автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Методология исследования и проектирования автоматизированных систем управления в рулонных печатных машинах

004610635 На правах рукописи

Щербина Юрий Владимирович

МЕТОДОЛОГИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ И ПРОЕКТИРОВАНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ В РУЛОННЫХ ПЕЧАТНЫХ МАШИНАХ

Специальность 05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами

(полиграфические средства информации и информационные системы)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва 2010

1 4 ОПТ 2ою

004610635

Работа выполнена на кафедре автоматизации полиграфического производства Московского государственного университета печати

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Дивеев Асхат Ибрагимович

доктор технических наук, старший научный сотрудник

Пономарев Юрий Валентинович

доктор технических наук, профессор Куликов Григорий Борисович

Ведущая организация: Северо-Западный институт печати

Санкт-Петербургского государственного университета технологии и дизайна

Защита состоится « 28 » октября 2010 г. в 14.00 часов на заседании Диссертационного совета Д212.147.03 при Московском государственном университете печати по адресу: 127550, Москва, ул. Прянишникова, д.2а, ауд. №1211.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета. Автореферат разослан « ^ » 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д212.147.03 д.т.н., профессор

В.Н.Агеев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Современное высокопроизводительное печатное оборудование оснащается автоматизированными системами управления (АСУ), способными обеспечивать как его предварительную настройку под конкретный заказ, так и текущее управления ходом печати. Высокие скорости работы рулонных печатных машин (РПМ) предопределяют наличие интенсивных нагрузок, в результате действия которых учащаются обрывы ленты, растет амплитуда колебаний ее натяжения, а также образуются провисания бумажного полотна. Из-за этого растет количество брака и снижается эффективность использования дорогостоящей рулонной печатной техники. Лентопроводные и краскопитающие устройства рулонных печатных машин являются объектами сложных нелинейных, нестационарных и многоконтурных систем автоматизированного управления технологическими параметрами с существенным чистым запаздыванием, которые находятся под действием различного рода как монотонных, так и колебательных возмущений. В связи с этим возникает потребность в развитии теории и проведении вычислительных экспериментов, которые позволяют выделить и проанализировать те динамические явления, которые ранее по разным причинам не принимались во внимание. Разработка теоретических методов и математическое моделирование дают возможность исследовать типовые режимы работы систем управления подачей бумаги и краски, а также установить важные закономерности их взаимодействия в рамках единого динамического комплекса. Это позволяет определить новые подходы к проектированию конструкций этих устройств, разработать более качественные методики настройки систем автоматизации для того, чтобы повысить эффективность эксплуатации рулонного оборудования, а также обеспечить высокое качество печати.

Цель работы состоит в разработке методологии исследования и проектирования автоматизированных систем управления в рулонных печатных машинах для повышения качества их работы на высокоскоростных режимах и в условиях действия интенсивных возмущений. Работа выполнялась в

соответствии планами госбюджетных научных исследований кафедры автоматизации полиграфического производства МГУП.

Данная цель обусловила постановку следующих задач исследования:

- на основе анализа известных лентопитающих устройств выявить основные тенденции развития системы управления натяжением ленты и определить их типовые структурные схемы;

- провести сравнительный частотно-динамический анализ типовых систем управления натяжением ленты для определения качества их работы по их динамическим характеристикам;

- разработать методику расчета и проектирования автоматизированных систем управления натяжением ленты, обеспечивающую повышение качества их функционирования при действии вынужденных колебаний;

- разработать методику исследования нелинейных и нестационарных систем управления натяжением ленты с целью анализа их динамики при наличии параметрических возмущений, обусловленных эксцентриситетом и овальностью рулона;

провести теоретический анализ автоматизированных систем управления приводкой красок и сформулировать принципы математического описания задачи приводки в многокрасочных РПМ;

- рассмотреть закономерности построения систем автоматизированного управления подачей краски, обобщить результаты их экспериментального и теоретического исследования, а также определить направления исследования их динамики на основе методов математического моделирования.

- разработать теоретические основы исследования динамики движения краски в красочных аппаратах, позволяющие определять их динамические свойства и частотные характеристики на этапах их конструкторского проектирования и подготовки технических заданий.

Методы исследования. При решении поставленных задач использовались методы частотного анализа, аппарата теории обыкновенных дифференциальных уравнений, операционного исчисления, г-преобразования

и структурных преобразований, векторной алгебры, численные методы анализа динамики непрерывных и дискретных систем с помощью современных пакетов компьютерной математики (MathCAD, Matlab, Simulink, Maple).

Научная новизна работы:

1. Разработана методология частотно-динамического анализа лентопитающих устройств, с помощью которой проведено сравнительное исследование качества их работы при различных вариантах структуры систем управления натяжением бумажной ленты и получены зависимости параметров установившихся колебаний натяжения ленты, обусловленных нарушениями геометрической формы рулона.

2. Выявлены резонансные явления в устройствах подачи ленты, которые возникают в результате их взаимодействия с параметрическими колебаниями, обусловленными нарушением идеальной геометрической формы рулона.

3. Разработаны математические модели систем управления натяжением ленты, реализованные на базе современных средств компьютерной математики, с помощью которых могут проводиться вычислительные эксперименты по исследованию особенностей их динамики при различных вариантах структуры, типов управляющих устройств и внешних возмущений.

4. Впервые получено интегральное уравнение приводки, которое использовано для построения различных математических моделей автоматизированных систем управления совмещением оттисков в многокрасочных рулонных печатных машинах.

5. Разработана методология математического моделирования систем автоматизированного управления приводкой красок с учетом упруго-вязких свойств ленты, которая показала хорошее соответствие имеющимся теоретическим и практическим данным.

6. Исследованы особенности функционирования систем автоматизированного управления совмещением оттисков с цифровыми регуляторами и разработан новый адаптивный алгоритм его работы,

обеспечивающий повышение точности совмещения красок в установившихся режимах.

7. Впервые разработан новый аналитический метод векторно-матричного описания динамики красочных аппаратов, на основе которого определяются их передаточные функции и уравнения переноса краски по различным каналам.

На защиту выносятся следующие научные положения и результаты:

1. Теоретические основы и методология проектирования систем управления натяжением бумажной ленты, позволяющая связать их рабочие характеристики с технологическими и настроечными параметрами и обеспечить повышение качества их работы при наличии возмущений.

2. Теоретические основы и математические модели систем управления совмещением красок на основе интегрального уравнения приводки, позволяющие исследовать их динамические свойства с учетом упруго-вязких свойств ленты.

3. Результаты вычислительных экспериментов по исследованию динамики систем автоматизированного управления натяжением бумажной ленты, совмещением красок на цветных оттисках при различных вариантах их структуры, алгоритмов работы управляющих устройств и типов возмущающих воздействий.

4. Аналитический метод исследования динамики красочных аппаратов с помощью векторно-матричных преобразований, а также методы приближенного описания их динамических свойств с помощью линейных и дискретных моделей.

Практическая полезность работы обусловлена тем, что ее результаты позволяют повысить качество функционирования автоматизированных систем управления подачей бумаги в рулонном печатном оборудовании. В диссертации разработаны методологические принципы проектирования, расчета и настройки лентопитающих устройств. Выявлены неблагоприятные режимы работы систем управления лентопитающими и лентопроводящими узлами рулонного оборудования и даны рекомендации по их предотвращению.

Результаты работы реализованы на полиграфических предприятиях «Пронто-Принт» (г.Москва) и ФГУП «Красная звезда» (г. Москва). Важной частью реализации выполненной работы является ее использование в учебном процессе для повышения качества подготовки специалистов-инженеров. По итогам научных исследований были подготовлены три учебных пособия, написаны учебно-методические руководства по курсам «Технические средства автоматизации и управления», «Технические средства автоматизации» и «Системы автоматизации и управления», а также выполнен ряд магистерских диссертаций и значительное число дипломных проектов.

Конкретное личное участие автора выразилось в научном обосновании методологии исследования автоматизированных систем управления в рулонных печатных машинах; в развитии их теории и проведении вычислительных экспериментов. Основные положения диссертации опубликованы в 35 авторских публикациях, 14 научных трудов были подготовлены при ведущем участии автора, а 4 публикации при равном участии авторов. В диссертацию включены только те положения, которые принадлежат лично автору.

Степень обоснованности научных положений и выводов диссертации основана на применении фундаментальных законов физики и методов математического анализа, их непротиворечивости физическим предпосылкам и качественном совпадении с результатами других исследований, опубликованными в научной, технической и справочной литературе, а также достаточно широкой публикацией результатов и их обсуждением на конференциях.

Публикации. По теме диссертации автором самостоятельно и в соавторстве опубликованы 53 научные работы, том числе 2 монографии: «Динамические свойства процессов управления движением бумаги и краски в рулонных печатных машинах» (М., 2003), «Теоретические основы и математическое моделирование лентопроводных и краскопитающих устройств рулонных печатных машин как объектов управления» (М, 2009) и 12 статей в ведущих научных изданиях, в которых в полной мере отражено основное содержание работы.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на Всесоюзном совещании по методам расчета полиграфических машин (Львов, 1991), 2-й Международной конференции «Информационные технологии в печати» (Москва, 1995), 5-й и 6-й Международных конференциях информатизации (Москва, 1998 и 1999 г.г.), Международной научно-технической конференции «Управление в технических системах» (Пенза, 2004), а также на конференциях профессорско-преподавательского состава Московского государственного университета печати. Результаты работы были обсуждены на совместном заседании профилирующих кафедр Северо-Западного института печати Санкт-Петербургского университета технологии и дизайна, где получили положительную оценку.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения и библиографического списка, включающего 144 наименований использованной литературы. Содержание диссертации изложено на 313с. машинописного текста и включает 391 рисунок

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность проблемы, научная новизна, практическая значимость работы, а также приведены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе проведен анализ достоинств и недостатков существующих автоматизированных систем управления лентопитающими и лентопроводящими устройствами РПМ, которые представляют собой сложные технологические агрегаты, обеспечивающие изготовление многокрасочной иллюстрированной продукции на непрерывно движущейся ленте. Отечественные исследователи уделяли большое внимание проблемам повышения качества рулонной печати. Здесь следует выделить основополагающие труды В.Т.Бушунова, Б.В.Куликова, Л.В.Фельдмана, Г.А.Алексеева. Значительный вклад в создание основ теории рулонного печатного оборудования внес профессор В.П.Митрофанов, который положил начало изучению процесса приводки красок на вязкоупругих материалах. Среди работ по динамике рулонного печатного оборудования необходимо

также отметить таких ученых как А.А.Тюрин, Б.И.Климов, В.В.Казакевич, Э.И.Избицкий, В.А.Перов и С.П.Вартанян и др. За рубежом вопросами совершенствования систем управления лентопитающими и лентопродящими устройствами занимаются как ведущие производители рулонных печатных машин («Хейдельберг», «Манн Роланд», «Эрхард+Леймер»), так и разработчики специализированных технических средств автоматизации и управления («Монталво корпорейшн», «Уорнер Электрик», «КвадТек» и др.). Среди зарубежных научных центров следует отметить Оклахомский государственный университет (США), в стенах которого регулярно каждые два года проводятся международные конференции по динамике лентопитающих устройств, а также исследовательскую лабораторию «Метсо пейпа корпорейшн» (Финляндия), занимающуюся изучением вопросов обработки рулонных материалов, как в бумагоделательной промышленности, так и в полиграфическом производстве. Здесь следует выделить работы таких ученых как Б. Балтер, К. Лин, У. Волферман, Ф. Парант, Г. Линна. М. Парола и др. Важным направлением совершенствования качества функционирования рулонной офсетной техники является оптимизация условий процесса печати, при которых обеспечивается минимум градационных искажений в светлых и темных тонах. В работах Э.И.Избицкого, С.П.Вартаняна и Л.А.Шахмундеса приведены результаты экспериментальных исследований, которые показали наличие экстремальных зависимостей оптической плотности оттисков от количества подаваемой влаги. Показатель качества печатного процесса формируется с помощью двух датчиков, которые измеряют оптическую плотность оттиском при полном (100%-ном) и частичном (80%-ном) заполнении растровых полей на контрольных метках.

На рис.1 представлена схема многокрасочной офсетной рулонной печатной машины, содержащая лентопитающее устройство (ЛПУ), лентопроводящую систему (ЛПС) и приемно-фальцевальное устройство (ПФУ). ЛПУ включает рулон, амортизатор, датчик натяжения ленты (ДНЛ), специализированный контроллер натяжения (СКН), блок управления рулонным тормозом (БУРТ) и рулонный тормоз (РТ) осевого типа. Входными параметрами ЛПУ выступают заданное значение силы натяжения ленты F0" и

линейная скорость движения бумаги в первой бумаговедущей паре V,. ЛПС состоит из четырех печатных секций (ПСрПСД с помощью которых осуществляется последовательное запечатывание оттисков.

Рис. 1. Схема многокрасочной офсетной рулонной печатной машины Управление вращательным движением формного, офсетного и печатного цилиндров осуществляется системой распределенных электроприводов (ЭП1-ЭП4), которые обеспечивают заданную линейную скорость проводки бумаги (V* = У2* = .., = У4*) и коррекцию начальной фазы формных цилиндров либо по команде оператора, либо за счет работы системы автоматической коррекции приводки. Данная система включает измеритель рассогласования приводки (ИРП), построенный на основе сканирующей ПЗС-камеры, и специализированный контроллер приводки (СКП), который обеспечивает формирование цифровых управляющих сигналов: Дф,,Дф2,Дф, и Дф4. Здесь: j=l,2,3,4- номер базовой метки, - номер метки контролируемой секции, символ «0» означает, что измерение всех отклонений производится на одном общем оттиске. ПФУ содержит контур начального позиционирования бумажного полотна по линии первого фальца за счет перестановки регистрового валика . Управление вращательным движением этого узла РПМ обеспечивается автономным электрическим приводом ЭП5. Текущее качество оттиском контролируется с помощью спектрофотометрической измерительной системы, которая корректирует сигналы общей и местной подачи краски (1 = 1,2,34) для всех печатных секций.

и

Исходные уравнения системы управления натяжением ленты имеют вид:

Здесь (1) - уравнение динамики рулона; (2) - уравнение момента инерции рулона при наличии эксцентриситета е,; (3) - уравнение радиуса вращения рулона с эксцентриситетом е,; (4) - уравнение радиуса вращения с овальностью е2; (5) - уравнение изменения радиуса размотки; (6) - уравнение изменения угла вращения рулона; (7) - уравнение динамики натяжения ленты на участке размотки рулона; (8) - уравнение динамики амортизатора; (9) -уравнение астатического управляющего устройства. Входными воздействиями являются сигналы V, (1) и гзл(г), а выходными переменными - сигналы Ур, е0,

а и Мт. Источниками низкочастотных возмущений выступают: овальность е, и эксцентриситет е2 рулона. Параметрами настройки ЛПУ являются: постоянная времени Та и степень демпфирования <;, амортизатора, а также коэффициент передачи кос корректирующего устройства. Выделены три основных типа ЛПУ: с тензодатчиком и пружинно-масляным амортизатором; с датчиком поворота штанги пружинно-масляного амортизатора; с датчиком поворота свободно плавающего амортизатора.

