JP4980551B2 - コンビネーションドライブを同期化する方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、１つのマスタ駆動装置と、これに付属する少なくとも１つのスレーブ駆動装置と、中央制御ユニットとを備え、マスタ駆動装置および各スレーブ駆動装置はデータ処理手段と記憶手段を含む制御手段を有しており、各スレーブ駆動装置はマスタ駆動装置の動作目標値の設定に従って回転数と角度が同期化される機械、特に印刷機のための、複数の駆動装置からなるコンビネーションドライブを同期化する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
印刷機を運転するときには、駆動装置のさまざまな組み合せが制御されるのが通例である。このようなコンビネーションドライブ（Antriebskombinationen）は、誤差のない同期運転をするために相互に同期化されていなくてはならない。そのために従来技術では、スレーブ駆動装置の目標値をマスタ駆動装置の実際値に合わせて調節する、さまざまな方法や装置が公知である。
【０００３】
【非特許文献１】
ＳＥＲＣＯＳ ＩＮＴＥＲＦＡＣＥ−ＴＥＣＨＮＩＣＡＬ ＳＨＯＲＴ ＤＥＳＣＲＩＰＴＩＯＮ
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
たとえば、ハイデルベルガー・ドゥルックマシーネンＡＧ社の２０００年１１月２３日付け出願「複数のユニットで進行するプロセスを同期化する装置および方法」では、マスタ駆動装置と１つまたは複数のスレーブ駆動装置を、中央の制御手段の時間サイクルで同期化することが提案されている。周期的に送信されるマスタ駆動装置の実際値によって、および数学計算モデルによって、スレーブ駆動装置について現在もしくは以後のプロセスの目標値を計算することができる。それにより、各駆動装置がプロセスの進行中に修正措置によって同期性を維持することができ、開始されるプロセスを正しい時点で、もしくは正しい角度位置で始めることが可能である。しかしながらこの方法では、実際値からの補間によって絶えず目標値を算出しなければならないことが示されている。そのため、回転数が高い場合、目標値の設定をするときに無視することができない不正確さが生じてしまう。
【０００５】
さらに、マスタ駆動装置の実際値をスレーブ駆動装置の制御手段に伝送し、近似計算によってスレーブ駆動装置についての目標値を求める別の同期化方法が、非特許文献１に記載されている。この方法の欠点は、スレーブ駆動装置の目標値を、付属のマスタ駆動装置の所定の実際値に合わせて、種々の要因の影響による高いコストのかかる調節をすることが必要であり、マスタ駆動装置とスレーブ駆動装置の間の継続的な調整によって、同期化を更新しなければならないことである。そのため、著しい計算コストが必要であるとともに、個々の制御手段と中央制御ユニットとの間の無視できないデータ伝送量が必要である。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、上述した欠点を回避して、駆動装置の同期化が、実質的に実際値に関わりなく行われる方法および装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この目的は、独立請求項の特徴部に記載の構成要件によって達成される。本発明による方法の有利な発展例は、それぞれ付属の従属請求項の構成要件によって開示されている。
【０００８】
そのために本発明では、マスタ駆動装置の動作目標値に応じて、各スレーブ駆動装置について、スレーブ駆動装置の動作目標値をマスタ駆動装置の対応する動作目標値に合わせる、少なくとも１つの同期化関数を求め、マスタ駆動装置と同期したスレーブ駆動装置の動作目標値を各動作時点についてスレーブ駆動装置の同期化関数を用いて求めて、スレーブ駆動装置に設定することが意図される。
【０００９】
マスタ駆動装置には、中央制御ユニットによって作動のために設定される情報が存在している。この情報は、まず第１に動作値を含んでいる。この動作値は、スタート時間、終了時間、加速度、速度もしくは回転数、ならびに所定の時点での角度位置によって、実質的に定義される。
