JPH0935371A

JPH0935371A - キャプスタンレステープ駆動方法及び情報記録再生装置

Info

Publication number: JPH0935371A
Application number: JP7182536A
Authority: JP
Inventors: Norihisa Yanagihara; 徳久柳原; Shinsuke Nakagawa; 真介中川; Shigeyuki Furuhata; 茂行古端; Masao Iwakura; 正雄岩倉; Kazuo Sakai; 和夫酒井
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-07-19
Filing date: 1995-07-19
Publication date: 1997-02-07
Also published as: US5720442A

Abstract

(57)【要約】【目的】キャプスタンを省略し供給リールと巻き取り
リールの２つのリール間で直接テープ移送するテープ駆
動方式において、記録再生時の速度変動を低減し、良好
な記録再生を可能とすること。【構成】巻き取り側のテープ速度制御系に、負荷トル
ク補償器２８と位相制御補償器２６を追加するととも
に、速度検出周期に応じて速度制御補償器２１の利得を
調整するようにした。【効果】記録再生時において、張力変動などの負荷ト
ルクの変動により発生する速度変動を低減し、速度変動
を許容値以下として、良好な記録再生を行うことができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、供給リールと巻き取り
リールとにより磁気テープ等の長尺物の移送を行うテー
プ駆動方法及び情報記録再生装置に係り、特にキャプス
タンとピンチローラを用いずにテープを一定速度で移送
するキャプスタンレステープ駆動方法および情報記録再
生装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】キャプスタンとピンチローラを用いずに
テープを一定速度で移送するテープ駆動装置としては、
例えば特開平３−１７１４５９号公報に示されているよ
うに、走行路中にテープ速度センサを設け、供給、巻き
取り２つのリールによって制御する方法が知られてい
る。

【０００３】図１１は、ＶＴＲの記録再生時のような低
速走行時におけるキャプスタンを用いない従来のテープ
定速駆動方法、およびテープ張力制御方法を説明するた
めの情報記録再生装置の構成図である。

【０００４】以下、図１１をもとに従来の情報記録再生
装置におけるテープ定速駆動方法を説明する。

【０００５】図１１において、テープ１は供給リール
（Ｓリール）２から引き出され、回転磁気ヘッド（図示
せず）を内蔵したドラム４に巻付けられ、ポスト３ａ〜
３ｅに案内されて、巻き取りリール（Ｔリール）５に巻
き取られる。

【０００６】テープ速度の制御は、供給リール２から巻
き取りリール５へのテープ走行経路上に設けられた回転
ローラ６の回転周期情報を回転ローラ周期検出手段１７
で検出し、この回転ローラの回転周期情報が一定となる
ように巻き取りリールの回転数を制御することにより、
達成される。

【０００７】回転ローラ６には周波数信号発生器９が設
置されており、周波数信号発生器９は回転ローラ６の回
転数に比例した周波数のパルス信号（ＦＧ信号）が得ら
れる構造となっている。

【０００８】周波数信号発生器９より出力される回転ロ
ーラ６のＦＧ信号はローラ周期検出器１７に入力され、
ＦＧ信号の周期情報ＴＲＦＧが減算器１８へ出力され
る。

【０００９】一方、テープ速度の目標値ＶＴＲＥＦは、
ローラ速度基準発生器１９に入力され、それに対応する
回転ローラ６のＦＧ信号の周期の目標値ＴＲＥＦとし
て、減算器１８へ出力される。減算器１８では、速度目
標値ＴＲＥＦとローラＦＧ周期情報ＴＲＦＧとの減算が
行われ、この減算結果が巻き取りリールモータ駆動回路
８Ｔに供給され、巻き取りリールモータ７Ｔの回転数が
制御される。すなわち、テープ速度の情報が回転ローラ
によって検出され、目標速度と比較されて巻き取りリー
ルモータ７Ｔの回転数が制御されるので、テープ速度を
一定として走行させることができる。

【００１０】次に、テンション制御について説明する。
供給リール２のテープ半径に比例したバックトルク情報
と、テープ移送の加減速に起因する張力変動を抑制する
ための加速度補償トルク情報とを加算したエラー情報で
供給リールモータ７Ｓのトルクを制御している。

【００１１】まず、張力制御を行うために必要となる各
リールのテープ半径とリール慣性モーメントとの演算方
法を説明する。供給リール２および巻き取りリール５に
は、回転ローラ６と同様に周波数信号発生器１０Ｓ、１
０Ｔが設置されており、回転数に比例した周波数のパル
ス信号（ＦＧ信号）が得られる構造となっている。この
パルス信号は周期検出器１１Ｓ、１１Ｔに入力され、周
波数検出器１１Ｓ、１１Ｔにより各リール２、３の回転
周期が検出される。テープ半径演算回路１２Ｓ，１２Ｔ
には、各リールの回転周期情報とローラ周期情報（テー
プ速度情報）が入力され、それぞれテープ半径が演算さ
れ、テープ半径演算回路１２Ｓ、１２Ｔよりテープ半径
情報が出力される。慣性演算器１３Ｓ，１３Ｔには、各
リールのテープ半径が入力され、慣性演算器１３Ｓ、１
３Ｔによりリールの慣性モーメントが演算され、出力さ
れる。

【００１２】定常状態では、バックトルク演算器１５に
テープ張力目標値ＴＴＲＥＦと供給リールテープ半径Ｒ
Ｓが入力され、供給リールテープ半径ＲＳに比例したト
ルクを発生するような指令がバックトルク演算器１５よ
り供給リールモータ駆動回路８Ｓに出力される。

【００１３】一方過渡状態では、Ｔリールモータのトル
ク指令を加速度補償電流演算器１４に入力し、Ｓリール
のテープ半径、リール慣性と、Ｔリールのテープ半径、
リール慣性とから、Ｓリールの駆動トルクを演算し出力
する。