Во второй главе выполнен динамический и частотный анализ автоматизированных систем управления натяжением ленты с идеальным рулоном. Для этого на основе метода замороженных передаточных функций «стационаризация» уравнений рулона и ленты в малых отклонениях от

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8) (9)

(1)

г(р,у)= (р2 - е^/д/р2 + е2 - 2ре2 соз(2у) (1р/ск = -5Ур/(тф) <1у/<и = Ур/г

+ Уре0 = У,0)-V, - 21.с1а/<Л Т„с12а/(Й2 + 2даТ,с1а /сИ + а = кае0 с1Мт/Л = кос(е0-езД(0)

номинального режима (в предположении, что за время переходных процессов «замороженное» значение радиуса рулона р меняется несущественно). Эти уравнения имеют вид:

Тр(р)ёДУр/с11-ДУр =кеДс0 -км(р)ДМт (10)

Тлс1Дб0 /Л + Де0 = ку(ДУ, - ДУр)~ 21ак^Да/сИ (11)

Здесь: Тр(р)=яр2/(з5Ур) - постоянная времени рулона; кЕ = 2Е6/(зуУр) -коэффициент передачи рулона по относительному удлинению ленты; -км(р)=2/(зЬ8урУ*) - коэффициент передачи рулона по тормозному моменту;

Тл=Ь0/У* - постоянная времени ленты; ку =кь =(1 + 8о)/У* коэффициенты передачи по скорости движения и изменению длины пути ленты; 1а - длина штанги амортизатора.

Показано, что в ЛПУ, которое не содержит амортизатор, возникают слабозатухающие колебаний натяжения ленты, частота которых юкр

определяется отношением критической скорости печати Укр = -/25Е6 /(луЬ0") к текущему радиусу р рулона. Так как критическая скорость печати Укр не зависит от радиуса рулона р, то печатная машина будет работать в режиме критических колебаний при любом радиусе, если текущая скорость печати равна критической.

Рис. 2. Параметрические ЛА ЧХ системы Рис. 3. Параметрические Л А ЧХ

управления натяжением ленты без системы управления натяжением

амортизатора при различных радиусах ленты с амортизатором при <;„ = 20 рулона

На рис.2 представлены параметрические логарифмические амплитудно-частотные характеристики (ЛАЧХ) простейшего ЛПУ в относительных частотах Ш = со/(окр при трех радиусах рулона: начальном р0 =0,5м, среднем

рс=0,3м и конечном рк =0,1м. Видно, что все три характеристики в относительных координатах одинаковы и совмещаются друг с другом. При этом колебательные пики приходятся на относительную частоту равную единице, т.е. со = 1. Предложено обеспечивать настройку пружинно-масляного амортизатора исходя из условий: Та=р0/Укр и <;а = 20. Такая настройка

обеспечивает эффективное подавление критических колебаний и быстрое установление переходных процессов.

На рис.3 показаны ЛАЧХ системы управления натяжением ленты с пружинно-масляным амортизатором при выбранной настройке. Видно, что в данном случае колебательные пики достаточно сглажены.

Рис. 4. Динамические характеристики системы «рулон-лента-амортизатор» при полном радиусе рулона р0

Рис. 5. Динамические характеристики системы «рулон-лента-амортизатор» при конечном радиусе рулона рк

На рис. 4 и 5 представлены динамические характеристики подсистемы «рулон-лента-амортизатор» без управляющего устройства при номинальном значении тормозного момента и выбранной настройке амортизатора. Здесь чертой обозначены относительные значения выходных параметров ЛПУ: Де0=Д80 /80, ДУр=ДУр/Ур", где е^ и V* - соответственно номинальные

значения относительного удлинения ленты и скорости печати. Динамические свойства системы управления натяжением существенно зависят способа

формирования сигнала управления. Для системы с тензодатчиком передаточная функция цепи обратной связи имеет следующий вид:

Мт(Ро)

а для системы с датчиком перемещения штанги амортизатора - вид:

Мт(ро)

ТаУ+2<;аТ,р + Г

(12)

(13)

где а - номинальное значение угла поворота амортизатора.

На рис. 6 и 7 представлены динамические характеристики системы управления натяжением с тензодатчиком при кос = 0,1с"1 и линейном изменении скорости первой бумаговедущей пары. Видно, что время установления переходных процессов в данном случае существенно зависит от радиуса рулона. При полном радиусе р0 = 0,5м оно составляет примерно 40с, а при конечном радиусе рк = 0,1м - 8с. Форма всех переходных характеристик -апериодическая.

м

'/ Уо (0 1)

; и с

« 1 Л с V ю м 11 :с

Рис. 6. Динамические характеристики Рис. 7. Динамические характеристики

системы управления натяжением при системы управления натяжением^ при

линейном изменении скорости Д V, (I) и линейном изменении скорости Д V, (О и

полном радиусе рулона р0 конечном радиусе рулона рс

Качество поддержания заданного уровня натяжения может быть повышено за счет применения нелинейных устройств, ограничивающих величину корректирующего сигнала при больших рассогласованиях. В области больших отклонений такое устройство воздействует на ЛПУ с наибольшей скоростью,

ускоряя процесс корректировки натяжения. На рисунках 8 и 9 представлены автоматизированной системы управления натяжением с 20%-ной зоной насыщения при линейном законе изменения скорости первой бумаговедущей пары. Сравнение этих графиков с аналогичными графиками, изображенными на рис.6 и рис.7 позволяет сделать вывод, что использование нелинейного управляющего устройства позволяет уменьшить время установления переходных процессов примерно в 4 раза при всех радиусах рулона.

О 3 4 6 1 10 12 14 14 11 X

Рис. 8. Динамические характеристики системы управления натяжением с нелинейным регулятором при начальном радиусе рулона р0

1,С

Рис. 9. Динамические характеристики системы управления натяжением с нелинейным регулятором при среднем радиусе рулона рс

Для систем управления натяжением со свободно плавающим валиком уравнение амортизатора имеет вид:

а2 -с^а/сй2 +а, -с!а/ск = е0 -е,

(14)

где а2 = 1а /(2Ь5Е61В), а, = кд12/(2Ь5Е61в) - коэффициенты передачи, зависящие механических параметров и коэффициента демпфирования амортизатора.

Для данного амортизатора критическая скорость печати Укр также

соответствует максимуму колебательных процессов в лентопитающем устройстве. На рис.10 представлены динамические характеристики ЛПУ при конечном радиусе рулона. Видно, что при ступенчатом изменении заданного натяжения в устройстве возникают высокочастотные колебания натяжения, частота которых рассчитывается по формуле:

ткрк=^кекч/{ТрТя) (15)

О 0.4 0.8 1.2 1.6 2 2.4 2.8 3.2 3.

64.1

Ца.Нц^ ^¡д

г ю,рад/с\

1 10 100 110'

Рис. 10. Динамические характеристики Рис. 11. Упрощенная и точная системы управления натяжением при параметрические Л А ЧХ разомкнутой ступенчатом изменении заданного системы управления натяжением при

натяжения при конечном радиусе конечном радиусе рулона рк.

рулона рк

На рис.11 представлены графики упрощенной ЬуД(со) и полной Ьраз(ш)

ЛАЧХ разомкнутой системой управления натяжением. Видно, что значение максимума колебательных свойств соответствует частоте 64,1 рад/с, а расхождение между упрощенной и полной ЛАЧХ начинается после частоты 200рад/с.

В третьей главе исследованы вынужденные колебания в системе управления натяжением ленты, которые обусловлены эксцентриситетом е, или овальностью е2 рулона, а также действием гармонических изменений скорости разматывания рулона и тормозного момента:

ДУС|(0 = -(ор-е2-соз(2шр1) (16)

ДУе2(1) = -юр -е, -«»((0,0 (17)

ДМе|(1) = трё-е1-со5(сор1) (18)

Здесь: шр=яр2Ь-у - текущее значение массы рулона, g - ускорение свободного падения. Знак «минус» в формулах (16) и (17) показывает, что увеличение скорости разматывания рулона приводит к уменьшению силы натяжения ленты. Возмущение ДМе1 (I) является динамическим, поскольку его

амплитуда зависит от массы рулона, а возмущения ДУе1 (I) и ДУе2 (I) являются кинематическими, так как их амплитуда зависит от угловой скорости

разматывания рулона. Установившиеся реакции лентопитающего устройства под действием гармонических возмущений по скоростям размотки АУе| 0) и

ДУС2 (1) рулона, а также по тормозному моменту ДМе2 (1) имеют вид:

(Юр))) (19)

Д80^г2 (I) = АДеоДУ[2 (2(0р ) • С03(2шр1 + фдус2Де0 (2сор))) (20)

(шр)-соз(юр1 + фдм ^(Сйр))) (21)

Здесь: АШегдЕ() (сор) = 'Л^^(юр)• тр • е2 - амплитуда установившейся

реакции ЛПУ на гармоническое изменение тормозного момента вследствие наличия эксцентриситета е2 рулона, а Аду^дЕо(2сор) = \Уду^дЕо(2сор)-2сор-е2 и

- Адуе дЕо((ор) — (о)р)• шр • в] амплитуды установившихся реакций на

гармоническое изменение скорости разматывания рулона вследствие его овальности е, и эксцентриситета е2. Система уравнений (22) описывает линеаризованную математическую модель системы управления натяжением с датчиком положения пружинно-масляного амортизатора, учитывающую эксцентриситет рулона.

' Трс1ДУр/си-ДУр =к,де0-км[дмт-дмс1(0]

Тлс1Де0 /ск + Де„ = ку[дУ, (0-ДУр - ДУе| (0]- 21,с1Да/сИ (22)

а2с12Да / с!12 +а,ёДа/сИ + Да = каДв0 адМт/Л = кос(м;(р0)/а,ХДа-Да„)

Общая реакция лентопитающего устройства на действие двух гармонических составляющих может быть определена по следующей формуле:

ДеП0 = йе

у у

•К—1++4М.4Ч, (р)) К—'++4УСД«0 (р))

(р)е р (Р)е р

(23)

На рис.12 изображено семейство графиков, характеризующих зависимость относительной амплитуды установившихся колебаний А*ст в автоматизированной системе управления натяжением с тензодатчиком от

скорости печати Ур при различных значениях радиуса рулона: начальном р0 =0,5м (кривая 1), среднем рс= 0,275м (кривая 2), конечном рк= 0,05м (кривая 3). Видно, что при увеличении коэффициента передачи управляющего устройства Ки, в 3 раза увеличивается относительная амплитуда установившихся колебаний при начальном радиусе рулона.

Рис.12. Зависимости относительной Рис. 13. Зависимости относительной

амплитуды установившихся колебаний амплитуды установившихся колебаний

натяжения ленты от скорости печати натяжения ленты от радиуса рулона р

Ур в системе с тензодатчиком при в системе с тензодатчиком при

различных значениях радиуса рулона р различных значениях скорости печати

На рис.13 представлены графики относительных амплитуд установившихся вынужденных колебаний А*ст(р)= А^^/е* от радиуса рулона р в системе с тензодатчиком при наличии эксцентриситета е, = 0,005 м и различных значениях скорости печати: малой V, =2м/с (кривая 1), средней У2 = 4 м/с (кривая 2) и высокой У3 = 8 м/с (кривая 3).

Системы управления натяжением с тензодатчиком и датчиком положения амортизатора имеют практически одинаковые свойства по отношению к низкочастотным воздействиям, поскольку их установившиеся амплитуды различаются не более чем на (1-4) процента. Разница в динамике этих систем состоит в том, что системы управления с тензодатчиком являются более быстродействующими из-за того, что их цепь обратной связи по стабилизации натяжения не содержит амортизатор, инерционные свойства которого весьма существенны. На рис.14 представлен график зависимости относительной амплитуды суммарных установившихся колебаний натяжения

Ае1 = АС| /ед от скорости печати Ур при начальном р„=0,5м, среднем рс=0,3м и конечном рк=0,1м значениях радиуса рулона. Мы видим, что при низких Ур <5м/с и высоких Ур >9 м/с скоростях печати, амплитуда установившихся колебаний натяжения практически не зависит от изменения радиуса р рулона. Однако в среднем диапазоне скоростей ЛПУ проявляет колебательные свойства, которые возрастают с уменьшением радиуса р рулона. Критическая

скорость печати при р = рк составляет Урр=6,45м/с. Это значение соответствует угловой скорости вращения рулона сокр = Урр /рк =64,5 рад/с. При

срабатывании рулона (см. рис.15) характер изменения амплитуды вынужденных колебания зависит от скорости печати. При малой скорости печати (2м/с) амплитуда вынужденных колебаний несколько убывает, при средней скорости (4м/с) остается примерно постоянной, а при большой скорости печати (8м/с) существенно возрастает. 121

2 3 4 5 6 7

9 10 У„,м/с 5

А., Ур" = 8м/с

; , V' = 2м/с

м/с..................\ ,..„...:.........................

\ \

\ .

0.4

0.3

0.2

р,м

1.1

Рис.14. Зависимость относительной Рис.15. Зависимость относительной

амплитуды суммарных амплитуды суммарных

установившихся колебаний натяжения установившихся колебаний натяжения

А,( от скорости печати Ур Ае1 от радиуса рулона р

На рис.16 представлены графики зависимостей относительной амплитуды вынужденных колебаний натяженияАе]Сг = А^/е^ от скорости

печати Ур. Мы видим, что при начальном радиусе рулона р0 зависимость

Ае,еД^р) является гладкой и плавно возрастает от нулевого значения до 1,5 во

всем рассматриваемом диапазоне скоростей печати Ур (от нуля до 16 м/с). При

среднем радиусе рулона рс график зависимости Ае]еДУр) принимает максимальное значение (примерно равное двум), когда скорость печати Ур составляет около 10м/с. При достижении конечного радиуса рк на графике зависимости АС|еДур) отчетливо выражены два резонансных пика: большой -

при скорости печати Ур1ез = 7,2м/с, и малый - при Урр" = 3,6м/с. Очевидно, что большой пик объясняется наличием эксцентриситета рулона е,=0,005м, а малый - наличием его овальности е2=0,005м.

\ -8м/с. V* =4м/с

р.м/с

Рис. 16. Зависимость относительной амплитуды установившихся колебаний натяжения при наличии эксцентриситета е, =0,005м и овальности е2 =0,005м от скорости печати Ур при различных значениях радиуса рулона р

0.2 р,м

Рис.17. Зависимость относительной амплитуды установившихся колебаний натяжения при наличии эксцентриситета е, -0,005м и овальности е2 =0,005м от радиуса рулона р при различных значениях скорости печати V

Характер поведения полученных графиков показывает, что процессы разгона печатной машины при разных радиусах рулона будут иметь различный характер. При начальном радиусе рулона р0 разгон печатной машины должен характеризоваться монотонным увеличением амплитуды вынужденных колебаний. При среднем значении радиуса рулона рс амплитуда вынужденных колебаний должна сначала монотонно возрастать, а затем плавно уменьшаться. При конечном радиусе рк должны быть выражены два резонансных пика: малый - обусловленный наличием овальности е2, и большой - обусловленный наличием эксцентриситета е, рулона. На рис.17 представлены графики зависимостей суммарной относительной амплитуды вынужденных колебаний

Ае1е от радиуса рулона р при трех значениях скорости печати Ур: малой -

2м/с; средней - 4м/с и большой - 8 м/с. Видно, что при малой скорости печати 2м/с, амплитуда вынужденных колебаний остается практически постоянной. При средней скорости печати 4м/с амплитуда вынужденных колебаний АС|Сг(р) сначала существенно возрастает почти в 4 раза, затем при р<0,13м несколько убывает. При большой скорости печати 8 м/с характер зависимости Ае е2 (р) не меняется. Однако амплитуда установившихся колебаний в этом

случае возрастает по сравнению со средней скоростью печати почти в 2 раза. График суммарных установившихся колебаний рассчитывается по следующей формуле:

ДеГ(0=Яе

кеЛ,у>„,р).е

(Vp.pl]

где ке1=1 или 0 - коэффициент наличия эксцентриситета; ке2=1 или 0 коэффициент наличия овальности.

