DE2812849A1

DE2812849A1 - Verfahren zum steuern eines querschneiders und digitale regeleinrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2812849A1
Application number: DE19782812849
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr Bender
Original assignee: Jagenberg Werke AG
Current assignee: Jagenberg AG
Priority date: 1978-03-23
Filing date: 1978-03-23
Publication date: 1979-09-27
Also published as: DE2812849C2; GB1602480A

Description

HOFJFMANN · EITLIC & PARTNER

PATENTANWÄLTE 2 ft 1 9 fi Ä Q

DR. ING. E. HOFFMANN (1930-1976) . DIPL.-ING. W.EITLE · D R. RER. NAT. K. HOFFMAN N · DIPL-ING. W. LEHN

DIPL.-ING. K. FDCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELLASTRASSE 4 (STERNHAUS) · D-8000 MD NCH EN 81 · TELEFON (089) 911087 · TELEX 05-29619 (PATHE)

Jagenberg-Werke AG, Düsseldorf

Verfahren zinn Steuern eines Querschneiders und digitale Regeleinrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Steuern des Antriebsmotors zweier miteinander gekuppelter Messertrommeln eines Querschneiders für Warenbahnen mit Hilfe einer digitalen Regeleinrichtung, welche abhängig von Meßwerten der Prozeßgrößen eine Steuerfunktion erzeugt, sowie auf eine digitale Regeleinrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bei bekannten Querschneidern für Warenbahnen ist zwischen dem Antriebsmotor und den beiden miteinander gekuppelten Messertrommeln ein Ungleichförmigkeitsgetrxebe mit einstellbarem Üngleichförmigkeitsgrad vorgesehen. Dieses Ungleichförmigkeitsgetrxebe bewirkt, daß die Messertrommeln während eines Umlaufs zur Einstellung der Bogenlänge sowie zur Sicherstellung des Gleichlaufs zwischen Messertrommeln und Warenbahn beschleunigt und verzögert werden können. Das Ungleichförmigkeitsgetriebe muß sehr groß dimensioniert werden und bedeutet einen erheblichen .Kostenfaktor bei der Herstellung des Querschneiders,

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Ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art ist durch die Dissertation Klaus Bender, Synthese analoger Rechengeräte zur optimalen Endwertregelung, Karlsruhe 1973, bekanntgeworden. Bei dem dortigen Verfahren arbeitet der Antriebsmotor unmittelbar auf die beiden Messertrommeln und wird mit Hilfe einer digitalen Regeleinrichtung gesteuert.

Das Regelproblem bei der vorliegenden Steuerung ist ein Endwertproblem. Dabei muß ein System nicht nur möglichst gut in einen neuen Zustand überführt werden, sondern dieser Zustand muß auch exakt zu einem vorgegebenen festen Zeitpunkt.eingestellt werden. Besonders kritisch ist, daß der Endzustand kein Ruhezustand ist.

Messertrommel und Warenbahn sind zwei bewegte Körper, die sich zu dem fest vorgegebenen Zeitpuakt treffen sollen. Die Messertrommel muß genau so bewegt werden, daß die Schermesser mit der vorgesehenen Schnittstelle in der Warenbahn zusammentreffen, um die vorgesehene Bogenlänge zu erhalten, und dabei auch genau die aktuelle Geschwindigkeit der Warenbahn annehmen, um eine gute Schnittgualität zu erzielen. Der Schneideort liegt durch die spezifische Konstruktion der Maschine fest, weshalb der Endzeitpunkt oder Schnittzeitpunkt durch die Warenbahnbewegung eindeutig festgelegt ist. Die Tatsache, daß sowohl Lage als auch Geschmeidigkeit der Messertrommel zu steuern sind, bedeutet, daß in der von der Regeleinrichtung erzeugten Steuerfunktion wenigstens zwei Freiheitsgrade variierbar sein müssen, um die beiden Endbedingungen einstellen zu können.

Bei dem eingangs beschriebenen Verfahren ist einheitlich im gesamten Ubergangsintervall ein linearer Beschleunigungsverlauf und damit ein parabelförmiger Geschwindigkeitsverlauf für die Messertrommel vorgesehen. Die beiden Freiheitsgrade a_Q und a.. der Steuerfunktion u^H = a_Q + a.. · t sind hierbei bis zum Schnitt-

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Zeitpunkt selbst beeinflußbar; es liegt also ein echter Regelkreis vor.

Jedes Verfahren unter Verwendung einer digitalen Regeleinrichtung bzw. eines Digitalrechners führt zu einem Abtastproblem wegen der sequentiellen Abarbeitung der einzelnen Rechenschritte. Es können immer nur zu diskreten Zeitpunkten, nämlich den Äbtastzeitpunkten, Meßwerte vom Prozeß in den Rechner übergeben werden, wo sie während des folgenden Abtastintervalls verarbeitet und beim nächsten Abtastzeitpunkt vor Übernahme neuer Meßwerte an den Prozeß ausgegeben werden, üblicherweise werden die Abtastintervalle zeitlich konstant gewählt, d.h. von einem unabhängigen Oszillator oder einer Uhr abgeleitet, und zwar so kurz wie nötig und möglich, mindestens aber gleich der erforderlichen Rechenzeit pro Lösungsschritt.

