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Einrichtunz zur RRisterrenelunn für Rotationsmaschiaan
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Beim Mehrfarbendruck auf Tiefdruck-Rotationsmaschinen wird eine farbige
Vorlage in die Farbanteile gelb, rot, blau und schwarz zerlegt. Jedem Farbanteil
ist ein Druckwerk (Register) der Rotationsdruckmaschine zugeordnet. Die Papierbahn
durchläuft nacheinander die von einer Hauptwelle dder von Einzelantrieben angetriebenen
Druckwerke. Jedes Druckwerk druckt den entsprechenden Farbanteil so, daß danach
diese Farbanteile konturentreu (registerhaltig) Ubereinander liegen. Eine Registerregelung
korrigiert auftretende Konturdifferenzen (Registerfehler).
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Zur Erfassung des Registerstandes wird beim Druck Jedes Farbanteils
vor oder neben den Druck spiegel eine entsprechende Paßmarke gedruckt. Ein Bahntaster
überwacht die zeitliche Folge der Paßmarken, die ein Maß für die Registerhaltigkeit
darstellt.
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Der Registerfehler kann beispielsweise als analoges elektrisches Signal
gewonnen werden, wenn beim Erscheinen der ersten Paßmarke ein Integrator an eine
konstante Gleichspannung angeschaltet und beim Auftreten der zweiten Paßmarke von
der Gleichspannung abgeschaltet wird. Die Ladespannung des Integrators wird bis
zum Erscheinen der dem nächsten Druck spiegel zugeordneten ersten Paßmarke gespeichert.
Mit der ersten Paßmarke des nächsten Druckspiegels wird der Integrator gelöscht
und erneut an die konstante Gleichspanng angeschaltet. Der auf diese Weise als analoge
Gleichspannung dargestellte Registerfehler wird im Vergleichspunkt eines Registerreglers
mit einem Sollwert verglichen. Der Registerregler beeinflußt ein Stellglied solange,
bis der Registerfehler verschwunfen ist, bzw. einen vorgegebenen Wert angenommen
hat.
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Bei bekannten Registerregelungen tritt eine Totzeit in der Messung
des Registerfehlers auf, die durch die Zeitdifferenz zwischen dem Durchlaufen des
Registers und dem Erreichen des Bahntasters geweben ist. Durch diese Totzeit in
der Messung des Registerfehlers greift der Registerregler verzögert ein. Als Registerregler
wird ein Regler mit integralem Zeitverhalten verwendet, insbesondere ein PI-Regler.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Registerregelung
zu schaffen, die eine raschere Ausregelung eines auftretenden Registerfehlers ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein als verzögerungsfreier
Regler ausgebildeter Zustandsregler zur Ansteuerung des Stellgliedes und ein als
Integralregler auSgebildeter Korrekturregler vorgesehen sind, wobei die den Korrekturregler
aussteuernde Regeldifferenz aus Sollwert und Istwert des Registerfehlers gebildet
und die den Verzögerungsfreien Zustandsregler aussteuernde Regeldifferenz aus dem
Sollwert des Registerfehlers und aus dem Ausgangssignal des Korrektrreglers, dem
gewichteten Istwert des Registerfehlers, sowie gewichteten Meßwerten von relevanten
Zustandsgrößen der Regelstrecke gebildet ist.
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Die ErfindunNgeht davon aus, daß sich das Auftreten eines Registerfehlers
bereits im relevanten Zustandsgrößen der Regelstrecke vorankündigt. Als relevante
Zustandsgrößen kommen die Drehzahl des Stellgliedes zur Ausregelung des Registerfehlers
und die auf die Papierbahn einwirkende Zugkraft zwischen zwei Klemmstellen in Betracht.
Man könnte nun zwar daran denken, als Registerregler wiederum einen üblichen PI-Begler
vorzusehen und diesem beispielsweise eine unterlagerte Zugkraftregelung zuzuordnen.
Dabei würdetich Jedoch Schwankungen der Zugkraft im Ausgangssignal des PI-Registerreglers
nit der durch dessen integralem Anteil verursachten Verzögerung auswirken.