(24)

Рис. 18. Динамическая характеристика системы управления натяжением при линейном изменении скорости первой бумаговедущей пары до Ур = 4м/с, эксцентриситете е, = 0,005м, овальности е2 =0,005м и среднем радиусе рулона рс =0,3м

Рис.19. Динамическая характеристика системы управления натяжением при линейном изменении скорости первой бумаговедущей пары до Ур = 4м/с, эксцентриситете с, = 0,005м, овальности е2 =0,005м и конечном радиусе рулона рк =0,1м

На рис. 18 и рис. 19 представлены графики динамических характеристик системы управления натяжением со свободно плавающим валиком при линейном изменении скорости первой бумаговедущей пары до 4м/с. Видно, что при среднем радиусе рулона рс амплитуда вынужденных колебаний сначала нарастает до 1=7с, а затем несколько уменьшается. Процесс разгона при этом завершается примерно за 10с. При конечном радиусе рулона рк присутствуют два ясно выраженных резонансных пика. Максимум первого пика достигается при I, «3,7с, а его величина составляет около 3. Причиной появления первого пика является наличие овальности е2. После его прохождения амплитуда вынужденных колебаний уменьшается примерно до единицы. Второй резонансный пик свидетельствует о наличии эксцентриситета е,. Его максимум примерно равен 4 и наблюдается при 1:2 «7,2с. Следует отметить, что полученные резонансные пики соответствуют угловой частоте возмущающих колебаний примерно 72рад/с., которая соответствует резонансной частоте лентопитающего устройства.

В четвертой главе представлены результаты численного исследования системы управления натяжением со свободно плавающим валиком. Расчеты проводились с помощью интегрированной вычислительной системы МаШСАО. При проведении расчетов уравнение рулона (1) было модифицировано для четырех вариантов исследования. В первом случае рассматривались характеристики при отсутствии внешних возмущений, и динамика рулона описывалась двумя уравнениями:

пЬур2 ¿V ЗЬу5 м

— Ур = Ь5Е6е0

___у _ ь__т

2 ск "

Ф_ 5Ур

(25)

(26)

ск 2лр

Были рассчитаны динамические характеристики системы управления натяжением при трех вариантах разгона рулонной печатной машины: линейном, параболическом и косинусном. Наилучшим с точки зрения уменьшения максимальных динамических отклонений натяжения оказался

косинусный закон, который обеспечивает изменение скорости печати V, (1) при отсутствии разрывов по скорости и ускорению. Во втором случае исследовались динамические характеристики при наличии овальности. Здесь динамические свойства рулона с эллиптической формой поперечного сечения описывались следующей системой уравнений:

№ dt = Ve,(Vp.P>e0.a.r>Y)

dp_ .1Л

dt 2 7t p

11

dvy

Ur r

где Ve(Vp,p,E0,a,r,\y) и re|(Vp,p,r,\)/) . вспомогательные функции, которые характеризуют изменение скорости печати dVp / dt и радиуса вращения dr/dt, которые были получены с помощью зависимостей (1)-(4).

На рис.20 представлены динамические характеристики системы управления со свободно плавающим валиком при отсутствии внешних возмущений, а на рис.21 при скорости печати V, =8 м/с, наличии овальности е, = 0,005 м и конечном радиусе рулона рк =0,1м.

Рис.20. Динамические характеристики системы управления натяжением с линейным законом разгона при конечном рк = 0,1 м радиусе рулона и отсутствии возмущений

Рис.21. Динамические характеристики системы управления натяжением с линейным законом разгона при конечном рк = 0,1 м радиусе рулона и наличии

При наличии эксцентриситета использовались вспомогательные функции Уе.,(Ур,р,Б0,а,г,у) и ге2 (Ур,р,г,\|/), которые аналогичны функциям Уе](Ур,р,Б„,а,г,ч;) и ге] (Ур,р,г,\|/). На рис.22 представлены динамические характеристики системы управления натяжением при наличии эксцентриситета е2 =0,005м и тех же параметрах настройки. Видно, что в этом случае резонансный пик возникает, когда скорость печати совпадает с ее критическим значением. При этом амплитуда установившихся колебаний достигает двух номинальных значений силы натяжения ленты.

10 12 14

Рис.22. Динамические характеристики системы управления натяжением с линейным законом разгона при конечном радиусе рулона и наличии эксцентриситета е

Рис.23. Динамические характеристики системы управления натяжением с линейным законом разгона при конечном радиусе рулона, наличии овальности е, и

эксцентриситета е2 Совместное влияние овальности и эксцентриситета показано на динамической характеристике, представленной на рис.23. Видно, что в этом случае присутствуют два резонансных пика, первый - вследствие овальности е,, а второй - вследствие эксцентриситета е2.

В петой главе изложены теоретические основы, а также приведены результаты динамического и частотного анализа процесса приводки красок в многокрасочных РПМ. Предложено интегральное уравнение приводки:

1 V- н

1 (-Т-1+£ь1 2

которое устанавливает динамическую связь ошибки приводки по соседней краске 3|+н с длиной участка бумажной ленты Ь^), линейной скоростью

движения ленты V; в печатном аппарате, фазами формных цилиндров Ф^О) и Ф, (1 - Т,), а также относительными удлинениями бумажной ленты на входе ем и выходе Е; ¡-ого печатного аппарата. (Здесь 'Г, - постоянная времени ¡-ого участка, с! - диаметр формных цилиндров).

По результатам линеаризации уравнения (28) составлена математическая модель процесса приводки красок, представленная на рис.24. С помощью этой модели определены передаточные функции каналов приводки:

(1 — е_рТ' 1 ^

\У

(Р) = к,

Т;Р Т!Р + 1

1

Т;Р + 1

кФ .

Т;Р + Г

к,„

(29)

(30)

(31)

(32)

— т.р + 1

Здесь: Т; = Ь* / V* - постоянная времени ¡-ого участка ленты; ке = Ь* /(1 + е*) -коэффициент передачи по относительному удлинению, кф = с! / 2 коэффициент передачи по фазе формного цилиндра.

Рис.24. Линеаризованная математическая модель процесса приводки красок Рассмотрены различные способы определения ошибок приводки в четырех красочной рулонной печатной машине: по текущей соседней метке, по

текущей базовой метке, по общей базовой метке. Исследованы частотные характеристики каналов приводки и их динамические характеристики. Показано, что при наличии гармонических возмущений наихудшим является способ определения ошибок приводки по первой базовой краске 0 = 2,3,4). Лучшими свойствами обладает способ определения ошибок по последней базовой краске 4(I = 1,2,3), так как в этом случае базовая краска не

подвергается активному воздействию возмущений. Меньшие динамические ошибки наблюдаются, если базовая краска расположена внутри печатной машины, например, вторая или третья. Для пяти красочной печатной машины целесообразно использовать способ определения ошибок приводки по третьей средней метке.

На рис.25 и 26 показаны графики переходных характеристик ЛАЧХ каналов приводки по второй общей базовой краске при изменении относительного удлинения ленты Де0 на входе в РПМ. Видно, что каналы приводки по первой и третьей краскам имеют общую низкочастотную асимптоту с наклоном +40дБ/дек и разные высокочастотные асимптоты: -20 дБ/дек - канал первой краски и -40 дБ/дек - канал третьей краски. В свою очередь, четвертая и третья краски имеют общую высокочастотную асимптоту с наклоном -40 дБ/дек и параллельные низкочастотные асимптоты с наклоном +40дБ/дек.

Рис.25. Переходные характеристики Рис.26. ЛАЧХ каналов приводки по второй

каналов приводки по второй общей базовой общей базовой метке и при изменении

метке и при ступенчатом изменении относительного удлинения ленты Де0 относительного удлинения ленты Д е 0

Отсюда следует, что в области низких частот наименьшими помехозащитными свойствами обладает канал четвертой краски, а в области высоких частот наихудшими свойствами обладает канал первой краски. По сравнению с характеристиками приводки по последней базовой метке данный способ обеспечивает уменьшение величины динамических отклонений приводки в два раза (0,35 против 0,7). Однако он обладает несколько худшими свойствами с точки зрения фильтрации высокочастотных помех.

В шестой главе представлены результаты вычислительного эксперимента, проведенного на математической модели процесса приводки, реализованной в интегрированной среде 5нпи1тк пакета МаНаЬ. Компьютерная модель лентопитающей системы РПМ была составлена на основе следующих соотношений:

Формула (33) описывает упругие свойства участка бумажной ленты. В ней использованы следующие обозначения: Ь; - длина пути бумажной ленты между двумя бумаговедущими парами; Ь0| (0 - закон изменения количества нерастянутой бумажной ленты в процессе функционирования объекта. Формула (34) позволяет определить зависимость Ь0((1) как интеграл от

изменения подачи нерастянутой бумажной ленты через ¡-ую (входную) и (1 +1) -ую (выходную) бумаговедущие пары. Начальные условия интегрирования определяются формулой (35), где „ - длина пути бумажной ленты в нулевой момент времени; е|0 - заданное начальной значение относительного удлинения ленты. Выражение (36) устанавливает связь между

(33)

б

(35)

(36)

(34)

механическими характеристиками ленты Ь,6,Еб, ее относительным удлинением е, и силой натяжения ленты Р(. Следует отметить, что данные формулы характеризуют принципы функционирования ЛПС как технологического объекта. Они физически прозрачны и достаточно ясно описывают характер внутренних связей в ЛПС. Так как в процессе офсетной печати лента получает некоторое количество влаги, то под действием силы натяжения она приобретает вязкоупругие свойства. В настоящей работе для описания реологических свойств бумажной ленты использована вязкоупругая модель Максвелла, реологическое уравнение которого имеет вид:

. с!ст . (18 0—+ст=0— Л Л

(37)

где 0 = ц/Е6 - время релаксации, определяемое как отношение динамического коэффициента вязкости ц демпфера к модулю упругости Е упругого элемента. Наряду со временем релаксации часто бывает удобно рассматривать обратный показатель V = 1 / 6. В качестве основы компьютерной модели продольной приводки было выбрано уравнение (28) и уравнение отсчета фаз

= (¡=1,2,3,4)

о о

(38)

Переходные характеристики по второй общей базовой краске (см. рис.27) вызывают интерес тем, что у них установившиеся ошибки приводки по предшествующей первой краске и последующим третьей и четвертой краскам имеют разные знаки, что уменьшает суммарную ошибку приводки.

15 1,С 20

Рис.27. Переходные характеристики каналов приводки по второй общей базовой метке при ступенчатом изменении входного натяжения на ЮкГ натяжения на ЮкГ. и V = 0,04с~'. и у = 0,04сч.

15 |,сг)

Рис.28. Переходные характеристики усилий натяжения ленты при ступенчатом изменении входного

С этой точки зрения использование метода определения ошибок приводки по второй общей базовой краске является более предпочтительным. Динамические характеристики усилий натяжения ленты, изображенные на рис.28 показывают, что вязкие свойства вызывают последовательное уменьшение установившегося натяжения ленты примерно на 4кГ, т.е. ЗбкГ на первом участке, 32кГ на втором и 28кГ на третьем участке ЛПС. Если использовать в качестве базовой вторую краску (см. рис.29) наибольшая амплитуда установившихся колебаний приводки около 0,08мм наблюдаются по первой краске. По третьей и четвертой краскам в этом случае наблюдаются установившиеся колебания с амплитудой 0,02мм. На рис.30 представлены переходные характеристики ЛПС по натяжению ленты, которые показывают, что каждый из участков бумажной ленты уменьшает амплитуду вынужденных колебаний примерно в пять раз. Исследованы динамические свойства системы коррекции приводки, которая функционирует в двух режимах: ускоренной компенсации и поддержания установившегося значения сигнала ошибки.

15 1,С 20

Рис.29. Переходные характеристики каналов приводки по второй базовой метке при ступенчатом вменении входного натяжения на ЮкГ, V = 0,04с'1, гармонической помехе при радиусе рулона р0 =0,5м и Ас =0,2.

15 ^С го

Рис.30. Переходные характеристики усилий натяжения ленты при ступенчатом изменении входного натяжения на ЮкГ, V = 0,04с"1, гармонической помехе при радиусе рулона р0 =0,5м и А, = 0,2.

В первом режиме она обеспечивает ускоренную компенсацию больших динамических ошибок приводки, а во втором — обеспечивает поддержание малых отклонений приводки с помощью дополнительного накопления сигнала ошибок. Для этого введено пороговое переключающее устройство, которое по

величине порога срабатывания Дср производит смену управляющего алгоритма при изменении режима функционирования объекта, в соответствии с условием.

Чп>еСЛИ|Чп|>Аор

1к,П ,если|з1кп|< Аср

(39)

0.01 аос5

■0.01 ■0.015

/ АфД

\ ; ! Асрз>ч

......:.....Хал........

50

100 150 200 250 300

Рис.31. Динамические характеристики процесса коррекции приводки по второй общей базовой метке при начальном радиусе рулона р = 0,5л<

Рис.32. Осциллограммы управляющих сигналов системы регулирования приводки по второй общей базовой метке при начальном радиусе рулона р = 0,5.«

На рис.31 показан процесс коррекции приводки при измерении ошибок по второй общей базовой краске. В этом случае датчик приводки находится на выходе четвертой печатной секции. На рис.32 представлены осциллограммы управляющих воздействий системы управления приводкой по второй общей базовой краске с адаптивным алгоритмом оценивания ошибок приводки.

В седьмой главе представлены результаты динамического анализа красочных аппаратов. Для красочного аппарата общего вида предложено операторное векторно-матричное уравнение:

Х(р) = А(р)-Х(р)+в(р)-х0(р) (40)

Здесь Х(р) = [х,(р),х2(р),...,хк(р)]г - вектор изображений толщин красочных слоев, т.е. х,(р) = Ць12(0], х2(р)= Ь[Ь230)],..., хк(р)= Ь[ЬОТ(0]. в(р) = [е~То|Р Д0,0Д0] - вектор коэффициентов передачи входных воздействий; х0(р)= Ь[Ь01(0] - изображение входного воздействия; А(р) - матрица коммутации красочных потоков, рассматриваемого аппарата.

Решение векторно-матричного уравнения красочного аппарата имеет вид:

Х(р)=Ф(р)в(р)х0(р), (41)

где Ф(р)= [1к - а(р)]~' - матрица красочного аппарата.

