補償機器中的機械振動的方法

專利名稱：補償機器中的機械振動的方法
技術領域：
本發明涉及借助至少一個直接或間接地作用于機器軸上的促動器來補償在機器軸上且尤其是印刷裝置或印刷機軸上的機械振動、尤其是轉動振動的方法，所述振動具有可由多個離散頻率成分近似表示的頻譜。
此外，本發明涉及具有至少一個借助促動器驅動的機器軸和一個記錄機器軸機械振動的測量裝置的印刷裝置。
背景技術：
機械振動不僅指機器軸的一個或多個坐標的周期變化如轉動振動、振動擺動等，也指多個周期變化的疊加或重疊。在下面，所選用的術語“機器軸”表示數學意義上的轉動軸線，它尤其可以是機器的任何一根軸、軸線、主軸、輥、滾筒等。此外，術語“機器軸”也包括虛擬轉軸，即由一個或多個轉軸的坐標值計算而得的信號，尤其是兩個真正機器軸的坐標之間的差。
在具有至少一個機器軸的速度和位置調節器的機器中，不平衡或其它結構情況在被調節的軸上產生交變的力矩。被調節軸的頻率與其轉速成比例的那些振動，以與被調節軸和引起力矩的軸之間的轉換比相關的方式被疊加起來，這就是說，存在一個固定的機械結構。此外，還可能疊加上與被調節軸速度無關的轉動固定頻率的沖擊。在這兩種情況下，機械振動頻譜包含了被干擾調節軸的位置、速度和加速度的離散頻率，它們在下文中不管其來源如何均被稱為“干擾”。如果機器軸以常速轉動，則干擾導致了額定速度偏差及轉動額定角度偏差，這些偏差是不能完全排除的，而只可以在運行中很費事地減小到充分可行的程度。
尤其是在印刷設備中，在單張紙印刷機或輪轉印刷機中，調節軸速的以及由此得到的轉動額定位置的精度對產品質量有著決定性的影響。與送紙滾筒被調節軸的轉動頻率成整數頻率比關系的干擾一般被被忽略不計，因為它們在圖版印刷及文字印刷中是一樣的。與此相反，所有其它頻率是干擾，因為它們可能導致所謂的重影，換句話說，前后紙張交錯印刷。
如果單張紙印刷機由多個分開驅動的機械解耦的部件如印刷機、印刷機組等構成，則兩個前后送紙滾筒即兩個被調節軸之間的角度差的波動，在印刷機部分之間傳送紙張時，將直接作為周圍配線精度的波動而引人注意。在這種情況下，希望紙張之間具有相同的遞紙角度，但這樣的角度總是受到非整數階波動的影響。
在印刷機中，已經知道了各種不同的抑制機械振動、尤其是轉動振動的方法和裝置。
從EP0592850B1中知道了一種減小印刷機機械振動的方法和裝置。它具有至少一個操作器件和一個振動記錄器件，它們也能夠設置在一條調節回路中。一個印刷機的印刷材料輸送系統中減弱有損于印刷質量的機械振動著眼于補償不同步的即非周期性地隨著轉動部分的轉動而出現的振動。
DE4412945A1公開了一種抑制印刷機機械振動的方法和裝置，它也可以實現整數階振動的補償。控制操作器件的數據的確定或是通過在印刷機試運行中的計算或是通過測量而實現的。
DE19914627A1公開了一種補償印刷機中的轉動振動的方法和裝置，它是這樣設計的，即確定印刷機的至少一個固有振型，并且在固有振型的振幅至少一個不為零的地點上均施加一個反力矩，以補償形成固有振型振動的力矩。
DE19749134A1也構成了現有技術，其中公開了一種主動式振動阻尼裝置和鑒別主動式振動阻尼裝置中的傳遞函數的方法。一個調節器同步地從主動式振動阻尼裝置的余振探測器中讀出余振信號，并輸入到一個預定的輸入掃描脈沖計數器。在作為時間序列對每個頻率讀取余振信號后，對每個時間序列進行FFT(快速傅里葉變換)計算，以便獲得原始正弦波的頻率成分。對每個所含頻率成分的組合結果進行快速傅里葉反變換計算，以便推算出作為傳遞函數的沖擊響應。
此外，EP0425352B1公開了一種主動減弱振動的裝置，這些振動的能量集中在具有一個基礎簡諧頻率和該基礎頻率的簡諧部分中。該被用于減弱機器部件振動的裝置包括振動記錄儀、至少一個促動器和一個計算單元。振動記錄儀以振幅和相位形式記錄下在某個機器部件上的振動特性的電信號，該促動器在機器部件上作用一個抑制振動的力矩。該計算單元與振動記錄儀和促動器相連。借助于基準信號同步檢測出每個振動記錄儀的輸出信號，該基準信號包含了相應于能量集中的不同頻率。為此，每個輸出信號在足夠放大后針對由合成器產生的頻率接受抽樣調查和模擬數字轉換。抽樣經歷了同步解調處理，這一處理包括一個乘法和和通過低通濾波器的濾波，并對于所有濾波后所剩下頻率進行。利用與相位不變的基礎頻率的線性關系，獲得了基準信號。計算單元如此對機械振動能量集中于其中的每個頻率進行回歸匹配算法，使得每個促動器都獲得一個專屬于它的特有信號，該信號包含了各頻率作用的總和。
DE19614300A1公開了一種用于卷取設備或平面材料卷放裝置中的卷沖擊補償的輥或卷軸的非均勻同心性影響的自調節補償方法。在這里，輥的轉動速度因輥徑或卷徑變化而改變。通過至少頻率全是整數階的一個轉動簡諧簡諧振動的正弦函數近似地計算拉力實際值，其自變數是輥轉角，其中這個正弦函數是通過正交關聯方法或通過傅里葉簡諧調和分析得到的，并且構成對于由非均勻同心性形成的正弦信號的振幅和相位的估算值。將由估算值算出的附加力矩加在輥的力矩額定值上。
