Brevet FR2768367A1 — publié le 19990319

La présente invention concerne une machine à imprimer comprenant des groupes d'impression ou parties de groupes d'impression actionnés par au moins un moteur électrique, la vitesse théorique de chaque moteur électrique pouvant être régulée respectivement par un circuit de réglage propre. Dans le cas le plus simple, les machines à imprimer sont actionnées par un seul moteur qui actionne un arbre longitudinal à entraînement mécanique. Dans des concepts plus évolués, l'arbre longitudinal est sectionné et les parties obtenues sont actionnées chacune par un moteur, à position angulaire régulée, fonctionnant comme un moteur à synchronisation angulaire. Le perfectionnement ultérieur concerne l'entraînement des groupes d'impression, voire des parties de groupes d'impression, tels les cylindres gravés ou les rouleaux de transfert, par des moteurs individuels propres à chaque groupe, à position angulaire régulée. Ainsi, par exemple, F. R. Gôtz expose déjà dans son article " Direktantriebstechnik " (Technique d'entraînement direct), in Antriebstechnik, 33, (1994), n 4, pages 48 à 53), une rotative offset à bobines, dans laquelle les cylindres sont actionnés directement. Une machine à imprimer de ce type, actionnée par plusieurs moteurs selon le principe de l'entraînement individuel, présente une conception mécanique plus simple que celle d'une machine à imprimer avec un arbre longitudinal, les roues dentées intermédiaires et les couplages entre les différents groupes d'impression ou les différentes parties de groupes d'impression sont supprimés, ainsi que les réglages de repérage circonférentiel. Grâce à l'utilisation de moteurs avec refroidissement à eau, présentant un faible volume d'encombrement et une évacuation optimale de la chaleur, il est en outre possible d'améliorer la conception d'une machine à imprimer de ce type. Étant donné que les composants de la machine à imprimer sont découplés par voie mécanique, ils ne peuvent pas pivoter l'un contre l'autre. Le couplage "virtuel " des groupes d'impression ne nécessite pas de dépenses mécaniques supplémentaires. En particulier, dans le cas d'une machine à imprimer pour feuilles continues, il est possible de réaliser de manière simple un grand nombre de guidages des feuilles continues. Dans chaque machine à imprimer actionnée par des moteurs électriques apparaissent des incidents périodiques et non périodiques. Le couple de rotation sous charge, exerçant une rétroaction sur le moteur, de chaque machine ou partie de machine actionnée par le moteur, c'est-à- dire un cylindre ou un couple de cylindres ou un groupe de cylindres ou rouleaux, constitue un paramètre perturbateur dans le circuit de réglage. Les problèmes résultent en particulier des incidents périodiques, tels que les secousses des rouleaux preneurs dans le mécanisme d'encrage, qui sont dues à un mouvement oscillatoire entre une racle d'encrage et un cylindre encreur. Les incidents périodiques sont aussi dus au processus de coupe dans le sens transversal d'une bande de tissu imprimé ou au mouvement du plioir dans une plieuse à lames, qui exécute une troisième pliure, ainsi qu'à l'excentricité du canal due aux canaux sous tension dans les cylindres gravés et les rouleaux de transfert, aux faux-ronds de la bobine de papier et aux excentricités du cylindre de transport. L'objet de la présente invention est de perfectionner une machine à imprimer du type cité en introduction, de manière à compenser les incidents périodiques et non périodiques. Cet objet est résolu par le fait que le circuit de réglage comporte un observateur qui, à partir de la vitesse angulaire réelle ou de l'écart angulaire réel, ainsi que du couple de rotation théorique du moteur électrique, calcule un couple sous charge théorique observé, qui peut être transmis au moteur électrique sous forme de composante du couple de rotation théorique, et qui calcule une vitesse angulaire observée, qui peut être additionnée à une vitesse angulaire théorique; par le fait que chaque circuit de réglage comporte un régulateur potentiométrique périodique, destiné à compenser les incidents périodiques, en particulier les excentricités des cylindres gravés et rouleaux de transfert munis de canaux