Вектор передаточных функций определяется выражением:

Ш(р)=Ф(р)-В(р) (42)

Компонентами этого вектора являются передаточные функции по

входу х0 и выходам xj (] = 1,2.....к). Найдена передаточная функция по

выходному каналу ^к(р)=(С1к /det[Ik - А(р)])- е~т°1Р /2, где не алгебраическое дополнение соответствующего элемента матрицы [1к — А(р)],

det[Ik-A(p)] - определитель матрицы [1к - А(р)]. В качестве примера рассмотрен упрощенный красочный аппарат, включающий семь последовательно расположенных краскопередающих пар, для которого функциональная матрица А(р) имеет вид:

О е~т21Р / 2 0 0 0 0

е"т,2Р /2 0 е~т"р / 2 ООО

0 е"т"р /2 0 е"т"р /2 0 0

0 0 е~т«р / 2 0 е-т«р /2 0

ООО е~Т4!Р /2 0 е'т"р/2

0 0 0 0 е-т5бР /2 о

где Т- - время движения краски по цилиндру от точки \ к точке ]. В данном случае:

А(р) =

(43)

ёег [16 — А(р)] = 1 — ~ (е ~'2Р +е"зР + е-"р + е"5Р + е-,бР)-^-е-(,2+,4+,6Р) +

+ ^[е-(12+|4)Р +е-('| + Ч)Р +е-('2 + '5)Р +е-('2 + 'б)Р +е"(<3 + 'б)Р +е-('4 + 1б)р\ 16^ '

(44)

С16 ■ е"т"'р = е"(То1+Т21+Тз2+Т43+Т54+Тб5)'р /64 (45)

Здесь: 12=Т|2+Т21; Ь=Т23+Т32; 14=Т34+Т43; 15=Т45+Т54; 16=Т56+Т65 -

периоды вращения 2-ого, 3-его и т.д. до 6-ого цилиндров.

На рис.33 представлены переходные характеристики упрощенного красочного аппарата.

-1-С

■МО

ьи(0

МО

МО

МО

М'

.______I-1-1—

О 2 4 6 8 10 1,С

Рис. 33. Переходные характеристики упрощенного красочного аппарата Получено выражение для точной передаточной функции красочного аппарата:

я

кре"оР

е ,2Р + е~'зР + е~'4Р + е"'5Р + е~'бР

)/4 - <

-(12+'4+'бР)

/64 +

(е"('2+14)Р +е-(Ч+14)Р +е-('2+<5)Р +е-(«2 + 16)р +е-(13+<б)Р + е-(1л+»б)Р ^б

(46)

Здесь кр=\у6(0) - коэффициент передачи, т0 = т0| + т2, + т32 + т43 + т54 + т65 -время чистого запаздывания упрощенного красочного аппарата.

Предложена методика определения приближенного выражения для передаточной функции W6(p), с помощью замены экспоненциальных слагаемых отрезками ряда Тейлора, например: е~'2Р«1-12р. В результате получена приближенная непрерывную модель:

^6(р)» ^ре_тр Нтор +(47)

где х = т0=0,337с;

Т0 = кр(1б(12 +13 +14 + Х5 + ^)- 4(312 + Иъ + 214 + 2Ц + 316)+12 +14 +16)=0,6 с

На рис.34 показаны графики точной Ьот(1) и приближенной Ь^) переходных характеристик выходного канала красочного аппарата. Видно, что они имеют высокую степень соответствия друг другу. Показано, что точное функциональное уравнение динамики упрощенного красочного аппарата имеет вид:

64Кот(1 + т,)-1б(Ьот(1 + т2)+Ьот(1 + т,)+Ьог(1 + х4)+Ьот(1 + т6)+Ь0т(1 + т9))+ + 4(Ьот(1 + Т5)+Ьот(1 + Х7)+ЬО1(1 + Т8)+Ьог(1 + т10)+Ьот(1 + Т11)+Ьот(1 + Т12))- (48) -Ь„(1 + т„)=Ьо(0

Здесь: т| (I = 1,2,...ДО)- времена движения потоков краски (например*, =Т01 +Т21 +Т32 +Т43 +Т54 +Т65, где Т0| - время движения красочного потока между точками «О» и «1», Т12 - время движения красочного потока между точками «1» и «2» и т.д.). Ь0(г) - толщина слоя краски на дукторном цилиндре, Ьот (1) - толщина слоя краски на отгиске.

Рис.34. Графики точной и приближенной переходных характеристик упрощенного красочного аппарата Предложена методика определения дискретной приближенной модели красочного аппарата за счет выбора интервала квантования выходного сигнала Т таким образом, чтобы остатки от деления т( /Т (¡=1,2,...,13) были достаточно малыми. При этом можно воспользоваться приближенными соотношениями Т| ~ п, -Т и получить приближенное рекуррентное уравнение: 64ЬОТ(1 + п,Т) -

16(М1 + п2Т) + !1„(1 + п3Т) + Ь„(1 + п4Т) + Ь„ (I + п6Т) + ь„(1 + п,Т)) +

4(Нот(1 + п5Т) + Нот(1 + п7Т) + Ног(1 + п8Т) + Ьот(1 + п10Т) + Ь„(1 + ппТ) + Ьот(1 + пиТ))-1-

-Ь„(1 + п11Т) = Ьоа)

В результате г-преобразования уравнения динамики (49) найдена приближенная дискретная передаточная функция красочного аппарата:

\У6* (г) =-1--гД-5-(50)

Определена дискретная амплитудно-частотная характеристика Аб(со) = ^Де'мТ|. Выбрано значение частоты дискретизации ют =3200рад/с, которой соответствует период т = я/сот=9,981 ю^с.

Рис.35. Непрерывная А6(<в) и дискретная А*6(т) АЧХупрощенного красочного

Графики амплитудно-частотных характеристик, рассчитанные по дискретной\¥,*(р) и непрерывной \У6(р) передаточной функции транспортного объекта, приведены на рис.35. Видно, что в данном диапазоне частот, непрерывная и дискретная амплитудно-частотные характеристики полностью совпадают. Небольшие различия могут быть выявлены на частотах, близких к частоте дискретизации шт.

Предложена методика построения компьютерных моделей реальных красочных аппаратов, с помощью которых можно рассчитать их динамические характеристики и исследовать различные алгоритмы работы автоматизированных систем управления подачей краски, например в режимах суперкоррекции или предварительной закатки валиков накатной группы на этапах их конструкторской разработки и проектирования.

Основные результаты диссертационного исследования

Получены следующие результаты, определяющие научную новизну и практическую значимость выполненной диссертационной работы.

1. Разработана классификация систем управления натяжением ленты и выделены три типовые структурные схемы, в основу которых положены тип амортизатора и способ измерения усилия натяжения ленты.

2. Определено, что при отсутствии амортизатора в системах управления натяжением ленты возникают слабозатухающие колебания, частота которых

сорад/с

аппарата

обратно пропорциональна текущему радиусу рулона. Предложен проектировочный параметр - критическая скорость печати, значение которой зависит от физико-механических параметров запечатываемого материала: модуля упругости, объемной плотности, толщины и длины пути ленты.

3. Изучено влияние амортизаторов на свойства динамической системы «рулон-амортизатор-лента» и предложена методика их настройки обеспечивающая эффективное подавление параметрических колебаний натяжения ленты.

4. Исследованы особенности динамики типовых систем управления натяжением ленты и показано, что наибольшим быстродействием обладают системы со свободно плавающим валиком. Показано, что наименьшим быстродействием обладают устройства с датчиком положения пружинно-масляного амортизатора.

5. Исследованы стационарные режимы типовых систем управления натяжением при наличии овальности и эксцентриситета рулона. Получены графики зависимостей амплитуды колебаний натяжения, позволяющие осуществлять их проектирование с учетом качества работы лентопитающего устройства при различных значениях настроечных параметров.

6. На основе теоретических исследований разработаны математические модели систем управления натяжением, учитывающие их нелинейные и нестационарные свойства и проведен вычислительный эксперимент, который выявил резонансные явления, возникающие при изменении скорости печати и наличии внешних гармонических возмущений.

7. Проведены теоретические исследования динамики систем управления совмещением красок на оттисках в многокрасочных рулонных машинах, и выведено нелинейное интегральное уравнение приводки, которое позволяет связать его статическую характеристику и непрерывную динамическую часть.

8. С помощью линеаризованных математических моделей выполнено исследование частотных и динамических характеристик приводки и показано, что наилучшими свойствами обладают способы измеребния ошибок по второй или третьей базовым краскам.

9. Исследованы динамические свойства процессов продольной приводки с помощью нелинейной математической модели и выявлено, что на стационарном режиме работы в автоматизированной системе управления приводкой могут возникать существенные низкочастотные колебания совмещения красок. Для подавления этих колебаний предложен адаптивный алгоритм работы цифрового управляющего устройства.

10. Разработана математическая модель системы управления приводкой, учитывающая вязко-упругие свойства бумажной ленты, проявляющиеся при нанесении на нее влаги и краски. Исследованы ее переходные характеристики при действии ступенчатых, импульсных и гармонических воздействий, а также процессы стабилизации проводки с помощью цифровых управляющих устройств.

11. Разработан векторно-матричный метод определения передаточных функций красочного аппарата. Показано, что уравнения динамики красочного аппарата относятся к классу функциональных уравнений. Они не содержат производных и для их исследования не подходят классические методы решения линейных дифференциальных уравнений.

12. На основе векторно-матричного метода впервые разработана аналитическая методика расчета толщин слоев краски в красочных аппаратах с учетом коэффициента заполнения формы, которая может быть использована для проектирования и настройки системы управления подачей краски в печатных машинах.

13. Разработана аналитическая методика получения приближенной линейной модели красочного аппарата в виде звена чистого запаздывания и линейной инерционной части первого или второго порядка, которая позволяет исследовать динамические свойства красочного аппарата на этапах конструкторского проектирования.

14. Исследованы амплитудно-частотные характеристики красочного аппарата. Показано, что они имеют периодический характер, содержат локальные и глобальные максимумы на частотах, характеризующих процессы синхронизации входных гармонических сигналов на краскопередающих валиках и цилиндрах.

Публикации по теме диссертации:

Статьи в ведущих научных журналах, рекомендованных ВАК РФ для публикации результатов докторских диссертаций

1. Щербина, Ю.В. Динамические свойства систем управления натяжением бумажной ленты / Ю.В. Щербина // Изв.ВУЗов. Проблемы полиграфии и издательского дела, 2003. -№4. - С.34-67 (1,62 п.л.).

2. Щербина, Ю.В. Исследование системы регулирования натяжения со свободно плавающим валиком при биениях рулона (Часть 1). // Изв.ВУЗов. Проблемы полиграфии и издательского дела, 2004. - №2,- С. 22-39 (0,86 п.л.).

3. Щербина, Ю.В. Исследование системы регулирования натяжения со свободно плавающим валиком при биениях рулона (Часть 2) / Ю.В. Щербина // Изв.ВУЗов. Проблемы полиграфии и издательского дела. - 2004. - №3. - С.21-34 (0,78 п.л ).

4. Щербина, Ю.В. Аналитический метод исследования динамики красочных аппаратов печатных машин / Ю.В. Щербина //. Изв.вузов. Проблемы полиграфии и издательского дела. -2007. 1.-С. 3-15 (0,68 п.л.)

5. Щербина, Ю.В. Методика аналитического исследования статических режимов работы красочных аппаратов с учетом коэффициента заполнения формы / Ю.В. Щербина // Изв.вузов. Проблемы полиграфии и издательского дела. - 2008. - №3. - С. 25-32 (0,65 п.л.).

6. Щербина, Ю.В. Линеаризованная математическая модель процесса продольной приводки красок в рулонной печатной машине / Ю.В. Щербина; Моск. гос. ун-т печати // Изв. Вузов. Проблемы полиграфии и издательского дела. — 2010, №1 (0,5 п.л.). - С. 60-66.

7. Щербина, Ю.В. Аналитический метод исследования процесса раскатывания вязкого материала в многозвенных валково-цилиндрических аппаратах / Ю.В. Щербина, В.И. Солонец; Федер. агентство по образованию. Санкт-Петербургский государственный политехнический университет // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Наука и образование. -2010. - Л° 1(95). - С. 270-274 (0,5 п.л.)

8. Щербина, Ю.В. Сравнение методов измерения ошибок продольной приводки на рулонных печатных машинах / Ю.В. Щербина; Моск. гос. ун-т печати // Изв. Вузов. Проблемы полиграфии и издательского дела. - 2010. - №2 - С. 38-49 (0,6 п.л.).

9. Щербина Ю.В. Развитие полиграфии на основе автоматизации / Ю.В. Щербина. Моск. гос. ун-т печати // Высшее образование в России. - 2010. - № 6. - С. 113-116 (0,3 п.л.).

10. Щербина, Ю.В. Исследование непрерывных быстродействующих оптимизаторов при наличии запаздывания в объекте управления / Ю.В. Щербина // Изв. вузов. Приборостроение. - 1978. - №5. - С. 23-28 (0,4п.л.).

11. Казакевич, В.В. О построении непрерывно-дискретных систем экстремального регулирования, устойчивых при действии низкочастотных возмущений / В.В.Казакевич, Ю.В.Щербина // Автоматика и телемеханика. - 1979. - №2. - С.72-78 (0,5 п.л.).

12. Казакевич, В.В. Синтез экстремальных систем, устойчивых при произвольном полиномиальном дрейфе / В.В.Казакевич, Ю.В.Щербина // Автоматика и телемеханика. -1985. - №10. - С.82-89 (0,5п.л.).

Монографии

13. Щербина, Ю.В. Динамические свойства процессов управления движением бумаги и краски в рулонных печатных машинах: монография / Ю.В. Щербина - М. : МГУП, 2003. -269 с. (15,69 п.л.)

14. Щербина, Ю.В. Теоретические основы и математическое моделирование лентопроводных и краскопитающих устройств рулонных печатных машин как объектов управления: монография / Ю.В. Щербина. - М.: МГУП, 2009. - 320 с (18,6 п л.).

Статьи в отраслевых изданиях и научных сборниках

15. Казакевич, В.В. Исследование систем экстремального регулирования с непрерывно-дискретным синхронным детектированием / В.В.Казакевич, Ю.В.Щербина //. Приборостроение и авт. контроль. Вып. 3. - М. : Машиностроение, М, 1986. - С. 74-104 (1,92п.л.)

16. Шахмундее, J1.A. Разработка информационно-управляющей подсистемы местной подачи краски для печатао-огделочной линии / JI.A. Шахмундее, Ю.В.Щербина // Информационная и микропроцессорная техника в полиграф™. - М.: МПИ 1992. С. 85-91 (0,5п.л.).

17. Щербина, Ю.В. Архитектура микропроцессорной системы управления печатным процессом / Ю.В. Щербина // Информационная и микропроцессорная техника в полиграфии. -М.: МПИ, 1992. - С. 107-115 (0,5п.л.).

18. Щербина, Ю.В. Исследование линеаризованной системы автоматического управления натяжением бумажного полотна с пружинно-масляным амортизатором / Ю.В.

Щербина // Управление и информатика в технических системах: межведомственный сборник научных трудов. - М.: МГУП, 2003. - С. 80-93 (1,2 п.л.).

