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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Antriebs eines ersten Teilsystems einer Druckmaschine.
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Bei einer Druckmaschine wird während des Druckbetriebs eine Vielzahl von Zylindern in Rotation versetzt. Da das Bedrucken eines Bedruckstoffes in einem Durchlaufprozess erfolgt, bei dem der Bedruckstoff sequentiell die einzelnen Zylinder passiert, müssen die Rotationsbewegungen der Zylinder aufeinander abgestimmt werden. Dies gilt in der Regel auch für Zylinder, die nicht unmittelbar mit dem Bedruckstoff in Kontakt kommen, wie beispielsweise die Zylinder für die Farbübertragung. Die Synchronisation der einzelnen Zylinder wird häufig dadurch realisiert, dass ein einziger Antriebsmotor vorgesehen wird, der über mechanische Kopplungsmittel wie beispielsweise Wellen, Zahnräder, Ketten und Kupplungen sämtliche anzutreibenden Zylinder antreibt.
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Durch die mechanische Kopplung der einzelnen Zylinder entsteht ein sehr komplex aufgebautes schwingungsfähiges System, so dass den Rotationsbewegungen der Zylinder ein kompliziertes Muster an Schwingungsbewegungen überlagert ist. Die Schwingungsbewegungen können die Druckqualität negativ beeinflussen. Der negative Einfluss wirkt sich besonders stark aus, wenn die Druckmaschine wenigstens einen Zylinder aufweist, der von den übrigen Zylindern der Druckmaschine mechanisch und damit schwingungsmäßig ganz oder teilweise entkoppelt ist und über einen eigenen Antrieb verfügt, so dass die Druckmaschine aus einem ersten und einem zweiten Teilsystem besteht. Das zweite Teilsystem führt das bereits erwähnte Schwingungsmuster aus, wogegen das erste Teilsystem möglicherweise nicht oder nur geringfügig oder nicht synchron zum zweiten Teilsystem schwingt. Dadurch kann es zu einem relativ abrupten Übergang in der Schwingungsbewegung zwischen benachbarten Zylindern der beiden Teilsysteme kommen.
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Es sind bereits verschiedene Maßnahmen bekannt, mit denen die negativen Auswirkungen der Maschinenschwingungen verringert werden sollen bzw. eine gute Synchronisation der Komponenten der Druckmaschine gewährleistet werden soll. So ist aus der
DE 197 40 153 A1 eine Druckmaschine bekannt, die über mehrere Elektromotoren verfügt, wobei jeder Motor ein Teilsystem der Druckmaschine antreibt. Die Ist-Winkelgeschwindigkeit jedes Elektromotors ist jeweils durch einen eigenen Regelkreis regelbar. Der Regelkreis enthält einen Beobachter, der aus der Ist-Winkelgeschwindigkeit oder dem Ist-Drehwinkel sowie dem Soll-Drehmoment des jeweiligen Elektromotors ein beobachtetes Soll-Lastmoment und eine beobachtete Soll-Winkelgeschwindigkeit für die Regelung gewinnt.
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Die
DE 42 28 506 A1 offenbart ein Verfahren und einen Antrieb für eine Druckmaschine mit mehreren Druckwerken, wobei die Druckwerke über einen Räderzug miteinander gekoppelt sind und wobei jeweils einer Druckmaschineneinheit ein Antriebsmotor zugeordnet ist, der Leistung in den Räderzug einspeist. Der erste Antriebsmotor speist einen Leistungsüberschuss in den Räderzug ein, so dass eine konstante Richtung des Leistungsflusses in dem Räderzug sichergestellt ist. Der letzte Antriebsmotor kompensiert den Leistungsüberschuss.
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Aus der
DE 44 12 945 A1 ist eine Vorrichtung zur Dämpfung von mechanischen Schwingungen bei Druckmaschinen bekannt, bei der wenigstens ein Schwingungsaufnehmer wenigstens ein Betätigungsglied derart ansteuert, dass die vom Schwingungsaufnehmer erfassten Schwingungen gedämpft werden.