【００１４】加算器１６では、定常時のバックトルク
と、過渡時のテープ加減速トルクが加算されて、Ｓリー
ルモータ駆動回路８Ｓに出力される。

【００１５】以上により、定常時、過渡時ともに安定に
張力を制御できる。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前述の従来
方法では、回転ローラの周期を計測することによりテー
プ速度を検出するために、回転ローラに設けられた周波
数信号発生器より出力される回転パルス信号の周波数が
低い場合（テープ速度が低い、あるいは回転ローラのＦ
Ｇ信号の分解能が低い場合）には、制御周期が長くな
る。そのため、速度制御を安定にするためには制御系の
ゲインを高く設定できない。このために、Ｔリールモー
タにかかる張力負荷の変動、Ｔリールモータのトルクリ
ップルなどの影響により、速度偏差、速度変動が大きく
なり、記録再生時に必要とされるテープ速度の制御性能
を得ることが困難であるという問題がある。

【００１７】本発明はかかる点に鑑み、回転ローラから
出力されるパルスの周波数が低い場合、すなわち速度検
出周期が長い場合においても、速度変動の小さい、キャ
プスタンを省略したキャプスタンレステープ駆動方法及
び情報記録再生装置を提供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明のキャプスタンレ
ステープ駆動方法は、供給リールと巻き取りリール間
で、テープ速度検出手段によって検出したテープ速度に
応じて、これら供給リール及び巻き取りリールをそれぞ
れ回転駆動する二つのリールモータを制御して、テープ
張力およびテープ速度を目標値に維持しつつ前記供給リ
ールに巻かれた前記テープをキャプスタンを用いること
なく前記巻き取りリールに移送するキャプスタンレステ
ープ駆動方法において、前記巻き取りリールモータの電
流と、前記巻き取りリールの回転速度とから前記巻き取
りリールモータにかかる負荷トルクを推定し、推定した
負荷トルクに相当するトルクを前記巻き取りリールモー
タが発生するのに要する電流を巻き取りリールモータに
供給することを特徴とする。

【００１９】また本発明のキャプスタンレステープ駆動
方法は、供給リールと巻き取りリール間で、テープ速度
検出手段によって検出したテープ速度に応じて、これら
供給リール及び巻き取りリールをそれぞれ回転駆動する
二つのリールモータを制御して、テープ張力およびテー
プ速度を目標値に維持しつつ前記供給リールに巻かれた
前記テープをキャプスタンを用いることなく前記巻き取
りリールに移送するキャプスタンレステープ駆動方法に
おいて、前記供給リールと前記巻き取りリールのリール
間に設けられたテープ送り量検出手段によりテープの送
り量を検出し、テープ送り量の変化があらかじめ定めら
れた一定値となるように、前記巻き取りリールのモータ
のトルクを制御することを特徴とする。

【００２０】また本発明のキャプスタンレステープ駆動
方法は、供給リールと巻き取りリール間で、テープ速度
検出手段によって検出したテープ速度に応じて、これら
供給リール及び巻き取りリールをそれぞれ回転駆動する
二つのリールモータを制御して、テープ張力およびテー
プ速度を目標値に維持しつつ前記供給リールに巻かれた
前記テープをキャプスタンを用いることなく前記巻き取
りリールに移送するキャプスタンレステープ駆動方法に
おいて、前記テープ速度の検出周期に応じて、前記巻き
取りリールの回転速度を制御する速度制御系の利得を変
化させるようにしたことを特徴とする。

【００２１】また本発明の情報記録再生装置は、供給リ
ールと巻き取りリール間で、テープ速度検出手段によっ
て検出したテープ速度に応じて、これら供給リール及び
巻き取りリールをそれぞれ回転駆動する二つのリールモ
ータを制御して、テープ張力およびテープ速度を目標値
に維持しつつ前記供給リールに巻かれた前記テープをキ
ャプスタンを用いることなく前記巻き取りリールに移送
し、前記テープに情報を記録再生する情報記録再生装置
において、請求項１乃至３のいずれかに記載のキャプス
タンレステープ駆動方法によりテープを走行させること
を特徴とする。

【００２２】

【作用】上記構成のキャプスタンレステープ駆動方法及
び情報記録再生装置では、記録および再生時に回転ロー
ラの発生するパルス周波数をドラムの回転周波数などの
基準信号の整数倍または整数分の１として、回転ローラ
が発生するパルスと基準信号との同期をとる制御ループ
を追加するように構成したので、速度制御の特性を向上
させることができる。

【００２３】また、巻き取りリールモータの回転速度、
巻き取りリールモータ駆動電流を検出して、巻き取りリ
ールモータにかかる負荷を検出し、補償する制御ループ
を付加したので、張力の変動などの付加トルクの変動に
対しても対応でき、速度変動を抑制することができる。

【００２４】さらに、ローラ回転周期（速度検出周期）
に応じて、速度制御系のゲインを可変とするようにした
ので、制御周期に応じて制御系の特性を最適に調整する
ことができ、速度変動を最小とすることができる。

【００２５】このように本発明によれば、テープ速度の
検出周期に応じてテープ速度制御系のゲインを可変と
し、回転ローラによるテープ位置制御を付加することに
より、さらにリールモータにかかる負荷変動を補償する
ことにより、テープ速度系に与えられる外乱の影響を最
小として、速度変動を一定値以下として、良好な記録再
生を行うことができる。

【００２６】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明
する。図１には、本発明に係るキャプスタンレステープ
駆動方法を実施するための情報記録再生装置の一実施例
の構成が示されている。図１において、図１１の従来例
と同じ動作をするものには同一符号を付与している。

【００２７】本実施例では、供給（Ｓ）リールに対し
て、張力の制御ループと速度の制御ループとが構成され
ており、巻き取り（Ｔ）リールには、速度制御ループと
位置制御ループとが構成されている。

【００２８】テープ１は、供給リール２から引き出さ
れ、各ガイドポスト３ａ〜３ｅに案内されてドラム４に
巻き付けられた状態で走行し、巻き取りリール５に巻き
取られる。情報は、回転するドラム４上に配置された磁
気ヘッド（図示せず）によって、磁気的にテープ上に記
録再生される。