19. Щербина, Ю.В. Моделирование цифровой системы управления продольной приводкой красок при действии возмущений / Ю.В. Щербина // Управление и информатика в технических системах: межведомственный сборник научных трудов. - М.: МГУП, 2003. - С. 128-138 (0.8 п.л.).

20. Щербина, Ю.В. Исследование линеаризованной системы автоматического управления натяжением бумажного полотна с плавающим валиком / Ю.В. Щербина // Управление и информатика в технических системах: межведомственный сборник научных трудов. - М.: МГУП, 2003. - С. 94-128 (1 п.л.).

21. Романюк, И.А. Специализированные контроллеры натяжения ленточного материала / И.А.Романюк, В.П.Скворцов, Ю.В. Щербина //. Приборы+Автоматизация. -2005. - №3. - С. 23-31. (0,9 п.л.).

22. Щербина, Ю.В. Компьютерная модель лентопроводящей системы рулонной печатной машины / Ю.В. Щербина // Вестник Моск. гос. ун-та печати. - 2005. - №3. - С. 7-28 (2,0 п.л.).

23. Щербина, Ю.В. Компьютерное моделирование процесса приводки красок с учетом вязкоупругих свойств бумажной ленты / Ю.В. Щербина // Вестник Моск. гос. ун-та печати. -2005. - №3. - С.28-78 (3,7 п.л.).

24. Щербина, Ю.В. Компоненты типовых схем управления натяжением бумажной ленты / Ю.В.Щербина, И.А.Романюк, В.П. Скворцов // Вестник Моск. гос. ун-та печати. -2005. - №3. - С.134-157 (1,4 п.л.).

25. Щербина, Ю.В. Специализированные контроллеры натяжения бумажной ленты // Ю.В.Щербина, И.А.Романюк, В.П.Скворцов // Вестник Моск. гос. ун-та печати. 2005. - №3. -С. 158-171.(1,5 п л.).

26. Щербина, Ю.В. Исследование установившихся режимов красочных аппаратов печатных машин векторно-матричным способом / Ю.В. Щербина // Вестник Моск. гос. ун-та печати. -2006. - К°9. - С.54-63. (0,9 п.л.).

27. Щербина, Ю.В. Компьютерный анализ лентопитакмцего устройства с цифровым регулятором и тензометрическим датчиком натяжения / Ю.В. Щербина // Вестник Моск. гос. ун-та печати. -2006. - №9. - С.64-81. (1,6 п.л.).

28. Щербина, Ю.В. Особенности динамики процесса продольной приводки красок в рулонной печатной машине / Ю.В. Щербина // Вестник Моск. гос. ун-та печати. -2007. - №4. -С.165-181. (1,6 п.л.).

29. Щербина, Ю.В. Методика настройки системы автоматического управления натяжением ленты с тензометрическим датчиком / Ю.В. Щербина // Вестник Моск. гос. ун-та печати. -2009. - №11. - С.184-191. (0,4 п.л.).

30. Щербина, Ю.В. Математическая модель лентопитающего устройства с рулонным тормозом на основе ДПТ / Ю.В. Щербина. // Вестник Моск. гос. ун-та печати. -2010. - №2. -С. 225-234. (0,6 п.л.).

31. Щербина, Ю.В. Математическое моделирование и настройка красочного аппарат рулонной печатей машины / Ю.В. Щербина, Е.А. Аборина. // Вестник Моск. гос. ун-та печати. -2010. -№8. - С. 85-101.(0,9 п.л.).

Тезисы докладов и материалов научных конференций

32. Kazakevich, V.V. Synthesis of Extremal and Information Systems Stable at Any Polynomial Drift. International fédération at Automatic Control / V.V.Kazakevich, J.V.Shcherbina // 8-th Congress, August, 24-28, 1981, Kyoto, Japan.-Preprint, v. VI11. - p. 112-118. (0,5 п.л.) (статья на англ. яз.)

33. Щербина, Ю.В. Динамика процессов управления лентопитающим и лентопроводящим узлами рулонной печатной машины / Ю.В. Щербина // Сборник тезисов докладов. 60 лет МПИ. - М.: МПИ, 1990. - С.38-39. (0,1 п.л.).

34. Щербина, Ю.В Частотный метод расчета лентопитающего устройства рулонной печатной машины: тезисы докладов / Ю.В. Щербина // Всесоюзное совещание по методам расчета полиграфических машин - автоматов. - Львов: УПИ, 1991. - С. 34-35 (0,15 п.л.).

35. Щербина, Ю.В. Нелинейная математическая модель процесса продольной приводки красок в рулонной печатной машине / Ю.В. Щербина // Всесоюзное совещание по методам расчета полиграфических машин - автоматов. - Львов: УПИ, 1991. - С. 35-36 (0,15п.л.).

36. Щербина, Ю.В. Функциональные принципы построения микропроцессорных систем управления печатным процессом / Ю.В. Щербина // Информационные технологии в печати: 2-я Международная конференция. - М.: МГАП, 1995. - С. 5 (0,1п.л.).

37. Щербина, Ю.В. Исследование системы автоматического управления натяжением бумажной ленты / Ю.В. Щербина И 35-я научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов: тезисы докладов. - М.: МГАП, 1995. - С 6 (0,03п.л.).

38. Щербина, Ю.В. Математическое моделирование динамических процессов в красочных аппаратах печатных машин / Ю.В. Щербина // 36-я научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов МГАП : тезисы докладов. - М.: МГАП, 1996. - С.З (0,03 п.л.).

39. Щербина, Ю.В. Статический режим работы красочного аппарата печатных машин / Ю.В. Щербина // 36-я научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов : тезисы докладов. - М.: МГАП, 1996. С.4 (0,03п.л.).

40. Щербина, Ю.В. Исследование красочного аппарата печатной машины как объекта управления / Ю.В. Щербина // Международная академия информатизации. Отд. Информационные технологии в печати. 4-я Межд. научн. конференция, 24 ноября. - М.: МГУП, 1997. - С. 39-41 (0,2 п.л.).

41. Щербина, Ю.В. Анализ специализированного человеко-машинного интерфейса CPTronic фирмы Heidelberg / Ю.В.Щербина, С.А.Беляев // 38 научно техническая конференция проф.-преп. состава, аспирантов и научных сотрудников МГУП: тезисы докладов. - М.: МГУП, 1998. - С.32-35. (0,15п.л.).

42. Щербина, Ю.В. Комплексная система цифрового управления печатными машинами серии Heidelberg "Speedmaster" (концепция CPC-CPTronic-Datacontrol) / Ю.В.Щербина, Д.А.Железняк // Международная академия информатизации. Отд. Информационные технологии в печати. 5-я Межд. научн. конференция, 23 - 24 ноября. М.: МГУП, 1998. - С.92-98. (0,5 п.л.).

43. Щербина, Ю.В. Современное состояние развития систем цифровой печати / Ю.В.Щербина, С.Е. Сухобоченков // Международная академия информатизации. Отд. Информационные технологии в печати. 5-я Межд. научн. конференция. - М.: МГУП, 1998, с.99-103. (0,36 п.л.)

44. Щербина, Ю.В. Интегрированные системы управления современными листовыми печатными машинами / Ю.В. Щербина // Международная академия информатизации. Отд. Информационные технологии в печати. 6-я Межд. научн. конференция. - М.: МГУП, 1999. с.68-73. (0,28п.л.)

45. Щербина, Ю.В. Отраслевой формат печатной продукции CIP3 / Ю.В.Щербина, Д.А.Железняк // Тезисы докладов 39 научно-технической конференции проф.-преп. состава, аспирантов и научных сотрудников. - М.: МГУП, 1999. с.3-8. (0,5 п.л.)

46. Щербина, Ю.В. Принципы организации информациошюго обмена в интегрированной системе печати «РЕСОМ» / Ю.В.Щербина, И.В. Пивоваров // Тезисы докладов 40 научно-технической конференции проф.-преп. состава, аспирантов и научных сотрудников, МГУП. - М.: МГУП, 2000, с.12-17. (0,4 п.л.).

47. Щербина, Ю.В. Особенности программного обеспечения распределенных микропроцессоных АСУТП / Ю.В.Щербина, Н.В. Баландин // Тезисы докладов 40 научно-

технической конференции проф.-преп. состава, аспирантов и научных сотрудников, МГУП. -М: МГУП, 2000, с. 19-24. (0,4п.л.).

48. Щербина, Ю.В. Комплексная система цифрового управления рулонной офсетной печатной машиной «М-600» фирмы Хейдельберг / Ю.В. Щербина // Материалы юбилейной научно-технической конференции «70 лет МПИ-МГАП-МГУП» в 2 ч. 41. - М.: МГУП, 2000, с. 14-18. (0,3п.л.)

49. Щербина, Ю.В. Система автоматического управления приводкой для листовых офсетных печатных машин / Ю.В.Щербина,. Д.А. Железняк // Материалы юбилейной научно-технической конференции «70 лет МПИ - МГАП - МГУП» в 2 ч., 41. - М.: МГУП, 20006 с.65-71. (0,32п.л.)

50. Щербина, Ю.В. Исследование динамических характеристик краскораскатывающих систем / Ю.В. Щербина // Материалы 42-й научно-техн. конф. преп., сотр. и асп. МГУП. -М.: МГУП, 2002. - С. 107-109 (0,15 п.л.).

51. Щербина, Ю.В. Компьютерные системы качества печатной продукции / Ю.В. Щербина, A.B. Зарщиков // - М.: Материалы 42-й научно-техн. конф. преп., сотр. и асп. МГУП. - М.: МГУП, 2002. - С.109-110 (0,12 п л.).

52. Щербина, Ю.В. Динамические свойства транспортного объекта управления / Ю.В. Щербина // Проблемы автоматизации и управления в технических системах. Труды междунар. научно-техн. конф. - Пенза, Пенз. гос. ун-т, 2004. - С. 18-22. (0,38 п л.).

53. Щербина, Ю.В. Методика компьютерного анализа лентопитающих устройств средствами пакета Control System Toolbox вычислительной системы Matlab // Материалы юбилейной 45-й конференции преподавателей, сотрудников и аспирантов Моск. гос. ун-та печати. - М.: МГУП, 2005. - С.43-44 (0,18 п.л.).

Подписано в печать 14.09.2010. Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Печать на ризографе. Усл. печ. л. 2.33. Тираж 100 экз. Заказ № 240/194. Отпечатано в РИЦ Московского государственного университета печати 127550, Москва, ул. Прянишникова, 2а

Общая характеристика работы

ВВЕДЕНИЕ. И

ГЛАВА 1. СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЛЕНТОПРОВОДНЫМИ И

КРАСКОПИТАЮЩИМИ УСТРОЙСТВАМИ В РУЛОННЫХ

ПЕЧАТНЫХ МАШИНАХ.

1.1. Лентопитающие устройства рулонных печатных машин.

1.2. Исходные уравнения элементов системы управления натяжением ленты.

1.3. Системы контроля и автоматизированного управления приводкой красок.

1.4. Основные результаты теоретических исследований динамики процесса продольной приводки красок.

1.5. Автоматизированные системы управления подачей краски в рулонную печатную машину.

1.6. Проблема автоматической оптимизации режимов работы офсетных рулонных печатных машин.

ГЛАВА 2. ЧАСТОТНЫЙ И ДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СИСТЕМ

АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ НАТЯЖЕНИЕМ ЛЕНТЫ.

2.1. Типовые структурные схемы систем автоматизированного управления натяжением ленты. ^

2.2. Линеаризация уравнений ленты и рулона.

2.3. Динамические свойства системы автоматизированного управления натяжением ленты без амортизатора. ^

2.4. Влияние амортизатора на динамические свойства системы автоматизированного управления натяжением ленты. ^

2.5. Динамические свойства узла «рулон-лента-амортизатор».

2.6. Динамика САУ натяжением ленты с пружинно-масляным амортизатором и интегральным управляющим устройством. ^

2.7. Динамика САУ натяжением ленты с пружинно-масляным амортизатором и нелинейным управляющим устройством.

2.8. Математическая модель лентопитающего устройства со свободно плавающим валиком. ^

2.9. Исследование частотных и динамических характеристик САУ натяжением ленты со свободно плавающим валиком. ^

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫНУЖДЕННЫХ КОЛЕБАНИЙ В

САУ НАТЯЖЕНИЕМ ЛЕНТЫ.

3.1. Исследование пропорциональных САУ натяжением с пружинно-масляным амортизатором при действии внешних возмущений

3.2. Исследование астатических САУ натяжением с пружинно-масляным амортизатором при действии внешних возмущений

3.3. Исследование астатических САУ натяжением с пружинно-масляным амортизатором и тензодатчиком при действии внешних возмущений. ^

3.4. Исследование САУ натяжением со свободно плавающим валиком при действии внешних возмущений.

3.5. Исследование лентопитающих устройств со свободно плавающим валиком при переменной скорости первой бумаговедущей пары . ' ^

ГЛАВА 4. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ НЕЛИНЕЙНОЙ

САУ НАТЯЖЕНИЕМ СО СВОБОДНО ПЛАВАЮЩИМ ВАЛИКОМ

4.1. Уравнения движения элементов нелинейной САУ натяжением со свободно плавающим валиком.

4.2. Моделирование нелинейной САУ натяжением при отсутствии внешних возмущений.

4.3. Моделирование нелинейной САУ натяжением при наличии овальности рулона. ^^

4.4. Моделирование нелинейной САУ натяжением при наличии эксцентриситета рулона.

4.5. Моделирование нелинейной САУ натяжением при одновременном действии овальности и эксцентриситета рулона . ^ ^

ГЛАВА 5. РАЗВИТИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ОСНОВ ПРОЦЕССА

ПРОДОЛЬНОЙ ПРИВОДКИ КРАСОК В РУЛОННОЙ ПЕЧАТНОЙ

МАШИНЕ.

5.1. Вывод нелинейного уравнения продольной приводки.

5.2. Линеаризация интегрального уравнения приводки.

5.3. Математическая модель продольной приводки красок.

5.4. Определение реакции процесса приводки красок на прямоугольные импульсные воздействия. ^^

5.5 Определение реакции процесса приводки красок на гармонические воздействия. * ^

5.6 Переходные и частотные характеристики приводки по последней базовой метке. ^^

5.7 Переходные и частотные характеристики приводки по второй общей базовой метке. ^^

5.8 Переходные и частотные характеристики приводки по третьей общей базовой метке. ^^

ГЛАВА 6. РАЗРАБОТКА НЕЛИНЕЙНОЙ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА ПРИВОДКИ КРАСОК.

6.1. Уравнения элементов лентопроводной системы рулонной печатной машины.

6.2. Компьютерная модель лентопроводящей системы рулонной печатной машины.

6.3. Нелинейная компьютерная модель процесса приводки красок

6.4. Динамический анализ нелинейного процесса приводки.

6.5 Цифровое управляющее устройство продольной приводкой.

6.6. Динамический анализ цифровых систем управления продольной приводкой

ГЛАВА 7. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ ПОДАЧЕЙ КРАСКИ.

7.1. Разработка методики определения передаточной функции красочного аппарата.

7.2 Методика аналитического исследования динамических свойств реального красочного аппарата.

