CN113311786A - 基于集员辨识的电子轴凹印机套色控制方法、系统及介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于集员辨识的电子轴凹印机套色控制方法、系统及介质,该方法包括:获取实际测量误差,并将实际测量误差与基础模型仿真结果做差值得到第一残差;其中,基础模型为套色误差与控制量之间的关系模型;根据实际控制量在预设残差模型集合中辨识出预设残差与第一残差的差值最小的预设残差模型,并确定预设残差模型中的参数数值;其中,预设残差模型为预设残差与控制量之间的关系模型;根据基础模型及预设残差模型确定套色控制模型;获取套色误差,并根据套色控制模型控制印刷版辊按照模型控制量进行运行。本发明实施例能够进一步减小套色误差,使得模型结果更接近实际结果,可广泛应用于印刷控制领域。
Description
技术领域
本发明涉及印刷控制领域,尤其涉及一种基于集员辨识的电子轴凹印机套色控制方法、系统及介质。
背景技术
电子轴凹印机是一种卷对卷印刷系统,在电子轴凹印机印刷过程中,卷筒纸从放卷部分运出,通过进纸部的张力控制器将卷筒纸张力保持在稳定水平,然后将卷筒纸送入多色印刷部,由各印刷单元中的凹版滚筒依次将不同的图案印刷在卷筒纸上,最后将卷筒纸卷积到出纸部,由各个色组印刷的图案最后会形成所需的复杂多色图案。其中图案这在印刷过程中的位置不对称称为套色误差,需要将套色误差调节至合理的范围之内。印刷产品质量的衡量标准是套色的准确性,因此,当印刷过程中光电眼检测到印刷图案之间存在位置的相对偏差之后,就会产生套色误差,此时就必须建立精准的模型来减小或者消除套色误差,否则印刷产品的质量将受损。过去对电子轴凹印机系统的建模很少有完全考虑系统的噪声之类的因素,这导致建立的数学模型与实际误差有所偏离。因此,建立精确的模型是目前在凹印机领域中重要的任务。
电子轴凹印机印刷系统是一种复杂的耦合系统,并且数学模型的建立也是较为困难的工作之一,因为导致建模误差的因素有很多,对于不同的印刷方式,模型建立的方法也不径相同。传统的一种建模方法是基于系统数学模型的前馈解耦模糊PD控制建模,但受限于高阶方程的离散化处理,因此模型不能对系统进行完全解耦;另一种建模方法为直接解耦PD建模,虽然其模型精度优于上一种方法,但是其在消除噪声、扰动影响方面存在不足。因此基于上述两种方法,建模误差还能进一步缩小。
发明内容
有鉴于此,本发明实施例的目的是提供一种基于集员辨识的电子轴凹印机套色控制方法、系统及介质,该控制方法能够进一步减小套色误差,使得模型结果更接近实际结果。
第一方面,本发明实施例提供了一种基于集员辨识的电子轴凹印机套色控制方法,包括以下步骤:
获取实际测量误差,并将所述实际测量误差与基础模型仿真结果做差值得到第一残差;其中,所述基础模型为套色误差与控制量之间的关系模型;
根据实际控制量在预设残差模型集合中辨识出预设残差与所述第一残差的差值最小的预设残差模型,并确定所述预设残差模型中的参数数值;其中,所述预设残差模型为预设残差与控制量之间的关系模型;
根据所述基础模型及所述预设残差模型确定套色控制模型;
获取套色误差,并根据所述套色控制模型控制印刷版辊按照模型控制量进行运行。
可选地,所述基础模型通过简化色组结构和质量守恒定律建立,简化后的色组结构中包含印刷版辊和穿料长度,所述印刷版辊的半径相同。
可选地,第2色组的预设残差模型集合与其它色组的预设残差模型集合不同。
可选地,所述第2色组的预设残差模型集合包括:
其中,ΔE2(s)表示第2色组的预设残差,Δω2(s)表示第2色组的控制量,A1、A2及A3分别表示待确定的参数数值,s为复频域的变量,a2表示系统参数。
可选地,所述其它色组的预设残差模型集合包括:
其中,ΔEi(s)表示第i色组的预设残差,Δω2(s)表示第2色组的控制量,A1、A2及A3分别表示待确定的参数数值,s为复频域的变量,ai表示系统参数。
可选地,根据以下指标确定所述预设残差模型结合中的参数数值:
Ei残差表示第i个色组的实际测量误差与基础模型的第一残差,ΔEi表示第i个色组的预设残差。
第二方面,本发明实施例提供了一种基于集员辨识的电子轴凹印机套色控制系统,包括:
残差获取模块,用于获取实际测量误差,并将所述实际测量误差与基础模型仿真结果做差值得到第一残差;其中,所述基础模型为套色误差与控制量之间的关系模型;