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Aus der
DE 197 42 461 A1 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Antrieb von Druckmaschinen mit mehreren entkoppelt angeordneten Motoren bekannt. Zur Synchronisation mehrerer Druckwerksgruppen, die jeweils über einen eigenen Antriebsmotor verfügen, ist zwischen den Druckwerksgruppen mindestens jeweils eine Übergabestation mit einem separat regelbaren Antrieb vorgesehen. Mittels der Übergabestation wird zunächst eine Phasensynchronität zu der davor liegenden Druckwerksgruppe und danach eine Phasensynchronität zu der dahinter liegenden Druckwerksgruppe hergestellt.
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Die
DE 198 26 338 A1 offenbart eine Antriebsvorrichtung für eine Druckmaschine mit mehreren Druckwerken, die über separate Antriebe verfügen. Zur Synchronisation der Greiferbrücken bei der Bogenübergabe zwischen den Druckwerken ist eine Regeleinrichtung vorgesehen, die die Phasenlage der maschinenbedingten Umfangsgeschwindigkeitsschwankungen der Greiferbrücken erfasst und derart verschiebt, dass bei der Bogenübergabe eine maximale Übereinstimmung bezüglich Ort und Zeit eintritt. Die Synchronisation der benachbarten Greiferbrücken ist in der Regel auf den Zeitpunkt der Bogenübergabe begrenzt, da eine Optimierung speziell für diesen Zeitpunkt stattfindet.
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Die
DE 199 14 627 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kompensation von Drehschwingungen einer Druckmaschine. Durch Aufbringen von Gegenmomenten wird die Schwingungsanregung kompensiert. Die Gegenmomente werden an einem Ort des Antriebsstrangs der Druckmaschine aufgebracht, an dem eine der Eigenformen der Druckmaschine nicht Null ist. Dabei werden die Gegenmomente derart aufgebracht, dass die Schwingung maximal reduziert wird.
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Die
DE 197 20 952 A1 offenbart eine Vorrichtung mit einem von einer Bedruckstoffbahn oder einem benachbarten Zylinder abstellbaren Zylinder dessen durch eine Exzenterbewegung verursachte Lageveränderung durch eine der Drehbewegung des Zylinders überlagerte zusätzliche Drehbewegung derart kompensiert wird, da der Zylinder auf seiner Mantelflache keine Relativgeschwindigkeit zu dem benachbarten Zylinder oder zu der Bedruckstoffbahn aufweist. Die Kompensation wird mittels eines Regelkreises durchgeführt, dem der Ist-Drehwinkel des Zylinders bezüglich des Exzenters sowie der Ist-Drehwinkel des Exzenters bezüglich der Seitenwand oder eine daraus abgeleitete Winkelfunktion zugeführt werden.