7.3. Математическое моделирование красочного аппарата рулонной печатной машины.

7.4. Математическое моделирование способов форсированной подачи краски.

Актуальность темы. Современное высокопроизводительное печатное оборудование оснащается автоматизированными системами управления (АСУ), способными обеспечивать как его предварительную настройку под конкретный заказ, так и текущее управления ходом печати. Высокие скорости работы рулонных печатных машин (РПМ) предопределяют наличие интенсивных нагрузок, в результате действия которых учащаются обрывы ленты, растет амплитуда колебаний ее натяжения, а также образуются провисания бумажного полотна. Из-за этого растет количество брака и снижается эффективность использования дорогостоящей рулонной печатной техники. Лентопроводные и краскопитающие устройства РПМ являются объектами сложных нелинейных, нестационарных и многоконтурных систем управления технологическими параметрами с существенным чистым запаздыванием, которые находятся под действием различного рода как монотонных, так и колебательных возмущений. В связи с этим возникает потребность в развитии теории и проведении вычислительных экспериментов, которые позволяют выделить и проанализировать те динамические явления, которые ранее по разным причинам не принимались во внимание. Разработка теоретических методов и математическое моделирование дают возможность исследовать типовые режимы работы систем управления подачей бумаги и краски, а также установить важные закономерности их взаимодействия в рамках единого динамического комплекса. Это позволяет определить новые , подходы к совершенствованию конструкций этих устройств, разработать более качественные методики настройки систем автоматизации для того, чтобы повысить эффективность эксплуатации рулонного оборудования, а также обеспечить высокое качество печати.

Цель настоящей работы состоит в разработке методологии исследования и проектирования автоматизированных систем управления в рулонных печатных машинах для повышения качества их работы на высокоскоростных режимах и в условиях действия интенсивных возмущений. Работа выполнялась в соответствии планами госбюджетных научных исследований кафедры автоматизации полиграфического производства МГУП.

Данная цель обусловила постановку следующих задач исследования:

- на основе анализа известных лентопитающих устройств выявить основные тенденции развития автоматизированных систем управления натяжением ленты и определить их типовые структурные схемы;

- провести сравнительный частотно-динамический анализ типовых автоматизированных систем управления натяжением ленты для определения качества их работы по их динамическим характеристикам;

- разработать методику расчета и настройки автоматизированных систем управления натяжением ленты, обеспечивающую повышение качества их функционирования при действии вынужденных колебаний натяжения ленты;

- разработать методику теоретического исследования нелинейных и нестационарных натяжением ленты с целью анализа их динамики при наличии параметрических возмущений, обусловленных эксцентриситетом и овальностью рулона; провести теоретический анализ автоматизированных систем управления приводкой красок и сформулировать принципы математического описания задачи приводки в многокрасочных РПМ;

- рассмотреть закономерности построения автоматизированных систем управления подачей краски, обобщить результаты их экспериментального и теоретического исследования, а также определить направления исследования их динамики на основе методов математического моделирования. .

- разработать теоретические основы исследования динамики движения краски в красочных аппаратах, позволяющие определять их динамические свойства и частотные характеристики на этапах их конструкторского проектирования и подготовки технических заданий.

Методы исследования. При решении поставленных задач использовались методы частотного анализа, аппарата теории обыкновенных дифференциальных уравнений, операционного исчисления, z - преобразования и структурных преобразований, векторной алгебры, численные методы анализа динамики непрерывных и дискретных систем с помощью современных пакетов компьютерной математики (MathCAD, Matlab, Simulink, Maple).

Научная новизна работы:

1. Разработана методология частотно-динамического анализа лентопитающих устройств, с помощью которой проведено сравнительное исследование качества их работы при различных вариантах структуры систем управления натяжением бумажной ленты и получены зависимости параметров установившихся колебаний натяжения ленты, обусловленных нарушениями геометрической формы рулона.

2. Выявлены резонансные явления в устройствах подачи ленты, которые возникают в результате их взаимодействия с параметрическими колебаниями, обусловленными нарушением идеальной геометрической формы рулона.

3. Разработаны математические модели систем управления натяжением ленты, реализованные на базе современных средств компьютерной математики, с помощью которых могут проводиться вычислительные эксперименты по исследованию особенностей их динамики при различных вариантах структуры, типов управляющих устройств и внешних возмущений.

4. Впервые получено интегральное уравнение приводки, которое использовано для построения различных математических моделей автоматизированных систем управления совмещением оттисков в многокрасочных рулонных печатных машинах.

5. Разработана методология математического моделирования систем автоматизированного управления приводкой красок с учетом упруго-вязких свойств ленты, которая показала хорошее соответствие имеющимся теоретическим и практическим данным.

6. Исследованы особенности функционирования систем автоматизированного управления совмещением оттисков с цифровыми регуляторами приводки и разработан новый адаптивный алгоритм его работы, обеспечивающий повышение точности совмещения красок в установившихся режимах.

7. Впервые разработан новый аналитический метод векторно-матричного описания динамики красочных аппаратов, на основе которого определяются их передаточные функции и уравнения переноса краски по различным каналам.

На защиту выносятся следующие научные положения и результаты:

1. Методология исследования типовых систем управления натяжением бумажной ленты, позволяющая связать их рабочие характеристики с технологическими и настроечными параметрами и обеспечить повышение качества их функционирования при наличии возмущений.

2. Теоретические основы и математические модели систем управления совмещением красок на основе интегрального уравнения приводки, позволяющие исследовать их динамические свойства с учетом упруго-вязких свойств ленты.

3. Результаты вычислительных экспериментов по исследованию сйстем автоматизированного управления натяжением бумажной ленты, совмещением красок на цветных оттисках при различных вариантах их структуры, алгоритмов работы управляющих устройств и типов возмущающих воздействий.

4. Аналитический метод исследования динамики красочных аппаратов с помощью векторно-матричных преобразований, а также методы приближенного описания их динамических свойств с помощью линейных и дискретных моделей.

Практическая полезность работы обусловлена тем, что ее результаты позволяют повысить качество функционирования автоматизированных систем управления подачей бумаги в рулонном печатном оборудовании. В диссертации разработаны методологические принципы расчета и настройки лентопитающих устройств. Выявлены неблагоприятные режимы работы систем управления лентопитающими и лентопроводящими узлами рулонного оборудования и даны рекомендации по их предотвращению. Результаты работы реализованы на полиграфических предприятиях «Пронто-Принт» (г. Москва) и ФГУП «Красная звезда» (г.Москва). Важной частью реализации выполненной работы является ее использование в учебном процессе для повышения качества подготовки специалистов-инженеров. По итогам научных исследований были подготовлены три учебных пособия, написаны учебно-методические руководства по курсам «Технические средства автоматизации и управления», «Технические средства автоматизации» и «Системы автоматизации и управления», а также выполнен ряд магистерских диссертаций и значительное число дипломных проектов.

Конкретное личное участие автора выразилось в научном обосновании методологии исследования автоматизированных систем управления в рулонных печатных машинах; в развитии их теории и проведении вычислительных экспериментов. Основные положения диссертации опубликованы в 35 авторских публикациях, 14 научных трудов были подготовлены при ведущем участии автора, а 4 публикации при равном участии авторов. В диссертацию включены только те положения, которые принадлежат лично автору.

Степень обоснованности научных положений и выводов диссертации основана на применении фундаментальных законов физики и методов математического анализа, их непротиворечивости физическим предпосылкам и качественном совпадении с результатами других исследований, опубликованными в научной, технической и справочной литературе, а также достаточно широкой публикацией результатов и их обсуждением на конференциях.

Публикации. По теме диссертации автором самостоятельно и в соавторстве опубликованы 53 научные работы, том числе 2 монографии: «Динамические свойства процессов управления движением бумаги и краски в математическое моделирование лентопроводных и краскопитающих устройств рулонных печатных машин как объектов управления» (М, 2009) и 12 статей в ведущих научных изданиях, в которых в полной мере отражено основное содержание работы.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на Всесоюзном совещании по методам расчета полиграфических машин (Львов, 1991), 2-й Международной конференции «Информационные технологии в печати» (Москва, 1995), 5-й и 6-й Международных конференциях информатизации (Москва, 1998 и 1999 г.г.), Международной научно-технической конференции «Управление в технических системах» (Пенза, 2004), а также на конференциях профессорско-преподавательского состава Московского государственного университета печати. Результаты работы были обсуждены на совместном заседании профилирующих кафедр Северо-Западного института печати Санкт-Петербургского университета технологии и дизайна, где получили положительную оценку.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения и библиографического списка, включающего 145 наименований использованной литературы. Содержание диссертации изложено на 315с. машинописного текста и включает 362 рисунка.

Выводы по главе

1. Разработан векторно-матричный метод определения передаточных функций красочных аппаратов, с помощью которого найдено семейство передаточных функций ,\\^(р) О = 1,2,.,6) упрощенного красочного аппарата, состоящего из семи последовательно расположенных краскораскатывающих цилиндров.

2. Показано, что передаточная функция упрощенного красочного аппарата W(p) имеет вид дроби, в числитель которой входит единица, а в знаменатель сумма элементов запаздывания, следующего вида Э[ет'р (здесь: 1 постоянный коэффициент; т, - время движения слоя краски по ¿-ому пути красочного аппарата.), т.е. \¥(р) = ^^Гб^'р. Данная модель является 1 линейной, и по ней могут быть рассчитаны точные частотные характеристики красочного аппарата.

3. Обнаружено, что от точной передаточной функции W(p) можно перейти к упрощенной передаточной функции красочного , аппарата \У'(р) путем умножения числителя и знаменателя первой на выражение кр • ет р, где к = - коэффициент передачи красочного аппарата в статическом режиме, т = ттах - наибольшее время движения краски по красочному аппарату. После этого необходимо сделать замены е~т'р и 1 —т|р + ^(т[р2)+.

В результате может быть получена упрощенная линейная модель красочного аппарата с инерционностью первого, второго или более высокого порядков, т.е. » кретр /(1 + Т^р + Т22р2 +.).

4. Если в передаточной функции ~ 1/провести: синхронизацию.

1 1 ■ ■ - ■ • . • времен движения, слоев; краски. « ^¡Ат, где - целое число,, то можно получить дискретную передаточную функцию красочного аппарата:

W''(z)« , где ъ = ер'Лх - комплексный оператор. 1

5. Разработана методика, которая позволяет получить аналитические зависимости коэффициентов раската краски для всех слоев красочного аппарата, и может быть использована для реализации программы предварительношнастройки подачи краски .

6. Построена компьютерная модель красочного аппарата на основе пространственной динамической структуры. Рассчитаны переходные характеристики реального красочного аппарата, для которого определена упрощенная математическая модель, содержащая коэффициент передачи кр, время чистого запаздывания т и линейное апериодическое звено; второго порядка с постоянными параметрами а2 и а,, зависящими от скорости.печати

7. Исследованы переходные характеристики красочного аппарата в режиме суперкоррекциии. Показано, что на элементах краскоподающей и краскораскатывающей групп при этом значительно увеличиваются толщины= слоев краски. Однако на формном; цилиндре эта; неравномерность существенно сглаживается;

8. Исследованы динамические свойства красочного аппарата: в режиме предварительного накопления краски при отключенной; накатной группе. Получено, что при этом5 существенно сокращается время установления рабочего режима.

9. Исследованы переходные характеристики системы управления оптической плотностью оттисков с цифровым регулятором. Показано; что регулятор отрабатывает задания за четыре такта, период которого составляет 10 циклов работы печатной машины.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основными результатами диссертационной работы является теоретический анализ особенностей динамики систем автоматизированного управления, обеспечивающих подачу бумаги и краски в рулонную печатную машину и разработка методологии их проектирования на основе^ математических моделей и результатов вычислительных экспериментов.

Получены следующие результаты, определяющие научную новизну работы и ее практическую значимость.

1. Разработана классификация систем управления натяжением ленты и выделены три типовые структурные схемы, в основу которых положены тип амортизатора и способ измерения усилия натяжения ленты.

2. Определено, что при отсутствии амортизатора в системах управления натяжением ленты возникают слабозатухающие колебания, частота которых обратно пропорциональна текущему радиусу рулона. Предложен проектировочный параметр - критическая скорость печати, значение которой зависит от физико-механических параметров запечатываемого материала: модуля упругости, объемной плотности, толщины и длины пути ленты.

3. Изучено влияние амортизаторов на свойства динамической системы «рулон-амортизатор-лента» и предложена методика их настройки обеспечивающая эффективное подавление параметрических колебаний натяжения ленты.

4. Исследованы особенности динамики типовых систем управления натяжением ленты и показано, что наибольшим быстродействием обладают системы со свободно плавающим валиком. Показано, что наименьшим быстродействием обладают устройства с датчиком положения пружинно-масляного амортизатора.

5. Исследованы стационарные режимы типовых систем управления натяжением при наличии овальности и эксцентриситета рулона. Получены графики зависимостей амплитуды колебаний натяжения, позволяющие осуществлять их проектирование с учетом качества работы лентопитающего устройства при различных значениях настроечных параметров.

6. На основе теоретических исследований разработаны математические модели систем управления натяжением, учитывающие их нелинейные и нестационарные свойства и проведен вычислительный эксперимент, который выявил резонансные явления, возникающие при изменении скорости печати и наличии внешних гармонических возмущений.

7. Проведены теоретические исследования динамики систем управления совмещением красок на оттисках в многокрасочных рулонных машинах, и выведено нелинейное интегральное уравнение приводки, которое позволяет связать его статическую характеристику и непрерывную динамическую часть.

8. С помощью линеаризованных математических моделей выполнено исследование частотных и динамических характеристик приводки и показано, что наилучшими свойствами обладают способы измеребния ошибок по второй или третьей базовым краскам.

9. Исследованы динамические свойства процессов продольной приводки с помощью нелинейной математической модели и выявлено, что на стационарном режиме работы в автоматизированной системе управления приводкой могут возникать существенные низкочастотные колебания совмещения красок. Для подавления этих колебаний предложен адаптивный алгоритм работы цифрового управляющего устройства.

10. Разработана математическая модель системы управления приводкой, учитывающая вязко-упругие свойства бумажной ленты, проявляющиеся при нанесении на нее влаги и краски. Исследованы ее переходные характеристики при действии ступенчатых, импульсных и гармонических воздействий, а также процессы стабилизации проводки с помощью цифровых управляющих устройств. 1

11. Разработан векторно-матричный метод определения передаточных функций красочного аппарата. Показано, что уравнения динамики красочного аппарата относятся к классу функциональных уравнений. Они не содержат производных и для их исследования не подходят классические методы решения линейных дифференциальных уравнений.

12. На основе векторно-матричного метода впервые разработана аналитическая методика расчета толщин слоев краски в красочных аппаратах с учетом коэффициента заполнения формы, которая может быть использована для проектирования и настройки системы управления подачей краски в печатных машинах.

13. Разработана аналитическая методика получения приближенной линейной модели красочного аппарата в виде звена чистого запаздывания и линейной инерционной части первого или второго порядка, которая позволяет исследовать динамические свойства красочного аппарата на этапах конструкторского проектирования.