【００１０】
これらの動作値から、各々のスレーブ駆動装置について対応する動作値を求めることができ、それによってマスタ駆動装置との同期性を保証することができる。そのために必要なのは、どの駆動装置の時間ベースとも同じシステム時間だけである。このことは、同期化関数を求めることによって達成するのが好ましく、この同期化関数によって、動作の各々の時点におけるスレーブ駆動装置の運動の推移をマスタ駆動装置の動作値から決定し、スレーブ駆動装置に対して設定することができる。
【００１１】
このようにして、目標値と実際値の差異や、データ伝達時間に基づく所要時間の補償を、高いコストをかけて計算しなくてもよくなるという利点がある。それにより、一方では、中央制御ユニットもしくはデータ処理手段の計算時間が節約され、また、データ伝達手段を通じてのデータ転送量も減る。同期化データやこれに付属する制御コマンドを、スレーブ駆動装置の制御手段で分散して計算することができるので、広く伝達しなくてもすむからである。
【００１２】
さらに、スレーブ駆動装置の動作値を算出するために同期化関数を求めることによって、スレーブ駆動装置の動作値をマスタ駆動装置の所定の動作値から迅速に、かつ多大な計算コストなしに算出することが可能である。なぜなら、同期化関数をマスタ駆動装置の動作値に直接用いることができ、それにより、スレーブ駆動装置の動作値を、付属の制御手段による駆動装置の制御のために直接利用できるからである。
【００１３】
このことは、中央制御ユニットがマスタ駆動装置の動作目標値をすべてのスレーブ駆動装置に対して設定し、マスタ駆動装置の動作目標値と対応する動作目標値を、同期化関数を用いて、それぞれ付属のスレーブ駆動装置について求めることによって実現される。
【００１４】
そのために、駆動装置のすべての制御手段が、中央制御ユニットによって特別なコマンドセットで制御される。このとき、たとえば速度推移や、絶対的または相対的な位置決めコマンドなどを内容とする駆動装置の特定の運動形態を、コマンドセットによって表現可能であることが意図される。特にコマンドセットは、制御コマンドが実行されるべき時点に関する情報も内容としている。そのために、駆動装置およびこれに付属する制御手段は、中央制御ユニットからシステム時間の供給をうけるのが好ましい。
【００１５】
１つの駆動装置が、すべてのスレーブ駆動装置に対する仮想的なマスタ駆動装置として規定される。枚葉紙オフセット印刷機の場合には、メイン駆動装置が仮想的なマスタとして規定されるのが普通である。それ以外の規定方法も同じく本発明に含まれる。サブ駆動装置をマスタ駆動装置として規定しても、分散制御を実現できるからである。
【００１６】
さらに、１つの駆動装置の動作目標値が、角度、回転数、加速度、コマンド時間、システム時間などについての制御コマンドを含むことが意図される。それにより、動作目標値を駆動装置に対して直接設定したり、制御手段によって処理できることが達成される。つまり制御コマンドは、駆動装置の運動に必要なあらゆるデータを含んでいる。このとき、スレーブ駆動装置の同期化の開始、終了、および推移の少なくとも１つを、同期化関数によって決定することが意図される。
【００１７】
スレーブ駆動装置は同期化関数によって、まずマスタ駆動装置の回転数に合わせて同期化され、マスタ回転数に達した後、スレーブ回転数が所定の時間のあいだ変更される同期化関数が求められる。このようにして、回転数同期の回復と同時に、各駆動装置の角度位置の同期を得ることができる。本方法のこの実施態様では、同期化の開始についての周辺条件の設定を省略できるという利点がある。まず駆動装置の回転数同期を成立させ、次いで、角度差がどのような種類のものであるかを判定することが可能である。これを前提としたうえで、同期化されるべき駆動装置の始動回転数と角度位置とを考慮した同期化関数を求め、次いで、時間的に限定されたスレーブ駆動装置の回転数変更によって動作値を適合化し、それにより、この同期化関数を適用すると回転数同期と角度同期が成立することになる。
【００３０】
