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Regelung des Antriebsstrangs von Bogenoffsetdruckmaschinen

Kubasiak, Nicolai (2020):
Regelung des Antriebsstrangs von Bogenoffsetdruckmaschinen.
Darmstadt, Technische Universität,
DOI: 10.25534/tuprints-00014039,
[Ph.D. Thesis]

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Text
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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Regelung des Antriebsstrangs von Bogenoffsetdruckmaschinen
Language: German
Abstract:

Die Weiterentwicklung moderner Bogenoffsetdruckmaschinen zur Steigerung der Produktivität, wie auch der Trend einer zunehmenden Modulanzahl für hochspezialisierte Varianten, führen vermehrt zu nicht tolerierbaren Winkeldifferenzänderungen innerhalb des Antriebsstrangs, die eine unzureichende Druckqualität zur Folge haben. Vor diesem Hintergrund behandelt die vorliegende Arbeit Ursachen für die Winkeldifferenzen, zeigt Zusammenhänge zur Druckqualität auf und gibt Lösungsvorschläge zur Erhöhung der Druckqualität aus regelungstechnischer Sicht. Es werden alle wesentlichen Schritte von der Modellbildung über die Identifikation von Modellparametern bis hin zur Regelungsstruktur und dem Reglerentwurf behandelt. Die vorgestellten Methoden werden anschließend an einem der modularen Reihenbauweise der Druckmaschine nachempfundenen Versuchsaufbau experimentell verifiziert.

Die Modellbildung führt auf ein lineares Mehrkörpersystem und ein nichtlineares Störmodell. Auf Grundlage der druckmaschinentypischen Modellstruktur werden allgemeine Aussagen zum Schwingungsverhalten abgeleitet und prinzipielle Zusammenhänge zur Wahl von Mess- und Stellorten gegeben. Für die Identifikation der Modellparameter wird ein mehrschrittiges Vorgehen vorgestellt, welches das Identifikationsproblem in einfachere Probleme unterteilt und die detaillierte Prüfung von Teilergebnissen erlaubt. Dabei wird insbesondere auf die Unterdrückung von druckmaschinentypischen periodischen Störungen eingegangen.

Sukzessive werden zwei moderne Reglerstrukturen und hierfür geeignete Gütekriterien für moderne Reglerentwurfsverfahren entwickelt, die eine wesentliche Dämpfung der Differenzwinkelschwingungen des geregelten Antriebsstrangs ermöglichen. Dabei wird auf die Vermeidung eines prinzipiell möglichen Abhebens von Zahnflanken innerhalb des Antriebsstrangs eingegangen. Systematisch werden verschiedene Regler entworfen und der Einfluss von Mess- und Stellort, Rückführgrößen und Stellgrößenbeschränkungen untersucht. Darüber hinaus wird gezeigt, wie sich zusätzliche Freiheitsgrade, die bei der Verwendung von mehreren Antriebsmotoren entstehen, vorteilhaft nutzen lassen. So wird die mittlere Aufteilung des gesamten Antriebsdrehmoments auf einzelne Motoren vorgegeben oder die mittleren Differenzen zwischen den Stellgrößen geregelt.

Experimentell wird gezeigt, wie eine aktive Dämpfung und eine variable Eingangsverkopplung die Änderungen der Differenzwinkel wirkungsvoll reduzieren. Für das Störmodell wird ein nichtlinearer Beobachter entworfen, mit dessen Hilfe die Unterdrückung von Störungen ebenfalls experimentell demonstriert wird. Die Messergebnisse bestätigen die vorgestellten Konzepte, zeigen wie Änderungen der Winkeldifferenzen, insbesondere durch den Einsatz von mehreren Antriebsmotoren, wirkungsvoll reduziert werden und verdeutlichen, wie die damit verknüpfte Druckqualität der Druckmaschine erhöht werden könnte. Dies gilt insbesondere für moderne Druckmaschinen, die aus vielen Modulen bestehen und eine zu älteren Maschinen vergleichsweise hohe Produktionsdrehzahl erlauben.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
The further development of modern sheetfed offset printing presses to increase productivity, as well as the trend of increasing number of modules for highly specialized variants, leads to an increased occurrence of intolerable variations of angular differences in the drive train, which results in an insufficient print quality. Against this background, this thesis deals with the reasons for the variations of differential angles, shows connections to the print quality and gives solutions for increasing the print quality from a control engineering point of view. All essential steps from modeling to identification of model parameters to the controller structure and the controller design are discussed. The methods presented are verified on a experimental setup based on the modular series setup of printing presses. The modeling leads to a linear multibody system and a nonlinear disturbance model. On the basis of the typical model structure of sheetfed offset printing presses, general statements about the vibration behavior are derived and fundamental concepts for the selection of measurement and actuator locations are given. For the identification of the model parameters, a multi-step approach is presented, which divides the identification problem into simpler problems and allows the detailed examination of partial results. In particular, the suppression of typical periodic disturbances of printing presses is discussed. Successively, two advanced controller structures and appropriate quality criteria for advanced controller design techniques are being developed that allow substantial damping of the differential angle vibrations of the controlled drive train. The avoidance of possible lifting of tooth flanks within the drive train is also being discussed. Systematically, different controllers are designed to investigate the influence of the measurement location, actuator location, feedback variables and limiting of the manipulating value. Furthermore, it will be shown how additional degrees of freedom, which arise when using multiple drive motors, can be used advantageously. Therefor, the average distribution of the total drive torque to the individual motors is set or the average differences between the manipulated variables are regulated. It is shown experimentally how the active damping and the variable input coupling effectively reduce the variations of the differential angles. For the disturbance model, a nonlinear observer is designed and with its help the suppression of disturbances is being demonstrated experimentally also. The measurement results confirm the concepts presented, show how the changes in the differential angels are effectively reduced, in particular through the use of multiple drive motors, and illustrate how the associated print quality of the printing press could be increased. This especially concerns modern printing presses, which consist of many modules and allow a higher production speed compared to older machines.English
Place of Publication: Darmstadt
Classification DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 600 Technik
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Divisions: 18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institut für Automatisierungstechnik und Mechatronik > Control Systems and Mechatronics
Date Deposited: 17 Nov 2020 09:22
Last Modified: 18 Nov 2020 08:07
DOI: 10.25534/tuprints-00014039
Corresponding Links:
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-140396
Referees: Konigorski, Prof. Dr. Ulrich and Dörsam, Prof. Dr. Edgar
Refereed: 12 December 2019
URI: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/14039
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