14. Исследованы амплитудно-частотные характеристики красочного аппарата. Показано, что они имеют периодический характер, содержат локальные и глобальные максимумы на частотах, характеризующих процессы синхронизации входных гармонических сигналов на краскопередающих валиках и цилиндрах.

1. Алексеев, ГА. Красочные аппараты ротационных машин высокой и плоской печати: монография. М.: Книга, 1980. - 184 с.

2. Арайс ЕА. Автоматизация моделирования многосвязных механических систем. -М.: Машиностроение, 1987. —240с.

3. Антонью, А. Цифровые фильтры: анализ и применение. М.: Радио и связь, 1983.-320с.

4. Батюшко, А.Л. Проблемы автоматизации офсетного печатного процесса / А.Л'.Батюшко, С.П.Вартанян, Э.И.Избицкий, Б.В.Каган и др,-М.: Книга, 1978.-112 с.

5. Батюшко, А.Л. Дистанционная и автоматическая настройка красочных аппаратов с краскоподающими узлами дукторного типа / А.Л. Батюшко, С.П.Вартанян, Л.В.Петров. // Труды ВНИИПП. 1972. - Вып.2. - т.22.

6. Батюшко, , А.Л. Некоторые особенности выхода . краски из краскоподающих узлов дукторного типа / А.Л.Батюшко, С.П.Вартанян, Н.Н.Гурьев // Труды ВНИИПП 1972. - Вып.2. - т. 22.

7. Бендюговский, А.Е. Синтез алгоритма управляющей ЭВМ в системе продольной приводки / А.Е. Бендюговский, В.Н. Дроздов // Информационная и микропроцессорная техника в полиграфии: Межведомственный сборник научных трудов. М.: МПИ, 1992. — с.9-19.

8. Бенькович Е.С. Практическое моделирование динамических систем / Е.С.Бенькович, Ю.Б.Колесников, Ю.Б.Сениченков. С-Пб.: БХВ1 Петербург, 2002. - 444 с.

9. Бондарев, Н.И. Электромеханические системы контроля и управления натяжением ленты // Бондарев, Н.И. и др. М.: Энергия, 1980. - 118с.

10. Бушунов, В.Т. Печатные машины. Расчет и проектирование / В.Т. Бушунов. М.-Л.: Машгиз, 1963. — 616с.

11. ТТ. Вартанян, G.IT. Автоматический; контроль, и регулирование в печатном процессе. // Проблемы, технологии полиграфии» / Под? ред.

12. B.C. Лапатухина, М., ВНИИКПП, 1967.

13. Вартанян, С.П. Математический анализ динамики процесса, передачи краски в красочных аппаратах ротационных: машин высокой печати /

14. C.П.Вартанян, Э.И. Избицкий // Труды ВНИИПП. 1967. - Выт2. - т. 18.

15. Вартанян, С.П. Исследование и разработка системы автоматического управления: подачей краски: в процессе печатания: Автореферат дис. . канд. техн. наук, М., 1972.

16. Гультяев, А.К. Имитационное моделирование в; среде' Windows / А.К. Тультяев. СИб>: Корона принт. 2001. - 346с:

17. Деруссо, П. Пространство состояний в теории^ управления / 11. Деруссо, Р1Рой, Ч!Клоуз:-пер: с англ.:-M::HayKaj 1979^ 620с.,

18. Дроздов,, В.Н. Системы управления с микроЭВМ / В-Н.Дроздов, И В. Мирошник, В;И: Скорубский. Л^: Машиностроение; 1989:

19. Дроздову В.Н. Модели полиграфических устройств и сигналов / В.Н. Дроздов. СПб:: Петербургский университет печати, 2002. — 100с

20. Дроздов, В.Н. Синтез алгоритмов цифровых систем управления полиграфическим оборудованием / В:Н. Дроздов. СПб.: Петербургский университет печати, 20031 — 200с:

21. Дроздов, В.Н. Автоматизация технологических процессов в полиграфии / В.Н. Дроздов. М.: МГУП, 2006. - 252с.

22. Дурняк, М.В. Натяжение ленточных материалов при намотке на флексографских машинах: автореф. дис. канд. техн. наук. Львов: Укр. полиграф, ин-т, 1988. — 20 с.

23. Дьяконов, В.П. Simulink4: Справочник / В.П. Дьяконов. СПб.: Питер,N2002.-518с.

24. Дьяконов В.П. Maple 9 в математике, физике и образовании: руководство пользователя и справочник / В.П. Дьяконов. М.: СОЛОН-Пресс, 2004. - 685с.

25. Дьяконов В.П. MATLAB 6/6.1/6.5 SIMULINK 4/5 в математике и моделировании: полное руководство пользователя / В.П. Дьяконов. М.: СОЛОН-Пресс, 2003. - 505с.

26. Ефимов, М.В. Автоматизация технологических процессов полиграфии: учебник для вузов / М.В.Ефимов, Г.Д.Толстой М.: Книга, 1989. - 512с.

27. Избицкий, Э.И. Импульсное регулирование движением ленточного материала / Э.И. Избицкий. М.: Энергия, 1970.

28. Избицкий, Э.И. Автоматическое регулирование подачи краски на рулонных печатных машинах с использованием средств вычислительной техники / Э.И.Избицкий, Л.М.Гнутов, М.С.Андреев // Труды ВНИИПП. 1983. - Вып.4. - т.32. - с.105-113.

29. Избицкий, Э.И. Модель печатного процесса в режиме управления / Э.И. Избицкий // Труды ВНИИПП. Вып.4. - 1983. - т.32. - с.81-89.

30. Измайлов, Н.К. Аналитический метод расчета потоков краски при выборе схем красочных аппаратов: автореферат дис. . канд. техн. наук. М, ВНИИКПП, 1991. - 20 с.

31. Казакевич, В.В. Автоматизация производственных процессов в полиграфии / В.В. Казакевич. М.: МПИ, 1976. - 148с.

32. Казакевич, В.В. Системы автоматического управления полиграфическими процессами / В.В.Казакевич, Э.И.Избицкий. М.: Книга, 1978.-341 с.

33. Казакевич, В.В. О построении непрерывно-дискретных систем экстремального регулирования, устойчивых при действии низкочастотных возмущений/ В.В.Казакевич, Ю.В.Щербина // Автоматика и телемеханика. 1979. - №2. - с.72-78.

34. Казакевич, В.В. Синтез экстремальных систем, устойчивых при произвольном полиномиальном дрейфе / В.В.Казакевич, Ю.В.Щербина // Автоматика и телемеханика. — 1985. №10. - с.82-89.

35. Казакевич, В.В. Исследование систем экстремального регулирования с непрерывно-дискретным синхронным детектированием //. Приборостроение и авт. Контроль. Вып.З/ В.В.Казакевич, Ю.В.Щербина. -М.: Машиностроение, 1986. -с.74-104.

36. Карпухин, Г.Н. Совершенствование управления офсетным печатным процессом с использованием вычислительной техники / Г.Н. Карпухин // Труды ВНИИПП. 1983. - Вып.4. - т.32.

37. Колесов, Ю.Б. Визуальное моделирование сложных динамических систем / Ю.Б. Колесов, Ю.Б. Сениченков. — СПб.: Изд-во Мир и Семья & Интерлайн, 2000. 242 с.

38. Кудрявцев, Е.М. МаШСАЕ^ООО. Символьное и численное решение задач / Е.М. Кудрявцев. М.: ДМК, 2001.-571 с.

39. Куликов, Б.В. Теория и экспериментальное исследование бумагопитающих устройств рулонных печатных машин: автореф. дис. . кан. техн. наук. М.: МПИ, 1952. - 20 с.

40. Кураев, В.Н. Одномерные реологические модели сплошных сред / В.Н. Кураев. М.: МГАП, 1996. - 56с.

41. Листовые офсетные печатные машины: учебное пособие для вузов/ Л.Ф. Зирнзак, Л.Л. Леймонт, Ю.Н. Самарин, В.И. Штоляков. М.: МГУП. -136с.

42. Мита, Ц. Введение в цифровое управление / Ц. Мита, С. Хаара, Р.Кондо. М.: Мир, 1994.-256с.

43. Медведев, B.C. Control System Toolbox. MATLAB 5 для студентов / В.С.Медведев, В.Г.Потемкин. М.: Диалог-МИФИ, 1999. -298с.

44. Митрофанов, В.П. Элементы теории и расчета рулонных печатных машин: учебное пособие для вузов / В.П. Митрофанов. М.: МПИ, 1984. -80с.

45. Митрофанов, В.П. Некоторые вопросы теории бумагопроводягцих систем рулонных печатных машин / В.П. Митрофанов // Научные труды по полиграфическим машинам. М.: МПИ, 1974.

46. Митрофанов, В.П. Математическое описание продольного движения ленты в ротационных аппаратах с учетом ее вязкоупругих свойств. // Печатные машины: межвузовский сборник научных работ. Вып. 1. М.: МПИ, 1974.-С. 32-37

47. Митрофанов, В.П. Математическая модель продольного движения вязкоупругой ленты в аппаратах ротационного типа / В.П. Митрофанов // Известия вузов СССР. Машиностроение. 1982. - №2.

48. Митрофанов, В.П. Основы теории движения бумажной ленты и совмещения красочных оттисков в рулонных печатных машинах: автореф. дис. . д-ра техн. наук. М.: МПИ, 1981.

49. Митрофанов, В.П. Исследование лентопроводящих систем рулонных печатных машин // Машиностроение для полиграфической промышленности: реф. Сборник. -М.: НИИПМ, 1973. - №5.

50. Митрофанов, В.П. Аналитическая статика печатного процесса. // Изв. вузов. Проблемы полиграфии и издательского дела. 2000. - №1-2. с.5-10.

51. Митрофанов, В.П. Переходный процесс изменения оптической плотности при изменении скорости печати / Митрофанов В.П., Дроздов A.B. // Изв. вузов. Проблемы полиграфии и издательского дела, 2001. -№1-2. — с.30-37.

52. Олссон, Г. Цифровые системы автоматизации и управления / Г.Олсон, Дж.Пиани. СПб: Невский диалект, 2001. — 556с.

53. Ортега, Дж. Итерационные методы решения нелинейных систем уравнений / Дж. Ортега, В. Рейнболт. Мир, 1975. - 278с.

54. Офсетные печатные машины. Печатные машины фирмы Хейдельберг: учебное пособие для вузов/ В.И.Штоляков, А.Ф.Федосеев, Л.Ф.Зирнзак, И.А.Егоров и др. М.: МГУП, 1999. - 212с.

55. Первозванский, A.A. Курс теории автоматического управления: учебник для вузов / A.A. Первозванский. М.: Наука, 1986. — 615с.

56. Перов, В.А. Стохастические задачи оптимизации параметров и оценки надежности нелинейных упругих систем (узлов) полиграфических машин : монография / В.А. Перов. М.: МГУП, 2000. - 231с.

57. Печатное оборудование: учебник- для вузов/ М-во образования РФ; МГУП; В.П. Митрофанов, A.A. Тюрин, Е.Г. Бирбраер, В.И. Штоляков. -М.: МГУП, 1999.-443с.

58. Роев, Б.А. Вынужденные и параметрические колебания в механических устройствах полиграфических машин: монография / Б.А. Роев. — М.: МГУП, 2005. 137с.

59. Романюк, И.А. Специализированные контроллеры натяжения ленточного материала / И.А.Романюк, В.П.Скворцов, Ю.В. Щербина //. Приборы+Автоматизация. 2005. - №3, с.23-31.

60. Рудер, Р. Расчет и проектирование полиграфических машин / Р.Рудер, В .В.Тюников. М.: МПИ, 1999.

61. Свиберг, У.М. Цепи, сигналы, системы: в 2-ч. 4.1. Пер. с англ. Э.Я.Пастрона, канд. техн. наук В.А.Усика, под ред. д-ра техн. наук И.С. Рыжака. М.: Мир, 1988. - 336с.

62. Свиберг, У.М. Цепи, сигналы, системы: в 2-ч. 4.2. / Пер. с англ. Э.Я.Пастрона, канд. техн. наук В.А.Усика, под ред. д-ра техн. наук И.С. Рыжака. М.: Мир, 1988. - 359с.

63. Сергиенко, А.Б. Цифровая обработка сигналов: учебник для вузов. -СПб.: Питер, 2003. 603с.

64. Сидоров, A.C. Электронные полиграфические устройства и системы: в 2ч. Ч. 1. Оптоэлектроника в полиграфии / A.C. Сидоров. М.: МГУП, 1998.-111с.

65. Сидоров, A.C. Электронные устройства полиграфического оборудования: в 2ч. Ч 2. Лазеры в полиграфии / A.C. Сидоров. М.: Изд-во МГУП «Мир книги», 2001.

66. Смит, Дж. Математическое и цифровое моделирование для инженеров и исследователей / Дж. Смит; пер. с англ. М: Машиностроение, 1980. — 272с.

67. Солодов, A.B. Методы теории систем в задачах непрерывной линейной фильтрации / A.B. Солодов. М.: Наука, 1976. - 263с.

68. Телицын, А.М. Метрология и технологические измерения в полиграфии: учебник для вузов / A.M. Телицын. М.: Книга, 1991. -296с.70: Техника флексографской печати / Пер. с нем., под ред. проф.5 ВПХМитрофанова. Ч!1 -М.: МГУП, 1997. -200с.

69. Техника флексографской печати/ Пер! с нем., под ред.' проф. В.П.Митрофанова и доц. Б.А.Сорокина. 4.2 М.: МГУП, 2001. - 208с.

70. Техническая кибернетика. Теория автоматического регулирования/. Под ред. В.В'.Солодовникова. В 3 кн. Кн.З. Теория нестационарных, нелинейных и самонастраивающихся систем автоматического регулирования, 4.1. М.: Машиностроение, 1969. - 607с.

71. Техническая кибернетика. Теория автоматического регулирования/ Под ред. В.В.Солодовникова: В» 3* кн. Кн.З. Теория нестационарных, нелинейных, и самонастраивающихся систем автоматического регулирования в 2ч, 4.2. М.: Машиностроение, 1969. — 432с.

72. Технология печатных процессов: учебник для вузов/ А.Н. Раскин, И.В. Ромейков, Н.Д. Бирюкова и др. М.: Книга, 1980.

73. Тифенбах, В. Что такое РЕСОМ / В. Тифенбах // Полиграфия. 1999. -№6. с. 36-41.

74. Толстой, Г.Д. Автоматизация полиграфических производственных процессов / Г.Д: Толстой. М.: Книга, 1970.* — 360с.

75. Тюрин, A.A. Печатные машины-автоматы: учебник для вузов / A.A. Тюрин. М.: Книга, 1980. - 459с.

76. Фельдман,,Л.В. Некоторые вопросы,теории бумагопроводящих систем рулонных печатных машин / Л.В. Фельдман // Труды НИИПМ. Mi: НИИПМ, 1963. - С. 36-40.

77. Хведчин, Ю.И. Исследование краскоподающей группы машин высокой и плоской печати: автореферат дис. . канд. техн. наук. М.: ВНИИПолиграфии, 1972. - 20 с.

78. Циплаков, Д.Е. Гидродинамическое давление в цилиндрической дукторной группе красочного аппарата / Д. Е. Циплаков; Моск. гос. ун-т304печати // Изв. вузов. Проблемы полиграфии и издательского дела. — 2001.-№1-2.-С. 23-30.