さらに、マスタ駆動装置の動作値を、コマンド分配器を介して中央制御ユニットから各駆動装置の制御手段に送ることが意図される。このようにして、マスタ駆動装置の制御コマンドがすべての駆動装置に同時に伝送されることが保証され、次いで、各駆動装置の制御手段が、同期運転を保証するこのような制御コマンドを計算することができる。この場合、マスタ駆動装置の制御手段とスレーブ駆動装置の制御手段が制御コマンドを実質的に同時に計算するので、さまざまな駆動装置を制御するときの遅延が防止される。
【００３１】
マスタ駆動装置の制御コマンドがすべての駆動装置へ同時に送られることを保証できないときは、マスタ駆動装置の制御コマンドを受信して同期化関数ないし変化関数を求める十分な時間が各スレーブ駆動装置にある程度に、マスタコマンドのスタート時点を先に延ばす。統一されたシステム時間によって、以後の同期化の誤差が防止される。
【００３３】
本方法のさらに別の変形例は、同期化関数と各スレーブ駆動装置の少なくとも一方を、記憶手段によって以後の動作のために記憶することによって得られる。それにより、すでに以前に求めた動作目標値を利用することによって、各スレーブ駆動装置の絶対値を初回の同期化のときに求めなければならないという事態を防止できる。
【００３４】
本方法によって、特に、制御技術的に同期化可能な電子波動をもつ駆動装置複合体において、この駆動装置複合体の定置のスレーブ駆動装置を、すでに回転しているマスタ駆動装置と回転数および角度位置に関して同期化することができる。このことは、動作値を伝送する、従来式のデータフィールドバスを用いることによって実現される。この場合、高速の目標値バスを省略することができるので、製造時にコスト面のメリットを得ることが可能である。
【００３５】
マスタ駆動装置の動作値を、スレーブ駆動装置のすべての制御手段に送ることによって、マスタ駆動装置の制御コマンドのスタート時点と終了時点、マスタ駆動装置の加速度、制御コマンドの終了時点におけるマスタ駆動装置の角度位置、および制御コマンドの終了後に到達する最終回転数がわかる。
【００３６】
スレーブ駆動装置の動作値は、制御手段のデータ処理手段によって計算される。その際には、マスタ駆動装置の回転数ないし加速度の推移をシミュレートすることができる。したがって、スレーブ駆動装置の制御手段は、マスタ駆動装置の位置を一定の許容範囲内でいつの時点でも計算することが可能である。
【００３９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００４０】
図１は、コンビネーションドライブ２を同期化する装置１のブロック図を示している。この種のコンビネーションドライブは、たとえば、１つのメイン駆動装置が複数のサブ駆動装置に付属する印刷機で用いられる。このときメイン駆動装置はマスタ駆動装置３としての役目をし、サブ駆動装置はスレーブ駆動装置４としての役目をするのが好ましい。
【００４１】
印刷機は、個々の駆動装置３，４を制御するために、中央制御ユニット５と制御手段６とを有している。制御手段６と中央制御ユニット５とはコマンド分配器７とデータ伝送手段８とを介して、特に互いに並列に接続されている。
【００４２】
中央制御ユニット５から、マスタ駆動装置３の制御コマンドが制御手段６に伝送される。このときマスタ駆動装置３の制御手段６ａだけでなく、スレーブ駆動装置４の制御手段６ｂも、コマンド分配器７を介して特に同時に制御される。
【００４３】
制御手段６は、受信した制御コマンドから、角度位置、回転数もしくは速度、および場合により加速度などの必要な目標値を、それぞれの駆動装置３，４について計算もしくは設定する目標値発生器９をそれぞれ有している。
【００４４】
マスタ駆動装置３の動作値が中央制御ユニット５からフィールドデータバス８を介してマスタ駆動装置３およびスレーブ駆動装置４の各制御手段６に伝送された後、各々の駆動装置３，４について、付属の制御手段６により独自の動作値が算出される。このときに、各スレーブ駆動装置４の制御手段６ｂによって同期化関数が求められ、この同期化関数によって、スレーブ駆動装置４をマスタ駆動装置３の対応する動作値に合わせる同期化を、所定の同期化時点ｔ_sについて行うことができる。そしてこの動作値が記憶され、もしくは各駆動装置３，４に対する制御コマンドとして設定される。