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Je nach den speziellen Gegebenheiten liefern die bekannten Verfahren und Vorrichtungen bereits gute Ergebnisse. Probleme bereiten in der Regel jedoch die stark schwankenden Anregungsmomente, die bei Druckmaschinen häufig zu beobachten sind und sehr hohe Anforderungen an die Dynamik der vorgesehenen Maßnahmen stellen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Antrieb eines ersten Teilsystems einer Druckmaschine, das von einem zweiten Teilsystem der Druckmaschine wenigstens zeitweise mechanisch entkoppelt ist, möglichst optimal zu steuern.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Steuern eines Antriebs eines ersten Teilsystems einer Druckmaschine, das von einem zweiten Teilsystem der Druckmaschine wenigstens zeitweise mechanisch entkoppelt ist, zeichnet sich dadurch aus, dass für das zweite Teilsystem vorab ein Bewegungsablauf, bestehend aus einem Grundbewegungsablauf und einem Zusatzbewegungsablauf, ermittelt wird, der als Referenzkurve für die Ansteuerung des Antriebs des ersten Teilsystems herangezogen wird. Dies hat den Vorteil, dass sich die Bewegungsabläufe des ersten und des zweiten Teilsystems sehr genau synchronisieren lassen oder sich auch auf eine andere Weise zueinander in Beziehung setzen lassen. Es findet eine Synchronisation der zwei Bewegungsabläufe wenigstens auf Zeitintervallen oder in Zeitabschnitten statt. Trotz der mechanischen Entkopplung der beiden Teilsysteme und des in der Regel unterschiedlichen Schwingungsverhaltens wird durch diese Ansteuerung des Antriebs des ersten Teilsystems zu jedem Zeitpunkt eine sehr genaue Abstimmung auf den Bewegungsablauf des zweiten Teilsystems ermöglicht. Da die Komplexität des Bewegungsablaufs des zweiten Teilsystems im Wesentlichen durch dessen Schwingungsverhalten verursacht wird, besteht eine systematische und zweckmäßige Möglichkeit der Charakterisierung des Bewegungsablaufs darin, für das zweite Teilsystem vorab Eigenformen von Schwingungen (das Spektrum oder die Basis der Eigenformen) bis zu einer vorgebbaren Ordnung und den Eigenformen jeweils zugehörige Verläufe von Schwingungsamplituden zu ermittelt, auf deren Basis der Bewegungsablauf rekonstruierbar ist. Anders ausgedrückt, der dem Grundbewegungsablauf überlagerte Zusatzbewegungsablauf kann durch eine Zerlegung in Eigenformen von Schwingungen bis zu einer für eine zur Erlangung einer vorgebbaren Präzision notwendigen Ordnung dargestellt werden. Dies hat zudem den Vorteil, dass die jeweils gewünschte Genauigkeit leicht über die Vorgabe der noch zu berücksichtigenden Ordnung eingestellt werden kann. Es ist klar, dass es sich bei den Eigenformen von Schwingungen um die Eigenformen der Schwingungen des Gesamtsystems, des ersten oder des zweiten Teilsystems oder sogar eines Teiles der Teilsysteme handeln kann. Anders ausgedrückt, das Spektrum oder die Basis, in welcher eine Zerlegung ausgeführt wird, kann gewählt werden. Eine bevorzugte Wahl der Eigenformen wird unter anderem vom Konvergenzverhalten der Darstellung des Zusatzbewegungsablaufs in Eigenformen bestimmt sein.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn für das zweite Teilsystem vorab der Bewegungsablauf, bestehend aus einem Grundbewegungsablauf und einem Zusatzbewegungsablauf, mittels eines Modells ermittelt wird. Ein Modell berücksichtigt unter anderem die Geometrie und die mechanischen Eigenschaften der Druckmaschine. Der Grundbewegungsablauf kann dem gewünschten Bewegungsablauf des zweiten Teilsystems entsprechen, insbesondere zum Beispiel gleichförmig sein. Der Zusatzbewegungsablauf kann einem unerwünschten überlagerten Bewegungsablauf des zweiten Teilsystems entsprechen, insbesondere zum Beispiel die überlagerten Schwingungen des Teilsystems sein.
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Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Referenzkurve abhängig vom aktuellen Betriebszustand der Druckmaschine modifiziert. Dabei kann die Referenzkurve abhängig von einem aktuellen Wert für einen charakteristischen Betriebszustand, wie zum Beispiel der Temperatur, der Druckmaschine modifiziert werden. Ebenso ist es möglich, die Referenzkurve alternativ oder zusätzlich abhängig vom aktuellen Bewegungsablauf des zweiten Teilsystems zu modifizieren. Eine weitere Variante besteht darin, die Referenzkurve abhängig von einem Mittelwert für den aktuellen Bewegungsablauf des zweiten Teilsystems zu modifizieren. Die Berücksichtigung des aktuellen Betriebszustands hat den Vorteil, dass eine sehr zuverlässige und präzise Ansteuerung des Antriebs ermöglicht wird. Das Verfahren passt sich automatisch an die jeweils herrschende Betriebssituation an und kann bis zu einem gewissen Grad auch Änderungen an der Druckmaschine automatisch verarbeiten.