sous tension, ou les incidents périodiques d'un rouleau preneur dans un mécanisme d'encrage, d'un couteau destiné à couper transversalement une bande de tissu imprimé ou d'un plioir destiné à réaliser une pliure. Des modes de réalisation perfectionnés avantageux se dégagent des sous-revendications. Les parties d'une machine à imprimer actionnées par un moteur ou des moteurs électriques séparés, c'est-à-dire, par exemple, un groupe d'impression s'il est actionné par un seul moteur électrique, un couple de cylindres ou rouleaux actionnés par un seul moteur électrique, ou un groupe de rouleaux ou cylindres actionnés par un seul moteur électrique, par exemple dans un groupe d'impression, dans le mécanisme de refroidissement, dans le système d'agrafage, dans l'appareil de pliage, etc., constituent des systèmes à pièces multiples, dont les pièces individuelles sont assemblées les unes avec les autres par conjugaison de forme - mais de manière souple - à l'aide d'engrenages, ou par adhérence à l'aide de forces de pression appropriées dues à des forces de frottement. Il faut tenir compte, par exemple, de la souplesse des roues dentées qui engrènent les unes avec les autres. Les dents des roues dentées agissent de manière souple respectivement les unes sur les autres. De même, les paliers des rouleaux et cylindres réagissent de manière souple. Il en résulte que chaque système partiel présente plusieurs fréquences de résonance, comprises dans un domaine entre 1 Hz environ et 100 Hz environ. Dans la mesure o seuls quelques cylindres, tels les cylindres porte-blanchet ou les cylindres porte-plaque, sont actionnés par des moteurs électriques séparés, régulés en fonction de chacun des cylindres, les fréquences de résonance prennent des valeurs plus élevées, c'est-à-dire qu'elles sont comprises entre 100 Hz environ et 500 Hz environ. Le réglage des moteurs est exécuté en tenant compte des points de résonance et des paramètres perturbateurs. La présente invention est expliquée en détail ci-après dans un mode de réalisation donné à titre d'exemple, à l'appui des dessins. Les dessins montrent: figure 1: une rotative Offset à bobines, comprenant des moteurs séparés; et figure 2: un plan structuré d'un circuit de réglage d'un moteur électrique. Une machine à imprimer, c'est-à-dire une machine à imprimer à feuilles ou à bobines 1 (figure 1), comporte un grand nombre de systèmes partiels, dont chacun est actionné par un moteur électrique 2 à 10. Les moteurs électriques sont, par exemple, des moteurs asynchrones triphasés. Les systèmes partiels sont formés par un changeur de bobines 11, un mécanisme d'alimentation 12, des groupes d'impression 13 à 16, un mécanisme de refroidissement 17, un dispositif d'agrafage 18 et un appareil de pliage 19. En plus, le dispositif comprend encore un dispositif de séchage 20. Les groupes d'impression 13 à 16 comportent chacun deux cylindres gravés 21 et deux cylindres de transfert 22. Les cylindres gravés 21 et les cylindres de transfert 22 sont reliés les uns aux autres et aux moteurs 4 à 7 par l'intermédiaire de roues dentées. La machine à imprimer est commandée par une station de commande 23 centralisée. Celle-ci comporte également le dispositif de commande asservi des moteurs électriques 2 à 10, alors que les composants électroniques générateurs de puissance et de signaux, spécifiques auxdits moteurs, sont montés à proximité ou directement dans la machine à imprimer. En alternative des systèmes partiels présentés ici, il est aussi possible que des cylindres ou rouleaux actionnés chacun par son propre moteur électrique forment un système partiel; de même, il est aussi possible qu'un système partiel de ce type soit formé par des groupes de cylindres ou rouleaux, par exemple un couple de cylindres gravés et cylindres de transfert ou plusieurs cylindres dans un mécanisme d'encrage. La vitesse angulaire théorique Othéorique est définie par la station de commande 23 (figure 2). Un intégrateur 24 calcule, à partir de la vitesse angulaire théorique théorique, l'écart angulaire théorique Pthéorique, qui est transmis à tous les moteurs électriques 2 à 10 à chaque point d'addition 25. Dans ce point est calculée la différence entre l'écart angulaire réel (Préel et l'écart angulaire