確定特別是用于印刷機的適當補償數據是目前補償方法和補償裝置的一個問題，這使其很難得到廣泛應用。如果采用補償數據存儲器，則在目前常用的補償程式中，事先需要計算或抽樣測量適當補償數據。經驗證明這兩種方法困難、費時費錢。整體說來，在典型的印刷機補償程式中，考慮的是由多個頻率構成的振動。由此一來，只能很困難地進行根據機械動態、調節、干擾等的差動補償匹配。尤其是對于隨時間急劇變化的振型或對于變化的機械動態的匹配是很難實現的。
在計算振動時，由于一些假定是簡化甚至是錯誤的，因而存在形成系統誤差的危險。這樣做意味著，只是對于可發現的振動的計算是可以補償的。此外，常見用于確定振動的抽樣，暗藏著由其它干擾引起的測量誤差的危險。在使用確定機器固有振型的方法的場合，必需一個機器的機器特殊數據。

發明內容
本發明的目的是減小一個機器的至少一個以盡可能不變的速度轉動的軸或虛擬機器軸上的不希望有的也被稱為干擾的振動。
根據本發明，通過具有權利要求1特征的方法和具有權利要求11特征的印刷裝置或具有權利要求12特征的印刷機組達到了上述目的。
以機械振動形式存在于一個機器軸上的干擾近似地具有一個可由多個離散頻率成分表示的頻譜。通常，所出現的頻率是離散的且幾乎不變，但它們取決于機器速度，從而具有固定階數或者與之無關。如上所述，在印刷機中一般不存在恰好等于轉動頻率或是其幾倍的沖擊干擾，但它們也可以通過本發明的方法得到消除。這也適用于虛擬機器軸，即適用于利用一個相關性(最好是線性)由一個或多個真正軸的位置、速度或加速度，特別是由兩個真正軸的坐標差算出的信號。
本發明的借助至少一個直接或間接地作用于其上的促動器來補償在機器軸上且尤其是印刷機軸上的機械振動或一個擾動，尤其是具有一個通過一些離散頻率部分近似表示的頻譜的轉動振動的方法的特點是，這些機械振動的離散頻率被分別補償。在此，所涉及的既可以是固定頻率，也可以是固定階即那些與軸轉動頻率的比例關系固定不變的頻率。對于機械振動的各離散頻率成分如此通過直接或間接作用于機器軸上的促動器與其它頻率成分無關地疊加上至少一個基本上是簡諧的且具有確定振幅和相位的同頻率力矩，使得對于該頻率來說，機器軸的振幅或振動被減小了。換句話說，實現了這樣的補償，即對于每個要補償的頻譜頻率成分，分別將一個根據相位和振幅確定的、基本簡諧的、且具有確定相位和振幅的同頻力矩即正弦力矩或余弦力矩與驅動力矩如此疊加，使得具有該離散頻率的機器軸振動成分被減弱了。在此，可以通過任何一個促動器且尤其是本來就有的一個直接或間接作用于機器軸上的電動機來施加補償力矩。
本發明的方法也可以實現與機器軸轉動頻率不呈整數比關系的頻率的補償(非同步振動)，方式是，它們被作為相對于一個與機器軸轉動頻率呈固定比例關系的頻率而言的同步振動被處理。當干擾由通過傳動裝置相連的機器部分引起的時候，固定比例一般是分數有理數，即有理數中的一個數。
本發明的方法和本發明的印刷裝置具有一系列優點。
由于本方法分別補償某個確定的離散頻率成分，所以，對于某個頻率來說，只需要在至少一個時刻測量機器軸機械振動的振幅和相位。這樣一來，其它頻率或機械振動的隨機干擾實際上不影響本方法。通過對于在時間進程中對一個離散頻率的測量結果的疊代，確定了機械振動離散頻率成分的各實際振幅和相位，從而得以實現匹配于各實際情況的近似實時的補償。
本發明方法通過分別對具有給定振幅和相位的并由圓頻率為n×ω的簡諧振動表示的非簡諧周期振動實行補償，其中n是自然數，可以簡單地對于由關系式ω＝2π/T得到的指配圓頻率ω的非簡諧周期振動補償，其中T表示振動周期。簡諧簡諧本發明的方法也能將那些用于補償的不同頻率成分在從促動器到補償軸的過程中的放大和相位移考慮進來。迄今為止的存使用一般儲存在存儲器中的非簡諧補償力矩工作的補償方法，都很難顧及傳遞與機械動態之間的相關關系，因為在存儲器中存儲的曲線中，諧波的相位和振幅已經基于基波而確定。與此相反，各頻率成分的相位和振幅的確定是靈活的。本發明方法消除了對現有補償方法的各種限制并由此使補償在實踐上更為簡單。
此外，本發明的方法也可不計算機器軸機械振動。這樣防止了在假定簡化或假定出現錯誤時的系統誤差的危險，省略了專家對機器建立大范圍的數學模型或進行計算的成本。
本發明方法的另一個優點在于，不僅可用在非定常即機器狀態隨時間進程變化的振動、機械以及同步和不同步的振動，而且也可用在頻率為常數的振動。對于那些由處于頻譜中邊緣的高階頻率或由調制引起的振動的并與機器頻率有復雜關系的一些頻率成分，也可以用本發明的方法進行補償。
