机械轴凹印机稳速印刷过程中套色控制的稳定性分析方法

技术领域

本发明涉及印刷控制领域，尤其涉及一种机械轴凹印机稳速印刷过程中套色控制的稳定性分析方法。

背景技术

在机械轴凹印机印刷过程中，需印制的复杂图案被分解为若干简单图案分别刻制在印刷版辊上，进行印刷时，承印材料通过进料部分依序通过各印刷单元，各印刷单元将相应的简单图案印制在承印材料上，最后得到复杂的印制图案。在印刷过程中存在各单元间相应印刷图案的准确定位问题，也就是套色误差的问题。套色的准确性对产品质量的影响至关重要，因此，当印刷过程中存在印刷图案间相对位置出现偏差时，需采用控制方法减小或者消除这种位置偏差即套色误差。鉴于套色精度对产品质量的影响，快速减小或者消除套色误差的控制方法变得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是要提供一种机械轴凹印机稳速印刷过程中套色控制的稳定性分析方法。提高了现有技术中稳速印刷过程中的响应速度慢和套色精度不高的技术问题。

为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

本发明机械轴凹印机稳速印刷过程中套色控制的稳定性分析方法：建立如下模型：

其中λ

其中

对能量函数求导可知，当(i-1)单元的补偿辊控制量的控制式为：

能量函数的导数为：

因此为保证系统稳定收敛，控制计算式为：

所述的机械轴凹印机稳速印刷过程中套色控制稳定性分析方法的应用：所述机械轴凹印机包括两个以上(i个)印刷单元，每个印刷单元均安装有套色控制系统，所述机械轴凹印机稳速印刷过程中套色控制稳定性分析方法用于所述套色控制系统中的稳定性分析。

所述套色控制系统的套色控制方法包括以下内容：

承印材料依序经过机械轴凹印机的各印刷控制单元进行该单元的色组印刷，所述色组i的误差检测系统判断色组i和色组1是否存在套色误差，若有，则色组i的控制系统计算出色组i和色组1的套色误差值，并在确定的套色精度下，根据模型依据所述机械轴凹印机稳速印刷过程中套色控制稳定性分析方法设计的控制计算式，根据所诉套色误差值以及前序补偿辊的控制量，计算得到色组i-1与色组i之间的补偿辊纵向线速度变化量，并以控制指令的方式发送到所述机械轴凹印机的伺服电机；所述伺服电机接收根据所述控制指令调整色组i-1与色组i之间补偿辊的纵向线速度，直至消除所述色组i与色组1的套色误差；各后续色组误差检测系统判断该色组和色组1是否存在套色误差，若有则依上述方法，至消除该色组与色组1之间的误差。

所述套色控制系统包括传感装置和控制器，所述传感装置用于检测套色误差，并将所述套色误差发送给所述控制器；所述控制器基于模型，并根据所述接收到的套色误差以及前序色组的控制量，依据所述的机械轴凹印机稳速印刷过程中套色控制稳定性分析方法设计的控制计算式计算出控制量，并以控制指令的方式发送到所述机械轴凹印机的伺服电机，以调节补偿辊的纵向线速度；所述控制量为色组间补偿辊的纵向线速度变化量。

本发明的有益效果是：

本发明是一种机械轴凹印机稳速印刷过程中套色控制的稳定性分析方法，与现有技术相比，本发明的机械轴凹印机稳速印刷过程中的套色控制方法在数学模型的基础上，引入机械轴凹印机稳速印刷过程中套色控制的稳定性分析方法进行控制设计。本发明所述控制方法不仅理论上确保了系统的稳定性，而且响应速度快、可以有效地消除整个系统的色差，提高套色精度，非常适合在机械轴凹印机稳速印刷过程中广泛使用。

