Kubasiak, Nicolai (2020)
Regelung des Antriebsstrangs von Bogenoffsetdruckmaschinen.
Technische Universität Darmstadt
doi: 10.25534/tuprints-00014039
Dissertation, Erstveröffentlichung

Kurzbeschreibung (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.

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