Wenn es infolge der Kompliziertheit des Systems nicht möglich ist, eine derartige On-Line-Lösung der Synthesegleichungen des Regelsystems durchzuführen, so besteht auch die Möglichkeit einer Off-Line-Lösung der Synthesegleichungen und Übernahme dieser Off-Line-Lösung in Funktionsgeber der Regeleinrichtung. Diese Funktionsgeber führen zu einem sehr hohen Speicherbedarf, wenn eine hohe Genauigkeit der Regelung verlangt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, welches eine sehr genaue Steuerung des Antriebsmotors für den Querschneider bei möglichst geringem Aufwand an Speicherplatz in der digitalen Regeleinrichtung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Abtastpunkte für die Meßwerte abhängig von unterschiedlichen Transportlagen der Warenbahn ortsabhängig festgelegt werden.

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Vorteilhaft werden die Abtastpunkte durch Markierungen auf der Warenbahn festgelegt.

Die Abtastpunkte werden damit nicht unabhängig von Lage und Geschwindigkeit durch eine Uhr vorgegeben, sondern aus der Lage der Warenbahn abgeleitet. Immer wenn ein bestimmtes vorgegebenes Wegstück durchlaufen ist, tritt ein neuer Abtastpunkt auf. Statt äquidistanter Zeitpunkte sind äquidistante Ortspunkte vorgesehen. Die Abtastpunkte fallen mit vorher festgelegten Ortspunkten auf der Warenbahn zusammen. So treten zu den Abtastpunkten zwangsläufig keine Zwischenwerte mehr auf. Jedem Abtastpunkt ist eine beliebig genau Off-Line berechenbare Lösung zugeordnet, die in einer Tabelle relativ kleinen Umfangs abgespeichert werden kann, wodurch sich die Rechenzeit verringert.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt bei vorgewählter Genauigkeit kürzere Abtastintervalle zu, wodurch sich eine verbesserte Dynamik, eine höhere Warenbahngeschwindigkeit und damit eine höhere Leistung ergibt. Alternativ läßt sich bei vorgegebener Höchstleistung eine höhere Genauigkeit erbringen.

Da keine Zwischenwerte mehr auftreten, sind auch Quantisierungsfehler ausgeschaltet.

Vorteilhaft werden als Prozeßgrößen nur die Lagen von Messertrommel und Warenbahn durch Zählen von Weginkrementen erfaßt. Die problematische Erfassung der stark veränderlichen Trommelgeschwindigkeit entfällt hierdurch.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß das gesamte Übergangsintervall der Regeleinrichtung in einzelne Phasen unterteilt wird, deren Länge sich als geometrische Reihe (1/b^m) ergibt, und ^

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daß in jeder Phase die Normierung der Meßwerte proportional zur Phasenlänge geändert wird. Hiermit läßt sich eine weitere erhebliche Verringerung des Speicheraufwands erzielen. Als Basis für die geometrische Reihe wird zweckmäßig b = 2 gewählt. Mit dieser Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens läßt sich außerdem eine Genauigkeitssteigerung bei der Berechnung der Steuerfunktion deshalb erzielen, weil die Funktionswerte der in der Regeleinrichtung vorgesehenen Funktionsgeber in der Nähe des Schnittpunktes sehr große Werte annehmen, mit Phasenbildung dagegen einen wesentlich geringeren Dynamikbereich zeigen.

Weiter wird in der Regeleinrichtung zweckmäßig ein mathematisches Modell der Strecke unter Verwendung von Teilprodukten bei der Erzeugung der Steuerfunktion nachgebildet und zur exakten Führung des Messertrommelantriebs eingesetzt. Hiermit ergibt sich eine starke Verringerung der Empfindlichkeit der Regeleinrichtung bezüglich Störungen in der Nähe des Schnittpunktes. Durch die Verwendung der Teilprodukte bei der Erzeugung der Steuerfunktion ist die Nachbildung des mathematischen Modells der Strecke darüber hinaus viel einfacher als beim sonst üblichen Aufbau eines solchen Modells.

Zweckmäßig wird auch die Lageregelung der Messertrommel in der digitalen Regeleinrichtung durchgeführt. In diesem Fall ist nur ein gewöhnlicher drehzahl- und stromgeregelter Antrieb erforderlich.

Weiter kann auch die Sollwertvorgabe für den Vorschub der Warenbahn in der digitalen Regeleinrichtung durchgeführt werden. Der Sollwert kann dabei abhängig von der Bogenlänge optimal durch die digitale Regeleinrichtung berechnet werden.

Schließlich kann der Hochlauf des Querschneiders durch die di-

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gitale Regeleinrichtung gesteuert werden, und es können zusätzlich übergeordnete Funktionen von der digitalen Regeleinrichtung durchgeführt werden. Derartige Funktionen sind beispielsweise Schnittfehlerüberwachung und Korrektur durch Adaption, Bogenzählung, Formaturnsteuerung, gegebenenfalls von Schnitt zu Schnitt oder abhängig von der gewünschten Schnittmenge ohne Unterbrechung,sowie Rückmeldung und/oder Protokollierung von Betriebszuständen.

Die digitale Regeleinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß im Eingang drei Funktionsgeber vorgesehen sind, die Lösungsfunktionen F^ in Form von Tabellen für die Lösungen D. enthalten und von einem entsprechend der Transportlage der Warenbahn weitergeschalteten Zähler angesteueri: werden, und daß die Funktionsgeber auf Multiplikatoren zum Multiplizieren der Ausgangsgrößen der Funktionsgeber mit den Meßwerten der Prozeßgrößen geschaltet sind. Die Lösungen D. entsprechen genau den durch die Transportlagen der Warenbahn ortsabhängig festgelegten Abtastpunkten und sind dementsprechend in der Zahl begrenzt. Sie sind exakt Off-Line berechenbar und werden ohne Zwischenwerte bei der Erzeugung der Steuerfunktion verwendet.