【００２９】まず、巻き取りリールによるテープ速度の
制御方法について説明する。最初に、制御に必要なテー
プ速度の検出方法およびテープ半径、リール慣性モーメ
ントの演算方法について説明する。

【００３０】テープ速度は、供給リール２から巻き取り
リール５へのテープ走行経路上に設けられた、回転ロー
ラ６の周期を回転ローラ周期検出器１７で検出し、テー
プ速度変換器２０によってテープ速度に変換される。

【００３１】回転ローラ６には周波数信号発生器９が設
置されており、この周波数信号発生器９は回転数に比例
した周波数のパルス信号（以下、ＦＧ信号と称す）が得
られる構造となっている。回転ローラ６のＦＧ信号は回
転ローラ周期検出器１７に入力され、回転ローラ周期検
出器１７によりＦＧ信号の周期情報ＴＲＦＧが検出され
る。この周期情報はＴＲＦＧはテープ速度変換器２０に
よってテープ速度ＶＴに変換されて出力される。ここ
で、周波数信号発生器９の分解能をＲＲＦＧＰ（Pulse
／Rev.）、回転ローラの半径をＲＲ（ｍ）とすると、テ
ープ速度ＶＴ（ｍ／ｓ）のとき、ローラＦＧ信号の周波
数ＦＲＦＧ（Ｈｚ）は次式で表される。

【００３２】

【数１】ＦＲＦＧ＝ＶＴ／（２×π×ＲＲ）×ＲＲＦＧＰ（１）ＦＧ信号の周波数ＦＲＦＧと周期ＴＲＦＧとは次式の関
係がある。

【００３３】

【数２】ＴＲＦＧ＝１／ＦＲＦＧ（２）式（１）、（２）より、ローラＦＧ信号の周期ＴＲＦＧ
とテープ速度ＶＴには次式の関係が成り立つ。

【００３４】

【数３】ＶＴ＝（２×π×ＲＲ）／（ＲＲＦＧＰ×ＴＲＦＧ）（３）式（３）において、ローラ半径ＲＲ、周波数信号発生器
９の分解能ＲＲＦＧＰは一定値であるから、回転ローラ
周期検出器１７の出力信号である周期ＴＲＦＧからテー
プ速度ＶＴを検出することができる。

【００３５】供給リール２および巻き取りリール５に
は、回転ローラ６と同様に周波数信号発生器１０Ｓ、１
０Ｔが設置されており、これらの周波数信号発生器１０
Ｓ、１０Ｔは回転数に比例した周波数のパルス信号（Ｆ
Ｇ信号）が得られる構造となっている。周波数信号発生
器１０Ｓ、１０Ｔから出力されたパルス信号は周期検出
器１１Ｓ、１１Ｔにそれぞれ入力され、周期検出器１１
Ｓ、１１Ｔにより各リール２、３のＦＧ信号の周期が検
出される。

【００３６】テープ半径演算回路１２Ｓ，１２Ｔには、
各リール２、３のＦＧ周期情報とローラ周期情報が入力
され、テープ半径情報が出力される。これを巻き取りリ
ール系を例にして説明する。

【００３７】巻き取りリール５の回転周波数をＦＴＲ
（Ｈｚ）とすると、巻き取りリール５の回転角速度ωＴ
（ｒａｄ／ｓ）は次式で表される。

【００３８】

【数４】 ωＴ＝２×π×ＦＴＲ（４）ここで、巻き取りリール５の周波数信号発生器１０Ｔの
分解能をＲＴＦＧＰ（Pulse／Rev.）とするとＦＧ信号
の周波数ＦＴＦＧ（Ｈｚ）は、次式で表される。

【００３９】

【数５】ＦＴＦＧ＝ＲＴＦＧＰ×ＦＴＲ（５）ＦＧ信号の周波数ＦＴＦＧと周期ＴＴＦＧとには、次式
の関係がある。

【００４０】

【数６】ＦＴＦＧ＝１／ＴＴＦＧ（６）式（４）、（５）、（６）から巻き取りリール５の回転
角速度ωＴは、式（７）で表される。

【００４１】

【式７】 ωＴ＝２×π／（ＲＴＦＧＰ×ＴＴＦＧ）（７）巻き取りリール５の周波数信号発生器１０Ｔの分解能Ｒ
ＴＦＧＰは一定値であるから、ＦＧ信号の周期ＴＴＦＧ
から、巻き取りリール５の回転角速度ωＴが計算でき
る。

【００４２】定常状態では、巻き取りリール５によるテ
ープ送り速度ＶＴＴ（ｍ／ｓ）と速度検出ローラ６によ
って検出されるテープ速度ＶＴ（ｍ／ｓ）は一致するの
で、巻き取りリール５のテープ半径をＲＴ（ｍ）とする
と次式が成り立つ。

【００４３】

【数８】ＶＴＴ＝ＲＴ×ωＴ＝ＶＴ（８）式（３）、（７）を式（８）に代入して、巻き取りリー
ル５のテープ半径ＲＴは次式で表される。

【００４４】

【数９】 RT=(RTFGP/RRFGP)×(TTFG/TRFG)×RR （９）上式（９）より、回転ローラ６のＦＧ周期ＴＲＦＧと巻
き取りリール５のＦＧ周期ＴＴＦＧから巻き取りリール
のテープ半径ＲＴを求めることができる。

【００４５】同様にして、供給リール２のテープ半径Ｒ
Ｓは、供給リール２の周波数信号発生器１０Ｓの分解能
をＲＳＦＧＰ、ＦＧ信号の周期をＴＳＦＧとすると、次
式で表される。

【００４６】

【数１０】 RS=(RSFGP/RRFGP)×(TSFG/TRFG)×RR （１０）次に、各リールのテープ半径から、各リールのリール慣
性モーメントを求めることができる。巻き取りリール５
を例に取って説明する。

【００４７】巻き取りリール５の慣性モーメントＪＴ
は、テープ１の巻かれていない時のリール単体の慣性モ
ーメントＪＲＥＥＬと、テープ１の慣性モーメントＪＴ
ＴＡＰＥの和で表される。

