(57)【要約】  駆動系統を介して接続された主駆動モータ(M)を備えた枚葉印刷機制御。速度制御のため系統の異なる位置の現在回転数が使用され、回転数はセンサ(S)で検出されるか推定される。制御変数としてパルスセットから得られる速度変数が使用されかつ/またはモータ供給トルク間の差から選択される差動トルクが使用される。差動トルクは駆動系統歯側面の浮き上がりが防止されるよう選択される。PI多変数制御装置が制御装置構造として使用され、これは一定/可変トルク配分実現のため入力結合により簡略化される。運転・外乱特性は個別処理される。制御装置パラメータはシステム標準の最適化で得られ、被最適化システムは入力として外乱源位置を、出力として印刷品質に関する差分角を有する。駆動系統の固有形状・外乱源位置がモータ位置決めに使用され、アクティブねじり振動減衰のためモータは最後のモジュール/第1のモジュール内/旋回モジュール内の周辺にある。
2020531314.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動系統を介して接続された1つまたは複数の主駆動モータ(M)を備えた印刷機、特に枚葉印刷機の制御であって、
機械速度および振動のアクティブな減衰の制御のために、中央制御装置ユニット(ZR)が使用され、
制御のために駆動系統の異なる位置の複数の回転数が使用され、
前記回転数はセンサ(S)によって検出され、および/または観察者によって推定される
ことを特徴とする、制御。
【請求項２】
各回転数が、全ての主駆動モータに作用するか、または複数の出力誤差が全ての主駆動モータに作用する
ことを特徴とする、請求項1に記載の制御。
【請求項３】
機械速度制御変数が、様々な現在の回転数の加重平均から計算され、
それぞれの重量は前記駆動系統の質量慣性から生じる
ことを特徴とする、請求項1または2に記載の制御。
【請求項４】
機械速度制御変数に加えて、好ましくは作動トルクの差などのさらなる制御変数が選択される
ことを特徴とする、請求項1から3のいずれか一項に記載の制御。
【請求項５】
PI多変数制御装置が制御装置構造として使用され、
前記制御装置構造は、一定のまたは可変の印刷機の状態に依存するトルク配分が実現されるように、入力結合によって簡略化される
ことを特徴とする、請求項1から4のいずれか一項に記載の制御。
【請求項６】
差動トルクが、駆動系統における歯側面の浮き上がりが防止されるように選択される
ことを特徴とする、請求項1から5のいずれか一項に記載の制御。
【請求項７】
制御装置設計が、運転特性および外乱特性に応じて個別になされる
ことを特徴とする、請求項1から6のいずれか一項に記載の制御。
【請求項８】
制御装置パラメータが、システム標準を最適化することによって得られ、
被最適化システムが、システム入力として主要な外乱源の位置、およびシステム出力として印刷品質に関連する差分角を有する
ことを特徴とする、請求項1から7のいずれか一項に記載の制御。
【請求項９】
前記駆動系統の固有形状および主要な外乱源の位置が、駆動モータの位置決めに使用され、
前記駆動モータが、好ましくは、最後のモジュールおよび/もしくは第1のモジュール内、ならびに/または旋回モジュールの領域内の周辺位置にある
ことを特徴とする、請求項1から8のいずれか一項に記載の制御。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項1の前提部に記載の複数のモータ(主駆動モータ)を備えた印刷機、特に枚葉印刷機の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献1から、複数の装置を備えた輪転印刷機用の駆動装置が知られている。複数の装置は、印刷装置または塗装装置として構成されている。これは、印刷動作中に複数の回転体を駆動する装置包括型駆動歯車列を備えた輪転印刷機である。輪転印刷機は、さらに、駆動歯車列に駆動トルクを供給する少なくとも1つの主駆動モータを有し、装置内の少なくとも1つのさらなる回転体に、それぞれ個別の駆動装置が対応付けられており、さらなる回転体は、駆動歯車列によって駆動される回転体と、トルク伝達接触している。本発明の課題は、個別の駆動装置を備えた印刷機内の主駆動装置を改善することにある。これは、主駆動モータが高トルクモータとして構成された低速モータであり、低速モータが直接、または好ましくは単段の高剛性の中間軸駆動装置を介して駆動歯車列に対応付けられていることによって解決される。
【０００３】
特許文献2は、印刷機の連続する歯車列において互いに独立して位置制御可能な少なくとも2つの駆動装置が駆動力を供給する、印刷機、特に枚葉オフセット印刷機の動作方法を開示している。歯車列に連結された印刷機の被駆動装置、特に印刷装置および/または塗装装置は、各駆動装置が、それぞれの駆動装置に対応付けられ、少なくとも1つの被駆動装置を含む印刷機のサブユニットの駆動に用いられるように駆動される。駆動装置の駆動力供給箇所は、角度差を提供するために互いにねじれている。連続する歯車列に駆動力を供給する駆動装置には、各駆動装置が一方では同一の対応付けられたサブユニットに、またさらに、それぞれの駆動装置の1つに後置接続された駆動装置に対応付けられたサブユニットに、駆動トルクを提供するように所望のトルク配分が決定される。