原則上說，可以通過本發明的方法補償任意多的或所需多的不同頻率成分，因為在這些補償之間沒有相互影響。例如，只需從機械振動中知道或測量到那些起主導作用的、以振幅和相位為自變量表示的最大干擾頻率成分或階，以進行對頻率成分或階進行補償。這樣的集中于對干擾最大的頻率的補償，就使得能夠低成本地獲得明顯改善。因為可以用與機器速度相關的方式來補償不同階或頻率成分，從而可以有利地總是例如補償所有接近機器或機器部件的共振頻率的那些振動頻率成分。
在知道傳遞函數的情況下，也可遠離被補償軸進行至少一個補償力矩的供應。通常，本方法對于由諸如從未被調節的機器到已被調節機器的過渡或選擇不同調節參數或調節器而引起的機械動態變化機器都是適用的。
通過本發明的方法或本發明的印刷裝置，可以顯著提高產品質量，因為在從一個轉動到一個同樣過程的另一個轉動的過程中，速度與位置能以與機器軸轉角相關的方式獲得改善。比起通常方法，本發明的方法能夠以大大增高的重復精度來定位機械脫聯的單張紙印刷機的分離點。


結合以下附圖和其說明來描述本發明的有利實施例和其它優點。
圖1表示在一個干擾作用下對于一個固定補償頻率ωs的補償原理。
具體實施例方式
結合圖1和后續實施例來具體描述本發明印刷機和本發明方法的工作步驟。不失一般性，說明了對于具有一確定的圓頻率ωs或機器頻率階數r的機器軸的機械振動或干擾的補償，其中r是實數。因為對于具有一確定的圓頻率ωs的機械振動或干擾的補償是以與其它圓周頻率或階數無關的方式進行的，即所謂的疊加原理，所以本方法尤其是可以對任意多的不同的圓頻率ωsi或階數ri進行補償，其中i是自然數，而且既可同時也可順序地使用本方法。這樣一來就實現了，即使當不均勻力矩作用于其上時，機器軸也能以常速度轉動。
以下，將補償其振動或干擾的真正的或虛擬的機器軸稱為補償軸。如果要補償常數階r，則前提條件是，補償軸不出現偏離平均圓頻率ωs很高的波動δωs(t)，這意味著，它以比較均勻的速度轉動。這例如可以通過調節該軸或與補償軸相連的另一機器軸的速度或角度來實現。這樣的情況尤其是出現在印刷設備中。
這樣的限制是必要的，因為一般說來，在補償與機器軸之間的工作過程和為測量所需的濾波器傳遞具有不同放大和相位移的一般不同頻率。如果頻率波動δωs(t)太高，則這將導致不僅要在補償軸上有干擾的情況下調制要補償的階r，而且在測量濾通信號時，增強了這種波動，這對完全補償是不利的。為了進一步提高補償質量，可以在采用本發明方法或本發明印刷機的情況下，補償軸的速度波動本身也得到進一步抑制。在印刷設備中，例如可以補償第一設備階，以改善對于引起干擾的非同步階的補償。
圖1表示補償頻率ωs的補償原理。在這里，補償頻率可以是固定的，即ωs＝2πfs＝常數，或者它是固定補償階，即dφs(t)/d(t)＝rdφM(t)/d(t)＝ωs+δωs(t)，其中，φs(t)表示干擾相位角，r表示干擾階。即在一定情況下假定的干擾軸和補償軸之間的傳遞比，φM表示補償軸角度。用δωs(t)表示圓頻率與干擾平均圓頻率之差。如果補償軸速度恒定，例如因為所有出現的干擾完全得到補償，則ωs(t)＝rφM(t)。在速度波動小時出現的這兩種情況的信號差對固定階的補償幾乎沒有不利。因此，主要結合對具有固定補償頻率ωs的干擾來說明本發明方法的工作方式。但在實施中，在上述兩種情況之間出現了差異，這是因為在補償固定頻率時，所有振動都與時間有關，而在補償固定階時，所有振動與角度有關。
在圖1中，示意地以調節回路的形式表示了固定頻率ωs補償原理是如何在存在一個激發干擾的情況下進行的。從干擾源1開始，振幅為a0且相位為α的干擾或機械振動2與一個測量值相相應地作用在總計位置3上。通過測量裝置5記錄下信號4，測量裝置5的測量信號在經過濾波器7或相關器(Korrelator)7后產生振幅為c0和相位為γ的測量信號c。不失一般性地假定，測量裝置5具有1的傳遞函數。如果傳遞函數不等于1，則即便在測量裝置5之后還可以對擾動大大地調制。這個測量信號8起到了計算單元9的輸入的作用。計算單元9的輸出是對于振幅為b0和相位為β的調節值10的控制信號，它被送往促動器11。從促動器11出來的信號12產生一個力矩，該力矩在過程13的影響下，作為振幅為Kpb0和相位為β+φp的簡諧力矩14以便對總計位置3上的干擾2進行補償。此力矩基本上是簡諧的。
圖1的研究起點是不補償地出現在補償軸上的正弦干擾a(t)，干擾的起因對這里的研究并不重要。在固定頻率場合，其形式為a(t)＝a0sin(ωst+α)，a0表示干擾振幅，α表示其相位。在固定階的情況下，干擾呈a(φM(t))＝a0sin(rφM(t)+α)的形式，其中φM(t)表示補償軸角度，它與時間有關，t表示時間。干擾階由r表示，換句話說，它是干擾頻率與機器軸轉動頻率之比。
作用于補償軸的干擾可以由補償軸上的傳感器信號算出。此外，選擇哪種確切的傳感器形式是不重要的，只要傳感器測量出軸的角度、速度或加速度就行。尤其是，反正要裝在軸上來調節機器的轉速計可被用于測量。實施補償的基礎可以是補償軸的加速度、速度或角度。只要補償其中一個信號，則另一些也得到補償。最好根據傳感器來選擇信號。在采用轉速計時，例如角度或速度是有利的，因為它們可以比較無干擾地得到確定。傳感器信號可以通過積分或在一定場合下通過差動而相應地相互轉換。