Zweckmäßig sind in jedem der Funktionsgeber jeweils nur die Lösungen D. für eine Phase des Übergangsintervalls, welches in Phasen mit Längen entsprechend einer geometrischen Reihe (1/b^m) unterteilt ist, abgespeichert. Hiermit läßt sich eine außerordentlich hohe Einsparung an Tabellenwerten erreichen.

Vorteilhaft sind im Eingang ein weiterer, an den Meßwert der Lage der Warenbahn angeschlossener Zähler und zwei an den Meßwert der Lage der Messertrommel angeschlossene Zähler vorgesehen. Die Geschwindigkeiten der Messertrommel und der Warenbahn lassen sich durch Abzählen der Weginkremente von Messertrommel

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und Warenbahn ableiten.

Der erfindungsgemäßen digitalen Regeleinrichtung liegt die Annahme zugrunde, daß der Messertrommelantrieb ein doppelt integrales Verhalten aufweist. Da konkrete Antriebe dieses ideale Verhalten nur in grober Näherung zeigen, weisen Endwertregelkreise der hier infragestehenden Art besonders in der Nähe des Schnittpunktes eine hohe Empfindlichkeit bezüglich Störungen auf. Diese Störungsempfindlichkeit kann erheblich dadurch verringert werden, daß die digitale Regeleinrichtung außer dem Endwertregler ein mathematisches Modell der Strecke enthält. Weiter kann sie vorteilhaft einen Lageregler enthalten.

Zweckmäßig ist in der digitalen I^afednriditung eine Einheit zur Berechnung des Drehzahlsollwertes für den Antrieb der Warenbahn enthalten, und die digitale Regaleinrichtung kann auch eine Einheit zum Steuern des Hochlauf des Querschneiders enthalten.

Eine Schnittfehlerüberwachung und Korrektur durch Adaption sowie ähnliche Funktionen können von der erfindungsgemäßen Digitalregeleinheit dadurch übernommen werden, daß sie Einheiten zur Durchführung derartiger zusätzlich übergeordneter Funktionen enthält.

Die Erfindung ist im folgenden an Ausführungsbeispielen und anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung von Messertrommel und

Warenbahn zur Erläuterung der Koordinatensysteme für .. die gemessenen Prozeßgrößen,

Fig. 2 das Blockschaltbild einer Regeleinrichtung zum Steuern eines Querschneiders,

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Fig. 3 eine grafische Darstellung zum Vergleich der Verhältnisse bei äquidistanten Zeitpunkten und äquidistanten Ortspunkten als Abtastpunkten,

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Regeleinrichtung nach Fig. 2 mit Lösungstabellen anstelle stetiger Lösungsfunktionen in den Funktionsgebern und mit einem Zähler zur Bildung der Nummer N,

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer gegenüber der Regeleinrichtung nach Fig. 4 modifizierten Regeleinrichtung, bei welcher lediglich die Weginkremente von Messertrommel und Warenbahn gezählt werden,

Fig. 6 eine grafische Darstellung zur Erläuterung der Unterteilung des Übergangsintervalls der Regeleinrichtung in einzelne Phasen,

Fig. 7 eine grafische Darstellung zur Erläuterung des Zusammenhangs der einzelnen Phasen nach Fig. 6 für eine geometrische Reihe mit der Basis b = 2,

Fig. 8 eine grafische Darstellung zum Aufbau der Funktionsgeber mit und ohne Unterteilung in Phasen,

Fig. 9 ein Blockschaltbild des Regelkreises für den Querschneider mit in die digitale Regeleinrichtung integriertem mathematischen Modell der Strecke,

Fig. 10 ein Blockschaltbild des Regelkreises nach Fig. 9 mit zusätzlich in die digitale Regeleinrichtung integriertem Lageregler, und

Fig. 11 ein Blockschaltbild des Regelkreises nach Fig. 10,

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bei welchem die digitale Regeleinrichtung zusätzlich übergeordnete Funktionen übernimmt.

In Fig. 1 ist schematisch eine Warenbahn 1 und eine Messertrommel 2 eines Querschneiders dargestellt. Es versteht sich, daß unterhalb der Warenbahn 1 bei der Realisierung des Querschneiders eine weitere, mit der oberen Messertrommel 2 gekuppelte Messertrommel angeordnet ist.

Die Warenbahn 1 bewegt sich mit einer Bahngeschwindigkeit v. in Richtung des Pfeiles I, und die Messertrommel 2 bewegt sich mit einer Messergeschwindigkeit v? in Richtung des Pfeiles II. Der letzte Schnitt der Warenbahn ist bei S erfolgt, während

der nächste Schnitt bei S, vorgesehen ist. Der Abstand zwischen S und S, bestimmt die Bogenlänge x.. _. Die Lage der Warenbahn ist bestimmt durch den Bahnrestweg oder die Bahnlage X₁, während die Lage der Messertrommel 2 durch den Messerrestweg oder die Messerlage X₂ bestimmt ist. Der Scherkreisumfang der Messertrommel 2 ist X₂₀ = 2 VR.

Für das erfindungsgemäße Verfahren und die zugehörige digitale Regeleinrichtung ist einheitlich im gesamten Übergangsintervall ein parabelförmiger Geschwindigkeitsverlauf für die Messertrommel vorgesehen. Die digitale Regeleinrichtung erzeugt abhängig von Meßwerten der Prozeßgrößen eine Steuerfunktion. Die beiden Freiheitsgrade a_Q und a. der Steuerfunktion u³*= a_Q + a.. · t sind hierbei bis zum Schnittzeitpunkt selbst beeinflußbar, weshalb ein echter Regelkreis vorliegt.

