专利名称：用于对处理机的调节回路建模的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于对处理机的调节回路建模的方法，一种相应地设计的计算单 元、一种相应的计算机程序以及一种相应的计算机程序产品。虽然下面主要参照印刷机，然而本发明并不局限于此，而是可以针对在其中处理 货物轨(Warenbahn)或者材料轨的所有类型的处理机。然而，本发明尤其是可以使用在印 刷机例如报纸印刷机、零星印件印刷机、凹版印刷机、包装印刷机或者有价证券印刷机中， 以及使用在处理机例如制袋机、信封机或者包装机中。货物轨可以由纸、料子、纸板、塑料、 金属、橡胶以薄膜形式等等来构建。
背景技术：
在所涉及的处理机、尤其是印刷机中，货物轨沿着被驱动的轴(轨传输轴或者轨传 输装置)例如折页夹辊或者进给辊以及未被驱动的轴例如导向辊、引导辊、干燥辊或者冷却 辊而运动。货物轨同时借助通常同样被驱动的加工轴来加工，例如被印刷、冲压、切割、开槽 等等。被驱动的轴影响轨电压以及加工寄存器、例如色彩寄存器或者长度寄存器。在印刷机中例如调节长度寄存器和/或页面寄存器，以便实现最优的印刷结果。 已知的调节器例如P调节器、D调节器、I调节器等等及其任意组合包含调节参数，这些调节 参数必须被设置。通常的调节参数是比例放大KP、积分放大K1、微分放大KD、再调时间Tn、预 调时间Tv、延迟T等等。调节参数在现有技术中手动地通过分析阶跃应答来确定或者设置。 为此，改变引导参量(FUhrimgsgrSfie)并且针对该额定值变化来对系统特性进行研究或者 优化。随后，例如由机器操作员改变调节参数，因此其必须具有调节技术知识并且必须单个 地设置参数。如果调节段的类型及其段参数是已知的，则除了手动的参数化之外，计算的参数 化也是可能的。为此必需的是，对所观察的调节回路进行建模。调节回路结构至少包括两 个元件调节器和调节段(Regelstrecke)(段特性)。例如印刷机构的调节运动的段特性在 此通常建模为带有延迟时间T (v) s的PTl环节。调节技术上，该段特性通常借助Pl调节器 来补偿，使得得到第二阶系统。在此，对于P放大和I部分存在不同的设计标准。调节段T(V) s的时间常数在此与(要调节的轴和前面的夹持位置之间的)货物轨长 度成比例，并且与货物轨速度ν成反比。货物轨长度在此通常在生产期间保持恒定，并且仅 仅在生产转换时变化，并且必要时可以假设为恒定。由此，得到简化，其方式是段时间常数 假设为仅仅与1Λ成比例。借助这些与速度相关的时间常数，在现有技术中将调节参数适 配。在此，使用已知的设置方法例如对称最优或者根位置曲线方法。—种时间连续的调节是如下的调节其中调节器始终计算，在受事件控制的调节 中，调节器仅仅在特别的事件之后才被一次地完全计算。相应的事件在此通常与寄存器错 误的测量关联，该测量对于每个格式/产品通常执行一次。由于系统原因，在恒定的调节参 数情况下在受事件控制的调节中自动地得到与机器速度成比例增加的计算加速，因为在较 高的机器速度情况下，每单位时间分析更多的印刷标记并且由此每单位时间也执行更多的调节过程。这可以在时间连续的调节中通过线性增加的I部分(双曲线地下降的再调时间) 来建模。原则上，在通过调节特性的这种系统原因导致的变化的受事件控制的调节中，稳定 性是固有的。在时间连续的调节中，存在的问题是，段时间常数与速度成反比。通过将再调时间 与1/V成比例地适配来对付该情况。可替选地，在R=Kp(1+1/TN)的PI调节器情况下，可以 将P放大Kp以l/ν来适配。已知的方法具有的缺点是，一方面必须手动输入调节参数，这通常并不导致最优 的调节，并且另一方面用于自动适配的方法还并不足以实现最优的结果、尤其是关于干扰 特性的最优结果。
发明内容