從振幅為c0和相位為γ的所獲信號，可立即確定振幅為b0和相位為β的簡諧振動或基本簡諧振動以進行補償。簡諧這不僅可以在頻率范圍內進行，也可以在時間范圍內進行。在頻率范圍內，例如通過快速傅里葉變換法(FFT)對于一個短的時間間隔直接算出對于圓頻率ωs的振幅c0和相位γ。在這種簡單情況下，a0＝c0，α＝γ。在時間范圍內，當機械振動是具有某個頻譜的一般振動時，首先通過窄帶帶通濾波器分離出圓頻率為ωs的簡諧振動，并且例如可以根據所形成信號的過零點來確定相位γ。振幅c0例如可以根據所測的簡諧振動信號的最大值和最小值來確定，或者通過對同向振動的平均值乘以π/2來確定。
作為對于過濾和隨后借助于極值及過零點方法來確定由濾波器所選出的振動的振幅和相位的替換方式，可以借助相關法且尤其是正交相關法來進行振動參數(振幅與相位)的確定。正交相關性具有種種好處，因為例如相關參數Tkorr就是這樣一個參數，利用該參數能以小步長，特別以等于多倍周期的步長在高測量精度和短測量時間之間進行選擇。這就能首先通過采用小相關時間而快速地減小較大振動，然后在長相關時間內消除這些振動。正交相關性作用非常類似于使用合適的帶通濾波器的測量方法的作用。尤其是隨著一個頻率測量階或測量頻率的間隔增大，阻尼將超比例地加強。
帶通濾波器的濾波目的是，盡可能小地衰減要測量的頻率和盡可能地大地衰減所有其它頻率。隨著濾波器帶寬減小，容易更好地實現這個目的，但是在此相應于一個時間間隔的激發振動時間就增大，在該時間間隔之后，在濾波器輸入端的一個振動改變后，濾波器輸出信號誤差就不再超過選定值如1％。這是由原理所決定的，因為輸入信號改變相應于高頻率，它們通過小的帶寬時被強烈阻尼。激發振動時間限制了從測量開始到第一補償步驟的時間間隔，從而限制了補償調節器的最短掃描時間。
如果要盡可能快速地補償振動，則需要適當短的激發振動時間和較大的濾波器帶寬。從而，濾波器輸出信號還含有其它頻率，它們作為干擾與測量頻率的振幅和相位的確定結果疊加。在幾乎所有的振動頻率周期間隔內對所獲得測量值取平均值，就可以明顯地降低一個頻率對測量頻率的干擾作用。在此不能在所算得的測量頻率的振幅和相位上，而必須在測量頻率振動的復數表示中，即在其實數部分和虛數部分(二者相互正交)上進行取平均值濾波器測量補償頻率所需的總時間由激發振動時間和衰減周期時間組成。在正交相關性測量中，這個時間可能短于利用窄帶濾波器且精確性相近的測量時間，因為衰減周期時間近似地相應于補償調節器的最短可達到的掃描時間。
在使用濾波器的場合，當干擾頻率也被測得并且其信號部分通過減去從干擾信號中計算得到的由干擾引起的誤差項而被消除時，可以不再對在一個緊鄰頻率的場合說來是相當長的衰減時間范圍取平均值，甚至也不必進行相關處理。這種工作方式也可以用于多個干擾上。同樣也可以交替地消除測量頻率對干擾頻率的反作用。
對于本發明方法一般可以說，一個簡諧振動或一個簡諧力矩被如此疊加到一個作用在補償軸上的驅動力矩上，使得C0＝0。換言之，在軸上的頻率為ωs的振動的振幅被清除。當對于為進行補償而施加的振動或力矩的相位和振幅，公式b0＝a0/KP和β＝α-φp成立時，就出現這種情形。這里，KP和φp分別是在從例如是電動機的額定力矩的調節量到例如用速度作為補償基礎的對于固定頻率ωs的補償軸之間過程的放大倍數和相位移。應該注意，在被調節的機器中，KP和φp也與調節器的結構和參數相關，這是因為在閉合的調節環路中，過程是相關的。
用于補償而投入的基本簡諧力矩的頻率ωs可以以與機器固有頻率或機器速度相關的方式來確定。在此，基本簡諧力矩的頻率與機器固有頻率的比例是固定的，尤其是比例為1或其整數倍。
形式為a＝a0sin(φRef+α)的干擾的相位α和形式為b＝b0sin(φRef+β)的補償信號的相位β以及形式為c＝c0sin(φRef+γ)的測量信號的相位γ是以形式為sin(φRef)的同頻率基準轉角信號為基準的。為了補償一個固定頻率，根據本發明的方法，基準轉角由公式φRef＝ωst來計算，為了補償固定階，由公式φRef＝φM，從補償軸線角度算出基準轉角。為補償整數階r＝1，2…，知道一圈轉動的一個取值范圍內的角度φM就行了，例如φRef∈{0…2π}。為了補償非整數階，必須對多于一圈的轉動來區分取值范圍。為了補償有理數階q＝n/m，這里n和m都是自然數，對于m圈轉動來區分一個取值范圍就已充分，例如φRef∈{0…2mπ}。作為從補償軸的角計算基準角φRef的替代，根據本發明方法，經常還可以例如在一個引起擾動的軸上直接得到基準角在本發明方法的一個有利實施例中，根據補償軸速度如此固定調節補償參數b0、β，使得在補償軸上的干擾盡可能好地得到補償。這意味著，所測振幅c0在干擾和借助過程傳遞給軸的補償的綜合作用下盡可能地小。