【００４５】
図２には、マスタ駆動装置の速度グラフが描かれている。ここではマスタ駆動装置３は所定のスタート時点ｔ_mのとき、特定の角度位置φ₀でスタートする。そして特定の加速度ａ_mで速度ｖ_mまで加速する。加速度ａ_mに基づいて、時点ｔ ₁ のときに特定の角度位置φ_mで速度ｖ_mに到達する。
【００４６】
これらの動作値によって、所定の時点、すなわち同期化時点ｔ_sでマスタ駆動装置３とスレーブ駆動装置４の同期化を達成する、対応する動作値をスレーブ駆動装置について求めることが可能である。そのために本発明では、マスタ駆動装置３の動作値を考慮し、これと対応する、スレーブ駆動装置４の動作値を角度同期と回転数同期に関して算出可能である同期化関数を、各々のスレーブ駆動装置４について求めることが意図されている。
【００４７】
図３には、本発明に基づいてスレーブ駆動装置４をマスタ駆動装置３に合わせて同期化することができる、スレーブ駆動装置４のさまざまな速度グラフが示されている。スレーブ駆動装置４は、同期化の開始時には初期速度ｖ₀を有している。ここで、ｖ₀は値ゼロまたは所定の初期値をとることができる。前者の場合、スレーブ駆動装置４は同期化以前には作動していなかったので、制御手段６は、角度位置が予め記憶されていない場合、または適切なエンコーダ部材（たとえば絶対値エンコーダ部材）の使用によって既知となっている場合には、独自の角度位置を求めなくてはならない。この基本設定によって、同期化のための動作値を求めることが可能である。
【００４８】
ゼロ位置がまだ設定されていないときは、図３（ａ）に従って同期化を行うことができ、このときスレーブ駆動装置４は、マスタ駆動装置３の運動が一定のとき、遅延された角度同期化で同期化される。そのためにスレーブ駆動装置４は、マスタ駆動装置３の速度もしくは回転数ｖ_mまで加速させられる。このとき、スレーブ駆動装置４はこの過程のあいだにゼロ位置を表すゼロパルスを受けとり、これが少なくともスレーブ駆動装置４の１回転以内に行われることを考慮する。次いで、スレーブ駆動装置４の角度位置φ_S0と同期化関数とを求め、この同期化関数によって、マスタ駆動装置３とスレーブ駆動装置４の間の算出される角度差φΔ＝φ_m−φ_S0を修正することができる。
【００４９】
この修正は、同期化関数を用いて、スレーブ駆動装置４を同期化することができる回転数変化および角度位置変化を算出することによって行われる。つまり、スレーブ駆動装置４の回転数の時間的に限定された変化によって、回転数の同期と角度の同期が得られる。
【００５０】
次いで同期化関数を用いて、動作の以後の推移についてスレーブ駆動装置４の動作値を求め、これを駆動装置に設定することができる。したがって、同期化の開始時にスレーブ駆動装置４のゼロ位置がわかっている場合、または、同期化の前にゼロ位置を求めることができるようにスレーブ駆動装置４が制御される場合には、同期化のスタート時点よりも前に、回転数同期と角度同期を同時に得ることができる同期化関数を決定することが可能である。
【００５１】
図３（ｂ）も速度グラフを示しており、ここではマスタ駆動装置３の回転数が一定のとき、回転数と角度位置が同時に同期化される。そのために、同期化の開始前にマスタ駆動装置３の動作値を用いて、所定の同期化時点Ｓで駆動装置の回転数と角度位置をいずれも同期化できるようにするために同期化のスタート時点ｔ_S0を変更しなくてはならない先行時間Ｔの量を算出しておく。したがって、同期化は時点ｔ_S＝ｔ_S0＋Ｔのときに開始される。
【００５２】
図３（ｃ）は、マスタ駆動装置３の回転数が変化するとき、スレーブ同期化が適合化されるスレーブ駆動装置４の速度グラフであり、この変化は同期化時点Ｓの前に終わっている。
【００５３】
図３（ｄ）は、マスタ駆動装置３の回転数が変化するとき、スレーブ同期化が適合化されるスレーブ駆動装置の速度グラフであり、この変化は同期化時点Ｓの後で終わっている。
【００５４】