このトルク配分に基づいて、駆動装置ごとに個々の角度目標値が算出される。これに基づいて、各駆動装置は、トルク配分に依存する駆動装置の駆動力供給箇所間の角度差を提供するために、個々に位置制御される。駆動装置の個々の位置制御では、位置制御で実際に生じるトルク配分が算出される。ここで、実際に生じるトルク配分が、所望のトルク配分を中心として、上限値および下限値によって規定される許容誤差範囲内にあるかどうかが確認される。ここで、実際のトルク配分が許容誤差範囲内にあると判定される場合、駆動装置の位置制御のための角度目標値は変更されないままである。ここで、実際のトルク配分が許容誤差範囲外にあると判定される場合、実際のトルク配分が再び許容誤差範囲内にあるように、駆動装置の位置制御のための少なくとも1つの角度目標値が自動的に変更される。
【０００４】
印刷機用のマルチモータ駆動装置用の回転数制御装置であって、歯車列によって接続された複数の印刷装置と、別の印刷装置における回転数制御されたマスターモータおよびマスターモータに依存してトルク制御されるモータと、マスターモータおよびモータに前置接続された制御システムであって、マスターモータに対応付けられており、振動が重畳された回転数の値を制御システムに供給する回転数センサからなる制御システムと、回転数加算ポイントnsoll/nistと、回転数制御部とを備えた回転数制御装置は、特許文献3から知られている。マスターモータとさらなるモータに前置接続された制御システムは、総モータ電流を調整可能な比率でマスターモータおよびモータに分配する電流制御装置も含み、回転数調整されたトルクをモータによって電流制御装置とモータとの間の印刷機に供給するために、モータ用のモータ電流を制限し、追加の振動を生成する電流ピークをモータ電流から分離する電流制限器が配置されている。
【０００５】
特許文献4からは、歯車列に作用する少なくとも2つの電気駆動モータを備えた、枚葉紙輪転印刷機の制御装置であって、歯車列が、枚葉紙輪転印刷機の複数の印刷装置を互いに機械的に接続する、装置が知られている。この発明は、電気駆動モータがそれぞれ高周波制御素子を備えた制御回路を有することと、駆動モータの少なくとも1つの制御回路に低周波数制御素子が存在し、その出力信号が駆動モータの制御回路に所定の比率で与えられることとを特徴とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】独国特許出願公開第102008042396号明細書
【特許文献２】独国特許発明第102007049455号明細書
【特許文献３】独国特許発明第19502909号明細書
【特許文献４】独国特許出願公開第102008048406号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の基礎となる課題は、印刷品質が改善される、複数のモータ(主駆動モータ)を備えた印刷機の制御を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題は、メインクレームの構成特徴によって解決される。従属請求項、明細書および図面から、有利な改善構成が生じる。
【０００９】
有利な実現手段は、個々の回転数の値の加重平均によって得られる場合、機械速度用の制御変数が、局所的な回転数変動からより独立することにある。有利には、駆動系統の個々の質量慣性は、重量として使用できる。さらなる利点は、制御によって駆動系統内のトルク方向に影響が及ぼされ得、動作中の変化を防ぐことができ、これにより、起こり得る歯側面の浮き上がりが防止されることにある。例えば、生産速度(機械速度)、機械の加熱、または圧力モジュールの状態などの機械状態の変化に直面して、印刷機の合計トルク必要量が変化すると、歯車列内のトルクフローも変化し、個々のモジュール間の平均シフトの変化が生じる。印刷技術的に不利なこの影響には、差動トルクを設定するか、または個々の主駆動モータへの総駆動トルクの配分を変更することでも対処できる。制御は、有利には、隣接する印刷装置に局所的に作用するだけでなく、機械全体にも作用し、測定された回転数または出力誤差は、全てのモータに包括的な効果をもたらす。
【００１０】
本発明によれば、回転数変動が抑制または補償されるため、ねじり振動減衰またはねじり振動補償が行われる。
【００１１】
機械速度を制御するためには、中央制御装置ユニットが使用される。制御には、特に駆動系統の異なる位置からの複数の現在の回転数が使用される。個々の回転数は、センサで検出するか、または観測者によって推定することができる。PI多変数制御装置構造が制御装置構造として使用される。この構造は、固定または可変トルク配分を実現できる入力結合で有利に簡略化できる。運転特性(遅い動特性)と外乱特性(速い動特性)は、実際には個別に扱うことができる(2段階の手順)。
【００１２】
速度変数(機械速度)、および場合によっては複数の差動トルクが制御変数として使用される。速度変数は、例えば、有利には、パルスセットから導き出すことができ、個々の質量慣性によって加重された個々の速度または回転数の平均化から得られる。モータの供給トルク間の差が、差動トルクとして選択される。
【００１３】
駆動系統の固有形状および主要な外乱源の位置が、駆動系統における駆動モータの位置決めに使用される。ここで、特に最後のモジュールおよび第1のモジュール内、ならびに旋回モジュールにおける中央領域内の2つの周辺位置が考えられる。