【００４８】

【数１１】ＪＴ＝ＪＲＥＥＬ＋ＪＴＴＡＰＥ（１１）リール単体の慣性モーメントは、モータの回転部分の慣
性モーメントやリールハブの慣性モーメントなどからな
り、テープ半径などには依存しない一定値である。テー
プの慣性モーメントは、テープの半径をＲＴ、リールハ
ブの半径をＲｈとすると、次式で表される。

【００４９】

【数１２】

【００５０】ここで、ＫＩはテープの幅、テープの密度
などテープによって決まる比例定数である。

【００５１】式（１１）、（１２）より、巻き取りリー
ル５のリール慣性モーメントＪＴは、次式で表される。

【００５２】

【数１３】

【００５３】また供給リール２では同様にして、供給リ
ール２のテープ半径をＲＳとすると、供給リール２のリ
ール慣性モーメントＪＳは

【００５４】

【数１４】

【００５５】となる。ここで、供給リール２と巻き取り
リール５では、同じモータおよびリールハブを用いてい
るものとした。

【００５６】各リール２、５のテープ半径が、各リール
２、５のテープ半径演算器１２Ｓ，１２Ｔから出力さ
れ、慣性演算器１３Ｓ，１３Ｔに入力されて、式（１
３）、（１４）に基づき各リール２、５の慣性モーメン
トが演算されて、出力される。

【００５７】次に式（３）の演算によりテープ速度変換
器２０によって検出されたテープ速度ＶＴを用いて、テ
ープ速度を制御する方法について説明する。

【００５８】減算器１８では、テープ速度の目標値ＶＴ
０と、検出されたテープ速度ＶＴとの比較が行われ、速
度誤差信号が出力される。誤差信号は速度制御補償器２
１に入力され、速度制御補償器２１でゲインＧＳＴによ
って増幅されて加算器２２へ出力される。

【００５９】次に位相制御について説明する。基準信号
発生器２４では、テープ速度目標値ＶＴ０に応じて周波
数の基準信号を発生する。基準信号の周波数ＦＲＲＥＦ
は、テープ１がテープ速度目標値通り走行した場合に回
転ローラ６の発生するＦＧ信号の周波数ＦＲＦＧ（Ｈ
ｚ）と同じである。すなわち、基準信号の周波数ＦＲＲ
ＥＦ（Ｈｚ）は、式（１）のテープ速度ＶＴをテープ速
度目標値ＶＴ０として代入すれば、次式の関係がある。

【００６０】

【数１５】ＦＲＲＥＦ＝ＶＴ０／（２×π×ＲＲ）×ＲＲＦＧＰ（１５）この基準信号と周波数信号発生器９のＦＧとの信号の位
相差を減算器２５で求める。減算器２５で検出された位
相誤差信号は、位相制御補償器２６に入力され、位相制
御補償器２６で増幅されて加算器２２へ出力される。

【００６１】尚、ここでは、記録再生時のテープ速度に
おいて、基準信号発生器２４から出力される基準信号の
周波数ＦＲＥＦと周波数信号発生器９のＦＧ信号の周波
数ＦＲＦＧが同じ場合について説明したが、２つの周波
数が整数倍あるいは整数分の１の関係であっても良い。
その場合には、何れか一方の信号を分周すればよい。

【００６２】加算器２２では、速度誤差信号と位相誤差
信号が加算され巻き取りリール慣性補償器２３Ｔへ出力
される。巻き取りリール慣性補償器２３Ｔでは、入力さ
れた誤差信号に巻き取りリール５のテープ半径とリール
慣性の比が乗算される。すなわち、巻き取りリール慣性
補償器２３ＴのゲインＧＣＴは、次式であらわされる。

【００６３】

【数１６】ＧＣＴ＝ＪＴ／ＲＴ（１６）このゲインは、テープ１の走行につれて変化する、巻き
取りリール上のテープ１の半径およびリール慣性の変化
によらず、一定の特性を得るためのものである。巻き取
りリール慣性補償器２３Ｔによって増幅された誤差信号
は、加算器２７へ出力される。

【００６４】負荷トルク補償器２８は、巻き取りリール
モータ７Ｔにかかる機械的な負荷トルクを推定し補償す
るものである。負荷トルク補償器２８には巻き取りリー
ルモータの駆動電流ＩＴと周期検出器１１Ｔによって検
出された周期ＴＴＦＧから式（７）によって演算された
回転角速度ωＴが入力され、負荷トルクに相当するトル
クを発生するための信号が加算器２７に出力される。

【００６５】加算器２７では、巻き取りリール慣性補償
器２３Ｔの出力と負荷トルク補償器２８の出力が加算さ
れ、巻き取りリールモータ駆動回路８Ｔに入力される。

【００６６】巻き取りリールモータ駆動回路８Ｔは、入
力信号に比例した電流をモータに供給する電流型のアン
プである。すなわち、入力信号電圧をＶＧＣＴ（Ｖ）、
ゲインをＧＴＭ（Ａ／Ｖ）とすると、巻き取りリールモ
ータ７Ｔには次式で示されるＩＴ（Ａ）の電流が供給さ
れる。

【００６７】

【式１７】ＩＴ＝ＧＴＭ×ＶＧＣＴ（１７）ここで、巻き取りリールモータ７Ｔのトルク定数をＫＴ
とすれば、発生するトルクＴＲＭＴ（Ｎｍ）はモータ電
流ＩＴに比例する。

