DE2812849C2

DE2812849C2 - Verfahren zum Steuern eines Querschneiders und digitale Regeleinrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE2812849C2
Application number: DE19782812849
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr. 5810 Witten Bender
Original assignee: Jagenberg Werke AG
Current assignee: Jagenberg AG
Priority date: 1978-03-23
Filing date: 1978-03-23
Publication date: 1985-01-24
Also published as: DE2812849A1; GB1602480A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Steuern des Antriebsmotors zweier miteinander gekuppelter Messertrommeln tines Qaerschneiders für Warenbahnen nur mit Hilfe einer digitalen Regeleinrichtung, welche abhängig von Meßwerten der Prozeßgrößen, Lage und Geschwindigkeit der Warenbahn und der Messertrommeln eine Steuerfunktion erzeugt, sowie auf eine digitale Regeleinrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bei bekannten Querschneidern für Warenbahnen ist zwischen dem Antriebsmotor und den beiden miteinander gekuppelten Messertrommeln ein Ungleichförmigkeitsgetriebe mit einstellbarem Ungleichförmigkeitsgrad vorgesehen. Dieses Ungleichförmigkeitsgetriebe bewirkt, daß die Messertrommeln während eines Umlaufs zur Einstellung der Bogenlänge sowie zur Sicherstellung des Gleichlaufs zwischen Messertrommeln und Warenbahn beschleunigt und verzögert werden können. Das Ungleichförmigkeitsgetriebe muß sehr groß dimensioniert werden und bedeutet einen erheblichen Kostenfaktor bei der Herstellung des Querschneiders. Der eigentliche Antrieb des Quermessers erfolgt also über ein Formatgetriebe mit stufenlosem Übersetzungsverhältnis und einen Koppeltrieb mit Schwungmasse.

Durch den Aufsatz »Gleichlaufquerschneider mit digitaler Formatregelung« in Siemens-Zeitschrift 46 (1972), Heft 5, Seiten 339 bis 344 ist ein Verfahren zum Steuern eines Querschneiders bekannt geworden, bei dem das bisher notwendige und aufwendige Formatgetriebe vermieden wird. Warenbahn und Quermesser

sind über zwei getrennte Motoren angetrieben. Der Antriebsmotor für das Quermesser ist über einen Koppeltrieb mit Schwungmasse mit diesem gekoppelt Eine Regeleinrichtung zur Bestimmung der Drehzahlsollwerte für die beiden Antriebsmotoren ist als Ersatz für das frühere Formatgetriebe vorgesehen. Infolge extremer Forderungen an die Konstanz des Drehzahlverhältnisses der beiden Antriebsmotoren wegen der geforderten Schnittgenadgkeit wird zusätzlich mittels eines Impulsgebers an der Warenbahn die tatsächliche Schnittiänge gemessen und mit Hilfe eines überlagerten digitalen Regelkreises in der erwähnten Regeleinrichtung bei Abweichungen korrigiert. Mit einem derartigen Aufbau können Fonnatabweichungen nur für zukünftige Schnitte berücksichtigt und Geschwindigkeitsfehler nur durch Verstellung des Koppeitriebs korrigiert werden, wobei entweder eine sehr aufwendige Mechanik oder die Stillsetzung der Anlage erforderlich ist. Es ist keine rein digitale Regeleinrichtung zur Erzeugung einer Steuertunktion vorgesehen, und das Verfahren beruht auch nicht auf einer Steuerung mit Endwertregelung.