在最簡單的場合，這可以通過對稱抽樣來實現，但也可以自動化實現，如通過下面所述的鑒別方法來進行。對于各種機器速度計算出優選值，并例如列于一個表中。對于表中不包含的速度來說，工作中的參數可以使用靠近它的較大和較小速度的表值并利用適當方法如線性插值或通過Splines函數插值而得到。這個實施例的一個特別的好處在于，在機器工作時，不再需要測量干擾并省略了費事的計算，從而本發明的方法可以用簡單方式實現，并且甚至可以整裝到現有調節器中。但要注意的是，本實施例尤其是可以運用在定常干擾及定常過程中，并獲得所希望的結果。換句話說，干擾的振幅a0或相位α以及過程的放大率KP和相位移φP在時間進程中的變化導致了不完全補償。但是，如果干擾和過程變化很小，即便在不完全補償時，干擾也能被很大地減小。
在本發明方法的一個有利改進方案中，在機器工作時，首先無補償地確定在測量中的干擾的振幅c0和相位γ，以便由此計算出最佳補償參數b0＝c0/KG、β＝γ-φG。隨后，利用這些補償參數進行補償。為了計算補償參數，需要常數KG＝KPKF、φG＝φP+φF。在此，KP、KF是放大率，φP、φF是圓頻率為ωs時的濾波器或過程的相位移。它們例如可以從通過在圓頻率為ωs時建立的數學模型而獲得的被調節機器的傳遞函數來獲得。KG、φG也可以在抽樣中確定。在此，例如可以由測量所得的不補償的振幅c0、相位γ以及在最佳補償時抽樣測得的補償參數b0、β由公式KG＝c0/b0、φG＝γ-β直接計算這些參數。另一個替代方法是將在下面說明的在抽樣過程中對KG、φG的鑒別方法。本發明這個實施例的優點是，不需要對干擾的振幅a0和相位α做任何假定。尤其是能夠補償隨時間很緩慢變化的干擾。如果干擾的相位α在開通機器時并不知道，這是因為干擾例如由一個具有與補償軸的非整數轉動比且不測量其轉角的軸引起，則通過這個有利的實施例可以補償該干擾。在最佳補償調節中，只需一個測量和調節步驟就能實現基本上完全的補償。
在本發明的另一個有利實施例中，實現了這樣的補償調節，它由實際進行的b0、β補償和該補償留在補償軸上的測量振幅為c0、測量相位為γ的干擾中，算出應激發出的實現完全補償干擾的最佳補償參數，并以此補償參數進行補償。
在每次改變補償參數b0、β后，過程和濾波器需要一定時間，以便對改變做出反應。直到調節出新平衡的時間例如可以為數秒。因此，補償調節的掃描時間，即兩次調節步驟之間的時間間隔可以至少相應于調節參數變化的反應時間。如果在第一調節步驟后進行振幅b01相位β1的補償，則在第二調節步驟中，首先測量留在補償軸上的干擾的振幅c02相位γ2，并由b01β1、c02、γ2以及常數KG＝KPKF、φG＝φP+φF算出補償的振幅b02、相位β2。隨后，進行參數為b02、β2的補償，直到下次調節步驟。新補償參數可以例如借助于輔助量按如下公式計算cG2＝c2/KGγG2＝γ2-GZ＝cG2sin(γG2)+b1sin(β1)N＝cG2cos(γG2)+b1cos(β1)b02=cG22+b012+2cG2b01cos(γG2-β1)]]> 對本領域技術人員來說顯然可知，可以簡單類似地將第一、第二調節步驟之間的過程一般化地推廣到第(k-1)、第k調節步驟之間的措施上去，其中k是自然數。
可以將這些量的計算解釋為復數表示中的矢量相加。表示振動的矢量的模相應于振幅，其方向表示振動相位。新補償矢量等于前一補償的矢量與在該補償中所測得的相對于過程輸入的干擾矢量之和。由于所得的矢量可以取0-2π的每個角度，所以，必須有相應于坐標系的四個象限來確定β2的條件。主要是根據使本發明的方法明顯易懂的標準而選取這里的特別是振幅和相位的表達式，專業人員能很快明白，使用不帶確定β2條件的β2表達式也是可以的。
對于參與的干擾、過程參數和補償參數的復數表示的一個合邏輯的應用，可以導致表示它們之間關系的一個簡單且等價的表達式。在這個復數表示中，干擾的復數振幅為a*、復數測量值為c*，復數補償為b*，帶濾波器和過程的復數放大率分別為G*F和G*P。復數振幅是由振動參數振幅和角度形成的復數表示。復數放大率是在所考慮的振動頻率下的傳遞函數的復數值。
過程和濾波器的復數放大率的關系為G*G＝G*PG*F。在第k掃描步驟中，c*k＝a*kG*F-b*k-1G*G，在第k+1掃描步驟中，c*k+1＝a*k+1G*F-b*kG*G。如果這兩次掃描中的干擾相等，即a*k＝a*k+1，則直接由完全補償(c*k+1＝0)的要求得到補償調節公式bk*=ck*GG*+bk-1*]]>在第k調節步驟中，可以先根據以下公式由利用濾波法測得的振動參數c0、γ算出振動的復數振幅ck*=c0·ejγ]]>或者根據以下公式由正交相關法算出ck*=cx+j·cy]]>這里，j表示j2＝-1的虛數單位。然后可以算出補償信號b*k的復數振幅。隨后，可以由補償信號的復數振幅b*并通過求模b0＝|b*|和相位確定β＝arctan(b*)來獲得補償參數b0、β，其中，arctan表示b*幅角主值，即在-180°＜β＜180°的角度，它在真正軸與位置矢量之間，是實軸正方向與位置矢量 之間的夾角。