【００６８】

【数１８】ＴＲＭＴ＝ＫＴ×ＩＴ＝ＫＴ×ＧＴＭ×ＶＧＣＴ（１８）従って、巻き取りリールモータは、加算器２７の出力Ｖ
ＧＣＴに比例したトルクを発生する。

【００６９】以上説明した速度制御、位相制御、負荷ト
ルク補償によって、巻き取りリールモータ７Ｔはテープ
速度が目標値となるように制御される。

【００７０】以下、巻き取りリール制御系のブロック図
を用いて本発明の効果について説明する。

【００７１】巻き取りリール制御系の速度制御ループの
みをブロック図で表すと図２に示す通りとなる。ここ
で、ＧＲＳＰ（ｓ）は、テープ速度がローラの周期ＴＲ
ＦＧ毎に検出され、出力が時間ＴＲＦＧだけホールドさ
れることを伝達関数で表したものであり、次式に示すよ
うに、ＴＲＦＧのむだ時間として近似できる。以下、ｓ
はラプラス演算子を意味する。

【００７２】

【数１９】 GRSP(s)=exp(-TRFG×s) （１９）図２のブロック図から、テープ速度目標入力に対する速
度制御系のみの一巡伝達関数ＧＶＴＯ（ｓ）を求める
と、次式のようになる。

【００７３】

【数２０】 GVTO(s)=GRSP(s)×GST×GCT×GTM×KT×RT/JT×1/s （２０）上式（２０）において、巻き取りリール慣性補償器２３
ＴのゲインＧＣＴのテープ半径ＲＴ、リール慣性ＪＴが
実際の値と一致している場合には、数２１のように簡単
化される。

【００７４】

【数２１】 GTVO(s)=GRSP(s)×GTM×KT×GST×1/s （２１）実際には、各定数には誤差があるので式（２１）そのま
まではないが、誤差は数％以下であり、ほとんど影響は
なく、概略の特性は一致するものと考えて良い。

【００７５】この時の周波数特性を図３に示す。図３
は、横軸を周波数として、ゲインと位相の特性を示して
いる。式（２１）より一巡伝達関数ＧＴＶＯ（ｓ）は、
ｓの一次であり、位相は９０゜以上回らないはずである
が、GRSP(s)のむだ時間があるために、高周波領域で位
相が１８０°以上回ることがわかる。したがって、ゲイ
ンＧＳＴを大きくしていくと、ゼロクロス周波数ＦＴが
高くなり、位相余裕がマイナスとなり不安定となること
がわかる。つまり、ゲインＧＳＴには制限があることに
なる。この制限は、むだ時間の大きさ、すなわち速度検
出周期によって異なる。

【００７６】図１では、速度検出周期は速度検出ローラ
６のＦＧ信号の周期ＴＲＦＧである。したがって、テー
プの走行によって、各リール２、５のテープ半径が変化
しても、記録再生時のテープ速度は一定であり、検出周
期が変化することはない。

【００７７】図２より、テープ速度目標値ＶＴ０および
外乱Ｄ１に対する速度誤差への伝達特性は、次式のよう
になる。

【００７８】

【数２２】

【００７９】式（２２）において、テープ速度目標値Ｖ
Ｔ０に対する誤差は第１項、外乱Ｄ１に対する誤差は第
２項で表される。目標値ＶＴ０および外乱Ｄ１が次式
（２３）で表される大きさｖｔ０およびｄ１のステップ
入力である場合について考える。

【００８０】

【数２３】 VTO(s)=１／s×ｖｔ０、D1(s)=１／s×ｄ１（２３）この時の定常偏差は、次式で表せる。

【００８１】

【数２４】

【００８２】式（２４）より、テープ速度目標値ＶＴ０
に対しては定常偏差が０となるが、外乱Ｄ１に対して
は、ゲイン分の１（１／ＧＳＴ）となるだけで定常偏差
が残ることがわかる。

【００８３】従って、ゲインＧＳＴは大きければ大きい
程、速度の定常偏差が小さくなるが、図３に示したよう
に、あまり大きくしすぎると不安定になる。

【００８４】定常偏差は、周波数が０（ＤＣ）の時の特
性であるが、他の周波数（ＡＣ）での外乱Ｄ１の速度誤
差への影響を周波数特性として図４に示す。これは、式
（２２）のＤ１に対する特性をグラフとして示したもの
である。図４は、速度誤差へのゲインを表しており、ゲ
インが小さいほど外乱Ｄ１の影響が小さく特性が良いこ
とになる。図４の横軸は周波数（Ｈｚ）、縦軸はゲイン
（ｄＢ）である。図４より、ゲインはほぼ一定であり、
周波数によらず外乱Ｄ１の影響が伝達されることにな
る。

【００８５】そこで、外乱Ｄ１に対する定常偏差を０と
するために、負荷トルク補償器２８を追加した。この時
の、ブロック図を図５に示す。図６に負荷トルク補償器
２８の構成の一例をブロック図で示す。図６において、
破線で囲った部分が負荷トルク補償器であり、その中
の、ｇ／（ｓ＋ｇ）はローパスフィルターである。モー
タ電流ＩＴがトルク定数（ＫＴ）倍された信号と、回転
角速度ωＴがｇ・ＪＴ倍された信号が加算されたあと、
ローパスフィルターに入力される。ローパスフィルター
の出力と回転角速度ωＴがｇ・ＪＴ倍された信号とが加
算された信号Ｙ１がアンプゲインとトルク定数分の１倍
（１／（ＧＴＭ×ＫＴ））された信号Ｙとなり、加算器
２７に入力される。

【００８６】信号Ｙ１をブロック図にしたがって求める
と以下のようになる。

【００８７】

【数２５】

【００８８】上式（２５）より、負荷トルク補償器２８
は、ローパスフィルターの遮断周波数以下の領域では、
負荷トルクＤ１を推定していることがわかる。

【００８９】本負荷トルク補償器により、巻き取りリー
ルモータにかかる張力負荷、摩擦負荷などの定常的な負
荷トルクを補償するためのトルクが出力される。

【００９０】この補償トルクによって、外乱Ｄ１による
速度誤差の影響を低減することができる。トルク補償器
を追加した場合の外乱Ｄ１の速度誤差への特性を図７に
示す。この図において、ローパスフィルターは３０Ｈｚ
に設計している。このために、３０Ｈｚ以下の領域では
ゲインが２０ｄＢ／ＤＥＣで減少していることがわか
る。