Das Verfahren der eingangs beschriebenen Art ist durch die Dissertation Klaus Bender, Synthese analoger Rechengeräte zur optimalen Endwertregelung, Karlsruhe 1973, bekannt geworden. Dieses bekannte Verfahren geht einen Schritt weiter als das Verfahren nach dem Aufsatz »Gleichlaufquerschneider...«. Auch hier ist je ein Motor für den Antrieb der Warenbahn und des Quermessers vorgesehen. Der Motor für das Quermesser ist jedoch ohne Koppeltrieb und ohne Schwungmasse direkt mit dem Quermesser gekoppelt. Gesteuert wird lediglich der Motor für das Quermesser, und zwar mit Hilfe einer rein digitalen Regeleinrichtung, welche abhängig von den Meßwerten der Prozeßgrößen eine Steuerfunktion erzeugt. Zur Messung der Lage der Warenbahn und der Messung der Lage der Messertrommel sind zwei Impulsgeber vorgesehen. Die Meßwerte der Impulsgeber werden der digitalen Regeleinrichtung zur Erzeugung einer Steuerfunktion zugeführt. Wegen der in der digitalen Regeleinrichtung enthaltenen Schaltung zur Bestimmung des zeitlichen unrt örtlichen Verlaufs der geforderten ungleichförmigen Drehbewegung während jeder Umdrehung der Messertrommel ist der Koppeltrieb mit Schwungmasse zwischen Motor und Quermesser nicht erforderlich. 'Da mittels der beiden Impulsgeber sowohl die Bahnbewegung als auch die Messerbewegung überwacht werden, vermas die Regeleinrichtung nicht nur die Längenbedingung (Format), sondern auch die Geschwindigkeitsbedingung (wichtig für sauberen und genauen Schnitt) bereits für den gerade anstehenden Schnitt zu überwachen und erforderlichenfalls auch noch zu korrigieren. Mit der damit vorliegenden rein elektronischen Steuerung von Format- und Geschwindigkeitsbedingung kann ein fliegender Formatwechsel ohne Stillsetzen der Anlage erfolgen, ohne daß Längen- oder Geschwindigkeitsfehler auftreten.

Das Regelproblem bei der vorliegenden Steuerung ist ein Endwertproblem. Dabei muß ein System nicht nur möglichst gut in einen neuen Zustand überfuhrt werden, sondern dieser Zustand muß auch exakt zu einem vorgegebenen festen Zeitpunkt eingestellt werden. Besonders kritisch ist, daß der Endzustand kein Ruhezustand ist.

Messertrommel und Warenbahn sind zwei bewegte Körper, die sich zu dem fest vorgegebenen Zeitpunkt treffen sollen. Die Messertrommel muß genau

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SO bewegt werden, daß die Schermesser mit der vorgesehenen Schnittstelle in der Warenbahn zusammentreffen, um die vorgesehene Bogenlänge zu erhalten, und dabei auch genau die aktuelle Geschwindigkeit der Warenbahn annehmen, um eine gute Schnittqualität zu erzielen. Der Schneideort liegt durch die spezifische Konstruktion der Maschine fest, weshalb der Endzeitpuukt oder Schnittzeitpunkt durch die Warenbahnbewegung eindeutig festgelegt ist. Die Tatsache, daß sowohl Lage als auch Geschwindigkeit der Messertrommel zu steuern sind, bedeutet, daß in der von der Regeleinrichtung erzeugten Steuerfunktion wenigstens zwei Freiheitsgrade variierbar sein müssen, um die beiden Endbedingungen einstellen zu können.

Bei dem eingangs beschriebenen Verfahren ist einheitlich im gesamten Übergangsintervall ein linearer Beschleunigungsverlauf und damit ein parabelfonniger Geschwindigkeitsverlauf für die Messertrommel vorgesehen. Die beiden Freiheitsgrade a₀ und a\ der Steuerfunktion u* = O₀ + a, · / sind hierbei bis zum Schnittzeitpunkt selbst beeinflußbar, as liegt also ein echter Regelkreis vor.

Jedes Verfahren unter Verwendung einer digitalen Regeleinrichtung bzw. eines Digitalrechners führt zu einem Abtastproblem wegen der sequentiellen Abarbeitung der einzelnen Rechenschritte. Es können immer nur zu diskreten Zeitpunkten, nämlich den Abtastzeitpunkten, Meßwerte vom Prozeß in den Rechner übergeben werden, wo sie während des folgenden Abtastintervalls verarbeitet und beim nächsten Abtastzeitpunkt vor Übernahme neuer Meßwerte an den Prozeß ausgegeben werden. Üblicherweise werden die Abtastintervalle zeitlich konstant gewählt, d. h. von einem unabhängigen Oszillator oder einer Uhr abgeleitet, und zwar so kurz wie nötig und möglich, mindestens aber gleich der erforderlichen Rechenzeit pro Lösungsschritt.