在此背景下，借助本发明提出了一种具有独立权利要求所述的特征的、用于处理 机的调节回路建模的方法、一种计算单元、一种计算机程序以及一种计算机程序产品。有利 的改进方案是从属权利要求以及下面的描述的主题。在根据本发明的用于对用于处理货物轨的处理机、尤其是无轴的印刷机的调节回 路建模的方法中，在建模时考虑至少一个尤其是恒定的、即与轨速度无关的、和/或与速度 相关的空载时间(Totzeit)。根据本发明，由此除了通常借助材料轨长度和货物轨速度的商建模的段特性(该 段特性通过与轨速度相关的延迟时间T (ν) s表征)之外，首次还考虑在所基于的调节回路的 建模时的空载时间。通过根据本发明的解决方案，与现有技术相比，可以实现处理机所基于的调节回 路的优化的建模。在现有技术中，并未考虑空载时间。而根据本发明，现在考虑了恒定的和 /或与速度相关的空载时间，以便在所有速度范围中都实现良好的结果。例如，与速度相关 的空载时间通常在低速度情况下具有大的影响，该影响随着增大的货物速度而降低。然而 正是在该速度范围中，恒定的空载时间的影响起到特别干扰的作用，因为其根据定义并不 表现出速度相关性，并且由此在该速度范围中段特性会占主导。可以考虑借助本发明建模 的调节回路，以便借助已知的方法尤其是自动确定调节参数。调节参数由此最优地与所基 于的处理机协调并且可以省去用户的手动输入。由此，避免了在机器装置中的重要错误源。有利的是，所述至少一个恒定的空载时间包含从传感器至计算单元的数据传输时 间、传感器的测量时间或者计算时间、和/或计算单元的计算时间。在构建为印刷机、尤其 是凹版印刷机的处理机的情况下，传感器(寄存器传感器和/或轨电压传感器)通常设置在 距主管的控制设备一定距离处。相应地，有利地要考虑的空载时间从传感器和计算单元之 间的传输时间得出，其中传感器连接到所述计算单元。测量值从传感器到控制设备的传输 例如可以通过网络或者通过现场总线进行。另一有利地要考虑的空载时间从传感器的测量 时间得出。该空载时间通过如下时段来定义传感器需要该时段以便从标记到达传感器的 时刻开始将测量信号提供给传感器输出端。这可以包含内部处理，例如计算和提供位置或 者距离。最后，所使用的计算单元也包含空载时间，其通过在传感器接收测量值和将调节值 输出给调节段之间的时段来定义。恒定的空载时间之和通常在IOms到200ms的范围中。合 乎目的的是，所提及的空载时间之一或者全部可以从外部输入、自动确定或者通过总线系统来询问。数据传输时间例如可以通过使用时间同步方法来确定。测量时间和计算时间可 以被测量。根据一个优选的扩展方案，在建模时考虑至少一个与速度相关的空载时间。合适 的是，根据处理长度和轨速度对所述至少一个与速度相关的空载时间建模。与速度相关的 空载时间例如通过如下方式得到计算单元或者调节器的调节指令并未立即起作用。例 如，滚筒的角度调整并不是跳跃式地进行，而是通过转动压印滚筒而斜坡形地分布。由 此，得到柔和的调整，其仅仅较少地影响印刷过程或者轨传输。调整的这种斜坡形的分布例 如可以建模为空载时间。此外，通过对受控的调节器的事件的时间离散采样而得到与速度 相关的空载时间。例如，在印刷机上的调节器通常每个压印滚筒旋转仅仅一次得到新的测 量值用于确定调节偏差。目前所提及的空载时间之一或者两个可以与处理长度和轨速度 (Bahngeschwindigkeit)相关地建模，其中特别合适的是与处理长度和轨速度的商的比例 性或者与处理长度和双倍的轨速度的商的比例性。例如印刷长度、例如在货物轨上两个相 同的寄存器标记之间的距离被称为处理长度。有利的是，所述至少一个与速度相关的空载时间与传感器距印刷机构的距离相关 地被建模。合适的是，建模附加地根据相互的(reziproken)轨速度来进行。此外合适的 是，传感器距印刷机构的距离可以被输入或者独立地确定。传感器通常并不直接在印刷机 构上，而是例如在若干滚筒圆周以内地位于印刷机构之后，以检测寄存器标记。货物轨必须 经过直到传感器可以检测寄存器标记的段可以建模为附加的空载时间，该空载时间随着增 加的速度而减小。