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Der Antrieb des ersten Teilsystems wird bevorzugt so angesteuert, dass das erste Teilsystem die Referenzkurve nachbildet, d. h., dass das erste Teilsystem sich synchron zum zweiten Teilsystem bewegt. Hierzu kann die Referenzkurve einer Regeleinrichtung, die den Antrieb des ersten Teilsystems angesteuert, als Sollwertsignal zugeführt werden. Dabei wirkt es sich sehr vorteilhaft aus, wenn das Sollwertsignal dem aktuellen Bewegungsablauf des zweiten Teilsystems um eine vorgebbare Phasendifferenz voreilt. Der durch die Phasendifferenz gewonnene Zeitvorsprung kann dazu genutzt werden, die Vorgabe der Referenzkurve nahezu verzögerungsfrei und mit hoher Präzision umzusetzen, und zwar auch dann, wenn die Referenzkurve eine hohe Dynamik aufweist. Diesbezüglich ist es weiterhin von Vorteil, wenn die Regeleinrichtung eine Vorsteuerung und einen Regler beinhaltet, denen jeweils das Sollwertsignal zugeführt wird, wobei eine Grobansteuerung des Antriebs des ersten Teilsystems mittels der Vorsteuerung vorgenommen wird und eine Feinansteuerung des Antriebs des ersten Teilsystems mittels des Reglers vorgenommen wird. Mit anderen Worten, die Vorsteuerung ermöglicht eine hohe Dynamik und der Regler eine hohe Präzision. Um einen geschlossenen Regelkreis auszubilden, kann dem Regler ein Istwertsignal zugeführt werden, das den aktuellen Bewegungsablauf des ersten Teilsystems charakterisiert.
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Das erste Teilsystem und das zweite Teilsystem können wenigstens je eine rotierende Komponente aufweisen. In diesem Fall kann der Bewegungsablauf des ersten Teilsystems und der Bewegungsablauf des zweiten Teilsystems jeweils durch den Verlauf einer das jeweilige Teilsystem charakterisierenden Winkelgeschwindigkeit oder einer damit zusammenhängenden Größe repräsentiert werden. Insbesondere kann jeweils der Zeitverlauf der Winkelgeschwindigkeiten oder der damit zusammenhängenden Größen herangezogen werden. Es ist aber auch möglich, jeweils den Drehwinkelverlauf, die Winkelgeschwindigkeiten oder der damit zusammenhängenden Größen heranzuziehen.
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Die Erfindung wird nachfolgend an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Es zeigen
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1 eine schematische Darstellung einer Druckmaschine mit Komponenten, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren relevant sind,
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2 eine Darstellung von drei Eigenformen (links) der Schwingungsbewegung einer Druckmaschine mit dem jeweils dazugehörigen zeitlichen Amplitudenverlauf (rechts) und
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3 je ein Diagramm für den tatsächlichen Zeitverlauf der Winkelgeschwindigkeit eines Zylinders einer Druckmaschine (oben) und für den Zeitverlauf des bei der erfindungsgemäßen Ansteuerung eines weiteren Zylinders verwendeten Sollwerts der Winkelgeschwindigkeit (unten).