Wenn es infolge der Kompliziertheit des Systems nicht möglich ist, eine derartige On-Line-Lösung der Synthesegleichungen des R.egelsystems durchzuführen, so b steht auch die Möglichkeit einer OfT-Line-Lösung der Synthesegleichungen und Übernahme dieser OfF-Line-Lösung in Funktionsgeber der Regeleinrichtung. Diese Funktionsgeber führen zu einem sehr hohen Speicherbedarf, wenn eine hohe Genauigkeit der Regelung verlangt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, welches eine sehr genaue Steuerung des Antriebsmotors für den Querschneider bei möglichst geringem Aufwand an Speicherplatz in der digitalen Regeleinrichtung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Abtastpunkte für die Meßwerte der Prozeßgrößen Lage und Geschwindigkeit der Warenbahn sowie Lage und Geschwindigkeit der Messertrommeln abhängig von unterschiedlichen Lagen der Warenbahn ortsabhängig festgelegt werden.

Vorteilhaft werd.n die Abtastpunkte durch Markierungen auf der Warenbahn festgelegt.

Die Abtastpunkte werden damit nicht unabhängig von Lage und Geschwindigkeit durch eine Uhr vorgegeben, sondern aus der Lage der Warenbahn abgeleitet. Immer wenn ein bestimmtes vorgegebenes Wegstück durchlaufen ist, trit«. ein neuer Abtastpunkt auf. Statt aquidistanter Zeitpunkte sind aquidistante Ortspunkte vorgesehen. Die Abtastpunkte fallen mit vorher festgelegten Ortspunkten auf der Warenbahn zusammen. So

treten zu den Abtastpunkten zwangläufig keine Zwischenwerte mehr auf. Jedem Abtastpunkt ist eine beliebig genau OfT-Line berechenbare Lösung zugeordnet, die in einer Tabelle relativ kleinen Um fangs abgespeichert werden kann, wodurch sich die Rechenzeit verringert.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt bei vorgewählter Genauigkeit kürzere Abtastintervalle zu, wodurch sich eine verbesserte Dynamik, eine höhere Warenbahngeschwindigkeit und damit eine höhere Leistung ergibt. Alternativ läßt sich bei vorgegebener Höchstleistung eine höhere Genauigkeit erbringen.

Da keine Zwischenwerte mehr auftreten, sind auch Quantisierungsfehler ausgeschaltet.

Vorteilhaft werden als Prozeßgrößen nur die Lagen von Messertrommel und Warenbahn durch Zählen von Weginkrementen erfaßt. Die problematische Erfassung der stark veränderlichen Trommelgeschwindigkeit entfällt hierdurch.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß das gesamte Übergangsintervall der Regeleinrichtung in einzelne Phasen unterteilt wird, deren Länge sich als geometrische Reihe (MhT) ergibt, und daß in jeder Phase die Normierung der Meßwerte proportional zur Phasenlänge geändert wird. Hiermit läßt sich eine weitere erhebliche Verringerung des Speicheraufwands erzielen. Als Basis für die geometrische Reihe wird zweckmäßig b = 2 gewählt. Mit dieser Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens läßt sich außerdem eine Genauigkeitssteigerung bei der Berechnung der Steuerfunktion deshalb erzielen, weil die Funktionswerte der in der Regeleinrichtung vorgesehenen Funktionsgeber in der Nähe des Schnittpunktes sehr große Werte annehmen, mit Phasenbildung dagegen einen wesentlich geringeren Dynamikbereich zeigen.

Weiter wird in der Regeleinrichtung zweckmäßig ein mathematisches Model! der Strecke unter Verwendung von Teilprodukten bei der Erzeugung der Steuerfunktion nachgebildet und zur exakten Führung des Messertrommelantriebs eingesetzt. Hiermit ergibt sich eine starke Verringerung der Empfindlichkeit der Regeleinrichtung bezüglich Störungen in der Nähe des Schnittpunktes. Durch die Verwendung der Teilprodukte bei der Erzeugung der Steuerfunktion ist die Nachbildung des mathematischen Modells der Strecke darüber hinaus viel einfacher als beim sonst üblichen Aufbau eines solchen Modells.

Zweckmäßig wird auch die Lageregelung der Messertrommel in der digitalen Regeleinrichtung durchgeführt. In diesem Fall ist nur ein gewöhnlicher drehzahl- und stromgerege'.ter Antrieb erforderlich.