Für den Aufbau der digitalen Regeleinrichtung wird angenommen, daß der Messertrommelantrieb ein doppelt integrales Verhalten aufweist. Hierfür ergibt sich für die normierten und zeittrans formierten Synthesegleichungen der digitalen Regeleinrichtung mit. durchweg dimensionslosen Größen folgendes Gleichungssystems

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+ OC₂ . Τ² + 0C₃ .T³ = ν* . X* (t),

2 Oi₂ . T + 3Oi₃ . ^² = 1 . v* (t)

=0

+3Oi₃ = 1 - k - v*

T = 1 - 2 · X* (t)

Für die zugehörige Steuerfunktion ergibt sich:

u^K (t) = v* - (2U₂ + 6 - U₃ -T)

mit u (t) = · u^K (t.) · m/sec²

Die Bezeichnung κ bei den Prozeßgrößen bedeutet, daß diese Prozeßgrößen in dem Gleichungssystem in normierter, d.h. dimensionsloser Form zwischen +1 und -1 vorliegen. Ύ stellt die normierte Zeit t dar. Die übrigen Größen sind ebenfalls dimensionslose Konstanten. Nähere Einzelheiten des obigen Gleichungssytems und der Steuerfunktion gehen aus der erwähnten Dissertation Klaus Bender, Synthese analoger Rechengeräte zur optimalen Endwertregelung, Karlsruhe 1973, hervor.

Fig. 2 zeigt das Blockschaltbild einer Regeleinrichtung für einen Querschneiderantrieb, welche entsprechend dem obigen Gleichungssystem samt Gleichung für die Steuerfunktion aufgebaut ist. In den Abtastpunkten werden drei Funktionsgebern 3, 4 und 5 die Meßwerte der normierten Bandlage x^ zugeführt. Die Lösungsfunktionen F. (X₁), d.h. die Lösungsfunktionen F₁ (X₁), F₂ (x!^) und F₃ (x^) der Funktionsgeber 3, 4 und 5 sind Off-

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Line berechnet. Die Ausgangsgröße des Funktionsgebers 3, d.h. die Funktion F₁ (x!f) wird einem Multiplikator 6 zugeführt und dort mit dem Meßwert der normierten Messerlage x„ multipliziert. Die Ausgangsgröße des Funktionsgebers 5, d.h. die Funktion F., (X₁). wird einem Proportionalglied 7 zugeführt. Der Faktor k des Proportionalgliedes 7 gibt das Verhältnis V₂Zv₁ im Endzeitpunkt vor. Die Ausgangsgrößen des Multiplikators 6 und des Proportionalgliedes 7 werden summiert und einem weiteren Multiplikator 8 zugeführt. In diesem Multiplikator 8 wird die Summe der Ausgangsgrößen des Multiplikators 6 und des Proportionalgliedes 7 mit dem Meßwert der normierten Bahngeschwindigkeit v^ multipliziert.

Die Ausgangsgröße des Funktionsgebers 4, d.h. die Funktion F„ (x?) wird in einem Multiplikator 9 mit dem Meßwert der normierten Messergeschwindigkeit V₂ multipliziert. Die Ausgangsgrößen der Multiplikatoren 8 und 9 werden summiert und einem weiteren Multiplikator 10 zugeführt, in welchem die Summe dieser Ausgangsgrößen mit dem Meßwert der normierten Bahngeschwindigkeit V₁ multipliziert wird. Im Ausgang des Multiplikators 10 erscheint die gewünschte normierte Steuerfunktion u^K.

Die Funktionen F₁ (x^) , F_ (x*) und F_ (x^K) sind zunächst stetige Funktionen und analog mit Hilfe der Funktionsgeber 3,4. und 5 lösbar. Die Genauigkeit einer derartigen analogen Lösung ist jedoch nicht ausreichend für die erforderliche Genauigkeit der Messertrommeisteuerung. Bei digitaler Realisierung der Funktionsgeber 3,4 und 5 werden die Funktionswerte F. als Tabelle in einem Speicher abgelegt, was aber wegen der Genauigkeitsforderung eine Digitalisierung in sehr feinen Stufen erforderlich macht. Trotzdem sind die Werte F. und x^K wie auch

KK

die Produkte X₂ . F₁ und V₂ · F_ grundsätzlich mit Quantisierungsfehlern behaftet, wenn als Abtastpunkte äquidistante Zeitpunkte gewählt werden. Die Tabelle muß abhängig von der gefor-

= 1S 809839/051·.

derten Genauigkeit sehr groß werden. Der Quantisierungsfehler entfällt, wenn erfindungsgemäß die Abtastpunkte für die Meßwerte der Prozeßgrößen abhängig von unterschiedlichen Transportlagen der Warenbahn, also abhängig von der Bahnlage X₁ bzw. der normierten Bahnlage x. ortsabhängig festgelegt werden.

Fig. 3 zeigt eine grafische Darstellung zum Vergleich zweier Regeleinrichtungen, welche mit äquidistanten Zeitpunkten (Fig. 3a) und äquidistanten Ortspunkten (Fig. 3b) als Abtastpunkten arbeiten.