预设残差模型确定模块,用于根据实际控制量在预设残差模型集合中辨识出预设残差与所述第一残差的差值最小的预设残差模型,并确定所述预设残差模型中的参数数值;其中,所述预设残差模型为预设残差与控制量之间的关系模型;
套色控制模型确定模块,用于根据所述基础模型及所述预设残差模型确定套色控制模型;
套色控制模块,用获取套色误差,并根据所述套色控制模型控制印刷版辊按照模型控制量进行运行。
第三方面,本发明实施例提供了一种基于集员辨识的电子轴凹印机套色控制系统,包括:
至少一个处理器;
至少一个存储器,用于存储至少一个程序;
当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行,使得所述至少一个处理器实现第一方面实施例所述的套色控制方法。
第四方面,本发明实施例提供了一种存储介质,其中存储有处理器可执行的程序,所述处理器可执行的程序在由处理器执行时用于执行第一方面实施例所述的套色控制方法。
第五方面,本发明实施例提供了一种基于集员辨识的电子轴凹印机套色控制系统,电子轴凹印机包括若干个色组,电子轴凹印机的每个色组均安装有套色控制系统;所述套色控制系统包括传感装置和控制器,其中传感装置用于检测套色误差,并将套色误差发送给控制器;控制器用于根据第一方面实施例所述的套色控制方法对电子轴凹印机的伺服电机进行控制。
实施本发明实施例包括以下有益效果:本发明实施例的套色控制模型在基础模型的基础上添加了预设残差模型,通过预设残差模型补偿实际测量误差和基础模型仿真结果的残差,实现补充凹印机印刷过程中由于噪声或扰动等因素引起的系统误差,从而减少系统套色误差,提高套色精度,增加系统的鲁棒性,可广泛应用于套色控制系统中。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种基于集员辨识的电子轴凹印机套色控制方法的步骤流程示意图;
图2是本发明实施例提供的一种电子轴凹印机相邻两个色组的简化结构图;
图3是本发明实施例提供的一种电子轴凹印机在运行过程中的位置关系图;
图4是本发明实施例提供的一种第二色组的基础模型、基础模型加补充模型、实际误差响应曲线三者的对比图;
图5是本发明实施例提供的一种第二色组的第一残差、第一残差与补充模型的差值两者的对比图;
图6是本发明实施例提供的一种第三色组的基础模型、基础模型加补充模型、实际误差响应曲线三者的对比图;
图7是本发明实施例提供的一种第三色组的第一残差、第一残差与补充模型的差值两者的对比图;
图8是本发明实施例提供的一种第四色组的基础模型、基础模型加补充模型、实际误差响应曲线三者的对比图;
图9是本发明实施例提供的一种第四色组的第一残差、第一残差与补充模型的差值两者的对比图;
图10是本发明实施例提供的一种第五色组的基础模型、基础模型加补充模型、实际误差响应曲线三者的对比图;
图11是本发明实施例提供的一种第五色组的第一残差、第一残差与补充模型的差值两者的对比图;
图12是本发明实施例提供的一种第六色组的基础模型、基础模型加补充模型、实际误差响应曲线三者的对比图;
图13是本发明实施例提供的一种第六色组的第一残差、第一残差与补充模型的差值两者的对比图;
图14是本发明实施例提供的一种第七色组的基础模型、基础模型加补充模型、实际误差响应曲线三者的对比图;
图15是本发明实施例提供的一种第七色组的第一残差、第一残差与补充模型的差值两者的对比图;
图16是本发明实施例提供的一种基于集员辨识的电子轴凹印机套色控制系统的结构框图;
图17是本发明实施例提供的另一种基于集员辨识的电子轴凹印机套色控制系统的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。对于以下实施例中的步骤编号,其仅为了便于阐述说明而设置,对步骤之间的顺序不做任何限定,实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
凹印机的控制系统由张力控制系统和套色控制系统两大部分组成。张力控制的目的是维持印刷设备收放卷部分的张力平衡,以避免出现印刷材料褶皱和被拉断的情形,并且为印刷单元的套色控制打下基础;套色控制则是为了消除由于各种扰动因素造成的套色误差,提高套色精度和产品质量。从控制目标上看,这两个控制系统是不一样的,但是实质上,它们解决的核心问题都是张力控制的问题。在收放卷部分,安装有检测张力的压力传感器,张力控制是通过传感器检测到的张力值来反馈调节收放卷电机的速度从而维持张力的平衡。在印刷色组之间,安装有色差检测装置,套色控制是通过色差来反馈来调节印刷版辊的速度,进而调整色组间的张力,最终来消除套色误差。