【００９１】図７を図４と比較すると、低周波領域（３
０Ｈｚ以下）では外乱に対する特性が改善されており、
周波数が低くなるほど改善効果が大きいことがわかる。
また、周波数０では、ゲインは０に近づき定常偏差が０
の系となっていることがわかる。

【００９２】さらに特性を向上させる方法として、基準
信号とローラＦＧ信号との同期をとるループを追加し
た。この同期制御ループを追加した場合のブロック図を
図８に示す。図８において同期をとるループは、速度を
積分した位置をフィードバックする構成となっているこ
とがわかる。このことから、同期制御ループを位置制御
ループと呼ぶことにする。

【００９３】この時の外乱Ｄ１の速度誤差に対する伝達
特性を図９に示す。図９より１０Ｈｚ以下の領域では、
ゲインが４０ｄＢ／ＤＥＣで減少していることがわか
る。図６の、負荷トルク補償器を追加した場合よりもさ
らに特性が向上していることがわかる。

【００９４】記録再生時のテープ速度は、回転ヘッドを
用いたヘリカル方式のＶＴＲなどでは、数ｃｍ／ｓ以下
と非常に低速である。このためテープリールの回転周波
数も低く１Ｈｚ以下となる。したがって、リールの回転
に同期したテープ張力変動、リールモータのトルクリッ
プルなどによって生ずる速度変動は数Ｈｚ以下となる。
図７、図９に示した特性から数Ｈｚ以下の速度変動は、
負荷トルク補償器、位置制御ループによって、従来に比
して速度変動を大幅に低減できることがわかる。具体的
には、記録再生時のテープ速度の変動を±５％以下とす
ることができる。

【００９５】ヘリカル記録においては、テープ速度の変
動がトラックずれとして現れる。テープ速度変動を±５
％では、テープ上にヘリカルに記録されたトラックの間
隔の変動が±５％となる。例えば、トラック間隔（ピッ
チ）が１０μｍの場合には、変動が±０．５μｍとな
り、最大１μｍのトラックずれとなる。したがって、速
度変動が±５％以下であれば、再生出力への影響が１０
％以下となり、良好な記録再生を行うことができる。

【００９６】次に、図１における供給リール２による張
力制御について説明する。供給リール２のテープ半径に
比例したバックトルク情報とテープの加減速時の張力変
動を抑制するための加減速補償トルク情報を加算した情
報で供給リールモータ７Ｓのトルクを制御している。

【００９７】図１において、供給リールモータ駆動回路
８Ｓは、巻き取りリールモータ駆動回路８Ｔと同様、入
力信号に比例した電流をモータに供給する電流型のアン
プである。すなわち、入力信号電圧をＶＧＣＳ（Ｖ）、
ゲインをＧＳＭ（Ａ／Ｖ）とすると、供給リールモータ
７Ｓには次式で示すＩＳ（Ａ）の電流が供給される。

【００９８】

【数２６】ＩＳ＝ＧＳＭ×ＶＧＣＳ（２６）ここで、供給リールモータ７Ｓのトルク定数をＫＳとす
れば、発生するトルクＳＲＭＴ（Ｎｍ）はモータ電流Ｉ
Ｓに比例し、次式で表される。

【００９９】

【数２７】ＳＲＭＴ＝ＫＳ×ＩＳ＝ＫＳ×ＧＳＭ×ＶＧＣＳ（２７）従って、供給リールモータ７Ｓは、入力電圧ＶＧＣＳに
比例したトルクを発生する。

【０１００】テープ張力目標値ＴＴＲＥＦがバックトル
ク演算器１５に入力されて、テープ半径ＲＳに応じたト
ルク指令が出力される。すなわち、供給リール２のテー
プ半径をＲＳ（ｍ）、テープ目標張力がＴＴＲＥＦ
（Ｎ）とすると、バックトルク演算器１５の出力ＶＧＴ
Ｓは、次式で表される。

【０１０１】

【数２８】ＶＧＴＳ＝ＲＳ×ＴＴＲＥＦ／（ＫＳ×ＧＳＭ）（２８）つまり、バックトルク演算器１５の出力によって供給リ
ールモータ７Ｓはテープ張力負荷（ＲＳ×ＴＴＲＥＦ）
に相当するトルクを発生する。

【０１０２】テープ１が目標テープ速度の一定速度で走
行している定常状態について考える。この場合には、巻
き取りリールモータ７Ｔにおいては、負荷トルク補償器
２８によって定常負荷が補償され、定常偏差なく目標速
度でテープは走行しているために、速度エラー信号すな
わち速度制御補償器２１の出力は０、位相エラー信号す
なわち位相制御補償器２６の出力は０となっている。つ
まり、加算器２２の出力は０である。したがって、供給
リール慣性補償器２３Ｓの入力は０である。

【０１０３】ここで、供給リール慣性補償器２３Ｓは、
巻き取りリール慣性補償器２３Ｔに対応するもので、そ
のゲインＧＣＳは、次式で表わされる。

【０１０４】

【数２９】ＧＣＳ＝ＪＳ／ＲＳ（２９）上式（２９）より、供給リール慣性補償器２３Ｓの入力
は０であるから出力は０である。

【０１０５】この状態では、バックトルク演算器１５の
出力によって発生するトルクと実際の張力負荷が釣り合
って、供給リールモータ７Ｓは一定速度で回転し、張力
は目標張力ＴＴＲＥＦと一致することになる。

【０１０６】次に、テープ立ち上がりなどの加減速時に
ついて考える。テープ速度目標値が変化して、テープ速
度が目標速度と異なる時には、速度誤差および位相誤差
を加算する加算器２２の出力は０ではない。このときの
加算器２２の出力電圧をＶＧＴとする。

【０１０７】この時の巻き取りリールモータ７Ｔにおい
ては、負荷トルクが負荷トルク補償器２８の出力によっ
て補償されており、ＶＧＴの電圧はすべてリールの回転
速度の加減速に用いられるので、巻き取りリールモータ
７Ｔの運動方程式は