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Druckmaschine 1 mit Komponenten, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren relevant sind. Die Druckmaschine 1 besteht aus zwei Teilsystemen, die sich jeweils durch eine eigene Antriebseinrichtung auszeichnen. Das erste Teilsystem weist einen Zylinder 2 auf, der von einem ersten Antriebsmotor 3 angetrieben wird. Je nach Ausführungsbeispiel kann der erste Antriebsmotor 3 auch mehrere Zylinder 2 antreiben. Das zweite Teilsystem weist eine Reihe von Zylindern 4 auf, die untereinander mechanisch gekoppelt sind und gemeinsam von einem zweiten Antriebsmotor 5 angetrieben werden. Die mechanische Kopplung der Zylinder 4 des zweiten Teilsystems ist symbolisch durch eine Linie 6 angedeutet und kann beispielsweise mittels eines Räderzugs realisiert sein. Der Räderzug ermöglicht es zum einen, dass alle Zylinder 4 des zweiten Teilsystems mit dem selben Antriebsmotor 5 angetrieben werden können und sorgt zum anderen dafür, dass die Drehbewegungen der Zylinder 4 des zweiten Teilsystems im Rahmen der mechanischen Präzision des Räderzugs synchron zueinander verlaufen. Zwischen dem Zylinder 2 des ersten Teilsystems und den Zylindern 4 des zweiten Teilsystems besteht wenigstens zeitweise keine mechanische Kopplung.
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Der zweite Antriebsmotor 5 wird mittels eines Steuergeräts 7 angesteuert, das für sich bekannt und nicht Gegenstand der Erfindung ist. Der Aufbau und die Funktionsweise des Steuergeräts 7 werden daher nicht näher erläutert. Die Ansteuerung des ersten Antriebsmotors 2 erfolgt mittels einer Regeleinrichtung 8, die eine Vorsteuerung 9 und einen Regler 10 aufweist. Die Regeleinrichtung 8 verfügt über zwei Eingänge, von denen einer mit dem Ausgang einer Funktionseinheit 11 zur Erzeugung eines Sollwertsignals und der andere mit dem Ausgang eines ersten Inkrementalgebers 12 zur Erfassung der Winkelgeschwindigkeit des Zylinders 2 des ersten Teilsystems verbunden ist. Die Funktionseinheit 11 weist zwei Eingänge auf. Ein erster Eingang ist mit dem Ausgang eines Temperatursensors 13 verbunden, der an der Druckmaschine 1 angeordnet ist. Ein zweiter Eingang ist mit dem Ausgang eines zweiten Inkrementalgebers 14 zur Erfassung der Winkelgeschwindigkeit und der absoluten Winkelposition eines der Zylinder 4 des zweiten Teilsystems verbunden.
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Da die Zylinder 4 des zweiten Teilsystems der Druckmaschine 1 mechanisch miteinander verbunden sind, bilden sie ein schwingungsfähiges System, das insbesondere auch Drehschwingungen vollführt. Dies hat zur Folge, dass auch dann, wenn der zweite Antriebsmotor 5 mit hoher Präzision eine Drehbewegung mit konstanter Winkelgeschwindigkeit erzeugt, die Zylinder 4 des zweiten Teilsystems wegen der überlagerten Drehschwingungen nicht mit exakt konstanter Winkelgeschwindigkeit rotieren. Da die Geometrie der Druckmaschine 1 und die auftretenden Kräfte und Momente bekannt sind, ist es möglich, die sich ausbildenden Schwingungen zu berechnen. Zur Charakterisierung des Schwingungsverhaltens genügt es, die Verhältnisse für eine oder allenfalls einige wenige Umdrehungen der Zylinder 4 des zweiten Teilsystems zu analysieren, da sich die Verhältnisse dann wiederholen. Dabei empfiehlt es sich, die Gesamtschwingung des zweiten Teilsystems der Druckmaschine 1 in die zugrundeliegenden Eigenformen zu zerlegen und zu ermitteln, mit welcher Amplitude die einzelnen Eigenschwingungen jeweils auftreten. Das Ergebnis einer derartigen Analyse 1 ist in 2 dargestellt.
