Ausführungsform zur Entfernung der FG-Unregelmäßigkeit in
einem Trommelservosystem verwendet, indem eine stabile
Steuerung verwendet wird, und es enthält einen
Servosteuermikrocomputer 12. Als Mikrocomputer 12 wird ein
Servomikrocomputer "CXP80724" verwendet.
-
Der Mikrocomputer 12 enthält einen
Geschwindigkeit-Erfassungs-Abschnitt 14 und einen Phasen-Erfassungs-Abschnitt
16. Ein PG-Impuls und ein FG-Impuls von einem Trommelmotor
18 werden durch einen PG-Verstärker 20 und einen
FG-Verstärker 22 verstärkt, und dann werden der PG-Impuls und der
FG-Impuls jeweils an den
Geschwindigkeit-Erfassungs-Abschnitt 14 bzw. den Phasen-Erfassungs-Abschnitt 16
angelegt.
-
In dem Geschwindigkeits-Erfassungs-Abschnitt 14 wird ein
Geschwindigkeits-Erfassungssignal erhalten, in dem die
Periode des FG-Impulses abgezählt wird. In dem
Phasen-Erfassungs-Abschnitt 16 wird ein Phasen-Erfassungssignal durch
Vergleich der Phase des PG-Impulses und der Phase eines
Vertikalsynchronisationssignales Vsync erhalten, das in
einem Aufzeichnungsmodus durch Verbinden von einem Anschluß
24a über einen Schalter 24 angelegt wird. Im
Wiedergabemodus ist der Schalter 24 mit einem Anschluß 24b verbunden,
und deshalb wird ein Bezugssignal an den Phasen-Erfassungs-
Abschnitt 16 angelegt, und dementsprechend wird ein Phasen-
Erfassungssignal erhalten, indem die Phasendifferenz
zwischen dem Bezugssignal und dem PG-Impuls detektiert wird.
-
Das Geschwindigkeits-Erfassungssignal und das
Phasen-Erfassungssignal werden mittels eines Synthetisier-Abschnitts 26
miteinander kombiniert oder synthetisiert, wodurch ein
Erfassungssignal erhalten wird. Das Erfassungssignal wird
über einen Tiefpaßfilter-Abschnitt 28 zu einem
Motorsteuersignal. Das Motorsteuersignal wird jeweils sowohl an einen
Vergleicher-Abschnitt 10 und einen
Äquivalenzmotor-Abschnitt (Softwaremotor) 34 einer Beobachtervorrichtung 32
angelegt.
-
Der Äquivalenzmotor-Abschnitt 34 hat eine
Übertragungseigenschaft, die jener des Trommelmotors 18 äquivalent ist.
Für den Äquivalenzmotor-Abschnitt 34 wird eine in Fig. 2
gezeigte Schaltung verwendet. Zusätzlich kann der
Äquivalenzmotor-Abschnitt mit derselben Übertragungsfunktion
durch ein RC-Tiefpaßfilter dargestellt sein, das in Fig. 3
gezeigt ist. Die Übertragungsfunktion der in Fig. 2
gezeigten Schaltung wird durch folgende Gleichung repräsentiert.
-
y(nT) = K&sub1;x(nT) + K&sub2;x(nT-T) + K&sub3;y(nT-T)
-
= y(nT-T) + a{x(nT) - y(nT-T)} + b{x(nT) - x(nT-T)}
-
... (1)
-
wobei x ein Eingabesignal, y ein Ausgabesignal und T die
Abtastfrequenz ist.
-
Eine Verstärkungscharakteristik der durch die Gleichung 1
repräsentierten Übertragungsfunktion ist in Fig. 4 gezeigt.
In Fig. 4 sind die Frequenzen f&sub1; und f&sub2; jeweils durch die
folgenden Gleichungen 2 und 3 repräsentiert.
-
f&sub1; = a/π (2b + a)T ... (2)
-
f&sub2; = a/π (2 a - a)T ... (3)
-
Wenn 2b+a=0 wird, dann wird f&sub1;=∞ (unendlich) und
dementsprechend arbeitet die in Fig. 2 gezeigte Schaltung als
Tiefpaßfilter. Dementsprechend wird die in Fig. 2 gezeigte
Schaltung ein Schaltungsäquivalent zu dem Trommelmotor 18.