根据本发明的一个有利的实施形式，在调节回路环节中合并所述至少一个恒定的 和/或所述至少一个与速度相关的空载时间。合适的是，该调节回路环节例如建模为PTi 环节。通过这种方式，可以将所有考虑到的空载时间考虑为调节回路内的总空载时间，这特 别地简化了调节回路的建模。根据本发明的实施形式，由此将货物轨速度、货物轨长度(即 两个处理装置之间的长度)、处理长度(即货物轨上在两个重复的处理位置之间的距离)、传 感器距处理装置的距离、从传感器至计算单元的数据传输时间、传感器的测量时间和/或 计算单元的计算时间输入到调节回路环节中。本发明的该扩展方案的优点是，全部输入的 参量是处理机的几何参数或者物理参数，它们仅仅需要被一次确定，或者是在所述机器中 已知或者可以容易地确定的参数，例如货物轨速度。合乎目的的是，基于被建模的调节回路来确定调节器参数。该确定尤其是可以自 动地在计算单元、例如控制设备或者寄存器调节器内进行。借助本发明的该优选的扩展方 案，由此可能的是，在处理的任何时刻通过处理机自动地提供调节器的最优参数化。合乎目的的是，调节器参数的设计考虑到干扰特性来进行。在典型的寄存器调 节过程中，在印刷过程期间仅仅极少通过操作员来设置寄存器调节器的额定值。因此，在 印刷过程期间调节器更确切地说用于调节出现的干扰(=调节偏差)。调节器参数的设计 由此应当考虑出现干扰的情况而不是额定值变化的情况。在比较优化策略(额定值跳跃 或者干扰特性)时，通常在根据干扰特性优化的情况下得到较高的P放大，以便更快地调 节出现的误差，该误差此外通常并不是突然地出现，而是缓慢地形成。如果这种调节器随 后被施加额定值跳跃，则这会导致强烈的 过冲并且由此导致差的调节性能。额定值跳 跃也可以通过操作员改变额定值而引起。有利的是针对干扰特性而优化，其中引导特性(Fuhrungsverhalten)合乎目的地通过对引导参量的合适的前滤波(例如借助减去点之前 的PTl滤波器)来优化，以便例如将振荡倾向最小化。前滤波用于在额定值变化时将其以较 小的强度输送给调节回路，以便尤其不将调节器驱动到极限。这又会导致非线性并且结果 导致减小的强度直到导致调节回路的振荡倾向。 合适的是，根据特性曲线族来进行调节器参数的确定。如前面已经阐述的那样，仅 仅少的变化的参量作为参数输入建模中，而多个参量例如距离、恒定的空载时间等等是固 定的。因此合适的是，根据可变的参量例如货物轨速度来提供特性曲线族，这些特性曲线族 例如可以存储在计算单元的存储装置中。通过这种方式，可以明显加速调节器的自动参数 化。 根据本发明的计算单元尤其是在编程技术上设计用于执行根据本发明的方法。本发明此外涉及一种带有程序代码装置的计算机程序，以便当计算机程序在计算 机上或者相应的计算单元上、尤其是在处理机中执行时，执行根据本发明的方法的用于对 调节回路建模和必要时参数化的所有步骤。根据本发明设计的、存储在计算机可读数据载体上的带有程序代码装置的计算机 程序产品构建用于当计算机程序在计算机上或者相应的计算单元上、尤其是在处理机中执 行时，执行根据本发明的方法的用于对调节回路建模和必要时参数化的所有步骤。合适的 数据载体尤其是软盘、硬盘、快闪存储器、EEPR0M、⑶-R0M、DVD等等。通过计算机网络(英特 网、内联网等等)下载程序也是可能的。本发明的其他优点和扩展方案由说明书和附图中得到。显然，前面提及的和后面还要阐述的特征不仅可以在各说明的组合中使用，而且 也可以在其他组合中或者单独地使用，而并不离开本发明的范围。本发明借助附图中的实施例示意性地示出，并且下面参照附图进行详细描述。
图1示出了构建为印刷机的处理机的示意图，根据本发明的方法适合于该处理 机；
图2示出了根据本发明地建模的用于处理机的调节回路的示意图； 图3在变形的准连续的视图中示出了根据图2的调节回路；并且 图4在简化视图中示出了根据图3的调节回路。