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2 zeigt eine Darstellung von drei Eigenformen (links) der Schwingungsbewegung des zweiten Teilsystems der Druckmaschine 1 mit dem jeweils dazugehörigen zeitlichen Amplitudenverlauf, bei dem jeweils die Amplitude φ der Eigenform über der Zeit aufgetragen ist (rechts). Ganz oben ist die Eigenform erster Ordnung, in der Mitte die Eigenform zweiter Ordnung und unten die Eigenform dritter Ordnung dargestellt. Jede Eigenform entspricht einer Grundschwingung des zweiten Teilsystems, wobei die Sortierung dergestalt erfolgt, dass wie üblich die zugehörige Eigenfrequenz mit der Ordnung der Eigenform zunimmt. Die nicht dargestellte Eigenform nullter Ordnung entspricht bei Drehschwingungen einer Drehung mit konstanter Winkelgeschwindigkeit. Für eine exakte Beschreibung des Schwingungsverhaltens des zweiten Teilsystems müsste man prinzipiell alle angeregten Eigenformen berücksichtigen. Wie aus der 2 ersichtlich ist, nimmt die maximale Amplitude der Eigenformen mit steigender Ordnung jedoch sehr schnell ab, so dass man das Schwingungsverhalten des zweiten Teilsystems mit einigen wenigen Eigenformen bereits in sehr guter Näherung beschreiben kann. Als Kriterium dafür, bis zu welcher Ordnung die Eigenformen zu berücksichtigen sind, kann man beispielsweise eine Untergrenze für die maximale Amplitude vorgeben, die überschritten werden muss, damit die zugehörige Eigenform berücksichtigt wird. Zur Ermittlung der Gesamtschwingung des zweiten Teilsystems werden sämtliche Eigenschwingungen, die dieses Kriterium erfüllen, entsprechend ihrer Amplitudenverläufe überlagert. Berücksichtigt man auch noch die Eigenschwingung nullter Ordnung, so ergibt sich der Zeitverlauf der Winkelgeschwindigkeit für die Zylinder 4 des zweiten Teilsystems.
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3 zeigt je ein Diagramm für den tatsächlichen Zeitverlauf der Winkelgeschwindigkeit des zum Zylinder 2 des ersten Teilsystems benachbarten Zylinders 4 des zweiten Teilsystems (oben) und für den Zeitverlauf des bei der erfindungsgemäßen Ansteuerung des Antriebsmotors 3 des Zylinders 2 des ersten Teilsystems verwendeten Sollwerts der Winkelgeschwindigkeit (unten). In den Diagrammen ist jeweils die Winkelgeschwindigkeit über der Zeit t aufgetragen. Die Zeit t und der Maschinenwinkel Φ stehen in einen einfachen Zusammenhang miteinander, so dass eine Darstellung der Winkelgeschwindigkeit ω über dem Maschinenwinkel Φ entsprechend ist. Die in den beiden Diagrammen eingezeichneten Kurven stimmen bzgl. ihres Verlaufs nahezu überein. Allerdings sind die Kurven zueinander um ein Zeitintervall Δt verschoben, d. h. in die Regeleinrichtung 8, die den ersten Antriebsmotor 3 zum Antrieb des Zylinders 2 ansteuert wird ein Sollwertsignal eingespeist, das in seinem Zeitverlauf bis auf eine Verschiebung Δt dem tatsächlichen Verlauf der Winkelgeschwindigkeit des vom zweiten Antriebsmotor 5 angetriebenen benachbarten Zylinders 4 näherungsweise entspricht. Entsprechendes gilt für eine Maschinenwinkeldifferenz ΔΦ. Im folgenden wird erläutert, weshalb ein derartiges Sollwertsignal verwendet wird und wie das Sollwertsignal ermittelt werden kann.