【００１４】
差動トルク目標値を適切に設定するか、または個々の主駆動モータへの総駆動トルクの配分を適切に選択することにより、駆動系統(歯車列)内で起こりうる歯側面の浮き上がりを抑えることができる。
【００１５】
制御装置パラメータは、システム標準(H2)を最適化することによって得られる。最適化対象のシステムは、システム入力としての主要な外乱位置と、システム標準を計算するためのシステム出力としての印刷品質に関連する差分角度を有する。
【００１６】
駆動系統を介して接続された1つまたは複数の主駆動モータを備えた印刷機、特に枚葉印刷機の制御装置により、本発明によれば、機械速度および振動のアクティブな減衰(ねじり振動減衰)の制御のために中央制御装置が使用され、制御のために駆動系統の異なる位置の複数の回転数が使用され、回転数はセンサで検出され、および/または観察者によって推定される。
【００１７】
有利には、各回転数は、全ての主駆動モータに影響するか、または複数の出力誤差は、全ての主駆動モータに影響する。
【００１８】
有利には、機械速度制御変数は、様々な現在の回転数の加重平均から計算され、それぞれの重量は駆動系統の質量慣性から生じる。
【００１９】
有利には、機械速度制御変数に加えて、好ましくは作動トルクの差などのさらなる制御変数が選択される。パルスセットから導き出される速度変数(機械速度)、および/またはモータの供給トルクの差から選択された1つもしくは複数の差動トルクを制御変数として使用できる。
【００２０】
有利には、PI多変数制御装置が制御装置構造として使用され、制御装置構造は、印刷機の状態に依存する固定または可変トルク配分が実現されるように、入力結合によって簡略化されるか、または結合され得る。
【００２１】
有利には、差動トルクは、駆動系統における歯側面の浮き上がりが防止されるように選択される。
【００２２】
有利には、制御装置は、運転特性と外乱特性とに応じて個別に設計される。
【００２３】
有利には、制御装置パラメータは、システム標準(例えば、H2システム標準)を最適化することによって得られ、被最適化システムは、システム入力として主要な外乱源の位置、およびシステム出力として印刷品質に関連する差分角(例えば、隣接する印刷モジュールの差分角)を有する。
【００２４】
有利には、駆動系統の固有形状および/または主要な外乱源の位置が駆動モータの位置決めに使用され、駆動モータは、好ましくは、最後のモジュールおよび/もしくは第1のモジュール内、ならびに/または旋回モジュールの領域内の周辺位置にある。
【００２５】
本発明の実施例を、これに限定されることなく、図面を参照してより詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】中央制御装置ユニットを備えた枚葉オフセット印刷機のモジュール構造を概略的に示す図である。
【図２】直列振動子のための簡略化された駆動系統モデルを概略的に示す図である。
【図３】減衰されない駆動系統モデルの標準化された固有形状を概略的に示す図である。
【図４】振幅応答曲線とフロベニウスノルムH(ω)の経過との比較を概略的に示す図である。
【図５】歯車列内のトルクの流れを概略的に示す図である。
【図６】PI多変数出力フィードバック用の制御構造を概略的に示す図である。
【図７】入力結合によるPI出力フィードバックを概略的に示す図である。
【図８】駆動系統上の異なる位置の様々な数の主駆動モータに対する、静的回転数フィードバック用のフロベニウスノルムの経過を概略的に示す図である。
【図９】主駆動モータの同じ位置の、異なるシステム出力に対する静的フィードバックのフロベニウスノルムの経過を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
複数の主駆動モータを備えた枚葉オフセット印刷機の制御について取り上げる。駆動系統のモデリングから始まり、振動特性のモーダル試験を介して、複数の主駆動モータ用の異なる2つの制御構造が提示される。その際、印刷機械固有の特徴が扱われ、様々な駆動装置構成(モータの数および位置)が比較される。
【００２８】
図1は、枚葉オフセット印刷機のモジュール構造を示している。枚葉紙を印刷するために、それらは最初に給紙部1上でスタックから引き離され、交互に第1の印刷モジュール3に供給される。第1の印刷モジュール3では、個々の枚葉紙は機械速度まで加速され、第1の印刷インクで印刷される。枚葉紙は、次の印刷モジュール4および/または塗装モジュール5を通過し、その後、排紙部2でブレーキをかけられ、再びスタックに置かれる。モジュール構造により、印刷機は、様々な数のモジュールおよびモジュールの組み合わせにより、顧客の特殊な要望に適合させることができる。例えば、枚葉紙を旋回させて両面に印刷するために、旋回ドラム7を備えた旋回モジュール6を設けることができる。
【００２９】
ローラー、シリンダーなどのモジュール内の可動部品は、一般に機械全体の歯車列(図1には図示されず)によって互いに接続され、駆動系統を形成する。印刷機を駆動するために、1つまたは複数のモータM(主駆動モータ)を使用できる。モータMの例示的な配置構成が図1に示されている。制御は、中央制御装置ユニットZR、アクチュエータM(ここではモータ)、およびセンサSを介して行われる。センサSは、例えば角度センサまたは回転数センサとすることができる。この制御では、アクチュエータMおよびセンサSの数が必ずしも同じである必要はない、図1を参照。