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Die Erfindung beschreitet einen anderen Weg. Die erfindungsgemäuse
Einrichtung zur Registerregelung enthält einen verzögerungs-
freien
Zustandsregler und einen integralen Korrekturregler. Der verzbgerungsfreie Zustandsregler,
der insbesondere als Proportionalregler ausgebildet ist, erhält gewichtete Meßwerte
für die relevanten Zustandsgrößen zugeführt. Die Gewichtung der Meßwerte der relevanten
Zustandsgfößen wird hinsichtlich ihres Einflusses auf den Registerfehler so vorgenommen,
daß eine hohe Regeldynamik bei guter Dämpfung gewährleistet ist. Für die relevanten
Zustandsgrößen ist lediglich zeine übliche Meßwertglättung vorgesehen; die genannten
Meßwerte werden jedoch nicht über Glieder mit integralem Verhalten geführt. Das
Ausgangssignal des Zustandsreglers zur Steuerung des betreffenden Stellgliedes reagiert
somit praktisch verzögerungsfrei auf änderungen der relevanten Zuttandsgrößen und
auf änderungen im Sollwert und im Istwert des Registerfehlers. Der integrale Korrekturregler,
der den Vergleich des Istwertes des Registerfehlers mit seinem Sollwert durchführt,
bewirkt eine hohe stationäre Regelgüte der erfindungsgemäßen Registerregelung. Der
Korrekturregler regelt somit nur dieJenigen Regeldifferenzen aus, die der Zustandsregler
nicht ausregeln konnte. Bei Sollwertänderungen und Laststörungen greift der integrale
Korrekturregler nur in dem Maße ein, in dem der Zustandsregler nicht mehr in der
Lage ist, die Regeldifferenz zu Null zu machen.
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Wenn bei einer Registerregelung häufig auftretende größere Sollwertänderungen
zu erwarten sind, so sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, daß
dem Vergleichspunkt des Integralreglers der Sollwert des Registerfehlers über ein
als Glättungsglied ausgebildetes Sollwertfilter zugeführt ist, dessen Glättungszeitkonstante
kleiner bis ungefähr gleich ist der Ersatzzeitkonstante des mit dem Zustandsregler
geregelten Regelkreises. Das Sollwertfilter sorgt dafür, daß der integrale Korrekturregler
bei Sollwertänderungen nicht übermäßig aufgeladen bzw. umgeladen werden muß. Bei
zahlreichen Registerregelungen sind jedoch von vornherein nur selten auftretende
kleine Sollwertänderungen zu erwarten. In diesen Fällen kann auf ein derartiges
Sollwertfilter verzichtet werden.
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Bei der erfindungsgemäßen Registerregelung kann als Zustandsregler
ein stetig arbeitender analoger oder digitaler Proportionalregler verwendet werden.
In diesem Fall werden als relevante Zustandsgrößen die Drehzahl des Stellgliedes
und die Zugkraft in der Papierbahn erfaßt und auf den Proportionalregler aufgeschaltet.
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Es ist jedoch auch möglich, als Zustandsregler einen Proportional-Differential-Regler
erster Ordnung vorzusehen, der entweder als Abtastregler oder als kontinuierlicher
Regler ausgebildet ist.
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In diesem Falle genügt es, die Zugkraft in der Papierbahn als relevante
Zustandsgröße auf den PD-Regler erster Ordnung aufzuschalten. Die Messung der Drehzahl
des Stellgliedes kann durch den differenzierenden Anteil eines derartigen Zustandsreglers
ersetzt werden, da im Stellsystem keine relevanten Störungen auftreten.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung und ihre in den Unteransprüchen
gekennzeichneten Ausgestalungen werden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigen: Fig. 1 und 2 schematische Darstellungen von Regelstrecken, Fig. 3 ein Strukturschaltbild
einer erfindungsgemäßen Registerregelung, Fig. 4 ein Schaltbild eines erfindungsgemäßen
Registerreglers, Fig. 5 ein Strukturschaltbild einer erfindungsgemäßen Registerregelung
mit einem Abtastregler als Zustandsregler.
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In Fig. 1 durchläuft die Papierbahn C in Pfelrichtung nacheinander
die Druckwerke A und B, denen nicht näher dargestellte Einzelantriebe zugeordnet
sein sollen. Mit ko ist die Zugkraft bezeichnet, die in der in das Druckwerk A einlaufenden
Papierbahn wirkt. Die Zugkraft k zwischen den Druckwerken A und B wird von einer
schematisch dargestellten Zugkraft-Meßeinrichtung D erfaßt. Das Druckwerk B, bzw.
sein nicht dargestellter Einzel-
antrieb, ist mit einem Tachogenerator
E zur Erfassung der Drehzahl n gekoppelt. Wenn das Druckwerk B, bzw. sein nicht
dargestellter Einzelantrieb, als Stellglied einer Registerregelung verwendet wird,
so stellt die vom Tachogenerator E erfaßte Drehzahl n des Druckwerkes B eine relevante
Zustandsgröße dar.