附图说明

图1为本发明所述系统i单元与i+1单元之间的结构图；

图2为本发明所述建模过程的对应流程图；

图3为本发明一种机械轴凹印机在稳速运行过程中的套色控制方法的流程图；

图4为本发明所采用的机械轴模型输出与实际系统输出对比图；

图5为本发明一种机械轴凹印机机套色控制方法的色组2误差响应曲线；

图6为本发明一种机械轴凹印机机套色控制方法的色组3、4误差响应曲线；

图7为本发明一种机械轴凹印机机套色控制方法的色组5、6、7误差响应曲线。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步描述，在此发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

凹印机的控制系统由张力控制系统和套色控制系统两大部分组成。张力控制的目的是维持印刷设备收放卷部分的张力平衡，以避免出现印刷材料褶皱和被拉断的情形，并且为印刷单元的套色控制打下基础；套色控制则是为了消除由于各种扰动因素造成的套色误差，提高套色精度和产品质量。从控制目标上看，这两个控制系统是不一样的，但是实质上，它们解决的核心问题都是张力控制的问题。在收放卷部分，安装有检测张力的压力传感器，张力控制是通过传感器检测到的张力值来反馈调节收放卷电机的速度从而维持张力的平衡。在印刷色组之间，安装有色差检测装置，套色控制是通过色差来反馈来调节补偿辊的纵向线速度，进而调整色组间的张力，最终来消除套色误差。

本发明的机械轴凹印机主要由放卷进料部分、印刷单元和出料收卷3大部分组成。放卷进料部分负责将印刷材料从缠绕材料的圆形滚轴以恒定的线速度送进印刷单元，该部分有专门的张力控制系统保障印刷张力的稳定；印刷单元将单色图案依次承印在印刷材料上，每个色组之间安装有烘干器，材料在完成当前色的印刷而后进入下一印刷单元之前，必须先烘干，以防止刚刚印上的图案花掉；为了提高套色精度，每个色组都安装有套色控制系统，出料收卷部分将印好的材料连续平稳地收集到收卷轴上。印刷前，一幅完整的彩色图案被分解为若干幅单色底片，然后刻画在圆形滚筒上制成印刷版辊。印刷时，放卷进料部分将印刷材料牵引至印刷单元，材料依次经过各个色组，进行单色印刷、热风干燥，材料在印好最后一个颜色后进入出料收卷部分，收卷电机将材料卷至收卷轴，一幅彩色图案的印刷就完成了。

如图1-7所示，为本发明一种机械轴凹印机在稳速运行过程中的套色控制方法的流程图，包括以下内容：

根据机械轴的数学模型构造能量函数，对能量函数和数学模型进行分析，推导得到一个确保系统稳定的控制算式。

对机械轴印刷机进行新的误差定义，并进行数学建模。将印刷材料经机械轴凹印机的进料部分送进色组1；所述印刷材料经色组1印刷、烘干后依次送进其余色组进行印刷和烘干；

本实施例中，承印材料依序经过机械轴凹印机的各控制单元进行该单元的色组印刷，所述色组i的误差检测系统判断色组i和色组1是否存在套色误差，若有，则色组i的控制系统计算出色组i和色组1的套色误差值，在确定的套色精度下，基于本发明提出的控制方法，根据所诉套色误差值计算得到色组i-1与色组i之间补偿辊纵向线速度，并以控制指令的方式发送到所述机械轴凹印机的伺服电机；所述伺服电机接收根据所述控制指令调整色组i-1与色组i之间的补偿辊纵向线速度，直至消除所述色组i的套色误差；所诉各色组误差检测系统判断该色组和色组1是否存在套色误差，若有则依上诉方法，至消除该色组与色组1之间的误差。

所述套色控制系统包括传感装置和控制器，所述传感装置用于检测套色误差，并将所述套色误差发送给所述控制器，所述传感装置为光电眼；所述控制器用于存储套色误差和控制量的计算式，并根据所述接收到的套色误差以及前序单元的控制量，计算出本单元控制量，并以控制指令的方式发送到所述机械轴凹印机的伺服电机，以调节补偿辊纵向线速度；所述控制量为色组间补偿辊纵向线速度。