図３（ｃ）と図３（ｄ）に示す両方の事例では、まず、マスタ駆動装置３の動作値の変化を変化関数で求め、もしくはスレーブ駆動装置４の制御手段６に設定する。同期化関数を使って求めたスレーブ駆動装置４の動作値に変化関数を適用し、そのようにして、動作値を変化に合わせる。マスタ動作値３の変化の終了前に同期化が完了しているときは、すなわちマスタ駆動装置３とスレーブ駆動装置４がすでにマスタ駆動装置３における変化の終了前に同期しているときは、変化関数を引き続きスレーブ駆動装置４の動作値に適用するだけでよい。マスタ駆動装置３における変化が同期化時点Ｓに達する前に終わっているときは、マスタ駆動装置３とスレーブ駆動装置４が同期するまで、同期化関数による同期化を続行する。
【００５５】
図４には、有限に限定されたジャーク（Ruck）を行うようにスレーブ駆動装置４が加速される同期化推移が示されている。この場合、図３に示す推移と比べて、被印刷体が運ばれるときにずれる危険が減る。図４（ａ）には、有限の値に制限されたジャークの推移が示されている。加速度の推移は図４（ｂ）、速度の推移は図４（ｃ）にそれぞれ示されている。
【００５６】
無限の上昇、すなわちジャークを防ぐために、本発明では、同期化関数が連続的な加速度推移を生成することが意図されている。このことは、同期化関数もしくは変化関数が平滑化されることによって実現される。このとき本発明によれば、制御手段の微分項（Differenzialglieder）が、発生する不連続な加速度推移を変換することが意図される。
【００５７】
図５は、系統誤差に合わせた同期化推移の調節を示している。初期状態では、マスタ駆動装置３は速度ｖ_mであり、スレーブ駆動装置４は速度ｖ₀である。
【００５８】
系統誤差は、刻時が離散的に行われ、同期化の開始について計算されるスタート時点ｔ_sが、設定されたクロックインターバルに属しており、そのためにサンプリングタイムの整数倍になっていないことによって生じる可能性がある。この場合、設定されたスタート時点ｔ_Sから次のサンプリングタイムまでの時間に依存する誤差Ｆが発生することになる。
【００５９】
同期化関数を、このような種類の系統誤差に合わせて調節することによって、誤差Ｆを直接修正することができる。そのために、当初の加速度ａと当初のスタート時点ｔ_Sを誤差に合わせて調節される。
【００６０】
そのために、同期化関数によって求められた先行時間が考慮される２通りの同期化方法が意図される。先行時間Ｔ＝Ｔ₁＋Ｔ₂によって設定されるスタート時点ｔ_Sは、サンプリングタイムの整数倍ではない。このときＴ₁は、ｔ_S0のときの理論上の同期化開始で回転数同期を得るための先行時間であり、Ｔ₂は、ｔ_Sのときの同期化開始で回転数同期と角度同期を得るための修正値に相当している。しかし、もっとも早くても次のサンプリング時点でしかスタートはできないので、上に述べたような系統誤差Ｆが生じる。動作値を求めるときに系統誤差Ｆが求められ、加速度ａもしくは同期化関数が適合化され、それによってスタート時点がサンプリングタイムに正確に一致することになり、すなわちサンプリングタイムの整数倍として決定される。このようにして、スレーブ駆動装置４がスタートする前に系統誤差Ｆが修正される。したがって、修正された同期化開始は時点ｔ_kで行われ、マスタ駆動装置３とスレーブ駆動装置４の回転数と角度位置をいずれも時点Ｓで同期させるために、加速度もそれに応じて値ａ_Sに決定される。
【００６１】
このとき、図５（ａ）で説明したように、同期化の開始をその次に可能なサンプリング時点まで遅らせることが可能である。したがって、修正されたスタート時点ｔ_kは、当初に計算された時点ｔ_Sよりも後に位置している。そのためには、求められた系統誤差Ｆが同期化の後で補正されるようにスレーブ駆動装置４の加速度ａ_Sを高めることが必要であり、すなわち、同期化関数で設定される同期化時点Ｓが誤差Ｆの分だけ前に移され、それによって同期化開始の遅れが補償される。
【００６２】