Weiter kann auch die Sollwertvorgabe für den Vorschub der Warenbahn in der digitalen Regeleinrichtung durchgeführt werden. Der Sollwert kann dabei abhängig von der Bogenlänge optimal durch die digitale Regeleinrichtung berechnet werden.

Schließlich kann der Hochlauf des Querschneiders durch die digitale Regeleinrichtung gesteuert werden, und es können zusätzlich übergeordnete Funktionen von der digitalen Regeleinrichtung durchgeführt werden. Derartige Funktionen sind beispielsweise SchnittfebJerüberwachung und Korrektur durch Adaption, Bogenzählung, Formatumsteuerung, gegebenenfalls von Schnitt zu Schnitt oder abhängig von der gewünschten Schnittmenge ohne Unterbrechung, sowie Rückmeldung und/oder Protokollierung von Betriebszuständen.

Die digitale Regeleinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß im Eingang drei Funktionsgeber vorgesehen sind, die Lösungsfunktionen F₁ in Form von Tabellen für die Lösungen D₁ enthalten und von einem ent sprechend der Transportlage der Warenbahn weitergeschalteten Zähler angesteuert werden, und daß die Funktionsgeber auf Multiplikatoren zum Multiplizieren der Ausgangsgrößen der Funktionsgeber mit den ίο Meßwerten der Prozeßgrößen geschaltet sind. Die Lösungen D₁ entsprechen genau den durch die Transportlagen der Warenbahn ortsabhängig festgelegten Abtastpunkten und sind dementsprechend in der Zahl begrenzt. Sie sind exakt Off-Line berechenbar und weris den ohne Zwischenwerte bei der Erzeugung der Steuerfunktion verwendet.

Zweckmäßig sind in jedem der Funktionsgeber jeweils nur die Lösungen D₁ für eine Phase des Übergangsintervalls, welches in Phasen mit Längen entsprechend einer geometrischen Reihe (l/i>^m) unterteilt ist, abgespeichert. Hiermit läßt sich eine außerordentlich hohe Einsparung an Tabellenwerten erreichen.

Vorteilhaft sind im Eingang ein weiterer, an den Meßwert der Lage der Warenbahn angeschlossener Zähler und zwei an den Meßwert der Lage der Messertrommel angeschlossene Zähler vorgesehen. Die Geschwindigkeiten der Messertrommel und der Warenbahn lassen sich durch Abzählen der Weginkremente von Messertromnv>l und Warenbahn ableiten. Der erfindungsgemäßen digitalen Regeleinrichtung liegt die Annahme zugrunde, daß der Messertrommelantrieb ein doppelt integrales Verhalten aufweist. Da konkrete Antriebe dieses ideal«! Verhalten nur in grober Näherung zeigen, weisen Endwertregelkreise der hier infragestehenden Art besonders in der Nähe des Schnittpunktes eine hohe Empfindlichkeit bezüglich Störungen auf. Diese Störungsempfindlichkeit kann erheblich dadurch verringert werden, daß die digitale Regeleinrichtung außer dem Endwenregier ein mathcmatisches Modell der Strecke enthält. Weiter kann sie vorteilhaft einen Lageregler enthalten.

Zweckmäßig ist in der digitalen Regeleinrichtung

eine Einheit zur Berechnung des Drehzahlsollwertes für den Antrieb der Warenbahn enthalten, und die digi tale Regeleinrichtung kann auch eine Einheit zum

Steuern des Hochlauf des Querschneiders enthalten.

Eine Schnittfehlerüberwachung und Korrektur durch Adaption sowie ähnliche Funktionen können von der erfindungsgemäßen Digitalregeleinheit dadurch übernommen werden, daß sie Einheiten zur Durchführung derartiger zusätzlich übergeordneter Funktionen enthält.