在第k-1掃描步驟中，成立以下公式。ck-1*=ak-1*GF*-bk-2*GG*.]]>如果在前后兩個掃描步驟中的干擾相等，即a*k-1＝a*k，則GG*=ck*-ck-1*bk-2*-bk-1*.]]>這個公式適于直接計算調節所需的復數總放大率GG。
在本發明的這個實施例中，把補償設計成封閉調節回路是很有利的。這樣一來，可以良好地補償非定常干擾，即補償振幅和相位變化的干擾，只要這些變化與補償調節器掃描時間相比足夠緩慢。此外，通過調節回路中的反饋，可以在不精確地知道常數KG、φG的情況下進行比較好的補償，這是因為補償調節法在如下條件下2cos(GT-G)≥KG/KGT≥0并在忽略定常干擾的測量誤差的情況下向定常過程收斂。在此，KGT、φGT是實際的過程參數，KG、φG是在補償調節時用于計算補償的過程參數。這個情況大致出現在放大率KP和過程相位移φP在工作時偏差小的場合。
在本發明的一個有利改進方案中，本發明的方法包括最佳補償調節，其中為了確保最佳性，在開始和/或補償調節過程中鑒別出過程參數KG＝KPKF、φG＝φP+φF。
為了鑒別，需要用不同補償參數在不同時刻進行至少兩次補償軸上所產生的干擾測量。當采用兩次測量的每次分鑒別中，在第一時刻t1用起作用的補償參數B00、β0來測量參數c01、γ1，在第二時刻t2用起作用的補償參數B01、β1來測量參數c02、γ2。通過以下計算步驟，例如可以由這八個值在第二時刻t2直接算出放大率KG2和相位移φG2。c=c012+c022-2c01c02cos(γ2-γ1)]]>Zc＝-c01sin(γ1)+c02sin(γ2)Nc＝-c01cos(γ1)+c02cos(γ2) b=b002+b012-2b00b01cos(β1-β0)]]>Zb＝b00sin(β0)-b01sin(β1)Nb＝b00cos(β0)-b01cos(β1) KG2＝c/bG2＝γ-β這樣，在補償調節中，在直到每個時刻ti(i是自然數，表示i時刻點數)的調節步驟中，都能算出應激發的過程參數KGi、φGi，這些參數構成進一步調節的基礎。在此，各測量間隔均勻與否，差別并不明顯。可以在三個前提條件下進行只由兩次測量構成的鑒別。第一，兩次測量間的過程參數應該不變。因為濾波器和設備調節器在兩個調節步驟之間基本不變，所以過程參數的變化只能由機器動態變化引起。由于這種改變經常很緩慢地進行，所以基本滿足了上述要求。第二，干擾基本上在兩次測量之間沒有根本性的變化。干擾的相位和振幅的變化速度取決于其起因，對其普遍適用的解釋是不可能的。在這個意義下，需要在時刻ti進行測量，其中受測時間段在各測量之間。許多干擾具有由結構決定的起因，如不平衡、凸輪盤等。這樣的干擾基本上是定常的。第三，測量不應受其它隨機干擾的影響。按照本發明方法的鑒別基本上不受隨機干擾的影響，因為測量只集中在某個確定頻率上。如果隨機干擾是白噪音，則在干擾的所有能量中只有少量能量作用于某個剛剛測量的頻率ωs上，這是因為它沒有經過充分濾波。由于在不同時刻ti進行測量，所以，本發明方法不易受隨機的、時間有限的干擾影響。
如上所述，作為根據過零點和極值條件確定振動參數的替換方式，可以借助正交相關性來進行計算。具有復數振幅的振動參數可以通過基于相關性計算的方法來得到。
為了確定振動c(φ)＝cx1sin(r1·φ)+cy1cos(r1·φ)的復數振幅的實部cx1和虛部cyl，計算出測量信號對角度在0°-90°的基準角信號的交叉相關性。對于用正交相關性獲得的振動實部估算值來說，在對半個振動周期的整數倍即從φ0到φ1＝φ0+nπ/r1的范圍內進行相關計算中，成立如下公式 相應地，對于虛部的估算值，成立如下公式 于是，在時間離散系中，計算公式為 和 其中，角度的φ(k)和c(k)是掃描步驟k前的補償信號并且成立如下公式 如果差動角φ(k)-φ(k-1)保持不變或作為近似假定不變，則也可以采用如下公式 和 由于為了補償原本要算出φRef(k)＝r1φ(k)，所以在這種情況下，為了獲得在每個掃描步驟中的相關性，只需要計算出兩個角函數和做兩個乘法，從而計算成本比較低。
如果在補償中有其它階，則在計算相關性時出現了可估算的系統誤差。如果除了補償階r1外，在補償信號中還有另一個階r2，則補償信號具有如下形式c()＝cx1sin(γ1·)+cy1cos(γ1·)+cx2sin(r2)+cy2cos(r2)在對用正交相關性獲得的振動實部的估算值從φ0到φ1＝φ0+nπ/r1求積分時，成立如下公式 相應地，在對用正交相關性獲得振動虛部估算值從φ0到φ1＝φ0+nπ/r1求積分時，成立如下公式