別案が図５（ｂ）に示されており、この図によれば、当初の同期化関数によって設定された時点よりも早い時点で同期化が開始される。したがって、修正されたスタート時点ｔ_kは、当初に計算された時点ｔ_Sよりも前に位置している。このようにして、当初の同期化関数によって設定された同期化開始ｔ_Sよりも前に位置するサンプリング時点に、同期化開始が移される。この場合には、加速度ａ_Sを下げ、それによって同期化時点Ｓを誤差Ｆの分だけ修正して、当初求めた加速度ａで行われたはずの時点よりも後で行われるようにすることが必要である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による装置のブロック図である。
【図２】マスタ駆動装置の速度グラフである。
【図３】マスタ駆動装置の運動が一定のとき、角度同期化が遅延して行われるスレーブ駆動装置の速度グラフ（同図（ａ））、マスタ駆動装置の運動が一定のとき、角度同期化が同時に行われるスレーブ駆動装置の速度グラフ（同図（ｂ））、マスタ駆動装置の回転数が変化するときこの変化は同期化時点の前に終わっている、スレーブ同期化が行なわれたスレーブ駆動装置の速度グラフ（同図（ｃ））、マスタ駆動装置の回転数が変化するときこの変化は同期化時点の後で終わっている、スレーブ同期化が行なわれたスレーブ駆動装置の速度グラフ（同図（ｄ））である。
【図４】ジャークが制限されるスレーブ駆動装置の速度推移を示すグラフ（同図（ａ））、ジャークが制限されるスレーブ駆動装置の加速度推移を示すグラフ（同図（ｂ））、 スレーブ駆動装置のジャークの推移を示すグラフ（同図（ｃ））である。
【図５】同期化遅延によって同期化誤差が考慮される、スレーブ駆動装置の速度グラフ（同図（ａ））、同期化加速によって同期化誤差が考慮される、スレーブ駆動装置の速度グラフ（同図（ｂ））である。
【符号の説明】
１ 装置
２ コンビネーションドライブ
３ マスタ駆動装置
４ スレーブ駆動装置
５ 制御ユニット
６ 制御手段
７ コマンド分配器
８ データ伝達手段
９ 目標値発生器

Claims (6)

1. １つのマスタ駆動装置と、これに付属する少なくとも１つのスレーブ駆動装置と、中央制御ユニットとを備え、前記マスタ駆動装置および各スレーブ駆動装置はデータ処理手段と記憶手段を含む制御手段を有しており、各スレーブ駆動装置は前記マスタ駆動装置の動作目標値の設定に従って回転数と角度が同期化される機械、特に印刷機のための、複数の駆動装置からなるコンビネーションドライブを同期化する方法において、
   前記マスタ駆動装置の動作目標値に応じて、各スレーブ駆動装置について、各スレーブ駆動装置の動作目標値を前記マスタ駆動装置の対応する動作目標値に合わせる、少なくとも１つの同期化関数を求め、前記マスタ駆動装置の動作目標値と同期した、各スレーブ駆動装置の動作目標値を各動作時点について前記スレーブ駆動装置の同期化関数を用いて求めて、各スレーブ駆動装置に設定することを特徴とする、コンビネーションドライブを同期化する方法。
2. 前記マスタ駆動装置の動作目標値が前記中央制御ユニットによって各スレーブ駆動装置の制御手段に対して設定され、該制御手段が、前記マスタ駆動装置の動作目標値と対応する動作目標値をそれぞれ付属のスレーブ駆動装置について前記同期化関数を用いて求める、請求項１に記載の方法。
3. 前記マスタ駆動装置および各スレーブ駆動装置の動作目標値が、角度、回転数、加速度、および前記機械が立ち上がってからの時間であるシステム時間に関する制御コマンドを含んでいる、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記同期化関数によって、各スレーブ駆動装置の同期化の開始、終了、および推移が決定される、請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法。
5. 前記マスタ駆動装置の動作目標値がコマンド分配器を介して前記中央制御ユニットから各スレーブ駆動装置の制御手段に送られる、請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法。
6. 前記同期化関数と各スレーブ駆動装置の動作目標値の少なくとも一方が記憶手段によって以後の動作のために記憶される、請求項１から５までのいずれか１項に記載の方法。

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