[发明专利]一种无轴凹版印刷机横向套准控制方法

说明书

本发明提供了一种无轴凹版印刷机横向套准控制方法，首先根据无轴多色凹版印刷机的印刷原理与物理规律，建立无轴多色凹版印刷机横向套准系统的非线性模型；然后采用摄动法和微元法对所述非线性模型进行线性化，推导出无轴多色凹版印刷机横向套准系统的线性模型；最后根据所述线性模型，设计基于前馈控制和自抗扰控制的多色横向套准系统的解耦控制方法。本发明简单可靠，对各种干扰具有很好的抑制作用，具有广泛的适用性；与传统的PID控制相比，在相同的条件下，套准误差的波动和持续性都大幅下降，能对张力变化的干扰具有很好的抑制作用，具有较高的应用价值和广阔的市场前景。

技术领域

本发明涉及一种基于前馈和ADRC解耦控制的无轴凹版印刷机横向套准控制方法，主要涉及前馈ADRC解耦控制策略在凹版印刷机套准控制上的运用，属于数字凹版印刷套准技术领域。

背景技术

凹版印刷是一种工艺稳定、耐印力高、适用范围广的印刷方法。近年来，随着高速及高精度印刷的发展，无轴驱动技术在最新的凹版印刷机中得到了广泛的应用。在该技术中，印刷辊由独立的伺服电机驱动，通过直接调整相关的伺服电机的速度来控制套准误差，而不是改变补偿辊的位置。这种方式打印速度快且准确、控制精度好、附加成本低。然而，无轴驱动模式下的套准误差具有累加效应，即上游的套准误差的调整影响下游所有的套准误差。而套准精度是衡量印刷的产品质量的重要指标。套准误差被定义为一个二维误差：沿印刷运动方向套准(MDR)误差和与印刷垂直方向套准(CDR)误差。一般来说，由于纸张的纵向抖动非常小，所以可以忽略纵向方向的套准误差。因此，利用质量的守衡方程，考虑张力、速度等因素的波动，能推导出无轴驱动模式的MDR系统的数学模型。

由于套准误差直接反映了套准的精度，而推导出的MDR数学模型具有多输入多输出、强耦合、强干扰、延时等多色套准系统的特点，在控制过程中难以解决超调和冲击问题，限制了凹印电子设备套准精度的提高。

在以往的研究中，基于PID控制的综合控制方法是凹印机多色套准系统最常用的控制策略，但取得的效果往往不甚理想。由于自抗扰控制(ADRC)的本质是可以实时估计和补偿内部耦合和外部扰动，因此ADRC已经成功地应用于许多工业领域中。虽然在最新的研究中对ADRC在调节套准误差方面的应用进行了初步评价，但随着套准系统中印刷颜色数的增加，所提出方法的设计难度迅速增加。而前馈能补偿由于其他扰动所造成的套准误差。所以，基于前馈自抗扰解耦控制的综合控制策略是多层套准系统的理想选择。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于前馈ADRC解耦控制的无轴凹版印刷机横向套准控制方法，能够抵消上游印刷单元的影响，相比PID具有抗干扰、超调小、作用快的特点。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种无轴凹版印刷机横向套准控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：根据无轴多色凹版印刷机的印刷原理与物理规律，建立无轴多色凹版印刷机横向套准系统的非线性模型；

步骤2：采用摄动法和微元法对所述非线性模型进行线性化，推导出无轴多色凹版印刷机横向套准系统的线性模型；

步骤3：根据所述线性模型，设计基于前馈控制和自抗扰控制ADRC的多色横向套准系统的解耦控制方法。其中，前馈控制用来补偿张力和印刷筒角速度的变化或扰动所带来的套准误差，而自抗扰控制包括跟踪微分器(TD)、扩展状态观测器(ESO)、非线性状态误差反馈控制律(NLSEF)。跟踪微分器用来安排过渡过程：其输出跟踪系统的参考输入。扩展状态观测器是自抗扰控制的核心，用来实现对输出变量的跟踪和对动态耦合、未知模型及外部干扰的估计。非线性状态误差反馈控制律是控制法则，用来实现对误差及微分误差合理组合，并和反馈一起主动补偿系统的动态耦合、未知模型及外部干扰。

优选地，所述无轴凹版印刷机的套准误差直接反映了套准精度，包括两种：沿印刷运行方向的横向套准误差和与印刷运行方向相垂直的纵向套准误差，由于纸张的纵向抖动非常小，所以忽略纵向方向的套准误差。