在上述各公式中的第一個括弧中的分式的分母中有因式(r1-r2)，因而尤其是對靠近補償階r1的階r2來說，該因式對誤差的貢獻大。為了改善測量值質量，盡可能地減小這個誤差是有意義的。以下，提出了為此目的的各種方法，它們能夠單獨地或聯合地使用。
如果在從φ0到φ1＝φ0+2nπ/(r1-r2)即在多倍衰減周期的范圍內進行相關性計算，則第一個括號為零。因此，一個盡可能消除誤差的可能性就是選擇多倍的半振動周期作為相關范圍，該多倍的半振動周期應可能地接近多倍的衰減周期。
另一個可能性是從以下的公式計算干擾誤差項 并且按照方程c^^x1=c^x1-cx2·e1x-cy2·e1y]]>c^^y1=c^y1+cx2·e1y-cy2·e1x]]>從使用相關方法計算出的估算值 和 中減去誤差。為此，對所必需的階R2的參數cx2和cy2同樣也可使用相關方法來估值。以同樣方式也可計算出階R1對于階R2的反作用。這樣的相互干擾可通過疊代計算而清除。
另一個可能性是解以下的方程組c^x1c^y1c^x2c^y2=10e1xe1y01-e1ye1xe2xe2y10-e2ye2x01·c^^x1c^^y1c^^x2c^^y2]]>其中 由此得到c^^x1c^^y1c^^x2c^^y2=1detKA11A21A31A41-A21A11-A41A31A13A23A11A21-A23A13-A21A11·c^x1c^y1c^x2c^y2]]>代數余子式和行列式分別為
A11＝1-e1xe2x+e1ye2yA21＝e1xe2y+e2xe1yA31=(e1x2+e1y2)e2x-e1x]]>A41=-(e1x2+e1y2)e2y-e1y]]>A13(e2x2+e2y2)e1x-e2x]]>A23=-(e2x2+e2y2)e1y-e2y]]>detK=1-2e1xe2x+2e1ye2y+(e1x2+e1y2)(e2x2+e2y2)]]>如果階r1的相關角度φ01、φ11和階r2的相關角度φ02、φ12一樣，則計算就明顯大大簡化了，因為這樣就有e2X＝e1X，e2y＝-e1y，得到的對稱矩陣更容易反演。
在本發明方法的補償參數的鑒別中，不需要對過程動態做例如關于過程傳遞函數的極點和零點數目的假定，這是特別有利的。替代這些假定，為了補償只需要過程的某個確定頻率的放大和相位移，他們也被鑒別出。
在本發明的一個有利改進方案中，過程參數可以不用只由兩個測量而通過統計法算出，例如從大量測量中通過光滑化處理而獲得平均值的方法等。為了使因過程參數隨時間的改變和主要因干擾而出現的鑒別誤差(即計算補償參數與實際補償參數之差)盡可能地小，可以分別如上所述地至少由兩個前后測量來計算出過程參數KGi、φGi并且最終使用統計方法對所得的在不同時刻上的參數值取平均值而計算出過程參數KGi*、φGi*。
在這兩次測量時所用的補償參數相差越小，則鑒別質量越低。如果比較準確地算出過程參數，則以這樣的參數工作的補償調節可以充分地消除干擾。在定常干擾和定常過程的情況下，這導致了補償參數b0和β大體保持不變。這個問題一般常見于自調節調節器中。人們可以通過這樣的監視來解決這個問題，即一旦發現在測量時起作用的補償參數之差太小時就中斷鑒別。在這種情況下，反正業已知道了過程參數，從而不需要繼續計算。
本發明方法的上述計算步驟特別地包括了不補償地進行兩個測量中的一個測量的情況，即。由此還帶來了兩個主要優點，第一，計算成本只有一半，第二，可以在第二個測量中，使用適當的補償而僅用唯一的一個鑒別步驟，就很好地計算出過程參數，因為補償參數在這兩個測量中是充分不同的。
在過程參數鑒別中，可以完全不知道干擾和過程，來對某個確定階r或頻率ωs進行補償。為此，首先進行一次沒有補償的測量和一次具有與該測量不同的補償調節的測量，以便獲得第一次鑒別過程參數。可以利用該值來進行利用可變參數或調節器的補償。因而，省略了機器工作期間的大規模計算。一個具有在線鑒別的自調節補償調節器超出于簡單的補償調節器的特別優點在于，即使過程參數在機器工作時發生強烈變化的情況，也可以獲得良好的補償。由于時間因素對于鑒別的復雜計算不起決定性作用，從而可以使用便宜的硬件甚至在一定場合下在正常的機器調節的同時在已有調節器硬件上進行這樣的計算。
還要確定，在采用濾波器時，方法的應用可以隨指定濾波器激發振動時間的不同而變化。換句話說，可以通過激發振動時間的選取來獲得大振幅的快速減小，或者在相對說來是長的激發振動時間的情況，逐步更好地減小或消除振動。
對于本領域技術人員清楚的是，也可以在非線性過程中使用本發明方法，雖然這樣的應用是有限的。在該非線性過程中，已知的不同階和頻率彼此相互影響。在非線性過程中克服干擾的一個重點就是，應目的明確地避免彼此相互影響階的補償信號在過程鑒別時同時改變，以及例如將鑒別限制在僅對彼此相互影響的信號基本上不同時改變的測量上。