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Weiterhin ist ein schematisch dargestellter Bahntaster F vorgesehen,
der den Registerfehler erfaßt und in eine proportionale elektrische Spannung y als
Registerfehler-Istwert umsetzt.
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In Fig. 2 wird die Papierbahn C über eine Registerstellwaze G gelenkt.
Die Registerstellwalze G ist über eine schematisch dargestellte Zahnstange und eineGetriebe
von einem Elektromotor H in der Höhe verstellbar. Der Elektromotor H kann als Schrittmotor,
als robuster Asynchronmotor oder als Gleichstrommotor ausgebildet sein. Zur Erfassung
der Drehzahl des Elektromotors H ist dieser mit einem Tachogenerator J gekoppelt.
In diesem Falle wird das Stellglied durch die Registerstellwalze G, das Getriebe
und den Elektromotor H gebildet. Die vom Tachogenerator J erfaßte Drehzahl n des
Elektromotors H stellt eine relevante Zustandsgröße dar. Weiterhin sind wiederum
eine Zugkraft-Meßeinrichtung D zur Erfassung der Zugkraft k als weiterer relevanter
StellgnBße, sowie ein Bahntaster F zur Erzeugung einer dem Registerfehler proportionale
Istwertspannung y vorgesehen.
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Das in Fig. 3 dargestellte Strukturschaltbild bezieht sich auf ein
Stellglied, wie es in Fig. 1 dargestellt ist. Die im Ausführungsbeispiel der Fig.
3 veranschaulichte Einrichtung zur Registerregelung enthält einen als Proportionalregler
dargestellten Zustandsregler 1 und einen als Integralregler dargestellten Korrekturregler
2. Das Ausga'ngssignal des Zustandsreglers 1 an Klemme 3 steuert ein Stellglied
4, dag schematisch als Elektromotor dargestellt ist, der -über einen von einem Steuersatz
gesteuerten Gleichrichter gespeist wird. Der Ausgangsgröße des Stellgliedes 4 überlagert
sich im Summationipunkt 6 als Störgröße die Zugkraft ko, die in der Papierbahn vor
dem Eintritt in das Register A herrscht. Sowohl die Drehzahl des Druckwerkes bei
einem Stellglied nach Fig. 1, wie auch die Dreh-
zahl des Stellmotors
H bei einem Stellglied mit Registerstellwalze nach Fig. 2 beeinflussen die Zugkraft
zwischen den Druckwerken über eine Verzögerungszeitkonstante, während die Zugkraft
ihrerseits integral auf die Farbverschiebung wirkt.
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Zur näheren Erläuterung wird auf den Aufsatz "Dynamik des Längsregisters
bei Rollenrotationsmaschinen verwiesen, der in Siemens Forschungs- und Entwicklungs-Berichte
Band 5 (1976), Seite 17 bis 20 (Teil 1) und Seite 65 bis 71 (Teil 2) veröffentlicht
ist.
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In Anlehnung an die dort beschriebenen Erkenntnisse ist ein übertragungsglied
7 zur BerUcksichtigung der Bahnzeitkonstante vorgesehen. Ein Totzeitglied 8 berücksichtigt
die Laufzeit der Papierbahn zwischen zwei aufeinanderfolgenden Druckwerken. Ein
Block 9 berücksichtigt die Registerzeitkonstante.
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Die Drehzahl n des Stellgliedes (siehe Fig. 1, Fig. 2) erscheint hinter
einem als Glättungsglied 11 dargestellten Istwertfilter an der Klemme 10 und wird
in einem Proportionalglied 20 gewichtet.
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Der Meßwert k der Zugkraft in der Papierbahn erscheint hinter einem
weiteren Glättungsglied 14 als Istwertfilter an der Klemme 13 und wird über ein
weiteres Proportionalglied 15 gewichtet.
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Der Istwert des Registerfehlers y erscheint am Ausgang eines Blockes
17, der die Totzeit, das Abtastverhalten und die integrale Mittelwertbildung beschreibt.
Der Registerfehler-Istwert y an Klemme 16 wird einerseits über ein weiteres Proportionalgliedl8
mit gewichtet, sowie andererseits im Vergleichspunkt 20/dem an der Klemme 22 eingespeisten
Sollwert y* ftir den Registerfehler verglichen.Die Regeldifferenz zwischen Sollwert
und Istwert des Registerfehlers steuert den integralen Korrekturregler 2 aus.
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Im Summationspunkt 5 des Zustandsreglers 1 wird die Differenz zwischen
dem Reginterfehler-Sollwert y* und den Ausgangssignalen der Proportionalglieder
12, 15 und 18 und dem Ausgangssignal des integralen Korrekturreglers 2 gebildet.
