录像机伺服系统概述

2016-05-25邵剑锋

西部广播电视 2016年4期

关键词：伺服系统控制电路

邵剑锋

（作者单位：绍兴广播电视总台）

录像机伺服系统概述

邵剑锋

（作者单位：绍兴广播电视总台）

摘要：在磁带录像机中，伺服系统是整机控制电路的重要组成部分，起到校正和稳定控制电路的标准状态、正确拾取或记录信号的作用。

关键词：磁带录像机；控制电路；伺服系统；速度伺服；相位伺服

磁带录像机（以下简称为录像机）是一种由机械系统和各种复杂电路及传感器组成的精密电子设备，它是广播电视系统和其他相关行业广泛应用的专业设备之一。录像机在使用过程中，故障的产生是不可避免的，尤其在使用时间超过了厂商设置的规定年限后，故障率会大幅度上升，许多故障点的处理和调整，在维修手册中不会提及，因为，其在使用到达厂商提供的规定年限时，往往会有新一代的设备推出，许多单位就会弃旧换新，这也是厂商所希望的。但是，将既有的设备一到规定年限就全部淘汰换新，这对多数单位来说是不现实的。一是新老设备之间要有承上启下的过渡阶段，二是购置资金不可能一步到位。所以，为保障既有设备的正常运转，必须要了解录像机的工作原理，掌握录像机维修技术，这在由新型记录设备逐渐替换传统设备的过渡时期，仍然是很有必要的。

录像机内部按结构可分为电路和机械两部分，电路部分包括信号处理、传送、输出、记录和程序控制等，机械部分包括各种所需的动力部件、磁带上下载的机械部件、磁带通路和多种检测元件等。按电路性质可分为控制系统、信号系统、伺服系统等。本文介绍的是电路中的伺服系统，参见图1。

图1 系统控制电路示意方框图

图2 伺服系统中比较、处理电路方框图

1 伺服的基本概念

伺服就是通过自动控制方式，使受控对象的某一个物理量（转速、位置等）保持不变或按一定规律变化。一个伺服系统，主要包括基准信号发生、状态测量、比较、误差处理及受控对象等几个部分，其原理方框图如图2所示。

伺服系统的基本原理，就是将受控对象的状态量与基准量进行比较，对受控对象进行控制，使起动和行进状态保持在要求的范围内。

在磁带录像机中，记录和重放是通过高速旋转的视频磁头扫描低速运行的磁带实现的。由于各种因素的干扰和影响，在记录和重放过程中会产生误差，为了使误差降低到最小程度，除了要求机械运行系统具有较高的精度之外，还需要设置一套伺服系统控制磁带录像机的运动状态。

录像机中的伺服系统，主要有磁鼓伺服、主导轴伺服、带盘伺服等，其中，磁鼓伺服和主导轴伺服属于旋转伺服，控制磁鼓电机和主导轴电机的转速和相位。带盘伺服包括磁带盘旋转伺服和磁带张力伺服两部分。旋转伺服的工作原理框图3所示。

在旋转伺服中，一般有两个控制环路：相位环路和是速度环路。相位环路，即位置环路，也称为主环路，它是利用相位取样脉冲与基准脉冲（帧脉冲）信号比较，使电机的转速和相位与基准信号的频率的相位同步。速度环路是通过对速度取样脉冲进行鉴频，产生一个与电机转速成正比的误差，电压速度也叫阻尼环路，控制电机的转速，保证电机转速的均匀。

2 磁鼓伺服原理

磁鼓伺服，主要由鼓的速度伺服和相位伺服两部分电路组成，鼓的速度伺服使磁鼓转速稳定，记录时，使磁头在磁带上记录的磁速一致；重放时，使磁头能按记录时的规律，正确地拾取信号。鼓的相位伺服使磁头的旋转位置（相位）与基准信号同步，具体说，就是每当基准信号的场同步信号出现时，规定的磁头都能处于磁鼓入口处的磁迹起始位置，并开始正确寻迹。图4为磁鼓伺服系统的原理方框图。

2.1 磁鼓速度伺服

上磁鼓旋转时，安装在磁鼓上的两个测速脉冲发生器产生与上磁鼓转速相对应的两个测速脉冲FG（A）和FG（B），FG（A）和FG（B）之间的时间间隔反映了磁鼓的转速，这个时间间隔可用速度检测电路测量。测量误差电压，经电机推动电路，控制磁鼓的转速。如果电机转速因扰动而提高（或降低）了，则速度检知电路测量到这一变化，输出一误差电压给电机推动电路，使电路转速降低（或提高），从而保证磁鼓按规定的速度匀速转动。

2.2 磁鼓相位伺服

上磁鼓每旋转一周，安装在磁鼓上的测相脉冲发生器就输出一个表示磁鼓旋转相位的测相脉冲PG，当测相脉冲PG出现时，两个视频磁头中的一个刚好到达即将接触磁带的位置，另一个则位于即将脱离磁带的位置。将测相脉冲PG和基准信号1/2视频，在相位检知电路中进行鉴相比较，用比较得出的误差电压经推动电路去控制磁鼓电机的旋转相位。例如，由于某种原因，鼓电机的相位超前于基准信号，则相位检知电路输出误差控制电机相位向滞后方向变化，反之亦然。从而实现磁头位置与基准信号之间的同步锁定关系。