本發明的方法可以在印刷裝置或印刷機組的一個確定的真正或虛擬機器軸上進行，也可以實施在或具有一個或多個印刷機的機器部件上。尤其是，本發明的方法也可以被用到各機器部件之間的相對位置、相對速度或相對加速度的振動補償上。借助促動器來直接或間接地控制機器軸，印刷機或印刷機組具有一個記錄機器軸振動的測量裝置。借助至少一個配屬于測量裝置的濾波器且尤其是帶通濾波器等，確定了n個圓頻率為ωsi的離散頻率成分的相位和振幅，其中i是1-n的自然數。從這些測量中，通過電子方式產生控制信號，從而能夠借助促動器來補償機器軸。本領域專業人員顯然清楚，本發明方法也可以被用到一個或多個印刷裝置或印刷機組內的多個機器軸上。本發明的印刷機具有至少一個這種類型的印刷裝置或印刷機組。
附圖標記一覽表1-干擾源；2-具有振幅a0和相位α的振動a；3-加法器；4-信號；5-測量裝置；6-測量信號；7-濾波器；8-具有振幅c0和相位γ的測量信號c；9-計算單元；10-具有振幅b0和相位β的調節量b；11-促動器；13-過程；14-具有振幅Kpb0和相位β+φp的簡諧力矩；
權利要求
1.一種借助至少一個直接或間接地作用于機器軸上的促動器(11)來補償在機器軸上且尤其是印刷裝置或印刷機軸上的機械振動(2)且尤其是轉動振動的方法，所述轉動振動具有可由多個離散頻率成分近似表示的頻譜，其特征在于，機械振動(2)的至少一個離散頻率成分通過促動器(11)以與其它頻率成分無關的方式如此地疊加上至少一個基本簡諧的且具有某個確定振幅和相位的相同頻率的力矩(14)，使得在該頻率下的機器軸振幅減小。
2.如權利要求1所述的補償機械振動(2)的方法，其特征在于，基本簡諧的力矩(14)具有基本上與時間無關的頻率。
3.如權利要求1或2所述的補償機械振動(2)的方法，其特征在于，基本簡諧的力矩(14)的頻率與機器軸角轉速成固定不變的比例r，其中r是實數。
4.如前述權利要求之一所述的補償機械振動(2)的方法，其特征在于，用于補償的基本上為簡諧的力矩(14)的振幅和相位與機器速度無關。
5.如權利要求1-3之一所述的補償機械振動(2)的方法，其特征在于，用于補償的簡諧力矩(14)的振幅和相位是機器速度的函數。
6.如前述權利要求之一所述的補償機械振動(2)的方法，其特征在于，通過測量機器軸和/或一個由一個或多個機器軸的信號計算得出的信號的、特別是一個或多個機器軸的差動信號的機械振動(2)的相應頻率成分的振幅和相位，確定進行補償的簡諧力矩(14)的振幅或相位。
7.如前述權利要求之一所述的補償機械振動(2)的方法，其特征在于，為計算相應的且基本上簡諧的力矩(14)的幅度和相位所需的參數至少部分地由機器軸的機械振動(2)的相應頻率成分的振幅和相位的測量來確定。
8.如前述權利要求之一所述的補償機械振動(2)的方法，其特征在于，在一個自適應的調節閉合回路中，如此計算一個補償的且基本上簡諧的力矩(14)的至少一對振幅和相位，使得減小機械振動(2)并且使在調節時為計算所需的獨立參數實際化。
9.如前述權利要求之一所述的補償機械振動(2)的方法，其特征在于，基本簡諧的力矩(14)的頻率是根據機器的固有頻率確定的。
10.如前述權利要求之一所述的補償機械振動(2)的方法，其特征在于，基本簡諧的力矩(14)的頻率是根據機器速度確定的。
11.一種具有至少一個借助一促動器(1)而受控制的機器軸和一個記錄機器軸的機械振動(2)的測量裝置(5)的印刷裝置，其特征在于，為了確定機械振動(2)頻譜的多個離散頻率成分的振幅和相位，該印刷裝置具有一個濾波器(7)或一個相關器(7)。
12.一種具有至少一個借助一促動器(1)而受控制的機器軸和一個記錄機器軸的機械振動(2)的測量裝置(5)的印刷機組，其特征在于，為了確定機械振動(2)頻譜的多個離散頻率成分的振幅和相位，該印刷機組具有一個濾波器(7)或一個相關器(7)。
13.一種印刷機組，它具有至少兩臺分別具有一個借助一促動器(1)而受控制的機器軸和一個記錄機器軸的機械振動(2)的測量裝置(5)的印刷裝置，其特征在于，為了確定一個由兩個機器軸的信號計算出的信號的、特別是兩個機器軸坐標之間的差動信號的機械振動(2)的頻譜的多個離散頻率成分的振幅和相位，該印刷機組具有一個濾波器(7)或一個相關器(7)。
14.一種印刷機，其特征在于，所述印刷機具有至少一個如權利要求11所述的印刷裝置或如權利要求12或13所述的印刷機組。
全文摘要
本發明提出了一種借助至少一個直接或間接地作用于機器上的促動器來補償在機器軸上的機械振動的方法,所述振動具有可由多個離散頻率成分近似表示的頻譜,其特征是,機械振動的離散頻率成分的至少一個與其它頻率成分無關地通過促動器如此疊加上至少一個基本簡諧的且具有某個振幅和相位的同頻率力矩,使得機器軸振幅在該頻率下減小。
文檔編號G05D19/02GK1351233SQ0113430
公開日2002年5月29日 申請日期2001年10月26日 優先權日2000年10月26日
發明者馬蒂亞斯·內爾 申請人:海德堡印刷機械股份公司