【０１０８】

【数３０】 JT×dωT/dt＝KT×GTM×JT/RT×VGT （３０）となる。この時、巻き取りリールモータ７Ｔのテープ送
り速度ＶＴＴは

【０１０９】

【数３１】ＶＴＴ＝ＲＴ×ωＴ（３１）である。巻き取りリール５の回転角速度ωＴは式（３
０）を積分して、

【０１１０】

【数３２】

【０１１１】となる。よって、テープ送り速度ＶＴＴは
式（３１）、（３２）より

【０１１２】

【数３３】

【０１１３】となる。

【０１１４】供給リールモータ７Ｓの運動方程式は、バ
ックトルク演算器１５によって張力負荷が補償されてい
るため、

【０１１５】

【数３４】 JS×dωS/dt＝KS×GSM×JS/RS×VGT （３４）となる。この時の供給リール２によるテープ送り速度Ｖ
ＴＳは

【０１１６】

【数３５】ＶＴＳ＝ＲＳ×ωＳ（３５）である。供給リール２の回転角速度ωＳは式（３４）を
積分して、

【０１１７】

【数３６】

【０１１８】となる。よって、テープ送り速度ＶＴＳは
式（３５）、（３６）より

【０１１９】

【数３７】

【０１２０】となる。

【０１２１】式（３３）、（３７）より同一仕様のモー
タおよびアンプを供給リール２と巻き取りリール５で用
いている場合、すなわちＫＴ＝ＫＳ，ＧＳＭ＝ＧＴＭの
場合には、巻き取りリール５によるテープ送り速度ＶＴ
Ｔと、供給リール２によるテープ送り速度ＶＴＳを、過
渡的にも一致させることができ、張力変動を生ずること
はない。

【０１２２】もし、異なる仕様のモータ、アンプを用い
る場合には、あらかじめその相違を補償するゲインを挿
入しておけば良い。

【０１２３】図１に示す供給リール制御系の構成によ
り、定常状態のみならず過渡状態においても張力を安定
に制御することができる。

【０１２４】本発明の別の実施例を、図１０を用いて説
明する。図１０において、テープ速度は速度検出ローラ
６に設けられた周波数信号発生器９の信号からではな
く、巻き取りリール５に設けられた周波数信号発生器１
０Ｔの信号から求める。

【０１２５】巻き取りリール５に設けられた周波数信号
発生器１０ＴのＦＧ信号は周期検出器１１Ｔに入力され
る。巻き取りリールＦＧ信号の周期をＴＴＦＧとする
と、巻き取りリールモータ７Ｔの回転角速度ωＴは、次
式で表される。これは、式（７）と同じである。

【０１２６】

【数３８】 ωＴ＝２×π／（ＲＴＦＧＰ×ＴＴＦＧ）（３８）テープ速度ＶＴは、定常状態では巻き取りリール５のテ
ープ送り速度と一致し、巻き取りリール５のテープ半径
ＲＴを用いて、次式で表される。

【０１２７】

【数３９】ＶＴ＝ＲＴ×ωＴ＝ＲＴ×２×π／ＴＴＦＧ（３９）図１０において、周期検出器１１Ｔの出力ＴＴＦＧと巻
き取りリールテープ半径演算器１２Ｔの出力ＲＴがテー
プ速度演算器２９に入力されて式（１４）の演算が行わ
れ、テープ速度ＶＴが出力される。つまり、テープ速度
は巻き取りリールＦＧ信号の周期毎に演算されることに
なる。したがって、テープの走行にしたがいテープ半径
ＲＴが変化すれば、テープ速度の検出周期が変化するこ
とになる。

【０１２８】テープ速度演算器２９によって求められた
テープ速度ＶＴが、減算器１８でテープ速度目標値ＶＴ
０と比較されてその誤差信号が、速度制御補償器２１に
よって増幅されて、巻き取りリール慣性補償器２３Ｔに
入力される。その後は、前述の通り、巻き取りリール５
の回転速度が制御され、テープ速度が制御される。

【０１２９】ここで、速度制御補償器２１の利得は、巻
き取りリールＦＧ信号の周期によって調整されるように
なっている。テープ半径ＲＴが大きい場合には巻き取り
リールＦＧ信号の周期は長くなり、テープ半径ＲＴが小
さい場合には短くなる。巻き取りリールＦＧ信号の周期
は、テープ速度の検出周期であり、前述のローラ周期の
場合に説明したように、制御的にはむだ時間となる。周
期ＴＴＦＧが長い場合にはむだ時間が長くなり、短い場
合にはむだ時間が短くなり、制御系の安定性（位相余
裕）の特性が変化することになる。そこで、この検出周
期の変化に合わせて、巻き取りリールＦＧ信号の周期が
短い場合には速度制御補償器２１の利得を大きくし、巻
き取りリールＦＧ信号の周期が長い場合には速度制御補
償器２１の利得を小さくするようにして、制御系の利得
を最大とするようにしている。

【０１３０】本実施例によれば、巻き取りリールＦＧ信
号の周期が、テープ速度検出ローラ９のＦＧ信号の周期
よりも短い場合には、テープ速度検出周期を速度検出用
ローラを用いる場合よりも短くすることができ、制御系
の特性を向上（ゲインを高く）することができ、テープ
速度変動を低減できる。

【０１３１】また、巻き取りリールＦＧ信号の周期に合
わせて、ゲインを調整するようにしたので、速度検出周
期の変化に応じて巻き取りリール速度制御系の利得を安
定性を確保したままその時に取り得る最大にすることが
でき、速度変動を最小とすることができる。

【０１３２】図１０に示す実施例においては、ガイド３
ａと３ｂの間に張力センサ３１を設けている。張力セン
サ３１によって検出された信号は、張力変換器３２に入
力され、張力変換器３２により張力センサの特性に合わ
せて、張力信号に変換される。その張力信号は比較器３
０に入力され、テープ張力目標値ＴＴＲＥＦと比較さ
れ、比較器３０により張力誤差信号が出力される。