具体实施例方式在图1中构建为印刷机的处理机整体上用100表示。印刷材料例如纸101通过引 入机构(Infeed)110来输送给机器。纸101通过构建为印刷机构111、112、113、114的处理 装置来引导并且印刷，并且通过引出机构(Outfeed) 115又输出。引入机构、引出机构和印 刷机构可定位地设置，尤其是可圆柱形校正或者角度校正地被设置。印刷机构111至114 位于引入机构110和引出机构115之间的、轨电压调节的区域中。印刷机构111至114分别具有压印滚筒111’至114’，以大的压力靠置到各顶压辊 111’，至114’’。压印滚筒可以单个地和独立地驱动。所属的驱动装置111’’’至114’’’ 被示意性示出。顶压辊可自由转动地构建。印刷机构111至114分别与经过的纸101—起形成摩擦配合地相连的单元(夹持位置)。单个机构的驱动装置通过数据连接151与控制装 置150相连。此外，在印刷机构之间有多个传感器132、133、134用于检测寄存器标记，这些 传感器同样与控制装置150相连。出于清楚的原因，仅仅示出了传感器134与控制装置连 接。控制装置150尤其是包括根据本发明的计算单元的一种构型，并且设计用于自动的调 节器参数化。在各印刷机构111至114之间的轨区段中，通过未被详细阐述的辊引导纸101，所 述辊用102表示。出于清楚的原因，并非所有辊都设置有参考标记102。辊特别地可以是导 向辊、干燥装置、冷却装置或者切割装置等等。下面描述在所示的印刷机中如何执行寄存器调节和/或轨电压调节。在各轨区段 中在印刷机构112至114之间设置有传感器132、133、134，它们确定货物轨101的寄存器 状态并且为此例如构建为标记读取器。在货物轨101、例如纸经过时，分别由标记读取器检 测优选由第一印刷机构111施加的印刷标记(未示出)何时到达标记读取器。测量值被输送 给用于调节寄存器的装置(寄存器调节器)。接着，确定相应的压印滚筒112’至114’的位 置，并且该测量值同样输送给寄存器调节器。由此，可以计算相应的寄存器偏差(轨/滚筒 校正)。所确定的寄存器偏差用于定位印刷机构112至114并且优选也用于定位引入机构 110和引出机构115。可替选地，标记读取器可以测量所有前面施加的寄存器标记的位置或者标记间距 并且将其输送给用于调节寄存器的装置。由此，可以计算所施加的寄存器标记之间的相应 的寄存器偏差(轨/轨校正)以及用于定位印刷机构111至114并且优选也用于定位引入机 构110和引出机构115。可替选地或者附加地，轨优选在引入机构110和第一印刷机构111之间设置有第 一传感器，并且在最后的印刷机构114和引出机构115之间设置有第二传感器，它们实施为 轨电压传感器。由传感器(未示出)检测的轨电压值被输送给用于轨传输调节的装置(牵引 调节器)。牵引调节器根据轨电压值控制引入机构110和引出机构115的驱动装置110’’’ 和115’’’，以及优选控制印刷机构111至114的驱动装置111’’’至114’’’。根据所示的实施形式，寄存器调节器和/或牵引调节器通过使用根据本发明的方 法而自动参数化。可以理解，目前提及的牵引调节器和寄存器调节器可以体现在共同的计 算单元150例如计算机中。在图2中示意性示出了根据本发明建模的调节回路并且整体上用200表示。该调 节回路例如可以基于根据图1的印刷机。由于所基于的处理机的特性，调节回路200可以划 分为时间离散的部分210和时间连续的部分220。在时间连续的部分220中存在环节221， 其将压印滚筒响应于执行指令的斜坡形的调整建模为u (t)。斜坡形建模的执行指令u’ (t) 被传递给具有段时间Ts的调节段222。时间离散的部分210包括部分211，其包含于寄存器调节器例如SPS中，还包括部 分212，其包含于传感器中。传感器通过模拟/数字环节213来建模，该环节将连续的调节 量d12(t)作为时间离散的反馈量d12[k]输送给比较点215。