【００３０】
制御の主な課題は、所望の機械速度の設定(剛体回転数の固定目標値制御)、および局所的な回転数変動の抑制(アクティブなねじり振動減衰)である。この時、個々の印刷ガイド部分と枚葉紙搬送部分の位置同期移動は、印刷品質にとって非常に重要である。駆動系統は振動性のシステムであり、これは、主に、周期的な、回転数および角度に依存する外乱によって振動するように励振され、これにより、個々の部品の位置同期のずれを引き起こし、ずれは印刷品質に悪影響を及ぼす可能性がある。構成時には、位置の著しいずれ、および使用できない印刷品質をもたらすであろう、歯側面の変化が印刷作動中に発生しないよう注意する必要がある。
【００３１】
約50Hzまでの低周波数範囲での駆動系統の主要なねじり振動の個々の特性をモデル化するために、多くの場合、線形多体システムが使用され、線形多体システムでは個々の実際の質量慣性が代替質量慣性mkに組み合わされ、機械座標qkに割り当てられる。これらの慣性は、線形代替剛性kkと代替減衰bkとによって互いに接続されている。力入力ベクトルfを有する、このような単純化された線形受動的多体システムは、質量行列M、減衰行列B、および剛性行列Kを含む運動方程式
【００３２】
【数１】
2020531314.tif 000003
【００３３】
によって記述される。多くの場合、駆動系統の基本形状としては、分岐および噛み合いのない滑らかな軸系を備えたねじり振動子が採用され得る。図2は、10個のモジュールを備えた印刷機に対する、N=10の機械自由度および実際に近いパラメータを有する、ここでさらに使用される簡略化された駆動系統モデルを示している。
【００３４】
モーダル解析では、駆動系統にわたって分散された低機械的減衰は無視できる。(式1)からの減衰行列Bを省略でき、これにより、非減衰システム
【００３５】
【数２】
2020531314.tif 000004
【００３６】
が生じる。機械システム行列MおよびKの対称性により、正則モーダル行列
【００３７】
【数３】
2020531314.tif 000005
【００３８】
が分かり得、これにより、非減衰システムを、固有値Λ0の対角行列によって、モーダル座標表現(Modalkoordinatendarstellung)
【００３９】
【数４】
2020531314.tif 000006
【００４０】
に変換できる(「質量正規化」)。(式2)の個々のN二次微分方程式は分離されており、それぞれ残りのPT2振動子から独立した非減衰PT2振動子をそれぞれ表す。さらに、質量および剛性行列に対して直交するモーダル行列Ψ0の段Nは、固有形状ψ0,iと呼ばれ、一方で、個々の特性が個々のモーダルPT2振動子からどのように構成されるかを表し、他方で、力ベクトルfの個々のモーダルPT2振動子への影響を表す。これにより、i番目の固有形状のk番目の要素が、k番目の機械的自由度qkでのそれぞれi番目の非減衰固有値
【００４１】
【数５】
2020531314.tif 000007
【００４２】
の可制御性および可観測性の尺度であることが分かる。図3は、ここで取り上げる減衰なしのシステム例の第1の3つの弾性固有形状を示している。ここでの調査対象の非結合システムに特徴的なのは、特に低周波固有形状の場合、それぞれ直列振動子の縁部で発生する波腹である(均一なねじり振動子チェーンを参照)。
【００４３】
例えば2つの機械的自由度の差分位置diなどのシステム出力に対する周期的な外乱励起zjの影響は、周波数スペクトルにおいて、略記法(di←zj)による周波数応答曲線hdi←Zj(ω)によって表される。異なる周波数応答曲線は、例えば略記法(d←z)による全ての外乱入力から全ての差分位置Hd←Z(ω)への伝送パスなど、周波数応答曲線行列にまとめることができる。
【００４４】
多くの関連する周波数応答曲線を単純に視覚評価するために、周波数ω上の周波数応答曲線行列のフロベニウスノルムの経過
【００４５】
【数６】
2020531314.tif 000008
【００４６】
を使用できる。それぞれの周波数ポイントでの全ての振幅応答曲線のこの二次和は、対数振幅を用いてここで使用されるモデル例について図4に示されている(太線)。さらに、比較のために、周波数応答曲線行列(細線)からの振幅応答曲線もいくつか示している。周波数に対するフロベニウスノルムのスカラー関数は、個々の振幅応答曲線で部分的にのみ明示されている全ての共振ピークが明らかになり、このため、フロベニウスノルムは周波数応答曲線行列の視覚的評価に良く適している。力(差分)位置の振幅応答曲線に特徴的なのは、高い周波数になるにつれて振幅応答曲線が基本的に低下する点である。後の制御装置構成では、H2システム標準
【００４７】
【数７】
2020531314.tif 000009
【００４８】
が使用され、このシステム標準では、フロベニウスノルムの関数が周波数を介してスカラー量に明確に統合される。
【００４９】
操作変数:
複数のモータが制御に使用される場合、共振ピークを減衰させるために、個々のモータにとってどの局所位置が好ましいかという問題が生じる。図3から、固有形状では、特に低周波共振の場合、常に縁部に波腹が形成され、そこから対応する固有値の良好な可観測性と可制御性とが得られ得ることが分かる。そこから動機付けられる、直列振動子の縁部での2つのモータの位置決めには、歯車列内の歯側面の浮き上がりの可能性が欠点として直面している。これにより、歯車列内のトルクの方向が一時的に変化する外乱により、すでに述べた問題につながる可能性がある。さらに追求するアプローチでは、第1の駆動装置が端部に、好ましくはモジュール1に対応付けられ、残りのモータは、それぞれのモータが常に可能な後続するモータを超えて駆動するように分配される。図5は、必要な駆動トルクが2つのモータを介して供給される例を使用した案を示している。視覚化のために、個々のモジュールにはそれぞれ1つの想定されるトルク必要量が必要である。第1のモジュール(左)内の第1のモータは、モジュール5内の第2のモータの供給箇所を超えて以下の6つのモジュールを駆動する。つまり、トルク配分に応じた、左から右へのトルクの方向は、外乱励起の影響を受けない。第1のモジュールにおいてモータを位置づけすると、追加的に、影響力の強い決定論的外乱トルクを、発生箇所で直接補正することもでき、これは、枚葉紙を印刷速度(機械速度)に加速するためのメカニズムによって発生する。
【００５０】
旋回装置では、通例、印刷機の中央領域に旋回ユニットがあり、旋回ユニットも比較的大きな外乱要因である。旋回ユニットの近くにあるモータも、ここでは外乱を発生箇所で直接補償するために有利である。さらに、印刷機を旋回ユニットの位置に非常に正確に位置決めする必要がある特別な設定動作が要求され、そのために、すぐ近くにあるアクチュエータも同様に好ましい。
【００５１】
制御変数:
制御目標は、駆動系統の全ての部分を可能な限り同期して動かすことである。ここで、最大で、独立した操作変数が存在するのと同じ数の制御変数を選択できる。
【００５２】
機械速度を制御するためには、平均速度変数vgesを制御変数として使用でき、これはパルス
【００５３】
【数８】
2020531314.tif 000010
【００５４】
から導き出される。それぞれの質量慣性を有する個々の回転数のこの加重平均により、制御変数は、特に他の個々の動きによる局所偏差とはほとんど無関係になる。
【００５５】
操作変数間の差分は、さらなる制御変数として提案される。それらによって、駆動トルクの配分に影響を与え、印刷機の合計トルク必要量の変化に反応し、ひいては歯車列内での側面の浮き上がりの可能性に対処することができる。さらに、歯車列内で伝達されるべきトルクの変化によって、個々のモジュール間の静的な差動角度の変化に対処することができる(周方向のレジスタドリフト)。そのような変化は、例えば、印刷機の機械速度の変化または加熱状態の変化により起こり得る。実際には、操作トルク間の差は非常に大きいものが選ばれるため、発生する外乱によってトルクの流れ内に大きな変化が生じることはなく、符号の変化は決して生じない。
【００５６】
測定変数:
最初に、測定位置の選択には、操作変数と同様に、再び歯車列の両端が好ましい。それに加えて、実際上の理由から、操作箇所自体が有利である。角度位置を使用すると、時間的に同期した検出および角度分解の高い要求がかかるため、制御のためのフィードバック変数として回転数が選択される。さらに、静的回転数フィードバック
【００５７】
【数９】
2020531314.tif 000011
【００５８】
は、制御行列R、ならびに操作変数uおよび外乱zから生じた力ベクトルf=u + zによって、運動方程式(式1)
【００５９】
【数１０】
2020531314.tif 000012
【００６０】
における減衰行列に直接影響し、ひいてはシステム減衰に本質的に影響する。角度位置qのフィードバックは、剛性行列に直接影響し、主に周波数ω0,iおよび固有形状ψ0,iに影響するであろう。実際には、使用される全てのフィードバック変数を測定する必要はなく、観察者構造を使用してエラー変数を生成でき、こうしてセンサを保存できる。
【００６１】
従来技術は、回転数制御のために単一ループPI制御装置構造を使用するものであり、これは、歯車列の1か所で主モータを介して操作トルクを供給する。ここで、制御装置内のI要素は固定目標値制御の静的精度をもたらし、P要素は制御回路の動特性を向上させる。
【００６２】
m個の操作出力とn個の測定出力が制御に利用できる場合、図6に示すようなPI多変数出力フィードバックを使用でき、そこでは複数の制御変数yRが定義され、運転変数wを介して設定され得る。全体として、独立した操作入力が存在するのと同じ数の制御変数を定義できる。単一ループPI制御装置に基づいて、ここでは、出力誤差eyに比例して作用する制御装置行列
【００６３】
【数１１】
2020531314.tif 000013
【００６４】
が、主に閉制御回路の高速動特性に作用するが、これに対し、統合された制御エラーeRを有する制御装置行列
【００６５】
【数１２】
2020531314.tif 000014
【００６６】
は、より低速の制御動特性に影響し、単一ループPI制御装置と同様に、制御変数の静的精度をもたらす。出力誤差eyは、(測定された)システム出力yと、パイロット制御行列
【００６７】
【数１３】
2020531314.tif 000015
【００６８】
を使用して運転変数wから計算される構成モデルの静的最終値との間の偏差を表す。運転特性は、パイロット制御行列