79. Чехман, Я.И. Печатные машины: учебник для вузов/ Я.И.Чехман, В.Т.Сенкусь, Е.Г.Бирбраер. М.: Книга, 1987. - 312 с.

80. Шахмундес, Л.А. Работа красочного аппарата и приборы контроля перехода краски в офсетной печати / Л.А. Шахмундес; ВНИИполиграфии // Полиграфия. 1976. - №12. - С. 26-27

81. Шустов, А.Д. Процессы деформации бумажного полотна / А.Д. Шустов. М.: Лесная промышленность, 1969. - 89с.

82. Щербина, Ю.В. Исследование непрерывных быстродействующих оптимизаторов при наличии запаздывания в объекте управления / Ю.В. Щербина // Изв. вузов. Приборостроение, т. XXI. — 1978. №5. - С. 2328.

83. Щербина, Ю.В. Динамика процессов управления лентопитающим и лентопроводящим узлами рулонной печатной машины / Ю.В. Щербина // Сборник тезисов докладов. 60 лет МПИ. М.: МПИ, 1990. - С. 72-73.

84. Щербина, Ю.В. Частотный метод расчета лентопитающего устройства рулонной печатной машины / Ю.В. Щербина // Всесоюзное совещаниепо методам расчета полиграфических машин автоматов. - Львов: УПИ, 1991.-С. 34-35.

85. Щербина, Ю.В. Нелинейная математическая модель процесса продольной приводки красок в рулонной печатной машине / Ю.В. Щербина // Всесоюзное совещание по методам расчета полиграфических машин — автоматов. Львов: УПИ, 1991. — с.35-36.

86. Щербина, Ю.В. Архитектура микропроцессорной системы управления печатным процессом / Ю.В. Щербина // Информационная, и микропроцессорная техника в полиграфии: межведомственный сборник научных трудов. М.: МПИ, 1992. - с.107-115.

87. Щербина, Ю.В. Исследование системы автоматического управления натяжением бумажной ленты / Ю.В. Щербина // 35-я научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов МГАП. М.: МГАП, 1995. — С.6.

88. Щербина, Ю.В. Функциональные принципы построения микропроцессорных систем управления печатным процессом / Ю.В. Щербина // 2-я Международная конференция «Информационные технологии в печати», М.: МГАП, 1995 - с. 12-13.

89. Щербина, Ю.В. Математическое моделирование динамических процессов в красочных аппаратах печатных машин / Ю.В. Щербина // 36-я научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов. М.: МГАП, 1996.-с.З.

90. Щербина, Ю.В. Статический режим работы красочного аппарата печатных машин / Ю.В. Щербина // 36-я научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов. М.: МГАП, 1996. — С. 4.

91. Щербина, Ю.В. Современные человеко-машинные интерфейсы для микропроцессорных АСУ ТП / Ю.В. Щербина // Тезисы докладов 37 научно технической конференции проф. преп. состава, аспирантов и научных сотрудников. -М: МГУП, 1997. - С. 21-23.

92. Щербина, Ю.В. Интегрированные системы управления современными листовыми печатными машинами Ю.В. Щербина //Международная академия информатизации. Отд. Информационные технологии в печати. 6-я Межд. научн. конференция. М.: МГУП, 1999. - С. 68-73.

93. Щербина, Ю.В. Комплексная система цифрового управления рулонной офсетной печатной машиной «М-600» фирмы Хейдельберг / Ю.В. Щербина // Материалы юбилейной научно-технической конференции «70 лет МПИ МГАП -МГУП», 4.1. - М.: МГУП, 2000. -С. 14-18.

94. Щербина, Ю.В. Система автоматического управления приводкой для листовых офсетных печатных машин / Ю.В.Щербина, Д.А.Железняк // Материалы юбилейной научно-технической конференции «70 лет МПИ-МГАП-МГУП»: в 2ч. 41. М.: МГУП, 2000. - С. 65-71.

95. Щербина, Ю.В. Технические средства автоматизации и управления: учебное пособие / Ю.В. Щербина; Моск. гос. ун-т печати. М.: МГУП,2002. 447с.

96. Щербина, Ю.В. Исследование линеаризованной системы натяжения бумажного полотна с пружинно-масляным амортизатором / Ю.В. Щербина // Управление и информатика в технических системах: Межведомственный сборник научных трудов. М.: МГУП, 2003. — С. 94-128.

97. Щербина, Ю.В. Исследование автоматической системы управления . натяжением бумажного полотна с плавающим валиком /Ю.В. Щербина

98. Управление и информатика в технических системах: Межведомственный сборник научных трудов. М.: МГУП, 2003. - С. 80-93.

99. Щербина, Ю.В. Моделирование цифровой системы управления продольной приводкой красок при действии возмущений / Ю.В. Щербина // Управление и информатика в технических системах: Межведомственный сборник научных трудов. М.: МГУП, 2003. - С. 128-138.

100. Щербина, Ю.В. Исследование системы регулирования натяжения со свободно плавающим валиком при биениях рулона (Часть 1) / Ю.В.

101. Щербина; Моск. гос. ун-т печати. // Изв.ВУЗов. Проблемы полиграфии и издательского дела. 2004. - №2. - С. 22-39.

102. Щербина, Ю.В. Динамические свойства транспортного объекта управления /Ю.В. Щербина. // Проблемы автоматизации и управления в технических системах. Труды междунар. научно-техн. конф. — Пенза, Пенз. гос. ун-т , 2004. С. 18-22.

103. Щербина, Ю.В. Исследование системы регулирования натяжения со свободно плавающим валиком при биениях рулона (Часть 2) / Ю.В. Щербина; Моск. гос. ун-т печати // Изв.ВУЗов. Проблемы полиграфии и издательского дела. 2004. - №3. - С. 21-34.

104. Щербина, Ю.В. Компьютерная модель лентопроводящей системы рулонной,печатной машины / Ю1В. Щербина // Вестник Моск. гос. унта печати. 2005. - №3. - С. 7-28.

105. Щербина, Ю.В. Компьютерное моделирование процесса приводки красок с учетом вязкоупругих свойств бумажной ленты / Ю.В. Щербина // Вестник Моск. гос. ун-та печати. 2005. - №3.- С. 28-78.

106. Щербина, Ю.В. Компоненты типовых схем управления натяжением бумажной ленты / Ю.В.Щербина, И.А.Романюк, В.П. Скворцов // Вестник Моск. гос. ун-та печати. -2005. №3. - С. 134-157.

107. Щербина, Ю.В. Специализированные контроллеры натяжения бумажной ленты // Ю.В.Щербина, И.А.Романюк, В.П.Скворцов // Вестник Моск. гос. ун-та печати. 2005. №3. - С. 158-171.

108. Щербина, Ю.В. Компьютерный анализ лентопитающего устройства с цифровым регулятором и тензометрическим датчиком натяжения / Ю.В. Щербина // Вестник Моск. гос. ун-та печати. 2006, - №9. - с.64-81.

109. Щербина, Ю.В. Особенности динамики процесса продольной приводки красок в рулонной печатной машине / Ю.В. Щербина //. Вестник Моск. гос. ун-та печати. — 2007. №4. - С. 82-104.

110. Щербина, Ю.В. Аналитический метод исследования динамики красочных аппаратов печатных машин / Ю.В. Щербина // Изв.вузов. Проблемы полиграфии и издательского дела. 2007. - №1. - С. 3-15

111. Щербина, Ю.В. Проблема оптимизации режимов работы офсетных рулонных печатных машин / Ю.В. Щербина // Вестник Моск. гос. ун-та печати. 2008. - №1. - С.268-273.

112. Щербина, Ю.В. Системы автоматической приводки красок на оттисках / Ю.В. Щербина // Вестник Моск. гос. ун-та печати — 2008. №1. - С. 274-281.

113. Щербина Ю.В. Методика аналитического исследования статических режимов работы красочных аппаратов с учетом коэффициента заполнения формы / Ю.В. Щербина // Изв.вузов. Проблемы полиграфии и издательского дела. 2008. №3. - С. 25-32.

114. Щербина, Ю.В. Теоретические основы и математическое моделирование лентопроводных и краскопитающих устройств рулонных печатных машин как объектов управления: монография / Ю.В. Щербина. М. : МГУП, 2009. - 320 с.

115. Щербина, Ю.В. Линеаризованная математическая модель процесса продольной приводки красок в рулонной печатной машине / Ю.В. Щербина; Моск. гос. ун-т печати // Изв. Вузов. Проблемы полиграфии и издательского дела. — 2010, №1. — С. 60-66.

116. Щербина, Ю.В. Сравнение методов измерения ошибок продольной приводки на рулонных печатных машинах / Ю.В. Щербина; Моск. гос. ун-т печати // Изв. Вузов. Проблемы полиграфии и издательского дела. -2010.-№2-С. 38-49.

117. Щербина Ю.В. Развитие полиграфии на основе автоматизации / Ю.В. Щербина. Моск. гос. ун-т печати // Высшее образование в России. — 2010.- №6.-С. 113-116.

118. Якименко, Ю.И. Современное печатное оборудование газетного производства / Ю.И. Якименко, А.И.Бычков. М.: Книга, 1987. — 96с.(121)

119. Andrews, Angus. Appendices of Reducing Tension Sensor Requirements in Web Processing, Internal Rockwell Automation engineering document, 1998.

120. Andrews, Angus. Deal State Analysis of Web Processing Line Models / Angus Andrews // Web Processing, Internal- Rockwell' Automation engineering document, 1999.

121. Astrom K.J. Automatic Timing, and Adaptation for PID-Controllers / K.J. Astrom, T. Hagglund, C.C. Hang, W.K. Ho // A Survey. Control Engineering Practice. Vol.1, No.4, pp.699-714, August, 1993.

122. Boulter B.T. A Novel Approach for On-Line Self-Tuning Strip Tension Regulation / B.T. Boulter. // Proceeding of 4th IEEE International Conference of Control Applications, pp 91-98, September, 1995.

123. Boulter, BiT., Fox H.W. Advanced Dynamic Simulation / B.T. Boulter, H.W. Fox Reliance // Electric Systems Engineering Training Course EQ108, 1995;

124. Boulter, B.T. The Effect of Speed Loop . Bandwidths and Line-speed om System Natural Frequencies in Multi-Span Strip Processing Systems / B.T. Boulter // IEEE IAS Annual Meeting Applied Industrial Control Solutions, 1997.

125. Boulter, B.T. Estimating Web Strain, Modulus of Elasticity and Loss Torque Using an Extended Kalman Filter / B.T. Boulter //. Proceeding 5th of International Web Handling Conference, Applied Industrial Control Solutions, 1999.

126. Boulter, B.T. Matrix Interpolation, Based Self-Tuning Web Tension Regulation / B.T. Boulter // Proceeding of the 3th IW1IC (International Web Handling Conference), Oklahoma State University, June, 1995.

127. Boulter, B.T. Accumulator Tension Regulation at Steel Corp. No.4 HDCL / B.T. Boulter, J. Haboustak // System Engineering Report No: 187, Reliance Electric Corporation Systems Division, May, 1993.

128. Carter, W.G. Transient Strains in Elastic Processes / W.C. Carter // Control Engineering Mar. 1965, pp. 85-87!

129. Gao, Z. An algorithmic Approach to Loop Shaping for Self-Tuning Control /th '

130. Z. Gao // Proceeding of 4 IEEE Symposium on Intelligent Control, August, 1993;

131. Kaljunen, T. CD Profile Measurements and Paper runnability / T. Kaljunen, M. Parola, H. Linna // XIV IMEKO World Congress, CD Symposium 97, Volume XB, 4-5 June, Tampere, Finlandj pp 8-13, 1997.

132. Lin, K. A Computer-Based Analysis Program for Multi-Span Web Transport Systems / K. Lin Oklahoma State University, pp. 89-94, 1994.

133. Parant, F. Modeling of Web Tension in a Continuous Annealing Line / F. Parant, C. Coeffler, C. Lung // Iron and Steel Engineer, pp.46-49, November, 1992.

134. Parola, M. Tension across the paper web a new important property / M. Parola, N. Beletski // Proceedings of the 27th EUCEPA Conference, October 11-14, 1999, Grenoble, France.

135. Tzes, A.P. On Frequency Domain Loop Shaping for Self-Tuning Control / A.P. Tzes, S. Yurkovich // Proceeding of American Control Conference, pp.61-65, June, 1992.

136. Wolferman, W. Tension Control of Web / W. Wolferman // A Rewiew of Problems and Solutions in the Present and Future. Tab. 15, Proceeding of the 3th IWHC (International Web Handling Conference), Oklahoma State University, June, 1995.

137. Wolferman, W. Sensorless Tension Control of Webs / W. Wolferman // Proceeding of 4th IWHC (International Web Handling Conference), Oklahoma State University, June, 1997.1. АКТот 23 марта 2006 г.

138. Мы, нижеподписавшиеся, генеральный директор ООО «Пронто-Принт» Малков В.А. и представитель Московского государственного университета печати (МГУП) Щербина Ю.В. с другой стороны составили настоящий акт о следующем.

139. Разработанная в МГУП методика оценки качества функционирования и настройки параметров лентопитающих устройств в рулонных печатных машинах внедрена на полиграфическом предприятии «Пронто-Принт» (г.Москва).

140. Методика представлена в виде совокупности компьютерных программ, а также аналитических расчетов и графических зависимостей, позволяющих повысить качество работы лентопитающего устройства при различных значениях технологических параметров печати.

141. Испытания производились на рулонной газетной печатной машине «Gazette».

142. Данная методика позволила уменьшить максимальные динамические отклонения натяжения бумажного < полотна в период разгона рулонной печатной машины и повысить точность поддержания заданного усилия натяжения ленты в установившихся режимах печати.

143. Использование разработанной методики позволило:

144. Уменьшить число аварийных обрывов ленты и сократить процент отходов бумаги в макулатуру при разгоне печатной машины и технологических сменах рулонов

145. Увеличить номинальную скорость работы рулонной печатной машины.

146. Повысить качество оттисков за счет создания более стабильных условий печати.1. АКТот 10'апреля 2006 г.

147. Разработанная в МГУП методика оценки настройки параметров лентопитающих устройств в рулонных печатных машинах внедрена на полиграфическом предприятии ФГУП «Издательство и типография газеты «Красная Звезда» (г. Москва).

148. Методика представлена в виде совокупности компьютерных программ, позволяющих рассчитать параметры настройки лентопроводящей системы, обеспечивающие повышение качества печати при различных параметрах работы рулонной печатной машины.

149. Испытания' производились на рулонной печатной машине «8о1па», 1991 года выпуска.

150. Данная методика позволила уменьшить максимальные динамические отклонения натяжения бумажного полотна в период разгона рулонной печатной машины и повысить точность поддержания заданного усилия натяжения ленты в установившихся режимах печати.

151. Использование разработанной методики позволило:

152. Уменьшить число обрывов ленты и сократить процент отходов бумаги при разгоне печатной машины и сменах рулонов

153. Увеличить номинальную скорость работы рулонной печатной машины.

154. Повысить качество оттисков за счет создания более стабильных условий печати.

155. Главный инженер Представитель МГУП