寄存器调节部分211同样包括模拟/数字环节214，其由连续的引导参量w12(t)计 算时间离散的引导参量w12[k]。比较环节215计算时间离散的调节误差或者调节差y12[k]， 其被输送给实际的调节环节216。调节环节216构建为PI环节。由时间离散的调节输出量u[k]在数字/模拟环节217中计算时间连续的调定量(Stellgroesse) u(t)。在调节回路200中现在根据本发明的一个特别优选的实施形式考虑恒定的以及 与速度相关的空载时间。调节量(Regelgroesse) d12 (t)被传感器检测，其中例如被印刷的 寄存器标记所处的材料轨的范围借助LED来照明。光学单元检测寄存器标记并且将测量 信号传输给电子分析单元，该分析单元例如将寄存器标记用色彩标识并且可以计算两个不 同颜色的寄存器标记的距离。所描述的全部过程需要测量时间，该测量时间作为空载时间 Tt，SEN■来考虑并且可以为例如IOms至100ms。该空载时间属于环节213。反馈量d12[k]通过连接线路输送给寄存器调节器，这需要一定的传输时间，该传 输时间被作为另外的空载时间Tt，NET来考虑。该空载时间在大约Ims至20ms的范围中变动。 最后，计算寄存器调节器、例如SPS中的寄存器误差y12 [k]以及调定量u [k]，这又导致空载 时间Tt，SPS，其为大约Ims至20ms。根据本发明的所描述的扩展方案，除了与速度相关的空载时间还考虑这些恒定的 空载时间，其中与速度相关的空载时间通常与长度和货物轨速度的比例成比例地被建模。根据本发明的另一优选的扩展方案，这里描述的在调节回路中的空载时间可以在 调节回路环节中被合并，如其参照图3所进一步描述的那样。在图3中在简化图中示出了根据图2的调节回路，并且整体上用300表示。在该 图中绘出了各调节回路环节。调节回路300包括具有调节放大Kk以及再调时间Tn的PI环节310。由计算单元 的计算时间引起的恒定的空载时间在空载时间环节320中用空载时间Tt,SPS示出。由调定 量的斜坡特性引起的与速度相关的空载时间Twk在环节330中被建模。带有与速度相关的 段时间Tws的段特性最后在PTl环节340中被建模。在反馈中首先出现与速度相关的空载时间Twd，其通过传感器与印刷机构的距离 引起。该空载时间在空载时间环节350中被建模。通过传感器的测量时间引起的恒定的空 载时间Tt,SEN.在空载时间环节360中被建模。通过数据传输引起的恒定的空载时间Tt,NET 在空载环节370中被建模。根据本发明的另一优选的实施形式，这里描述的空载时间环节320、330、350、360 和370被合并在调节回路环节中，如参照图4所示出的那样。在图4中，在进一步简化的示 图中示出了根据图3的调节回路，并且整体上用400表示。调节回路400现在包括图3中 的PI环节310和调节段340。图3中的空载时间环节被合并在调节回路环节420中，该调 节回路环节通过总空载时间Ts来表征。调节回路环节420可以借助PTl特性来适配。可以理解，此外其他调节技术上的 适配也是可能的。在调节回路400内的调节回路环节420的调节可以由负责的本领域技术 人员来选择。例如，调节回路环节420也可以诶设置在反馈装置中。可以理解，在所示的附图中仅仅是很粗了本发明的示例性实施形式。此外，任何其 他的实施形式也是可能的，而并不离开本发明的范围。参考标记
100印刷机
101纸轨 110 引入机构111 - 114印刷机构111，- 114，压印滚筒111” - 114”顶压辊111”，- 114”，驱动装置115引出机构132，133，134寄存器标记传感器150控制装置151数据连接200调节回路210时间离散的部分220时间连续的部分221斜坡环节222调节段211SPS212传感器213,217I文字/模拟环节214模拟/数字环节215比较环节216PI环节300调节回路310PI环节320空载时间环节330斜坡环节340调节段350，360，370空载时间环节400调节回路430总空载时间环节