基准信号的产生分两种情况：记录时，基准信号由输出视频信号分离出场同步信号，在经1/2分频得到帧脉冲；重放时，由内部4.43MHz晶体震荡器，经分频得到25Hz（帧脉冲频率）的基准方波信号，或者是从外部信号中分离出来的帧脉冲。

上文提到，用磁头切换脉冲，使录像机在重放时能正确切换磁头A和磁头B拾取的视频信号，而磁头切换脉冲就是用测相脉冲PG和测速脉冲FG（A）形成的。

图3 磁鼓电机、主导轴电机伺服电路方框图

图4 磁鼓伺服系统原理方框图

3 主导轴伺服原理

主导轴伺服系统也是由速度伺服和相位伺服两部分组成。主导轴速度伺服的主要功能，是在录像机记录和重放过程中，保证磁带运行速度稳定，视频磁迹和控制磁迹的等间距记录和重放。主导轴相位伺服的主要任务，则是在重放过程中，控制磁带的运行相位，使旋转视频磁头对准已记录在磁带上的磁迹，从而进行正确扫描。显然，前者是转速控制，后者是位置控制。

图5为主导轴伺服系统的方框图。主导轴伺服系统有相位和速度两个控制环路。图中测速装置，由主导轴电机转轴带动圆形磁环和装有霍尔元件的固定集成块构成，磁环旋转，集成电路便输出两路测速信号FG1和FG2。

3.1 相位伺服环路

3.1.1 记录状态下（图5，图中开关位置向R）

FG1和FG2信号，经4倍频和1/72分频之后，得到25Hz的测速分频信号，该信号与帧脉冲（基准信号）进入鉴相器鉴相，得到误差电压控制主导轴电机的转速，使磁带速度与帧脉冲同步，实现转速控制，使磁带稳定地走带。主导轴伺服和鼓伺服都以帧脉冲为基准，因而，走带速度和磁鼓转速都受帧脉冲控制而保持同步。

3.1.2 重放状态下（图6，图中开关位置向P）

此时，主导轴伺服系统不仅要控制走带速度，而且还要调整磁带的纵向位置，以实现磁迹跟踪的成帧。为此，必须要用既能代表磁迹移动速率，又能反映视频磁迹一磁鼓位置关系的控制磁迹信号（CTL）作为反馈信号。另外，在重放状态，相位伺服环路的基准信号仍然是帧脉冲，帧脉冲与从控制磁头读出的经过放大、整形后的CTL信号，送入鉴相器进行鉴相，得到误差电压，控制主导轴电机的转速，一旦相位环路锁定，重放控制磁迹信号（CTL）必定与帧脉冲同步，即帧脉冲一周期，磁带移动两条磁迹的距离。由于磁鼓转速也是与帧脉冲同步，帧脉冲一周期磁鼓旋转一周，这样，走带速度就与磁鼓转速同步，即磁鼓转一周，磁带恰好移动两条磁迹。(在数字录象机中，为了大幅度提高图像的清晰度，所处理的信息量远远大于模拟录像机，磁带上的记录密度也远超过模拟录像机。因此，帧脉冲一周期，磁带移动不止两条磁迹。如DVCPRO录像机，磁鼓的转速是每分钟9000转，每秒钟150转，帧脉冲一周期磁鼓旋转6周，对应于一帧图像，25M格式是12条磁迹，50M格式是24条磁迹。)但是，这只是转速控制，它并不能实现磁迹跟踪。

图5 记录状态下主导轴相位伺服环路方框图

图6 重放状态下主导轴相位伺服环路方框图

图7 带盘伺服电路方框图

图5中设置了单稳定延时电路，在重放状态下，基准信号经过延时之后送入鉴相器，延时器由电位器R调节。改变延时器，即改变了基准信号的相位，使主导电机作相应瞬时的速度改变，即可实现磁头对磁迹的跟踪。有的录像机面板上有旋钮（TRACKING.CONTROL），可方便调整。例如，不同机型上记录的磁带在重放时，假如那台机器上控制磁头与磁鼓位置稍微近一点，（这种微小差别是有的），则重放控制磁迹信号就要提前放出来，这时可适当减小基准信号延时器，改变其锁定相位关系，让基准信号稍微提前一点，以补偿控制磁与鼓的位置差异，达到磁迹跟踪。

3.2 速度伺服环路

速度伺服环路的原理与鼓伺服相同，将FG1和FG2送到鉴频器鉴频，得到误差电压去控制主导轴电机的转速。

4 带盘伺服原理

专业级和广播级的录像机，采用了带盘伺服来调整磁带的运行张力。该系统由检测、分析和控制三部分组成，其作用是：正常走带时，维持一定的磁带张力；走带方式变化时，调整磁带张力的明显变化；磁带出现松弛时，通知控制电路停机保护磁带。系统方框图如图7所示。

检测部分主要是检测带盘的转速及磁带的张力。带盘转速的检测采用光电方式或磁电方式，当带盘旋转时，产生收带盘、供带盘的检测信号T—FG，S—FG。磁带张力检测，采用光电变换或其他方式，产生张力检测信号TEN—REG。将三个检测信号输入系统空控制电路，由微处理器进行程序分析，并产生相应的指令，此指令与TEN—REG信号一起送入带盘电机控制电路，控制带盘电机的旋转，实现带盘伺服。

带盘伺服还受制于带盘的驱动结构和制动结构的工作状态，如驱动结构和制动结构的工作状态异常，则带盘伺服也不能实现。