【００６９】
【数１４】
2020531314.tif 000016
【００７０】
を使用して最適化でき、これは、以下では、振動性の固有値と比較可能な目標値の変化が緩やかであるため、関連性が少なく、これ以上考慮されない(Mu=0)。
【００７１】
(式5)からの機械速度vgesおよびk=2 ... mに対するm-1操作変数の差分ud,k-1=ud,1-ud,kは、この構造において制御変数として使用される。これにより、機械速度の静的精度を保証する一方で、歯側面の浮き上がりを回避できる所望の平均トルク差の設定も可能にする。
【００７２】
PI多変数制御装置の代替として、図7の制御構造が提案されている。ここでは、速度変数vgesのみが制御変数yRとして定義され、これがI制御装置および入力結合
【００７３】
【数１５】
2020531314.tif 000017
【００７４】
を介してシステムにフィードバックされる。ベクトルtを用いて、(固定の)パーセントトルク配分を達成できる。静的の最終状態では、出力誤差ey(
【００７５】
【数１６】
2020531314.tif 000018
【００７６】
が選択されているため、回転数誤差)はゼロになり、操作変数はただIコンポーネントとパイロット制御とからのみで構成され、制御入力へのパーセント配分はtによって決定される。ここでの利点は、スカラーパラメータを有するI要素がただ1つしか存在しないため、構造が単純になることにある。機械速度に必要な制御回路の動特性が、閉制御回路の、つまりここで該当する減衰固有振動の高速部分よりも大幅に遅い場合、機械速度制御は、パラメータrIを使用してRからほとんど独立して設定可能であり、これはさらなる利点を表す。最後に、操作変数のパーセント配分も、差分モーメントの設定と比較して有利になり得る。形式上は所望の配分ごとに制御装置を再構成する必要があるため、欠点は、トルク配分が固定されていることである。しかしながら、後で論じるように、再構成なしで配分を変更することは実際上可能であり、実際には頑健で安定していることが示されている。
【００７７】
提示された構造の制御装置行列は、システム標準を最小化することによって決定される。このアプローチを説明するために、最初に、行列Rを介した静的フィードバックのみが、すなわちアクティブな振動減衰の制御目的が考慮される。
【００７８】
目的は、個々の質量の上記の外乱によって引き起こされる機械内の位置偏差を最小限にすることである。動的システムに対する周期的外乱の作用は、外乱入力から考慮された出力までのシステムの周波数応答曲線によって表される。したがって、全てのN-1個の位置偏差に対する全てのN個の外乱入力の周波数応答曲線を、適切な形で最小化することが有益な制御目標である。H2システム標準はこれに対して適当であり、これは、(式4)に示すように、2乗積分された個別の周波数応答曲線の合計に対応する。
【００７９】
静的出力フィードバック:
外乱入力zから閉制御回路の位置偏差dまでの関連する周波数応答曲線行列(d←z)は、制御装置パラメータRに依存する(RI=0)。制御パラメータを見つけるための最適化問題を有益に定式化するためには、入力変数uRも考慮する必要がある。古典的には、これは追加の品質項の形式で行うことができるため、
【００８０】
【数１７】
2020531314.tif 000019
【００８１】
が解かれる。操作変数の加重は、γを変化させることで決定できる。ここで、操作変数の所定の制限、例えば、||uR←z||2≦10は、γを適切に変化させることで維持できる。
【００８２】
多くの場合、システム標準が最適化されると、考慮された周波数応答曲線をフィルタ
【００８３】
【数１８】
2020531314.tif 000020
【００８４】
で乗算することにより、周波数依存の加重も行われる。周波数応答曲線は、この場合、加重フィルタW(ω)が高い値をとる周波数範囲でますます減少する。しかしながら、より高い共鳴の振幅がここでは自然に急激に低下することにより、これは必ずしも必要ではない。
【００８５】
図7に示すのとは異なり、回転数だけでなく全ての状態変数がフィードバックされる場合、最適化問題(式7)は閉鎖状態で解決できる。この場合、静的フィードバックが最適であること、つまり、動的制御装置を使用しても、より良い結果は得られないであろうことが示され得る。この場合、結果として生じる制御装置は、関連文献で知られているリカッチ制御装置に対応する。
【００８６】
ただし、例えば回転数の全てまたはまた一部のみの静的フィードバックに制御装置を制限する場合、(式7)の閉鎖的な解決方法は一般に不可能であり、数値の最適化を実行する必要がある。これは、Matlabプログラムパッケージのコントロール・システム・ツールボックスのSystune機能を使用して実行できる。これにより、不等式の制約を直接考慮することもできるため、最適化問題
【００８７】
【数１９】
2020531314.tif 000021
【００８８】
を考慮できる。
【００８９】
入力結合を使用したPI出力フィードバック:
図7における構造の制御パラメータRおよびrIの計算のために、最適化問題を
【００９０】
【数２０】
2020531314.tif 000022
【００９１】