本发明实施例的电子轴凹印机主要由放卷进料部分、印刷单元和出料收卷3大部分组成。放卷进料部分负责将印刷材料从缠绕材料的圆形滚轴以恒定的线速度送进印刷单元,该部分有专门的张力控制系统保障印刷张力的稳定。印刷单元将单色图案依次承印在印刷材料上,每个色组之间安装有烘干器,材料在完成当前色的印刷而后进入下一印刷单元之前,必须先烘干,以防止刚刚印上的图案花掉;为了提高套色精度,每个色组都安装有套色控制系统。出料收卷部分将印好的材料连续平稳地收集到收卷轴上。印刷前,一幅完整的彩色图案被分解为若干幅单色底片,然后刻画在圆形滚筒上制成印刷版辊。印刷时,放卷进料部分将印刷材料牵引至印刷单元,材料依次经过各个色组,进行单色印刷、热风干燥,材料在印好最后一个颜色后进入出料收卷部分,收卷电机将材料卷至收卷轴,一幅彩色图案的印刷就完成了。
套色控制系统包括传感装置和控制器,所述传感装置用于检测套色误差,并将所述套色误差发送给所述控制器,所述传感装置为光电眼;所述控制器用于存储套色误差和控制量的数学模型,并根据所述接收到的套色误差,计算出控制量,并以控制指令的方式发送到所述电子轴凹印机的伺服电机,以调节印刷版辊的角速度;所述控制量为色组印刷版辊角速度变化量。
如图1所示,本发明实施例提供了一种基于集员辨识的电子轴凹印机套色控制方法,包括以下步骤:
S1、获取实际测量误差,并将所述实际测量误差与基础模型仿真结果做差值得到第一残差;其中,所述基础模型为套色误差与控制量之间的关系模型;
S2、根据实际控制量在预设残差模型集合中辨识出预设残差与所述第一残差的差值最小的预设残差模型,并确定所述预设残差模型中的参数数值;其中,所述预设残差模型为预设残差与控制量之间的关系模型;
S3、根据所述基础模型及所述预设残差模型确定套色控制模型;
S4、获取套色误差,并根据所述套色控制模型控制印刷版辊按照模型控制量进行运行。
具体地,本发明实施例的建模方法采用迭代递推法以获得控制量与套色误差的基础数学模型,即印刷版辊角速度变化量与套色误差之间关系的基础数学模型,并通过所述基础数学模型来调节印刷版辊的转动方向和角度以改变低速印刷过程中的套色误差。以下详述所述基础模型的推导过程:
在印刷过程中,彩色图案被分解成多个单色分别在不同的机组上单独印刷,当承印材料沿着印刷方向依次走完各个色组,一副完整的画面就完成了。图2为电子轴凹印机相邻两个色组的简化结构图根据质量守恒定律,推导出i号凹印滚筒与(i+1)号凹印滚筒之间的角速度和卷筒纸张力的关系式:
由于扰动的存在,腹板张力和角速度可以看作是一个稳定值及其变化之和。而腹板的横截面积还与其张力有关:
将(2)式代入(1)式中,并在(1)中应用泰勒近似可得:
再根据图3所示,M1表示第i个单元打印出的图案,M2表示第i+1个单元打印出的图案,应用质量守恒定律得第(i+1)个印刷单位的套准误差表达式为:
其中,λi是第i单元打印的图案到第i单元版辊中心的长度,λi+1是第i+1单元打印的图案到第i+1单元版辊中心的长度。将公式(4)中用t等价于(t0+Li),并且对等式左右两边求导后整理可得:
应用两个印刷单元之间的质量守恒定律得:
将(2)和(6)代入(5)中得:
将rω*(t-Li)=rω*(t)=rω*代入(7)中,并应用泰勒近似得:
联立公式(3)和(8):
对(9)式进行拉普拉斯变换并简化参数得:
基于(10)式中消去模型中的张力变量T,可得控制量与套色误差之间的直接数学关系:
其中:
其中,Ei(s)为第i个色组印刷结果与第1个色组的套色误差,Δωi(s)为第i个色组印刷版辊的角速度变化量即色组i的控制量,Gi(s)表示色组i的控制量与色组i误差的传递函数,Gij(s)表示第j色组的控制量与第i个色组误差的传递函数。
基于上述控制量与套色误差之间的基础数学模型,使用仿真得到第二至第七色组误差曲线,然后用实际测量得到的误差与上述模型的仿真作差,得到此模型的一组误差数据,此组数据称之为第一残差。第一残差的产生是因为基础模型中未考虑到印刷设备在运行过程中会存在抖动、发热等机械设备固有特性,因此使用基础模型仿真得到的曲线不会非常接近实际的误差曲线。为了使模型更加接近实际误差,需要使用模型误差建模这一方法,对第一残差进行建模,将得到的误差模型与基础模型相加后再进行仿真对比。