-
Durch Vergleich des Erfassungssignals vom Äquivalenzmotor-
Abschnitt 34 und dem Erfassungssignal von dem Synthetisier-
Abschnitt 26 mittels eines Vergleicher-Abschnitts 36 wird
ein Vergleichssignal A erhalten. Im Vergleicher-Abschnitt
30 wird das Vergleichssignal A von dem Motorsteuersignal
abgezogen, welches von dem Tiefpaßfilter-Abschnitt 28
ausgegeben wird. Zu diesem Zeitpunkt tritt keine
FG-Unregelmäßigkeit am Äquivalenzmotor 34 auf, obwohl die
FG-Unregelmäßigkeit am Trommelmotor vorliegt, und dementsprechend
wird ein Signalspektrum nur der FG-Unregelmäßigkeit in dem
Vergleichssignal (A) enthalten sein. Deshalb ist es durch
Subtraktion des Signalspektrums für die
FG-Unregelmäßigkeit, d.h. des Vergleichssignals (A), vom Motorsteuersignal
möglich, nur die FG-Unregelmäßigkeitskomponente vom
Motorsteuersignal zu entfernen.
-
Das Motorsteuersignal, von dem das Vergleichssignal (A)
abgezogen wurde, wird mittels eines D/A-Wandler-Abschnitts 38
eines PWM-Systems D/A-gewandelt, und anschließend wird das
Motorsteuersignal mittels eines Widerstands R und eines
Kondensators C geglättet, um so an den PWM-Treiber 42
angelegt zu werden, wodurch der Trommelmotor 18 gesteuert
werden kann.
-
Da bei dem Motor-Servosystem 10 im Gegensatz zu einem
Digital-Kerbfilter keine Gleichstrom-Verstärkungsverringerung
auftritt, ist es möglich, die
FG-Unregelmäßigkeitskomponenten, die sowohl in dem Geschwindigkeit-Erfassungssignal als
auch in dem Phasen-Erfassungssignal enthalten sind, zu
entfernen. Außerdem ist es möglich, ebenfalls andere falsche
Signalspektren als die FG-Unregelmäßigkeit zu entfernen.
-
In Fig. 5 steuert ein Motor-Servosystem 10' entsprechend
einer weiteren Ausführungsform stabil ein Wellenservosystem
(Softwareservo) eines 8 m/m VTR's. Das Motor-Servosystem
enthält einen Servosteuermikrocomputer 42. Als
Mikrocomputer 42 kann z.B. ebenfalls der Servomikrocomputer
"CXP80724" verwendet werden.
-
Der Mikrocomputer 42 enthält einen
Geschwindigkeit-Erfassungs-Abschnitt 44, dem ein FG-Impuls von einem Wellenmotor
46 eingegeben wird, nachdem diesr durch einen FG-Verstärker
48 verstärkt wurde. Durch Abzählen der Periode des
FG-Impulses wird ein Geschwindigkeit-Erfassungssignal durch den
Geschwindigkeit-Erfassungs-Abschnitt 44 erhalten. Ein
Einschaltverhältnis des Geschwindigkeit-Erfassungssignals wird
durch einen Einschaltkorrektur-Abschnitt 50 berichtigt.
-
Zusätzlich wird in einem Aufzeichnungsmodus eine
Phasenerfassung durch Integration des
Geschwindigkeit-Erfassungssignals durch einen Phasen-Erfassungs-Abschnitt 52 erzeugt.
In einem Wiedergabemodus wird ein Bezugssignal, das durch
den Phasen-Erfassungs-Abschnitt 52 zu integrieren ist, in
Übereinstimmung mit einem Spursignal geändert. Bei der
gezeigten Ausführungsform wird sowohl im Aufzeichnungsmodus
als auch im Spielmodus ein Integrationstyp der
Phasenerfassung verwendet. Zusätzlich wird ein Analogsignal von einem
ATF-Verarbeitungs-Abschnitt 54 in einem
A/D-Wandler-Abschnitt 56 A/D-gewandelt, und Daten von dem
D/A-Wandler-Abschnitt 56 werden durch einen Tiefpaßfilter-Abschnitt 58
und einen kammartigen Filter 60 gefiltert und dann an einen
Synthetisier-Abschnitt 62 angelegt. Im
Synthetisier-Abschnitt 62 wird das Spursignal durch Hinzufügen eines
Bezugssignals zu den Daten erzeugt.