Fig. 3a zeigt eine Abtastung zu äquidistanten Zeitpunkten T _₁, T , T ₊₁ . x^ j, ist jeweils der k-te Wert der Bahnlage x* bei digitaler Messung. F. ^ ist die Lösungsfunktion der Funktionsgeber 3, 4 bzw. 5 mit i = 1, 2, 3 und mit k gleich dem k-ten Wert bei Digitalisierung. Λ^χί ist ein Weginkrement bei digitaler Messung der Bahnlage X₁, beispielsweise mit Hilfe eines Impulsgebers. Bei dem in Fig. 3a dargestellten Fall wird ein Quantisierungsfehler bezüglich der Bahnlage x!5 in Höhe von 10 % in Kauf genommen. Dazu ist es erforderlich, mindestens 10 X₁-Stützpunkte zwischen zwei Abtastzeitpunkte T ... T _₁ zu legen. Entsprechend sind für die Funktion F. zwischen den beiden Abtastzeitpunkten 10 Tabellenwerte abzuspeichern. Zusätzlich zu dem erheblichen Speicherumfang macht sich der Quantisierungsfehler in der Nähe des Endzeitpunktes, d.h. in Schnittnähe, besonders gravierend bemerkbar, da die Funktionen F. dort sehr große Werte annehmen (singuläres Verhalten, Polstelle von F.).

Fig. 3b stellt den Fall dar/ bei welchem die Abtastpunkte als äquidistante Ortspunkte festgelegt werden. Die Abtastpunkte werden bestimmt durch einfaches Abzählen von z.B. immer 10 Weginkrementen Λ x^ (Abtastbreite ΔΝ). Da die Abtastpunkte N, N+1 ...a priori festliegen, genügt die Angabe von Funktionswerten nur für diese Abtastpunkte N, N+1 ... Damit wird je Funktionsgeber nur ein Zehntel an Speicherplatz verglichen mit dem

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Fall nach Fig. 3a benötigt. Die Lösungsfunktion F. kann

ι ,κ

in Form von Lösungen D. als Treppenfunktion abgespeichert werden, wobei i = 1, 2, 3 und N die Nummer des Abtastpunktes ist. Zusätzlich zu dem erheblich geringeren Speicherbedarf treten bei dem Fall nach Fig. 3b auch keine Quantisierungsfehler auf, was sich besonders in der Nähe des Schnittpunktes sehr genauigkeitssteigernd bemerkbar macht.

Fig. 4 zeigt das Blockschaltbild einer digitalen Regeleinrichtung für einen Querschneider, bei welcher die Verfahrensmerkmale, daß die Abtastpunkte für die Meßwerte der Prozeßgrößen abhängig von unterschiedlichen Transportlagen der Warenbahn ortsabhängig, beispielsweise durch Markierungen auf der Warenbahn, festgelegt werden, auch für den Aufbau der Funktionsgeber 3, 4 und 5 ausgenutzt ist. In den Funktionsgebern sind nunmehr statt der Lösungsfunktionen F. die Lösungen D. von Treppenkurven in Form von Tabellen abgespeichert. Zusätzlich zu der in Fig. 2 gezeigten Regeleinrichtung ist ein Zähler vorgesehen, dessen Eingang Meßwerte der Weginkremente Δχ~ der Bahnlage X₁ zugeführt werden. Im Ausgang des Zählers erscheint die Nummer N der ortsabhängigen Abtastpunkte N. Die abgespeicherten Tabellen für die Lösungen D. statt der stetigen Funktion F. haben einen wesentlich geringeren Umfang.

Im Eingang der digitalen Regeleinrichtung nach Fig. 4 sind somit drei Funktionsgeber 3, 4 und 5 vorgesehen, welche die Lösungsfunktionen F. in Form von Tabellen für die Lösungen D. enthalten und von dem entsprechend der Transportlage X₁ der Warenbahn weitergeschalteten Zähler 11 angesteuert werden. Die Funktionsgeber 3, 4 und 5 sind auf die Multiplikatoren 6, 8, 9 und 10 zum Multiplizieren der Ausgangsgrößen der Funktionsgeber 3, 4 und 5 mit den Meßwerten der normierten Prozeßgrößen χί, x^, v^ und νί geschaltet.

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Fig. 5 zeigt eine digitale Regeleinrichtung für einen Querschneider, mit welcher es möglich ist, als Prozeßgrößen nur die Lagen x~ und x.. von Messertrommel und Warenbahn durch Zählen von Weginkrementen Δ x^ und Δ x^ zu erfassen. Gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 sind die Multiplizierer 8 und 10 im Ausgang der Regeleinrichtung·zu einem weiteren Multiplizierer 12 zusammengefaßt. Zwischen die Prozeßgröße V₁ und den Multiplizierer 12 ist eine Quadriereinheit

13 geschaltet. Im Eingang der Regeleinheit sind ein weiterer, an den Meßwert der Lage X₁ der Warenbahn angeschlossene Zähler

14 üxl zwei an den Meßwert der Lage x~ der Messertrommel angeschlossene Zähler 15 und 16 vorgesehen. Bei diesem Aufbau wird als Meßwert nicht die Messertrommel- oder Messergeschwindigkeit V- , sondern nur das während des vergangenen Abtastintervalls N ... N-1, also während des ortsabhängigen Abtastintervalls Δ N zurückgelegte Weginkrement Δ ::~ der Messerlage x„ benötigt. Diese Größe läßt sich leicht ebenso wie x„ selbst durch Abzählen der Weginkremente /ix„ durch den Zähler 15 gewinnen. Damit entfällt die problematische Erfassung der stark veränderlichen Messergeschwindigkeit V₀ . Es verbleibt ein bloßes

χ λ κ Zählen der Weginkremente (Impulse) Δ X₁ und Δ x„ von Bandlage (Ort) und Messerlage (Winkel) , da auch die relativ langsam veränderliche Bahngeschwindigkeit V₁ aus dem Zähler 14 abgeleitet werden kann, der die Bahnimpulse aufgrund der Weginkremente Δ x^ wahrer" ^fxE konstanten Zeit Δ Τ zählt. Der Zähler 16 zählt die Weginkremente Δ x_? in Form von Impulsen, während die Warenbahn um Δ N weiterläuft. Der Zähler 15 zählt die Impulse von der Messertrommel absolut. Zusammengefaßt ist bei der digitalen Regeleinrichtung nach Fig. 5 keine separate Geschwindigkeitsmessung erforderlich.