théorique (Pthéorique, qui est transmise à un correcteur d'angle 26, qui peut être par exemple un régulateur proportionnel. Le correcteur d'angle 26 génère une vitesse angulaire théorique lthéoriqueDe manière avantageuse, le correcteur d'angle 26 est monté en parallèle avec un élément différenciateur 27, auquel est également transmis l'écart angulaire théorique Pthéorique et lequel définit un réglage préliminaire de la vitesse angulaire théorique théorique. L'élément différenciateur 27 génère une vitesse angulaire théorique (2théorique, qui est transmise, tout comme la vitesse angulaire théorique lthéorique, vers un point d'addition 28. L'élément différenciateur 27 permet de réduire l'erreur de poursuite, c'est-à- dire la différence entre l'écart angulaire théorique Pthéorique et l'écart angulaire réel Préel, et de décharger le correcteur d'angle 26. En plus des vitesses angulaires théoriques Olthéorique et (02théorique, le point d'addition 28 reçoit aussi la vitesse angulaire réelle Oréel filtrée, par exemple, qui a été soustraite des vitesses angulaires théoriques îlthéorique et (2théorique. La vitesse angulaire différentielle D qui en résulte est transmise par exemple vers un régulateur de vitesse proportionnel et par intégration 29, qui génère, à partir de la vitesse angulaire différentielle CD, un couple de rotation théorique du moteur Mlthéorique. Cette valeur est transmise vers un point d'addition 30, auquel est totalisé un couple de charge MCharge observé généré par un observateur 31, par exemple un observateur d'un système partiel. Le couple de rotation théorique du moteur Mlthéorique, qui en résulte au point d'addition 30, est le paramètre d'entrée d'un composant de réglage 32, qui génère le couple de rotation MArbre, qui est fourni à l'arbre du moteur électrique. Le composant de réglage 32 comporte un convertisseur de puissance dans un concept de régulation, qui tient compte des propriétés dynamiques, souvent non linéaires du moteur électrique, ainsi que d'autres composants connus en soi. À un point d'addition 33, on soustrait du couple de rotation de l'arbre MArbre le couple de rotation sous charge Mcharge des cylindres et/ou rouleaux actionnés par chaque moteur électrique, c'est-à-dire l'un des moteurs électriques 2 à 10. La valeur différentielle MB du point d'addition 33 représente le couple d'accélération, qui agit sur l'inertie rotative du moteur, laquelle est reproduite par un intégrateur 34. Le paramètre de sortie de ce dernière, à savoir la vitesse angulaire réelle réel, est intégré par un intégrateur 35 pour obtenir l'écart angulaire réel Préel. La vitesse angulaire réelle Oréel est acheminée vers le point d'addition 28, ainsi que vers l'observateur 31. L'observateur 31 est destiné à compenser le couple de rotation sous charge MCharge. Afin de minimiser l'effet des incidents, qu'ils soient périodiques ou non périodiques, on pense que le couple de rotation sous charge MCharge, agissant par rétroaction sur le moteur électrique, doit être compensé suffisamment bien par une introduction inverse de même valeur d'un couple de rotation sous charge Mcharge " observé " à l'entrée du composant de réglage 32. Une compensation idéale aurait pour effet que la vitesse angulaire du moteur et l'écart angulaire réel Préel seraient des valeurs appliquées, totalement indépendantes de la charge accouplée des cylindres et rouleaux, qui génèrent le couple de rotation sous charge MCharge. Les moteurs électriques 2 à 18 se comporteraient -s'il ne se produit aucun autre incident-, associés l'un à l'autre, comme un arbre rigide à entraînement mécanique (arbre électronique). De ce fait, l'entraînement électrique, ainsi idéalisé, des systèmes partiels 11 à 19 de la machine à imprimer 1 aurait le même effet que l'arbre longitudinal à entraînement mécanique supposé idéalisé. Par une telle application des vitesses angulaires et angles des arbres moteurs, le mouvement des pièces de charge n'est toutefois pas encore appliqué, étant donné que lesdites pièces, comme il a été décrit ci- dessus, sont reliées de manière souple au moteur. De même, il n'est pas possible de considérer qu'un arbre longitudinal à entraînement mécanique puisse être rigide. Comme il est connu, des oscillations générées