【０１３３】張力誤差信号は、張力制御補償器３３で増
幅され、加算器１６に入力される。

【０１３４】加算器１６では、張力誤差信号がバックト
ルク演算器１５の出力と供給リール慣性補償器２３Ｓの
出力とともに加算され、供給リールモータ駆動回路８Ｓ
に入力される。

【０１３５】供給リールモータ駆動回路８Ｓにより供給
リールモータ７Ｓに電流ＩＳが供給されて、供給リール
モータ７Ｓが回転し、テープ１が送り出される。

【０１３６】本実施例によれば、張力センサによって張
力が検出され、テープ張力目標値と比較されて、その誤
差信号によって供給リール７Ｓが制御されることにな
る。したがって、定常状態、過渡状態にかかわらず、ま
たテープ半径、リール慣性に誤差がある場合にも、テー
プ張力を常に一定の目標値通り制御できる。

【０１３７】

【発明の効果】本発明によれば、負荷トルクを推定し補
償する制御ループを設けたので負荷トルクの変動によら
ずテープ速度を一定に制御することができる。

【０１３８】また本発明によれば、回転ローラが発生す
るパルスと基準信号との同期をとる位置制御ループを追
加するように構成したので、速度制御の特性を向上させ
ることができる。

【０１３９】さらに、本発明によれば、速度検出周期に
応じて、速度制御系のゲインを可変とするようにしたの
で、制御周期に応じて制御系の特性を最適に調整するこ
とができ、速度変動を最小とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るキャプスタンレステープ駆動方法
を実施するための情報記録再生装置の一実施例の構成を
示すブロック図である。

【図２】図１における巻き取りリール制御系の速度制御
ループのみを伝達関数で示すブロック図である。

【図３】図２に示す制御系のゲイン補償時の周波数特性
を示す特性図である。

【図４】図２に示す制御系のゲイン補償時の外乱の周波
数特性を示す特性図である。

【図５】図１におけるトルク補償器を追加した巻き取り
リール制御系の速度制御ループを伝達関数で示すブロッ
ク図である。

【図６】負荷トルク補償器の構成の一例を示すブロック
図である。

【図７】負荷トルク補償器を追加した時の外乱特性を示
す特性図である。

【図８】図１における位置制御ループを追加した巻き取
りリール制御系の速度制御ループを伝達関数で示すブロ
ック図である。

【図９】位置制御ループを追加した時の外乱特性を示す
特性図である。

【図１０】本発明に係るキャプスタンレステープ駆動方
法を実施するための情報記録再生装置の他の実施例の構
成を示すブロック図である。

【図１１】従来のキャプスタンレステープ駆動方法が適
用される情報記録再生装置の構成を示すブロック図であ
る。

【符号の説明】

１磁気テープ２供給リール３ガイドポスト４ドラム５巻き取りリール６速度検出用ローラ８Ｓ供給リールモータ駆動回路８Ｔ巻き取りリールモータ駆動回路２１速度制御補償器２４基準信号発生器２５位相差検出器２６位相制御補償器２８負荷トルク補償器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岩倉正雄神奈川県小田原市国府津2880番地株式会社日立製作所ストレージシステム事業部内 (72)発明者酒井和夫神奈川県小田原市国府津2880番地株式会社日立製作所ストレージシステム事業部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】供給リールと巻き取りリール間で、テー
プ速度検出手段によって検出したテープ速度に応じて、
これら供給リール及び巻き取りリールをそれぞれ回転駆
動する二つのリールモータを制御して、テープ張力およ
びテープ速度を目標値に維持しつつ前記供給リールに巻
かれた前記テープをキャプスタンを用いることなく前記
巻き取りリールに移送するキャプスタンレステープ駆動
方法において、前記巻き取りリールモータの電流と、前記巻き取りリー
ルの回転速度とから前記巻き取りリールモータにかかる
負荷トルクを推定し、推定した負荷トルクに相当するト
ルクを前記巻き取りリールモータが発生するのに要する
電流を巻き取りリールモータに供給することを特徴とす
るキャプスタンレステープ駆動方法。
【請求項２】供給リールと巻き取りリール間で、テー
プ速度検出手段によって検出したテープ速度に応じて、
これら供給リール及び巻き取りリールをそれぞれ回転駆
動する二つのリールモータを制御して、テープ張力およ
びテープ速度を目標値に維持しつつ前記供給リールに巻
かれた前記テープをキャプスタンを用いることなく前記
巻き取りリールに移送するキャプスタンレステープ駆動
方法において、前記供給リールと前記巻き取りリールのリール間に設け
られたテープ送り量検出手段によりテープの送り量を検
出し、テープ送り量の変化があらかじめ定められた一定
値となるように、前記巻き取りリールのモータのトルク
を制御することを特徴とするキャプスタンレステープ駆
動方法。
【請求項３】供給リールと巻き取りリール間で、テープ
速度検出手段によって検出したテープ速度に応じて、こ
れら供給リール及び巻き取りリールをそれぞれ回転駆動
する二つのリールモータを制御して、テープ張力および
テープ速度を目標値に維持しつつ前記供給リールに巻か
れた前記テープをキャプスタンを用いることなく前記巻
き取りリールに移送するキャプスタンレステープ駆動方
法において、前記テープ速度の検出周期に応じて、前記巻き取りリー
ルの回転速度を制御する速度制御系の利得を変化させる
ようにしたことを特徴とするキャプスタンレステープ駆
動方法。
【請求項４】供給リールと巻き取りリール間で、テー
プ速度検出手段によって検出したテープ速度に応じて、
これら供給リール及び巻き取りリールをそれぞれ回転駆
動する二つのリールモータを制御して、テープ張力およ
びテープ速度を目標値に維持しつつ前記供給リールに巻
かれた前記テープをキャプスタンを用いることなく前記
巻き取りリールに移送し、前記テープに情報を記録再生
する情報記録再生装置において、請求項１乃至３のいずれかに記載のキャプスタンレステ
ープ駆動方法によりテープを走行させることを特徴とす
る情報記録再生装置。