Die Tabellen für die Lösungswerte D. in den Funktionsgebern 3, 4 und 5 der Regeleinrichtungen nach Fig. 4 und 5 stellen einen Zusammenhang her zwischen der laufenden Nummer N des

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Abtastpunktes und der Lösung oder'dem Funktionswert D.

·' .·' ' ■ ■■ k ^1# · sie sind nicht abhängig vom Absolutwert der Größe X₁. Der Zusammenhang zwischen X₁ und N, also der Zusammenhang, wie viele Weginkrentente Δχ, ein Abtastintervall Δ Ν bilden, wird durch eine.vorgeschaltete Normierung hergestellt, deren Durchführung bekannt ist.

Fig. 6 zeigt eine grafische Darstellung, aus welcher zu entnehmen ist, daß bei unfeerschiedlicher Normierung in verschiedenen Bereichen des gesamten Übergangsintervalls die selben Nummern N auftreten. Teilt man das gesamte ÜbergangsIntervall in einzelne Phasen auf, deren Länge'sich als geometrische Reihe 1/b ergibt, und ändert in jeder Phase die Normierung proportional zur Phasenlänge, so genügt ein Bruchteil der sonst erforderlichen Tabellenwerte für die Funktionsgeber 3, 4 und 5. Nach Fig. 5 werden also durch unterschiedliche Normierung einem physikalischen Ort X₁ verschiedene Abtastpunkte N und damit Lösungen D. oder einem Abtastpunkt N und damit einer Lösung D. „ verschiedene physikalische Orte zugeordnet·. Es wird also das gesamte Übergangsintervall der Regeleinrichtung in einzelne Phasen unterteilt, deren Länge sich als geometrische Reihe (1/b ) ergibt, wobei in jeder Phase die Normierung der/Meßwerte proportional zur Phasenlänge geändert wird. '

Fig. 7 zeigt schematisch einen Fall mit der für Dualarithmetik besonders günstigen Basis b = 2 für die geometrische Reihe und mit m = 4 Phasen P1, P2, P3 und P4. Weiter ist die Restphase RP angegeben. Der Gesämtbereich ist also in Phasen gemäß der geometrischen Reihe 1/2^m aufgeteilt. Die einzelnen Phasen grenzen ohne Überlappung und ohne Lücke aneinander an, die Abtastintervalle werden immer kleiner. Es ist zu erkennen, daß mit der in der"Phase P4 gewählten Abtastbreite zunächst insgesamt 64 Tabellenwerte oder Lösungen D. pro Funktionsgeber erforder-

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lieh sind, wovon in der Phase P4 die Tabellenwerte 5 bis 8 benötigt werden.

Verdoppelt man nun in der Phase P3 die Abtastbreite durch Normierungsänderung, d.h. ordnet einem Abtastintervall Δ Ν doppelt so viele Weginkremente Δχ. zu, so werden auch in der Phase P3 die Tabellenwerte 5 bis 8 statt der Tabellenwerte 9 bis 16 verwendbar. Gleiches gilt für die Phasen P2 und P1 jeweils in bezug auf die vorhergehende Phase P3 und P2. Auch die Restphase RP läßt sich durch fortgesetztes Neunormieren so aufteilen, daß statt der Tabellenwerte 1 bis die Tabellenwerte 5 bis 8 gelten. Bei dem in Fig. 7 dargestellten Beispiel erhält man somit eine Reduktion der erforderlichen Anzahl von Tabellenwerten von 64 auf 4, und dies für jeden der drei Funktionsgeber 3, 4 und 5.

In Fig. 7 ist der Übersichtlichkeit halber eine sehr grobe Unterteilung gezeigt. Bei der praktischen Anwendung der Phasenunterteilung und Umnormierung wird eine wesentlich feinere Unterteilung, z.B. 30.000 AbtastintervalIe, verwendet. Es ist ohne weiteres zu erkennen, daß dabei die Einsparung an Speicherplätzen außerordentlich hoch ist.

Fig. 8 zeigt den Verlauf der Lösungen D. mit und ohne Phasenunterteilung bzw. Phasenumschaltung. Der Verlauf ohne Phasenumschaltung ist gestrichelt angegeben. Es ist zu erkennen, daß die Lösungen D. ohne Phasenbildung in der Nähe des Schnittpunktes sehr große Werte annehmen und ein sehr großer Dynamikbereich D. - D. . auftritt. Bei gegebener digitaler Worti max ι mm

länge zur Zahlendarstellung führt eine große Dynamik zu sehr ungenauer Darstellung besonders der kleinen Werte infolge des Rundungsfehlers. Mit der Phasenunterteilung bzw. Phasenumschaltung ist der Dynamikbereich D. - D. . in allen Phasen

ι max i mxn

der gleiche geringe Dynamikbereich. Es läßt sich also mit der

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Unterteilung in Phasen eine Genauigkeitssteigerung bei der Berechnung der Steuerfunktion erzielen.