par les paramètres apparaissent, le cas échéant, et peuvent entraîner des erreurs d'impression, tels des doublages. Avec un arbre longitudinal à entraînement mécanique il n'est pas possible d'influencer directement le mouvement des pièces de charge. Par contre, l'arbre électronique permet d'influencer le mouvement des pièces de charge, de manière à réduire les mouvements propres provoquant des erreurs d'impression. Cela est rendu possible par l'introduction différentielle de Mcharge, décrite ci- apres. L'observateur 31 est défini du fait qu'il est soit une reproduction d'une partie du système global (observateur de système partiel), à savoir, dans le cas présent, de l'un des moteurs électriques 2 à 10, y compris son composant de réglage 32, soit une reproduction du système global formé par le moteur et la pièce de charge assemblée de manière souple (observateur de système global). En présence d'une constante de temps de remplacement du composant de réglage 32, de valeur inférieure au temps de balayage de l'observateur 31, c'est-à-dire les moments auxquels la vitesse angulaire réelle 0oréel et le couple de rotation théorique Mlthéorique sont transmis vers l'observateur 31, il est possible de supprimer la reproduction dudit composant de réglage, à savoir le bloc 32, dans l'observateur. On obtient ainsi un observateur de système partiel simplifié. Afin que l'erreur de reconstruction du paramètre MCharge, due aux incidents, soit égale à zéro en régime permanent, on attribue un modèle d'incident à l'observateur de système partiel 31. En présence d'incidents non périodiques inconnus, il est prévu un intégrateur; en présence d'incidents périodiques, il est prévu un oscillateur de deuxième ordre. Compte tenu de la capacité du calculateur, il est proposé de préférence de réaliser un modèle d'incident du premier ordre. Dans la biographie spécialisée, comme dans l'ouvrage Abtastregelung " (Réglage du balayage) de J. Ackermann (3e édition, Springer Verlag), 1988, pages 203 et suivantes, il a été exposé comment réaliser un observateur 31. L'observateur 31 calcule, à partir de la valeur théorique du couple Mlthéorique (à défaut, à partir de la valeur théorique du courant Ithéorique), et soit à partir de la vitesse angulaire réelle réel, comme il a été montré dans la figure 2, soit à partir de l'écart angulaire réel (Préel, le couple de rotation sous charge MCharge, qu'il transmet vers le point d'addition 30, dans lequel ladite valeur est additionnée au couple de rotation théorique Mlthéorique pour obtenir le couple de rotation théorique Mthéorique. En outre, l'observateur peut être utilisé pour calculer, à partir de l'écart angulaire réel Préel, la vitesse angulaire réelle réel sous forme de signal réel, et de le transmettre vers le dispositif de réglage. Contrairement au calcul de réel à partir de valeur ()réel est reconstruite sans retard. Par ailleurs, l'observateur peut être équipé d'une mémoire de données, dans laquelle sont stockés les paramètres perturbateurs, tel le mouvement du plioir ou de la trappe de pliage dans l'appareil de pliage 19, ou également la rétroaction du canal et du rouleau preneur dans les groupes d'impression 13 à 16. Les données stockées dans la mémoire sont actualisées en permanence et, par conséquent, adaptées à chaque vitesse de la machine à imprimer 1. Le couple de rotation sous charge Mcharge est dérivé, sous forme de signal de compensation, à partir de l'information stockée en mémoire, lequel couple de rotation est introduit dans le point d'addition 30 du composant de réglage avec une relation des phases telle, qu'il est possible d'obtenir une valeur minimum de l'erreur de poursuite, c'est-à-dire la différence entre la valeur théorique et la valeur réelleà la sortie du point d'addition 25. La relation des phases du signal de compensation est prédéfinie par l'utilisation des impulsions zéro d'un encodeur d'angle, monté sur chaque moteur électrique 2 à 10, par exemple, pendant le démarrage de la machine à imprimer, par exemple, pendant la phase de réglage de la densité. d'encrage, etc., et adaptée automatiquement par un système autodidactique à la vitesse de chaque machine. Étant donné que les incidents décrits, qui peuvent entraîner des erreurs d'impression, n'agissent