-
Dann werden das Geschwindigkeit-Erfassungssignal von dem
Einschaltkorrektur-Abschnitt 50 und das
Phasen-Erfassungssignal vom Phasen-Erfassungs-Abschnitt 52 einem
Synthetisier-Abschnitt 64 zugeführt, und ein Synthetisiersignal
wird erzeugt. Das Synthetisierverhältnis ist zu diesem
Zeitpunkt so gesetzt, daß als Beispiel für diese
Ausführungsform
Geschwindigkeit-Erfassungssignal :
Phasen-Erfassungssignal = 64:1 ist. Ein solches Synthetisierverhältnis
kann jedoch entsprechend einer Eigenschaft des Servosystems
angepaßt werden.
-
Dann wird ein optimiertes Motorsteuersignal (b) erzeugt,
indem das Synthetisiersignal (a) durch einen Tiefpaßfilter-
Abschnitt 66 durchläuft. Das Motorsteuersignal (b) wird an
einen Synthetisier-Abschnitt 68 und an einen Synthetisier-
Abschnitt 72 einer Beobachtervorrichtung 70 angelegt. Ein
Vergleichssignal (c) von dem Vergleicher-Abschnitt 76 (der
später beschrieben wird) wird zu dem Synthetisier-Abschnitt
72 rückgekoppelt, und das Motorsteuersignal (b) und das
Vergleichssignal (c) werden dann mit einer Gewichtung von
z.B. 4:1 miteinander synthetisiert.
-
Ein Synthetisiersignal von dem Motorsteuersignal (b) und
dem Vergleichssignal (c) wird an den
Äquivalenzmotor-Abschnitt (Softwaremotor) 74 angelegt, der eine dem
Wellenmotor 46 entsprechende Übertragungseigenschaft hat.
-
In dem Vergleicher-Abschnitt 76 werden ein Erfassungssignal
(d) des Äquivalenzmotor-Abschnitts 74 und das Synthetisier-
Signal (a) von dem Synthetisier-Abschnitt 64 mit einem
Gewichtungsverhältnis von z.B. 1:1 miteinander verglichen,
wobei das Vergleichssignal (c) erhalten wird. Das
Vergleichssignal (c) wird wie oben beschrieben zu dem
Synthetisier-Abschnitt 72 zurückgekoppelt und an den
Synthetisier-Abschnitt 68 angelegt.
-
In dem Synthetisier-Abschnitt 68 werden das
Motorsteuersignal (b) und das Vergleichssignal (c) mit einem
Gewichtungsverhältnis von z.B. 4:1 miteinander kombiniert oder
synthetisiert. Unnötig zu erwähnen, daß solche
Synthetisierverhältnisse in den Synthetisier-Abschnitten 66 und 72
ebenfalls entsprechend den Eigenschaften des Servosystems
eingestellt werden können.
-
Ein Synthetisiersignal von dem Synthetisier-Abschnitt 68,
d.h. das Motorsteuersignal, wird durch einen D/A-Wandler-
Abschnitt 78 eines PWM-Systems D/A-gewandelt und dann durch
einen Widerstand R und einen Kondensator C geglättet, um so
an einen PWM-Treiber 80 angelegt zu werden, wodurch der
Wellenmotor 46 gesteuert werden kann.
-
Für einem solchen Motor-Servosystem 10' ist ein Spektrum,
das durch einen Relativwert einer Schwebung und das
Rauschen des Wellenmotors gegeben ist, in Fig. 6 gezeigt. Wie
aus Fig. 6 gut ersichtlich ist, wird das Spektrum A des
Motor-Servosystems 10' im Vergleich mit einem Spektrum B beim
Stand der Technik innerhalb eines Servofrequenzbereichs von
etwa 100 Hz stark verringert. Somit kann in dem
Motor-Servosystem 10' eine Spektrumskomponente aufgrund eines
Unterschiedes zwischen dem idealen Motor und dem wirklichen
Motor in großem Umfang rückgekoppelt werden, und deshalb wird
im Vergleich mit einem Servosystem nach dem Stand der
Technik der Effekt zur Unterdrückung eines Lastwechsels groß.
-
Unnötig zu sagen, daß, obwohl einzelne durch den
Servosteuermikrocomputer auszuführende Funktionen als jeweilige
Funktionsblocks in der Ausführungsform aus Fig. 1 und der
Ausführungsform aus Fig. 5 dargestellt wurden, in der
Praxis die jeweiligen Funktionsblöcke durch Ausführprogramme
durchgeführt werden können. Jedoch können solche jeweiligen
Funktionsblöcke natürlich mittels Hardware implementiert
werden.