Bei der Ableitung der oben erwähnten Synthesegleichungen wurde angenommen, daß der Messertrommelantrieb ein doppelt integrales Verhalten aufweist. Die Steuerfunktion u entspricht dann der Beschleunigung b.. der Warenbahn. Dabei ist die Beschleunigung b₁ eine Gerade, die Bahngeschwindigkeit V₁ eine Parabel und die Bahnlage X₁ eine kubische Parabel. Konkrete Antriebe zeigen dieses ideale Verhalten nur in grober Näherung, weshalb die Endwertregelkreise für derartige Antriebe besonders in der Nähe des Schnittpunktes eine hohe Empfindlichkeit bezüglich Störungen zeigen. Gemäß einer Weiterentwicklung der Erfindung wird daher in der Regeleinrichtung ein mathematisches Modell der Strecke unter Verwendung von Teilprodukten bei der Erzeugung der Steuerfunktion nachgebildet und zur exakten Führung des Messertrommelantriebs eingesetzt, Zu diesem Zwecke enthält die digitale Regeleinrichtung 17 außer dem Endwertregler 18 ein mathematisches Modell 19 der Strecke. Eine derartige Regelkreisstruktur ist in Fig. 9 dargestellt. Die zusätzlichen Indizes s bzw. i bei den Prozeßgrößen deuten Sollbzw. Istwert bei diesen Größen an.

Nach Fig. 9 arbeitet der eigentliche Endwertregler 18 der digitalen Regeleinrichtung 17 auf das mathematische Modell 19 der Strecke wie auch auf den Stromregler 20 des Antriebsmotors 21 für die-Messertrommeln zur Vorgabe des Stromsollwerts

Die Messerlage x₂ im Ausgang des mathematischen Modells 19 ist proportional dem Sollwert x~ dieser Messerlage und wird einem Lageregler 22 zugeführt. Den Messerlageistwert x₂· erhält der Lageregler 22 vom Ausgang des Antriebsmotors 21. Ausserdem wird die Messerlage x~ dem Endwertregler 18 zugeführt.

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Die Messergeschwindigkeit v₂ ist proportional der Messersollgeschwindigkeit v₂ und wird vom Ausgang des mathematischen Modells 19 außer dem Endwertregler 18 dem Eingang eines Drehzahlreglers 23 zugeführt. Den Messergeschwindigkeitsistwert v₂· erhält der Drehzahlregler 23 vom Ausgang des Antriebsmotors 21. Schließlich wird dem Eingang des Drehzahlreglers 23 auch noch die Ausgangsgröße des Lagereglers 22 zugeführt. Der Drehzahlregler 23 arbeitet auf den Stromregler 20, dessen Eingang außerdem die Steuerfunktion u , welche proportional dem Stromsollwert i_ ist, und der Stromistwert i_o. vom Ausgang des Antriebsmotors 21 zugeführt wird.

Dem Antriebsmotor 24 für den Vorschub der Materialbahn wird der Bahngeschwindigkeitssollwert V₁ zugeführt. An dem Antriebsmotor 24 wird die Bahnlage X₁ abgenommen und über einen Impulsgeber 25 in das Weginkrement Ax₁ umgewandelt. Dieses Weginkrement Δ X₁ für die Bahrilage X₁ wird wiederum dem Endwertregler 18 zugeführt. Das mathematische Modell ist besonders einfach in die beschriebene digitale Regeleinrichtung zu integrieren, da schon bei der Bestimmung der Steuerfunktion u^x in der digitalen Regeleinrichtung bzw. dem Endwertregler 18 Teilprodukte auftreten, die die Nachbildung des Modells besonders einfach und genau zulassen. Die digitale Regeleinrichtung gibt jetzt nicht nur die Steuerfunktion u^H als Sollbeschleunigung, sondern auch die Messerlage X₂* und die Messergeschwindigkeit vi als Soll-Lage bzw. Sollgeschwindigkeit aus. Damit ist ein exaktes Führen des Messertrommelantriebs möglich. Für den Messertrommelantrieb selbst wird ein konventioneller Lageregelkreis mit unterlagerter Geschwindigkeit©- und Stromregelung eingesetzt.

Weiter kann auch die Lageregelung der Messer trommel in der digitalen Regeleinrichtung durchgeführt werden, wozu der Lageregler 22 in die digitale Regeleinrichtung 17 integriert wird, wie es in Fig. 10 dargestellt ist.

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Hier tritt der Messergeschwindigkeitssollwert v«, für den Drehzahlregler 23 unmittelbar am Ausgang des Lagereglers 22 auf. Mit einer derart aufgebauten digitalen Regeleinrichtung ist nur ein gewöhnlicher drehzahl- und stromgeregelter Antrieb für die Messertrommel erforderlich.

Weiter wird vorteilhaft auch die Sollwertvorgabe für den Vorschub' der Warenbahn in der digitalen Regeleinrichtung durchgeführt. Zu diesem Zweck ist in einer Einheit 26 für zusätzlich übergeordnete Funktionen eine Einheit 27 für die Bahngeschwindigkeitssollwertvorgabe in die digitale Regeleinheit integriert, welche dem Antriebsmotor 24 für den Vorschub der Warenbahn den Bahngeschwindigkeitssollwert V₁ zuführt. Eine derartige Regelkreisstruktur, welche mit Ausnahme der in die digitale Regeleinrichtung 17 integrierten Einheit 26 der Regelkreisstruktur nach Fig. 10 entspricht, ist in Fig. 11 dargestellt. Der Bandgeschwindigkeitssollwert V₁ kann abhängig vom Schnittformat oder von der Bogenlänge nunmehr optimal durch die digitale Regeleinrichtung 17 mit integrierter Einheit 26 berechnet werden.