具体地,基于上述原理,给出第二色组至第七色组的预设残差模型集或补充模型集如下,其中,公式(12)为第二色组的预设残差模型集;公式(13)为第三色组至第七色组的预设残差模型集,即i=3,4,5,6,7。
其中,ΔE2(s)表示第2色组的预设残差,Δω2(s)表示第2色组的控制量,A1、A2及A3分别表示待确定的参数数值,s为复频域的变量,a2表示系统参数。
其中,ΔEi(s)表示第i色组的预设残差,Δω2(s)表示第2色组的控制量,A1、A2及A3分别表示待确定的参数数值,s为复频域的变量,ai表示系统参数。
对于第二色组至第七色组,每个色组残差模型有五个,对此模型集进行集员辨识,确定与第一残差最接近的预设残差模型。
在第二个色组中:首先用实际测量得到的误差与上基础模型的仿真作差,得到第一残差。然后对模型一进行辨识,以第二色组实际控制量Δω2(s)计算ΔE2(s),以ΔE2(s)与第一残差之差作为输出辨识,根据指标记录下模型一中辨识得到的辨识数据和A1参数;接着对模型二进行辨识,在模型二中令A1为模型一中辨识得到的A1,根据指标记录下辨识得到的数据和A2参数;接着继续对模型三进行辨识,令A1、A2为模型一和模型二中辨识得到的A1、A2,根据指标记录下辨识得到的数据和A3参数;接着继续对模型四进行辨识,令A1为模型一中辨识得到的A1,根据指标记录下辨识得到的数据和A2参数;接着继续对模型五进行辨识,令A1、A2为模型一和模型四中辨识得到的A1、A2,辨识模型五中A3参数,根据指标记录下辨识得到的数据和A2参数。此时,在第二色组中所有的预设残差模型集中辨识出最优的预设残差模型和参数A1、A2、A3,即能得到最终模型集Ei *=Ei+ΔEi。
同理,对第三色组至第七色组进行同样的操作,得到第三色组至第七色组的最优的预设残差模型和参数A1、A2、A3,并根据套色控制基础模型及最优的预设残差模型得到最终的套色控制模型。
实施本发明实施例包括以下有益效果:本发明实施例的套色控制模型在基础模型的基础上添加了预设残差模型,通过预设残差模型补偿实际测量误差和基础模型仿真结果的残差,实现补充凹印机印刷过程中由于噪声或扰动等因素引起的系统误差,从而减少系统套色误差,提高套色精度,增加系统的鲁棒性,可广泛应用于套色控制系统中。
下面以一个具体实施例说明本申请的套色控制模型的建立过程。
首先,根据上述过程建立套色误差的基础模型;然后,根据上述预设残差模型及计算方法确定最优的预设残差模型和对应的参数数值。
根据实际采集的数据,对第二色组至第七色组进行上述的操作,得到基于集员辨识的电子轴凹印机稳速印刷过程中的数学模型,其模型如下:
其中:
i=2:A1=-0.042,A2=0.002;
i=3:A1=0.059,A2=-0.002;
i=4:A1=0.024,A2=0.001;
i=5:A1=-0.019,A2=-0.001;
i=6:A1=0.011,A2=0.001;
i=7:A1=-0.022,A2=0.001;
以上A1、A2辨识得到的数据仅为本实例中的实际结果,此结果只适用于本实例。
如图4-图15,分别表示第二色组到第七色组的基础模型、基础模型加补充模型、实际误差响应曲线三者的对比图,以及第一残差、第一残差与补充模型的差值两者的对比图;从基础模型、基础模型加补充模型、实际误差响应曲线三者的对比图可知,实际误差、基础模型仿真误差结果和新模型(基础模型加补充模型)仿真结果的误差不同,新模型的仿真是比基础模型仿真效果更好的,更加贴近实际误差;从第一残差、第一残差与补充模型的差值两者的对比图可知,新模型与实际误差的差值分布曲线更接近0,说明新模型更加准确。
如图16所示,本发明实施例提供了一种基于集员辨识的电子轴凹印机套色控制系统,包括:
残差获取模块,用于获取实际测量误差,并将所述实际测量误差与基础模型仿真结果做差值得到第一残差;其中,所述基础模型为套色误差与控制量之间的关系模型;
预设残差模型确定模块,用于根据实际控制量在预设残差模型集合中辨识出预设残差与所述第一残差的差值最小的预设残差模型,并确定所述预设残差模型中的参数数值;其中,所述预设残差模型为预设残差与控制量之间的关系模型;
套色控制模型确定模块,用于根据所述基础模型及所述预设残差模型确定套色控制模型;
套色控制模块,用获取套色误差,并根据所述套色控制模型控制印刷版辊按照模型控制量进行运行。
可见,上述方法实施例中的内容均适用于本系统实施例中,本系统实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同,并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。