Die Erfindung ist im folgenden an Ausführungsbeispielen und anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung von Messertrommel und Warenbahn zur Erläuterung der Koordinatensysteme für die gemessenen Prozeßgrößen,

Fig. 2 das Blockschaltbild einer Regeleinrichtung zum Steuern eines Querschneiders,

Fig. 3 eine grafische Darstellung zum Vergleich der Verhältnisse bei äquidisianten Zeitpunkten und äquidistanten Ortspunkten als Abtastpunkten,

Fig.4 ein Blockschaltbild einer Regeleinrichtung nach Fig. 2 mit Lösungstabellen anstelle stetiger Lösungsfunktionen in den Funktionsgebem und mit einem Zähler zur Bildung der Nummer N,

F i g. 5 ein Blockschaltbild einer gegenüber der Regel-

krichtung nach Fig.4 modifizierten Regeleinrichng, bei welcher lediglich die Weginkremente von pssertrommel und Warenbahn gezählt werden,
^? i g. 6 eine grafische Darstellung zur Erläuterung der _mit jiterteilung des Übergangsintervalls der Regeleinrichng in einzelne Phasen, _u (;)

■ i g. 7 eine ,-rafische Darstellung zur Erläuterung des Lsammenhangs der einzelnen Phasen nach Fig. 6 für pe geometrische Reihe mit der Basis b = 2,
^:ig. 8 eine grafische Darstellung zum Aufbsm der }nktionsgeber mit und ohne Unterteilung in Phasen, ^:ig. 9 ein Blockschaltbild des Regelkreises für den berschneider mit in die digitale Regeleinrichtung intepertem mathematischen Modell der Strecke,
^:ig. 10 ein Blockschaltbild des Regelkreises nach Ig.9 mit zusätzlich in die digitale Regeleinrichtung Jtegriertem Lageregler und

IF ig. 11 ein Blockschaltbild des Regelkreises nach kg. 10, bei welchem-die digitale Regeleinrichtung nsätzlich übergeordnete Funktionen übernimmt. [in Fig. 1 ist schematisch eine Warenbahn 1 und eine lessertrommel 2 eines Querschneiders dargestellt. Es \rsteht sich, daß unterhalb der Warenbahn 1 bei der ealisierung des Querschneiders eine weitere, mit der beren Messertrommel 2 gekuppelte Messertrommel jigeordnet ist.

j Die Warenbahn 1 bewegt sich mit einer Bahngethwindigkeit v, in Richtung des Pfeiles I, und die Mesertrotnmel 2 bewegt sich mit einer Messergeschwin-Jigkeit v₂ i . Richtung des Pfeiles II. Der letzte Schnitt ler Warenbahn ist bei S_a erfolgt, während der nächste lchnitt bei S_b vorgesehen ist. Der Abstand zwischen S₁, |nd S₄ bestimmt die Bogenlänge „r,_ö. Die Lage der Varenbahn 1 ist bestimmt durch den Bahnrestweg oder |lie Bahnlage x_u während die Lage der Messertrommel

durch den Messerrestweg oder die Messerlage x₂ |)estimmt ist. Der Scherkreisumfang der Messertromnel 2 ist x₂₀ = 2 π R.

Für das erfindungsgemäße Verfahren und die zugehö-Hge digitale Regeleinrichtung ist einheitlich i™ gesam-Jen Übergangsintervall ein parabelförmiger Goiwhwin-Jigkeitsverlauf für die Messertrommel vorgesehen. Die digitale Regeleinrichtung erzeugt abhängig von Meßverten der Prozeßgrößen eine Steuerfunktion. Die beiden Freiheitsgrade O₀ und O₁ der Steuerfunktion

a₀ + a\ ■ t sind hierbei bis zum Schnittzeitpunkt elbst beeinflußbar, weshalb ein echter Regelkreis vorliegt. Für den Aufbau der digitalen Regeleinrichtung wird !angenommen, daß der Messertrommelantrieb ein doppelt integrales Verhalten aufweist. Hierfür ergibt sich Ifür die normierten und zeittransformierten Synthese-Igleichungen der digitalen Regeleinrichtung mit durchweg dimensionslosen Größen folgendes Gleichungssystem:

Für die zugehörige Steuerfunktion ergibt sich:
u*(i) = vf · (2 ar₂+ 6 ■ a_} ■ τ)

4 · b² ,

· M*(f) · m/sec .