权利要求
1.一种用于对用于处理货物轨(101)的处理机、尤其是无轴的印刷机(100)的调节 回路(200 ；300 ；400)建模的方法，其中在建模时考虑至少一个空载时间(Tt,SENSMi，Tt, NET， TtjSPS. T(V)k, T(V)d)o
2.根据权利要求1所述的方法，其中在建模时考虑至少一个恒定的空载时间(Tt,SE_，Tt, NET，Tt’SPS)。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述至少一个恒定的空载时间(Tt,SENSMi，Tt,NET， Tt,SPS)包括从传感器(132，133，134)至计算单元(150)的数据传输时间(Tt,NET)，传感器 (132，133，134)的测量时间(Tt，SENSQK)和/或计算单元(150)的计算时间(Tt，SPS)。
4.根据上述权利要求之一所述的方法，其中在建模时考虑至少一个与速度相关的空载 时间(T(v)K，T(v)D)。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述至少一个与速度相关的空载时间根据处理长 度和轨速度来建模。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其中所述至少一个与速度相关的空载时间(T(v) D)根据传感器(132，133，134)与印刷机构(112，113，114)的距离来建模。
7.根据权利要求4至6之一所述的方法，其中所述至少一个恒定的空载时间(Tt,SENSM， Tt, NET, Tt,SPS)和/或所述至少一个与速度相关的空载时间(T(v)K，T(v)D)合并在调节回路 环节(430)中。
8.根据权利要求7所述的方法，其中将轨速度、材料轨长度、处理长度、传感器与处理 装置的距离、从传感器至计算单元的数据传输时间、传感器的测量时间和/或计算单元的 计算时间输入所述调节回路环节(430 )。
9.根据上述权利要求之一所述的方法，其中基于被建模的调节回路(200；300 ；400)确 定调节器参数(Κκ，ΤΝ)。
10.根据权利要求9所述的方法，其中针对干扰特性来进行调节器参数(Κκ，ΤΝ)的设计。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其中引导特性通过引导参量的前滤波、尤其是借 助PTl滤波器来优化。
12.根据权利要求9、10或11所述的方法，其中根据特性曲线族来确定调节器参数(Κκ，ΤΝ)。
13.根据上述权利要求之一所述的方法，其中调节器的功能是轨电压调节和/或寄存器调节。
14.根据上述权利要求之一所述的方法，其中处理机是印刷机，尤其是凹版印刷机或者 苯胺印刷机。
15.一种计算单元(150)，其设计用于执行根据上述权利要求中的任一项所述的方法。
16.一种计算机程序，其具有计算机代码装置，以便当所述计算机程序在计算机或者相 应的计算单元(150)上运行时，执行根据权利要求1至14的任一项所述的方法的所有步骤。
17.一种计算机程序产品，其具有计算机代码装置，所述计算机程序产品存储在计算机 可读的数据载体上，以便当所述计算机程序在计算机或者相应的计算单元(150)上运行时， 执行根据权利要求1至14的任一项所述的方法的用于控制补偿器的所有步骤。
全文摘要
一种用于对用于处理货物轨的处理机、尤其是无轴印刷机的调节回路(300)建模的方法，其中在建模时考虑至少一个空载时间(Tt,SENSOR,Tt,NET,Tt,SPS,T(v)R,T(v)D)。
文档编号B41F33/00GK102112315SQ200980130278
公开日2011年6月29日 申请日期2009年6月19日 优先权日2008年7月31日
发明者H·施纳贝, S·舒尔茨 申请人:罗伯特.博世有限公司