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Prinzipiell könnte man den ersten Antriebsmotor 3 völlig entsprechend dem zweiten Antriebsmotor 5 ansteuern. In diesem Fall ergäbe sich dennoch für den Zylinder 2 des ersten Teilsystems aufgrund seines abweichenden Schwingungsverhaltens ein anderer Verlauf der Winkelgeschwindigkeit als der im oberen Diagramm der 3 dargestellte Verlauf der Winkelgeschwindigkeit des benachbarten Zylinders 4 des zweiten Teilsystems. Dies würde bedeuten, dass die Bewegung des Zylinders 2 des ersten Teilsystems nicht oder nicht präzise mit der Bewegung des benachbarten Zylinders 4 des zweiten Teilsystems synchronisiert wäre. Dieser mangelnden Übereinstimmung der Bewegungsabläufe wird erfindungsgemäß dadurch abgeholfen, dass der vorab für den zum Zylinder 2 benachbarten Zylinder 4 ermittelte zeitliche Verlauf der Winkelgeschwindigkeit für die Ansteuerung des ersten Antriebsmotors 3 herangezogen wird. Im einzelnen wird hierzu im Vorfeld das zweite Teilsystem der Druckmaschine 1 durch ein geeignetes Modell nachgebildet. Mit Hilfe des Modells wird beispielsweise der Zeitverlauf der Winkelgeschwindigkeit für den zum Zylinder 2 benachbarten Zylinder 4 ermittelt und in einem Speicher der Funktionseinheit 11 gespeichert. Dabei ist es in der Regel ausreichend, den Verlauf der Winkelgeschwindigkeit für den Zeitraum weniger Umdrehungen, zumindest einer Umdrehung des Zylinders 4 zu speichern, da sich der Verlauf der Winkelgeschwindigkeit periodisch wiederholt. Während des Betriebs der Druckmaschine 1 werden die gespeicherten Daten als Referenzkurve für die Ansteuerung des ersten Antriebsmotors 3 herangezogen. Die Referenzkurve ist bevorzugt in Abhängigkeit des Maschinenwinkels Φ abgelegt.
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Um eine möglichst hohe Genauigkeit zu erzielen, wird die Referenzkurve jeweils abhängig vom aktuellen Betriebszustand der Druckmaschine 1 modifiziert. Diese Modifikation wird von der Funktionseinheit 11 durchgeführt. Da die Ausbildung der Schwingungen des zweiten Teilsystems der Druckmaschine 1 beispielsweise von der Drehzahl der Zylinder 4 abhängt, wird die Referenzkurve abhängig von der aktuellen mittleren Winkelgeschwindigkeit eines der Zylinder 4 des zweiten Teilsystems modifiziert. Außerdem ist es bei einem Betrieb der Druckmaschine 1 bei verschiedenen Drehzahlen erforderlich, jeweils die Maschinenwinkelskala der Referenzkurve entsprechend zu strecken oder zu stauchen, da der Zeitraum für eine Umdrehung bei verschiedenen Drehzahlen unterschiedlich lang ist. Weiterhin erfolgt eine Modifizierung der Referenzkurve abhängig von der aktuellen Betriebstemperatur der Druckmaschine 1, die mit dem Temperatursensor 13 ermittelt wird. Da die Temperatur an unterschiedlichen Stellen der Druckmaschine 1 verschiedene Werte annehmen kann, wird die Messposition so gewählt, dass ein charakteristischer Betriebszustand, zum Beispiel eine charakteristische Temperatur, ermittelt wird, die sich für die Modifikation der Referenzkurve eignet. Schließlich erfolgt eine Modifikation der Referenzkurve abhängig vom aktuellen Verlauf der Winkelgeschwindigkeit eines der Zylinder 4 des zweiten Teilsystems. Dieser Verlauf kann aus den vom zweiten Inkrementalgeber 14 erfassten Daten ermittelt werden und ermöglicht eine Feinadaption der Referenzkurve an die tatsächlichen Gegebenheiten. Je nach dem speziellen Anwendungsfall und der gewünschten Genauigkeit kann von der Modifikation der Referenzkurve auch ganz oder teilweise abgesehen werden.