Der Zustandsregler 1 wird somit durch die Regeldifferenz zwischen dem R'egisterfehler-Sollwert
y* und der Summe der gewichteten Zustands signale für
die Drehzahl
n des Stellgliedes, für die Zugkraft k in der Papierbahn und für den Registerfehler
y verglichen. Jede Änderung der Zustands summe beeinflußt unmittelbar und unverzdgert
das Ausgangssignal des Zustandsreglers 1 und damit auch das Stellglied 4. Der Zustandsregler
ist somit für die Dynamik der Regelurgverantwortlich. Der zuaCtzliche integrale
Korrekturregler sorgt für eine hohe stationäre Regelgüte. Das durch die Integrationszeitkonstante
bestimmte integrale Verhalten des Korrekturreglers 2 bewirkt, daß der Korrekturregler
2 erst dann eingreift, wenn es dem Zustandsregler 1 nicht gelingt, einen aufgetretenen
Registerfehler vollständig auRzuregUln.
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Im Schaltbild der Fig. 4 ist der integrale Korrekturregler a als Operationsverstärker
23 dargestellt, dessen Rückführung mit einem Integrationskondensator 24 beschaltet
ist. Der Zustandsregler 1 ist als Operationaverstärker 38 dargestellt, dessen Rückführung
mit einem ohmschen Widerstand 39 beschaltet ist. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers
23 des Korrekturreglers 2 ist über einen ersten Eingangswid*rstand 38 mit der Eingangsklemme
16 verbunden, an der die den Istwert y des Registerfehlers abbildende Spannung ansteht.
Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 23 ist weiterhin über ein Sollwertfilter
mit den beiden Widerständen 25 und 26 und dem Kondensator 27 mit der Eingangsklemme
22 verbunden, die von der Sollwertspannung für den Registerfehler-Sollwert y* beaufschlagt
ist. Der Ausgang des Operationsverstärkers 23 ist über einen Eingangswiderstand
31 mit dem invertierenden Eingang des Proportbnalreglers 38, 39 verbunden. Der invertierende
Eingang des Regelverstärkers 38 ist außerdem über einen weiteren Eingangswiderstand
30 und einen Umkehrverstärker 29 mit der Klemme 22 für den Re terfehler-Sollwert
y*, über einen weiteren Eingangswiderstand 33 und einen weiteren Umkehrverstärker
32 mit der Klemme 16 für den Register fehler-Istwert y, über einen weiteren Eingangswiderstand
35 und einen weiteren Uikehrverstärker 34 mit der Klemme 13 für den geglätteten
Meßwert der Zugkraft k und schließlich über einen weiteren Eingangswiderstand 37
und einen weiteren UDkehrverstärker 36 mit der Klemme 10 für den geglätteten Meßwert
der Drehzahl n des Stellgliedes verbunden. Die Gerichte der dem
Zustandsregler
1 zugeführten Eingangssignale werden durch die entsprechenden Eingangiwiderstände
realisiert.
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ist Im Strukturbild der Fig. 5/der Zustandsregler als PD-Regler Na
ausgebildet, der beispielsweise als Abtastregler ausgeführt sein kann. Der integrale
Korrekturregler ist mit 2a bezeichnet. Ein derartiger PD-Regler erndglicht die Berücksichtigung
nur einer einzigen relevanten Zustandqr5ße, nämlich der Zugkraft k in der Papierbahn.
Da relevante Störungen ii Stellsystem nicht auftreten, kann die Messung der Drehzahl
des Stellgliedes als weiterer relevanter Störgröße durch den Differenzierenden Anteil
im PD-Reg1ar srsetzt werden. Anstelle eines Abtastreglers kann auch ein kontinuierlicher
PD-Regler eingesetzt werden. Dem Vergleichapunkt 5a wird der Registerfehler-Sollwert
y*, das Ausgangssignal des Korrekturreglers 2a, ein in einem weiteren Proportionalglied
15a gewichteter Meßwert für die Zugspannung k in der Papierbahn, sowie der in einem
weiteren Proportionalglied 18a gewichtete Registerfehler-Istwert zugeführt. Im Vergleichspunkt
20a des Korrekturreglers 2a wird der Registerfehler-Sollwert y* mit dem Registerfehler-Istwert
y verglichen. Der Registerfehler Sollwert y* wird dem Vergleichspunkt 20a des Korrekturreglers
2a ohne Sollwertfilter zugeführt, wenn nur mit seltenen und kleinen Sollwertänderungen
zu rechnen ist.
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4 Patentansprüche 5 Figuren