pas directement sur le moteur d'entraînement, mais sur la pièce de charge assemblée de manière souple, le couple Mcharge observé peut être introduit par l'intermédiaire d'un filtre différenciateur 40. Cette mesure permet d'introduire suffisamment vite une composante compensatrice à l'encontre du couple d'incident périodique ou non périodique agissant sur la charge, ce qui permet d'optimiser le comportement perturbateur des pièces de charge. Une telle mesure ne peut pas être appliquée sur un arbre longitudinal à entraînement mécanique souple en l'absence d'une valeur de réglage appropriée. Afin d'atténuer dans un domaine de fréquence déterminé le bruit du signal de sortie, augmenté par le filtre différenciateur 40, il est possible de prévoir des filtres passe-bas 41 et 42 pour les valeurs d'entrée de l'observateur. En alternative, il est aussi possible d'ajouter au filtre différenciateur un composant de filtrage. De plus, il est possible de monter en parallèle un organe proportionnel 43, à l'aide duquel il est possible d'atténuer, par un calcul approprié, le point de résonance entre le moteur et la pièce de charge assemblée de manière souple. Pour améliorer davantage les signaux, il est proposé des filtres 36, 37 et 38 (par exemple, des filtres passe- bas, des filtres coupe-bande et des filtres différenciateurs), qui filtrent l'écart angulaire réel 9réel, la vitesse angulaire réelle Oréel, ainsi que le couple de rotation théorique Mlthéorique généré par le régulateur de vitesse 29 proportionnel et par intégration. Ces filtres 36 à 38 permettent d'atténuer les points de résonance. Il en résulte un système d'entraînement sans oscillation permettant d'améliorer la qualité des produits imprimés dans la machine à imprimer, et une augmentation de la durée de vie des composants mécaniques et électriques de la machine à imprimer 1. En complément ou en alternative de l'observateur 31, il est possible de monter dans le circuit de réglage, destiné à réguler l'un des moteurs électriques 2 à 10, un 1 1 régulateur potentiométrique 39, qui émet à sa sortie une valeur complémentaire M2théorique du couple de rotation théorique, qui se régule automatiquement, tout comme une composante intégrale d'un régulateur, de telle sorte que l'erreur de poursuite est réduite au minimum. La composante périodique du régulateur est caractérisée par n une composante 1/(z - 1) dans la fonction de transfert du régulateur et est déterminée par la durée de période supposée connue d'un incident (Tomizuka, Masayoshi, Hu, Jwusheng: Adaptive Asymptotic Tracking of Repetitive Signals - A Frequency Domain Approach, IEEE Transactions on Automatic Control, octobre 1993, vol. 38, n 10, pages 1572 à 1579). La vitesse angulaire différentielle)D est transmise vers le régulateur potentiométrique 39, ainsi que vers le régulateur de vitesse 29. Ledit régulateur potentiométrique obtient ainsi des informations sur les incidents périodiques, telles les secousses du rouleau preneur dans le mécanisme d'encrage, le mouvement du plioir et des trappes de pliage dans l'appareil de pliage 19, l'excentricité du canal des cylindres gravés et des cylindres de transfert 21, 22, etc., et tient compte de ceux-ci pendant le calcul du couple de rotation théorique M2théorique- Le régulateur potentiométrique 39 est un régulateur adaptatif, qui optimise le couple de rotation théorique M2théorique, de telle sorte que la valeur d'entrée du régulateur potentiométrique 39, à savoir la vitesse angulaire différentielle OD, présente des composantes périodiques si possible faibles. L'observateur 31 et le régulateur potentiométrique 39 peuvent être exécutés en partie ou en totalité sous forme de réseaux neuronaux et/ou de systèmes à logique floue, ce qui leur confère des propriétés adaptatives. A l'aide d'algorithmes génétiques, il est possible d'enregréelrer automatiquement les paramètres. Des systèmes de réglage et de commande intelligents de ce type sont exposés, par exemple, dans: M. Gupta et N.K. Sinha (éditeur): Intelligent Control Systems, Theory and Applications. Chapitre 3, pages 63 à , et chapitre 13, pages 327 à 344; et dans: T. Bâck, G. Rudolph et H.P. Schwefel: Evolutionary Programming and Evolutionary Strategies: Similarities and Differences "; in Proc. of Second Annual Conference on Evolutionary Programming (D. Fogel et W. Atmar, eds.), San Diego, CA, pages 11 à 22, Evolutionary Programming Society, février 1993; ainsi que dans: J.