如图17所示,本发明实施例还提供了一种基于集员辨识的电子轴凹印机套色控制系统,包括:
至少一个处理器;
至少一个存储器,用于存储至少一个程序;
当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行,使得所述至少一个处理器实现上述方法实施例所述的套色控制方法步骤。
可见,上述方法实施例中的内容均适用于本系统实施例中,本系统实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同,并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。
此外,本申请实施例还公开了一种计算机程序产品或计算机程序,计算机程序产品或计算机程序存储在计算机可读存介质中。计算机设备的处理器可以从计算机可读存储介质读取该计算机程序,处理器执行该计算机程序,使得该计算机设备执行上述的方法。同样地,上述方法实施例中的内容均适用于本存储介质实施例中,本存储介质实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同,并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明,但本发明创造并不限于所述实施例,熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换,这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (10)
1.一种基于集员辨识的电子轴凹印机套色控制方法,其特征在于,包括步骤:
获取实际测量误差,并将所述实际测量误差与基础模型仿真结果做差值得到第一残差;其中,所述基础模型为套色误差与控制量之间的关系模型;
根据实际控制量在预设残差模型集合中辨识出预设残差与所述第一残差的差值最小的预设残差模型,并确定所述预设残差模型中的参数数值;其中,所述预设残差模型为预设残差与控制量之间的关系模型;
根据所述基础模型及所述预设残差模型确定套色控制模型;
获取套色误差,并根据所述套色控制模型控制印刷版辊按照模型控制量进行运行。
2.根据权利要求1所述的基于集员辨识的电子轴凹印机套色控制方法,其特征在于,所述基础模型通过简化色组结构和质量守恒定律建立,简化后的色组结构中包含印刷版辊和穿料长度,所述印刷版辊的半径相同。
3.根据权利要求2所述的基于集员辨识的电子轴凹印机套色控制方法,其特征在于,第2色组的预设残差模型集合与其它色组的预设残差模型集合不同。
7.一种基于集员辨识的电子轴凹印机套色控制系统,其特征在于,包括:
残差获取模块,用于获取实际测量误差,并将所述实际测量误差与基础模型仿真结果做差值得到第一残差;其中,所述基础模型为套色误差与控制量之间的关系模型;
预设残差模型确定模块,用于根据实际控制量在预设残差模型集合中辨识出预设残差与所述第一残差的差值最小的预设残差模型,并确定所述预设残差模型中的参数数值;其中,所述预设残差模型为预设残差与控制量之间的关系模型;
套色控制模型确定模块,用于根据所述基础模型及所述预设残差模型确定套色控制模型;
套色控制模块,用获取套色误差,并根据所述套色控制模型控制印刷版辊按照模型控制量进行运行。
8.一种基于集员辨识的电子轴凹印机套色控制系统,其特征在于,包括:
至少一个处理器;
至少一个存储器,用于存储至少一个程序;
当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行,使得所述至少一个处理器实现如权利要求1-6任一项所述的套色控制方法。
9.一种存储介质,其中存储有处理器可执行的程序,其特征在于,所述处理器可执行的程序在由处理器执行时用于执行如权利要求1-6任一项所述的套色控制方法。
10.一种基于集员辨识的电子轴凹印机套色控制系统,其特征在于,电子轴凹印机包括若干个色组,电子轴凹印机的每个色组均安装有套色控制系统;所述套色控制系统包括传感装置和控制器,其中传感装置用于检测套色误差,并将套色误差发送给控制器;控制器用于根据如权利要求1-6任一项所述的套色控制方法对电子轴凹印机的伺服电机进行控制。
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