に対応して拡張する必要がある。ここで、2つの制御装置コンポーネントの操作変数は個別に制限される。剛体の回転数を制御するために必要な操作変数は、起動時の摩擦および指定された加速度から直接生じる。モータのさらに存在しているトルクリザーブは、uRを介して(歯側面の浮き上がりを考慮して)振動減衰に使用できる。したがって、変数aTは実際の自由度を表すものではなく、個別の制限により、後に異なる概念の比較が容易になる。低周波数はより強く加重されるため、品質基準においては、制御偏差eR自体ではなく剛体回転数の統合制御偏差xIが評価される。
【００９２】
剛体回転数の必要な制御は、システムの残りの動特性よりも基本的に遅く、Rに本質的でない程度にのみ依存していることが分かる。逆に、残りの動特性は、rIによって無視できる程度にのみ影響を受ける。これにより2つのステップに分割することができ(式9)、そこでは最初に(式8)を介してRが計算される。これにより、まず、良好な振動減衰を目的としてRを構成し、その次に、例えば単に主極の位置に基づいてrIを設定することができる。ただし、この場合、制御回路の全体的な動作を厳密に確認するのが望ましい。個々のケースで剛体回転数のより高い動特性が必要な場合、制御装置の構成は(式9)による1ステップで実行する必要がある。
【００９３】
この構造に関して、tによって与えられるトルク配分はシステムパラメータであることに注意する必要がある。これが変更されると、システムが変更されるため、安定性と制御品質を確保するために新しい制御装置構成が正式に必要になる。あるいは、μ分析を使用して、固定制御装置に対し、全ての賢明なt(tの要素の合計が1になり、tに負の要素は生じない)に関する安定性のテストを実行できる。制御された剛体回転数(機械速度)の動特性がシステムの振動性の固有値と比較して十分に遅い場合、頑健な安定性が実証され、それを超えても振動減衰の制御動作に対するtのわずかな影響のみが示され得ることが期待できる。これにより、制御の動作中に新しい制御装置構成なしでトルク配分を調整できる。
【００９４】
PI多変量出力フィードバック:
図6における構造の制御パラメータRおよびR1を計算するために、最適化問題
【００９５】
【数２１】
2020531314.tif 000023
【００９６】
が解かれる。ここで、このために異なる動特性に影響を与えることができるように、剛体回転数の積分偏差xI,v、および操作変数差XI,△uの積分偏差が個別に加重される。
【００９７】
次の比較と様々な制御回路構成の議論のために、||uR←z||2≦10の均一な設定制限が使用される。これは、同じ操作変数使用にほぼ対応している。制御装置内のIコンポーネントは、剛体回転数またはトルク差の制御にゆっくりとした動きがあるように設定されるため、振動減衰に大きな影響はない。このため、以下では静的フィードバックRのみを考慮するだけで十分である。
【００９８】
上記の図8は、1つ、2つ、またはN=10のモータを使用した場合の達成可能な振動減衰の光学的評価のための外乱入力zから角度差dへのフロベニウスノルム(式3)の経過を示している。達成されたH2システム標準は、凡例では比較するために示されている。規制されていないシステム(狭い破線)は、弱く減衰した共振を明示している。ここでの参照は、自由度ごとに1つのモータを備えた完全に作動するシステム(狭い実線)であり、それによりシステムを最も減衰させると予想される。位置1のモータ(実線)によってすでに、約50rad/s、120rad/s、および180rad/sでの第1の共振の大幅な減衰を達成できる。対照的に、位置5に第2のモータを追加しても、1番目および3番目の共振(広い破線)では本質的でない程度にのみ有益である。これの1つの理由は、図3に示される位置5において、第1および第3の固有値に対する影響が弱いためである。それとは逆に、第2の固有値への影響は良好であり、ここで減衰がより大きいことを明らかにする。最後の位置Nが、第2のモータに選択される場合(広い一点鎖線)、達成可能な減衰(固有形状によって予想される)はより強くなるであろう。下の図8では、操作変数uRへの外乱入力のノルムが示されている。主要な調整作業は、約25rad/sから約300rad/s(≒50Hz)の間の関連する周波数帯域内で行われる。
【００９９】
図9は、固定されたモータ位置1および5における戻り量の影響を示している。参照は状態フィードバック(狭い実線)である。全ての状態ではなく、全ての回転数のみがフィードバックされる場合(広い破線)、システムは実際に、期待されたのとまさに同様に良好に減衰することができる。連結した回転数、つまり設定位置の回転数のみがフィードバックされる場合、達成可能なシステムの減衰はすでにかなり低くなっている(広い破線)。位置N(広い実線)でさらなる回転数をフィードバックすると、(第2の共振を犠牲にして)1番目と3番目の共振の減衰が顕著に増加する。
【０１００】
印刷機の回転数制御のための2つの制御装置構造が提示され、制御装置パラメータの構成のための最適化ベースの方法が挙げられた。後者は、その際、様々なあり得る駆動装置構成の体系的かつ客観的な評価を可能にする。これは例として論じられた。結果は、その際、固有形状の観察からの定性的内容と一致する。
【０１０１】