-Y. Jeon, J.-H. Kim and K. Koh: Evolutionary Programming Based Fuzzy Precompensation of PD Controllers for Systems with Deadzones and Saturations "; in Proc. First International Symposium on Fuzzy Logic (N.C. Stelle, ed.) pages C2 à C9, ICSC Academic Press, mai 1995. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour autant sortir de la portée de l'invention. REVENDICATIONS 1. Machine à imprimer (1) comprenant des groupes d'impression (13 à 16) ou parties de groupes d'impression actionnés par au moins un moteur électrique (2 à 10), la vitesse théorique (ûréel) de chaque moteur électrique (2 à ) pouvant être régulée respectivement par un circuit de réglage (100) propre, caractérisée en ce que le circuit de réglage (100) comporte un observateur (31) qui, à partir de la vitesse angulaire réelle (oréel) ou de l'écart angulaire réel (Préel), ainsi que du couple de rotation théorique (Mthéorique) du moteur électrique (2 à 10), calcule un couple sous charge théorique (Mcharge) observé, qui peut être transmis au moteur électrique (2 à 10) sous forme de composante du couple de rotation théorique (Mthéorique), et qui calcule une vitesse angulaire (Oréel) observée, qui peut être additionnée à une vitesse angulaire théorique (Olthéorique). 2. Machine à imprimer (1) comprenant des groupes d'impression (13 à 16) ou parties de groupes d'impression actionnés par au moins un moteur électrique (2 à 10), la vitesse théorique (Oréel) de chaque moteur électrique (2 à ) pouvant être régulée respectivement par un circuit de réglage (100) propre, en particulier selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque circuit de réglage (100) comporte un régulateur potentiométrique (39) périodique, destiné à compenser les incidents périodiques, en particulier les excentricités des cylindres gravés et rouleaux de transfert (21, 22) munis de canaux sous tension, ou les incidents périodiques d'un rouleau preneur dans un mécanisme d'encrage, d'un couteau destiné à couper transversalement une bande de tissu imprimé ou d'un plioir destiné à réaliser une pliure. 3. Machine à imprimer (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le circuit de réglage (100) comporte des filtres (36 à 38, 41, 42), qui atténuent les points de résonance dans la vitesse angulaire réelle (coréel), dans l'écart angulaire réel (Préel) et dans la composante (Mlthéorique) du couple de rotation théorique (Mthéorique) du moteur électrique (2 à 10). 4. Machine à imprimer (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'observateur (31) ou le régulateur potentiométrique (39) sont conçus chacun comme un système adaptatif, l'adaptation des paramètres à la vitesse angulaire réelle (Oréel) ou à la vitesse angulaire théorique ()lthéorique) étant exécutée soit par l'intermédiaire d'une commande, soit automatiquement, au cas o ils seraient conçus sous forme de réseaux neuronaux et/ou de systèmes à logique floue. 5. Machine à imprimer (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le couple sous charge théorique (Mcharge), fourni par l'observateur (31), est transmis en passant par un filtre différenciateur (40) et/ou un organe proportionnel (43). 6. Machine à imprimer (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que l'écart angulaire réel (Préel), la vitesse angulaire réelle (Oréel) et le couple de rotation théorique (Mthéorique) sont filtrés par des filtres (41, 42). 7. Machine à imprimer (1) selon la revendication 5 ou 6, caractérisée en ce que le filtre différenciateur (40) ou l'organe proportionnel (43) sont équipés d'un filtre supplémentaire pour filtrer les signaux. 8. Machine à imprimer (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que ladite machine à imprimer comporte un changeur de bobines (11), un mécanisme d'alimentation (12), un mécanisme de refroidissement (17), un dispositif d'agrafage (18) ou un appareil de pliage (19), les cylindres ou rouleaux ou groupes de cylindres ou rouleaux dans ces pièces de la machine à imprimer (1) pouvant être actionnés chacun par son propre moteur électrique (2, 3, 8-10) réglé.