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Um aus der Referenzkurve ein Sollwertsignal für die Regeleinrichtung 8 zu erzeugen, ist noch eine Phasenanpassung an den augenblicklichen Betriebszustand der Druckmaschine 1 erforderlich, d. h. die Referenzkurve muss entlang der Zeitachse verschoben werden. Hierzu wird zunächst die Phasenlage der Drehbewegung des zum Zylinder 2 des ersten Teilsystems benachbarten Zylinders 4 des zweiten Teilsystems ermittelt. Dies kann mit Hilfe des zweiten Inkrementalgebers 14 erfolgen, der einmal pro Umdrehung ein Signal für die absolute Winkelposition ausgibt. Der Verlauf der Winkelgeschwindigkeit des zum Zylinder 2 des ersten Teilsystems benachbarten Zylinders 4 des zweiten Teilsystems ist so abgespeichert, dass der Zeitnullpunkt der vom zweiten Inkrementalgeber 14 erfassten absoluten Winkelposition entspricht. Damit entspricht auch der Zeitnullpunkt der Referenzkurve der erfassten Winkelposition. Die Phasenanpassung kann somit durch Ausrichten des Zeitnullpunkts der Referenzkurve relativ zu dem Zeitpunkt durchgeführt werden, zu dem der zweite Inkrementalgeber 14 das Signal für die absolute Winkelposition ausgibt. Prinzipiell wäre es dabei möglich, die Referenzkurve mit der Kurve im oberen Diagramm der 3 bezüglich ihrer Phasenlage zur Deckung zu bringen. Es hat sich jedoch gezeigt, dass eine präzisere Synchronisation des Zylinders 2 des ersten Teilsystems möglich ist, wenn man die Phasenlage so einstellt, dass die Referenzkurve dem tatsächlichen Verlauf der Winkelgeschwindigkeit des zum Zylinder 2 benachbarten Zylinders 4 um das Zeitintervall Δt vorauseilt. Eine derart phasenverschobene Referenzkurve ist im unteren Diagramm der 3 dargestellt und wird von der Funktionseinheit 11 als Sollwertsignal an die Regeleinrichtung 8 ausgegeben. Durch die Phasenverschiebung ist in Verbindung mit der Vorsteuerung 9 auch bei einer sehr schnellen Änderungen des Sollwertsignals eine sehr präzise Nachbildung der Sollwerte möglich, da der Verlauf des Sollwertsignals jeweils die zukünftigen Verhältnisse widerspiegelt und der erste Antriebsmotor 3 somit rechtzeitig und optimal angesteuert werden kann. Dies führt dazu, dass mit dem Regler 10 nur noch vergleichsweise geringe Regelabweichungen ausgeregelt werden müssen und dadurch der Regler 10 im Hinblick auf eine hohe Präzision optimiert werden kann. Insgesamt ergibt sich damit eine schnelle, sehr präzise und zuverlässige Ansteuerung des ersten Antriebsmotors 3.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel wird jeweils nicht mit dem Zeitverlauf der Winkelgeschwindigkeit gearbeitet, sondern mit einem Drehwinkelverlauf. Weiterhin ist es auch möglich, statt der Winkelgeschwindigkeit andere Größen zu verwenden, die mit der Winkelgeschwindigkeit zusammenhängen wie beispielsweise die Abweichung der Winkelgeschwindigkeit von einem Grundwert oder die Winkelposition oder die Winkelbeschleunigung.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Druckmaschine
- 2
- Zylinder (erstes Teilsystem)
- 3
- erster Antriebsmotor
- 4
- Zylinder (zweites Teilsystem)
- 5
- zweiter Antriebsmotor
- 6
- mechanische Kopplung
- 7
- Steuergerät
- 8
- Regeleinrichtung
- 9
- Vorsteuerung
- 10
- Regler
- 11
- Funktionseinheit zur Erzeugung eines Sollwertsignals
- 12
- erster Inkrementalgeber
- 13
- Temperatursensor
- 14
- zweiter Inkrementalgeber