例えば、機械座標からの単一の回転数または異なる速度変数からの平均値を、機械速度用の制御変数として使用できる。提案されているように、この座標(パルスセットから得られる)でのそれぞれの質量慣性によって個々の回転数の値を加重することが有利な場合がある。したがって、機械速度の制御変数は、局所的な回転数変動からより独立しているが、それは、この平均値形成が、特にここに存在する低い機械的減衰の場合、剛体回転数に属する固有形状に対応するため、質量行列に関して残りの固有形状に対してほぼ直交するからである。
【０１０２】
操作変数の差をさらなる制御変数として使用するか、静止操作変数全体の調整可能な分割により、印刷機にさらに好影響を与えることができる。この制御変数により、トルク方向に影響を与えることができ、動作中の変化を防ぐことができるため、起こり得る歯側面の浮き上がりが防止される。機械速度、機械加熱、または圧力モジュールの状態などの機械状態の変更により、印刷機の合計トルク必要量が変化すると、歯車列内のトルクフローが変化し、個々のモジュール間の平均シフトが変化する。印刷技術に関するこの不利な効果は、差動トルクを設定することでも対処できる。
【０１０３】
例えば印刷機の動作状態の変化、例えば生産速度(機械速度)の変化による、例えば周期的な加速メカニズムまたは一時的な外乱による、好ましくない周期的な外乱に基づく局所的な角度または回転数の偏差は、静的回転数フィードバックによるアクティブなねじり振動減衰によって達成される。
【０１０４】
モーダル解析(固有形状)および印刷機固有のさらなる境界条件によって、測定要素およびアクチュエータに有利な位置が挙げられ、様々な可能性が例として検討された。
【０１０５】
視覚的評価および様々な制御装置の値ベースの比較のための可能性が挙げられ、制御パラメータの最適化に使用された。機械速度用の運転特性に対する動的要求が低い場合、静的回転数フィードバックを個別に構成して、関連する(動的)固有特性(外乱伝達特性)に影響を与えることができる。両方の制御装置構造に対して、1ステップまたは2ステップの手順用の最適化問題が設定された。
【符号の説明】
【０１０６】
１  給紙部
２  排紙部
３  第１の印刷モジュール
４  印刷モジュール
５  塗装モジュール
６  旋回モジュール
７  旋回ドラム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2020531314.tif 000028
【図６】
2020531314.tif 000029
【図７】
2020531314.tif 000030
【図８】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年2月25日(2020.2.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動系統に接続された1つまたは複数の主駆動モータ(M)を備えた、モジュール式に構成された印刷機、特に枚葉印刷機の制御であって、
前記駆動系統は、モジュール内の互いに接続された可動部品によって形成され、
機械速度および振動のアクティブな減衰の制御のために、中央制御装置ユニット(ZR)が使用され、
制御のために駆動系統の異なる位置の複数の回転数が使用され、
前記回転数はセンサ(S)によって検出され、および/または観察者によって推定され、
PI多変数制御装置が制御装置構造として使用され、
前記制御装置構造は、一定のまたは可変の印刷機の状態に依存するトルク配分が実現されるように、入力結合によって簡略化される
ことを特徴とする、制御。
【請求項２】
各回転数が、全ての主駆動モータに作用するか、または複数の出力誤差が全ての主駆動モータに作用する
ことを特徴とする、請求項1に記載の制御。
【請求項３】
機械速度制御変数が、様々な現在の回転数の加重平均から計算され、
それぞれの重量は前記駆動系統の質量慣性から生じる
ことを特徴とする、請求項1または2に記載の制御。
【請求項４】
機械速度制御変数に加えて、好ましくは作動トルクの差などのさらなる制御変数が選択される
ことを特徴とする、請求項1から3のいずれか一項に記載の制御。
【請求項５】
差動トルクが、計算モデルにより、駆動系統における歯側面の浮き上がりが防止されるように選択される
ことを特徴とする、請求項1から4のいずれか一項に記載の制御。
【請求項６】
制御装置設計が、運転特性および外乱特性に応じて個別になされる
ことを特徴とする、請求項1から5のいずれか一項に記載の制御。
【請求項７】
制御装置パラメータが、システム標準を最適化することによって得られ、
被最適化システムが、システム入力として主要な外乱源の位置、およびシステム出力として印刷品質に関連する差分角を有する
ことを特徴とする、請求項1から6のいずれか一項に記載の制御。
【請求項８】
前記駆動系統の固有形状および主要な外乱源の位置が、前記主駆動モータの位置決めに使用され、
前記主駆動モータが、好ましくは、最後のモジュールおよび/もしくは第1のモジュール内、ならびに/または旋回モジュールの領域内の周辺位置にある
ことを特徴とする、請求項1から7のいずれか一項に記載の制御。
【国際調査報告】
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2020531314.tif 000034
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