印刷材料经过第一个色组时，不仅印上了印制图案，还在图案的边缘部分印上了一个特定形状的标记，如果套色准确，该光标实际出现在色组i中的位置与其理论上应当出现的位置应该相同，如果不同，根据每次标记捕获到时的编码器偏差计算误差。从而得到色组i的误差，因此，套色控制的目标就是通过调节补偿辊纵向线速度和方向使每次标记捕获到时的编码器计算误差为0。

同时，基于印刷套色系统具有强耦合性、大纯滞后性、不确定性和多输入多输出性等特点，本发明所推导的控制式理论上提供了系统稳定的证明并推导出了使得闭环系统收敛的控制式。以下详述所述控制式的推导过程：

结合图1,根据质量守恒定律可得,即单位时间内送入i单元与(i+1)单元内的材料质量减去送出该区域的材料质量等于该区域内材料质量的变化量：

式中密度(ρ)乘以横截面积

(2)式为胡克定理在网布横截面积的应用，即网布的横截面积与其自然状态下的横截面积成正比，其中正比例系数与网布张力相关。其中K是材料拉伸伸长率。如图1所示，当i单元与(i+1)单元间的补偿辊向上运动时，网布会拉伸并使得两单元间网布长度变长。反之，两单元间的网布长度变短。也就是说i单元与(i+1)单元间的补偿辊向上或向下移动会改变i单元与(i+1)单元间的材料长度。这种关系可以给出如下：

注意，V

T

l

其中(l

而变化值与平衡值相比非常小。否则，印刷材料就会损坏。将(2)-(5)代入(1)，得到：

因为Δl

(6)-(7)详细推导

进一步展开

应用泰勒逼近定理

为了分析材料张力、套印误差与补偿辊线速度之间的关系，图2给出了一组图表，描述了它们之间的关系。注：在本图中，套印误差定义为1单元和i单元分别印刷的标记(图案)。在初始时刻t

(8)式表示λ

将(2)代入(8)，得到：

在时间

进一步，将(2)、(9)代入(10)：

由于ΔT

对(12)两边进行求导，代入(1)。可以得到：

将(4)代入(12)，并且应用泰勒逼近。(13)可以转化为：

/>

注意，张力控制器在放卷区工作，它将送入1单元的材料张力保持在稳定水平。也就是说ΔT

则(14)可改为：

联立(7)和(15)：

(18)给出了本说明书所述张力、印刷误差的数学模型。该数学模型在本发明书的图4中进行了验证。相关系统参数如表一所示：

根据上述模型，定义

上述模型可以调整为：

(19)式表明i单元套印误差的导数与前一个单元间的网布张力变化量之间的关系，而网布张力变化量的导数又与对应网布张力变化量和该单元补偿辊的线速度相关。

由于进卷区张力控制器的存在使得进入第一印刷单元的材料张力稳定，即

其中s为拉普拉斯微分算子。类似的，基于(19)和(19a)式子可以得到i单元的套印误差和区间张力的拉普拉斯传递函数：

根据(19)式子中

其中

结合(19)、(20)，对ε

其中μ

当控制量V

(22)式为0，由此(21)可调整为：

联立(24)、(20)：

选取能量函数为：

从(26)式可以明显看出，对于任意的E

由(27)式可以看出对任意的E

本发明的机械轴凹印机稳速印刷过程中的套色控制方法在机械轴数学模型的基础上，引入了机械轴凹印机稳速印刷过程中套色控制的稳定性分析方法，不仅理论上证明了控制方法的有效性，通过与工业现有方法的比较也证明了本发明提出的控制方法响应速度快、可以有效并快速地消除整个系统的色差，提高套色精度，非常适合在机械轴凹印机稳速印刷过程中广泛使用。

表1本发明所述系统进行仿真和实验的印刷系统实验参数

本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。