C₀ + αχ ■ τ + a₂ ■ τ²

vf · xf (r),

+ 2 a₂ ■ τ + 3a₃ ■ r² = i· · vf (/)

(Z₀

r-1-2

+ a₂

+Ia₂

55

60

65 Die Bezeichnung * bei den Prozeßgrößen bedeutet, daß diese Prozeßgrößen in dem Gleichungssystem in normierter, d.h. dimensionsloser Form zwischen +1 und -1 vorliegen, r stellt die normierte Zeit f dar. Die übrigen Größen sind ebenfalls dimensionslose Konstanten. Nähere Einzelheiten des obigen Gleichungssystems und der Steuerfunktion gehen aus der erwähnten Dissertation Klaus Bender, Synthese analoger Rechengeräte zur optimalen Endwertregelung, Karlsruhe 1973, hervor.

Fig. 2 zeigt das Blockschaltbild einer Regeleinrichtung für einen Querschneiderantrieb, welche entsprechend dem obigen Gleichungssystem samt Gleichung für die Steuerfunktion aufgebaut ist. In den Abtastpunkten werden drei Funktionsgebern 3, 4 und 5 die Meßwerte der normierten Bandlage .xf zugeführt. Die Lösungsfunktionen /v(xf), d. h. die Lösungsfunktionen F\ (*f), Fi Uf) und ^3 Uf) der Funktionsgeber 3,4 und 5 sind Off-Line berechnet. Die Ausgangsgröße des Funktionsgebers 3, d. h. die Funktion F₁ (xf) wird einem Multiplikator 6 zugeführt und dort mit dem Meßwert der normierten Messerlage xf multipliziert. Die Ausgangsgröße des Funktionsgebers 5, d. h. die Funktion F_} (xf) wird einem Proportionalglied 7 zugeführt. Der Faktor k des Proportionalgliedes 7 gibt das Verhältnis vj/vf im Endzeitpunkt vor. Die Ausgangsgrößen des Multiplikators 6 und des Proportionalgliedes 7 werden summiert und einem weiteren Multiplikator 8 zugeführt. In diesem Multiplikator S wird die Summe der Ausgangsgrößen des Multiplikators 6 und des Proportionalgliedes 7 mit dem Meßwert der normierten Bahngeschwindigkeit vf multipliziert.

Die Ausgangsgröße des Funktionsgebers 4, d. h. die Funktion F₂ Uf) wird in eine"m Multiplikator 9 mit dem Meßwert der normierten Messergeschwindigkeit vf multipliziert. Die Ausgangsgrößen der Multiplikatoren 8 und 9 werden summiert und einem weiteren Multiplikator 10 zugeführt, in welchem die Summe dieser Ausgangsgrößen mit dem Meßwert der normierten Bahngeschwindigkeit vf multipliziert wird. Im Ausgang des Multiplikators 10 erscheint die gewünschte normierte Steuerfunktion u*.

Die Funktionen FiUf), /¹JUf) und F₃ (xf) sind zunächst stetige Funktionen und analog mit Hilfe der Funktionsgeber 3,4 und 5 lösbar. Die Genauigkeit einer derartigen analogen Lösung ist jedoch nicht ausreichend für die erforderliche Genauigkeit der Messertrommelsteuerung. Bei digitaler Realisierung der Funktionsgeber 3,4 und S werden die Funktionswerte F₁ als Tabelle in einem Speicher abgelegt, was aber wegen der Genauigkeitsforderung eine Digitalisierung in sehr feinen Stufen erforderlich macht. Trotzdem sind die Werte Fi und jcf wie auch die Produkte xf - F\ und vf · F₂ grundsätzlich mit Quantisierungsfehlem behaftet, wenn als Abtastpunkte äquidistante Zeitpunkte gewählt werden. Die Tabelle muß abhängig von der geforderten Genauigkeit sehr groß werden. Der Quantisierungsfehler entfallt, wenn erfindungsgemäß die Abtastpunkte für die Meßwerte der Prozeßgrößen abhängig von unterschiedlichen Transportlagen der Warenbahn, also

abhängig von der Bahnlage X₁ bzw. der normierten Bahnlage xf ortsabhängig festgelegt werden.

Fig. 3 zeigt eine grafische Darstellung zum Vergleich zweier Regeleinrichtungen, welche mit äquidistanten Zeitpunkten (Fig. 3a) und äquidistanten Ortspunkten (Fig. 3b) als Abtastpunkten arbeiten.