Auch der Hochlauf des Querschneiders kann durch Vorsehen einer entsprechenden Einheit zum Steuern des Hochlaufs in der Einheit 26 durch die digitale Regeleinrichtung gesteuert werden. Schließlich können von der digitalen Regeleinrichtung 17 zusätzlich übergeordnete Funktionen durchgeführt werden, wenn entsprechende Einheiten im Rahmen der in die digitale Regeleinrichtung 17 integrierten Einheit 26 vorgesehen werden. Derartige Einheiten sind eine Einheit 28 zur Optimierung, eine Einheit 29 zur Adaption, eine Einheit 30 zur Überwachung und eine Einheit 31 zur Formatsteuerung innerhalb der Einheit 26. Mit derartigen Einheiten kann die digitale Regeleinrichtung 17 zusätzlich die übergeordneten Funktionen .der Schnittfehlerüberwachung und Korrektur durch Adaption, der Schnittzählung

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(Bogenzähler), der Formaturnsteuerung, sogar von Schnitt zu Schnitt oder abhängig von der gewünschten Bogenlänge ohne Unterbrechung, und die Rückmeldung und/oder Protokollierung von Betriebszustanden übernehmen.

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Claims

HOFFMANN · JEITLF, & iPARTNJBR 2312849 PATENTANWÄLTE DR. ING. E. HOFFMANN (1930-1976) . DIPL-I N G. W.EITLE · DR. RER. NAT. K. HOFFMAN N · Dl PL.-ING. W. LEH N DIPL.-ING. K. FOCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABEUASTRASSE-MSTERNHAUS) . D-8000 MÖNCHEN 81 · TELEFON (08?) 911087 . TELEX 05-2961» (PATHE) Jagenberg-Werke AG, Düsseldorf Verfahren zum Steuern eines Querschneiders und digitale Regeleinrichtung zur Durchführung des Verfahrens Patentansprüche :

1. Verfahren zum Steuern des Antriebsmotors zweier miteinander gekuppelter Messertrommeln eines Querschneiders für Warenbahnen mit Hilfe einer digitalen Regeleinrichtung, welche abhängig von Meßwerten der Prozeßgrößen eine Steuerfunktion erzeugt, dadurch gekennzeichnet , daß die Abtastpunkte (N) für die Meßwerte abhängig von unterschiedlichen Transportlagen (x-) der Warenbahn (1) ortsabhängig festgelegt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet , daß die Abtastpunkte (N) durch Markierungen auf der Warenbahn (1) festgelegt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e kennzeichnet , daß als Prozeßgrößen nur die Lagen (χ.* , x„) von Messertrommel und Warenbahn durch Zählen von Weginkrementen (Ax₁, Δχ,) erfaßt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,-

dadurch gekennzeichnet , daß das gesamte Über gangsintervall der Regeleinrichtung (17) in einzelne Phasen (P1_rP2,P3,P4,PR) unterteilt wird, deren Länge sich als geo-

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metrische Reihe (1/b^m) ergibt, und daß in jeder Phase die Normierung der Meßwerte proportional zur Phasenlänge geändert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß als Basis für die geometrische Reihe b = 2 gewählt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß in der Regeleinrichtung (17) ein mathematisches Modell (19) der Strecke unter Verwendung von Teilprodukten bei der Erzeugung der Steuerfunktion (u ) nachgebildet und zur exakten Führung des Messertrommelantriebs eingesetzt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß auch die Lageregelung der Messertrommel (2) in der digitalen Regeleinrichtung (17) durchgeführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Sollwertvorgabe für den Vorschub der Warenbahn (1) in der digitalen Regeleinrichtung (17) durchgeführt wird.

9. ^TT-"fahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß der Hochlauf des Querschneiders durch die digitale Regeleinrichtung (17) gesteuert wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß zusätzlich übergeordnete Funktionen von der digitalen Regeleinrichtung (17) durchgeführt werden.

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11. Digitale Regeleinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß im Eingang drei Funktionsgeber (3,4,5) vorgesehen sind, die Lösungsfunktionen F. in Form von Tabellen für die Lösungen D. enthalten und von einem entsprechend der Transportlage (x..) der Warenbahn weitergeschalteten Zähler (11) angesteuert werden, und daß die Funktionsgeber (3,4,5) auf Multiplikatoren (6,8,9,10,12) zum Multiplizieren der Ausgangsgrößen der Funktionsgeber (3,4,5) mit den Meßwerten der Prozeßgrößen geschaltet sind.

12. Digitale Regeleinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß in jedem der Funktionsgeber (3,4,5) jeweils nur die Lösungen D. für eine Phase (P4) des Übergangsintervalls, welches in Phasen (P1,P2,P3,P4, PR) mit Längen entsprechend einer geometrischen Reihe (1/b ) unterteilt ist, abgespeichert sind.

13. Digitale Regeleinrichtung nach Anspruch 11 oder

12, dadurch gekennzeichnet , daß im Eingang ein v/eiterer, an den Meßwert der Lage (X₁) der Warenbahn angeschlossener Zähler (14) und zwei an den Meßwert der Lage (x~) der Messertrommel (2) angeschlossene Zähler (15, 16) vorgesehen sind.

14. Digitale Regeleinrichtung nach Anspruch 11 bis

13, dadurch gekennzeichnet , daß sie außer dem Endwertregler (18) ein mathematisches Modell (19) der Strecke enthält.

15. Digitale Regeleinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß sie weiter einen Lageregler (22) enthält.

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16. Digitale Regeleinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , daß sie eine Einheit (27) zur Berechnung des Drehzahlsollwerts für den Antriebsmotor (24) der Warenbahn (1) enthält.

17. Digitale Regeleinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , daß sie eine Einheit zum Steuern des Hochlaufs des Querschneiders enthält.

18. Digitale Regeleinrichtung nach Anspruch 15, 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet , daß sie Einheiten (28,29,30,31) zur Durchführung zusätzlich übergeordneter Funktion enthält.

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