Fig. 3a zeigt eine Abtastung zu äquidistanten Zeitpunkten T_m-_U 7_m, T_m+1 -xfjistjeweils der/c-te Wert der Bahnlage xf bei digitaler Messung. F_{1 k} ist die Lösungsfunktion der VVnktionsgeber 3, 4 bzw. 5 mit /' = 1, 2, 3 und mit k gleich dem fc-ten Wert bei Digitalisierung. A xf ist ein Weginkrement bei digitaler Messung der Bahnlage x,, beispielsweise mit Hilfe eines Impulsgebers. Bei dem in Fig. 3a dargestellten Fall wird ein Quantisierungsfehler bezüglich der Bahnlage xf in Höhe von 10% in Kauf genommen. Dazu ist es erforderlich, mindestens 10 xf-Stützpunkte zwischen zwei Abtastzeitpunkte T_m ... T_m.\ zu legen. Entsprechend sind für die Funktion F₁ zwischen den beiden Abtastzeitpunkten 10 Tabellenwerte abzuspeichern. Zusätzlich zu dem erheblichen Speicherumfang macht sich der Quantisierungsfehler in der Nähe des Endzeitpunktes, d. h. in Schnittnähe, besonders gravierend bemerkbar, da die Funktionen F₁ dort sehr große Werte annehmen (singuläres Verhalten, Polstelle von F₁).

Fig. 3b stellt den Fall dar, bei welchem die Abtast-. punkte als äquidistante Ortspunkte festgelegt werden. Die Abtastpunkte werden bestimmt durch einfaches Abzählen von z.B. immer 10 Weginkrementen ^xf (Abtastbreite A N). Da die Abtastpunkte JV, JV + 1... a priori festliegen, genügt die Angabe von Funktionswerten nur für diese Abtastpunkte JV, JV + 1... Damit wird je Funktionsgeber nur ein Zehntel an Speicherplatz verglichen mit dem Fall nach Fig. 3a benötigt. Die Lösungsfunktion F_Kk kann in Form von Lösungen D_hN als Treppenfunktion abgespeichert werden, wobei / = Ϊ, 2, 3 und JV die Nummer des Abtastpunktes ist. Zusätzlich zu dem erheblich geringeren Speicherbedarf treten bei dein Fall nach Fig. 3b auch keine Quantisierungsfehler auf, was sich besonders in der Nähe des Schnittpunktes sehr genauigkeitssteigernd bemerkbar macht.

F i g. 4 zeigt das Blockschaltbild einer digitalen Regeleinrichtung für einen Querschneider, bei welcher die Verfahrensmerkmale, daß die Abtastpunkte für die Meßwerte der Prozeßgrößen abhängig von unterschiedlichen Transportlagen der Warenbahn ortsabhängig, beispielsweise durch Markierungen auf der Warenbahn, festgelegt werden, auch für den Aufbau der Funktionsgeber 3,4 und 5 ausgenutzt ist. In den Funktionsgebern sind nunmehr statt der Lösungsfunktionen F₁ die Lösungen D, von Treppenkurven in Form von Tabellen abgespeichert. Zusätzlich zu der in Fig. 2 gezeigten Regeleinrichtung ist ein Zähler 11 vorgesehen, dessen Eingang Meßwerte der Weginkremente Axf der Bahnlage X₁ zugeführt werden. Im Ausgang des Zählers 11 erscheint die Nummer JV der ortsabhängigen Abtastpunkte JV. Die abgespeicherten Tabellen für die Lösungen Z), statt der stetigen Funktion F₁ haben einen wesentlich geringeren Umfang.

Im Eingang der digitalen Regeleinrichtung nach Fig. 4 sind somit drei Funktionsgeber 3, 4 und 5 vorgesehen, welche die Lösungsfunktionen F₁ in Form von Tabellen für die Lösungen D₁ enthalten und von dem entsprechend der Transportlage x, der Warenbahn weitergeschalteten Zähler 11 angesteuert werden. Die Funktionsgeber 3,4 und 5 sind auf die Multiplikatoren 6,8,9 und 10 zum Multiplizieren der Ausgangsgrößen der Funktionsgeber 3,4 und 5 mit den Meßwerten der

normierten Prozeßgrößen xf, xf, vf und vf geschaltet. Fig. 5 zeigt eine digitale Regeleinrichtung für einen Querschneider, mit welcher es möglich ist, als Prozeßgrößen nur die Lagen x₂ und x, von Messertrommel und Warenbahn durch Zählen von Weginkrementen Axf und A xf zu erfassen. Gegenüber dem Ausfuhrungsbeispiel nach Fig. 4 sind die Multiplizierer 8 und 10 im Ausgang der Regeleinrichtung zu einem weiteren Multiplizierer 12 zusammengefaßt. Zwischen die Prozeßgröße vf und den Multiplizierer 12 ist eine Quadriereinheit 13 geschaltet. Im Eingang der Regeleinheit sind ein weiterer, an den Meßwert der Lage x, der Warenbahn angeschlossene Zähler 14 und zwei an den Meßwert der Lage X₂ der Messertrommel angeschlossene Zähler 15 und 16 vorgesehen. Bei diesem Aufbau wird als Meßwert nicht die Messertrommel- oder Messergeschwindigkeit vf, sondern nur das während des vergangenen Abtastintervalls JV... JV-I, also während des ortsi-.bhängigen Abtastintervalls Λ JV zurückgelegte Weginkrement A xf der Messerlage xf benötigt. Diese Größe 'läßt sich ieicht ebenso wie xf seibsi durch Abwählen der Weginkremente A xf durch den Zähler 15 gewinnen. Damit entfällt die problematische Erfassung der stark veränderlichen Messergeschwindigkeit V₂. Es verbleibt ein bloßes Zählen der Weginkremente (Impulse) Axf und Axf von Bandlage (Ort) und Messerlage (Winkel), da auch die relativ langsam veränderliche Bahngeschwindigkeit vf aus dem Zähler 14 abgeleitet werden kann, der die Bahnimpulse aufgrund der Weginkremente A xf während einer konstanten Zeit A T zählt. Der Zähler 16 zählt die Weginkremente Axt in Form von Impulsen, während die Warenbahn um A JV weiterläuft. Der Zähler 15 zählt die Impulse von der Messertrommel absolut. Zusammengefaßt ist bei der digitalen Regeleinrichtung nach Fig. 5 keine separate Geschwindigkeitsmessung erforderlich.

Die Tabellen für die Lösungswerte D, in den Funktionsgebern 3, 4 und 5 der Regeleinrichtungen nach Fig.4 und 5 stellen einen Zusammenhang her zwi-

sehen der laufenden Nummer JVdes Abtastpunktes und der Lösung oder dem Funktionswert Z\,_v; sie sind nicht abhängig vom Absolutwert der Größe xf. Der Zusammenhang zwischen xf und JV, also der Zui-mmenhang, wie viele Weginkremente A xf ein Abtastintervall A N bilden, wird durch eine vorgeschaltete Normierung hergestellt, deren Durchführung bekannt ist.

Fig. 6 zeigt eine grafische Darstellung, aus welcher zu entnehmen ist, daß bei unterschiedlicher Normierung in verschiedenen Bereichen des gesamten Über-

gangsintervalls die selben Nummern /V auftreten. Teilt man das gesamte Übergangsintervall in einzelne Phasen auf. deren Länge sich als geometrische Reihe \lb^m ergibt, und ändert in jeder Phase die Normierung proportional zur Phasenlänge, so genügt ein Bruchteil der

sonst erforderlichen Tabellenwerte für die Funktionsgeber 3,4 und 5. Nach Fig. 5 werden also durch unterschiedliche Normierung einem physikalischen Ort X₁ verschiedene Abtastpunkte JV und damit Lösungen Z), _iV oder einem Abtastpunkt JV und damit einer Lösung D_LN verschiedene physikalische Orte zugeordnet. Es wird also das gesamte Übergangsintervall der Regeleinrichtung in einzelne Phasen unterteilt, deren Länge sich als geometrische Reihe (1/A¹") ergibt, wobei in jeder Phase die Normierung der Meßwerte proportional zur Phasenlänge geändert wird.

F i g. 7 zeigt schematisch einen Fall mit der für Dualarithmetik besonders günstigen Basis b = 2 für die geometrische Reihe und mit m = 4 Phasen Pl, Pl, Pi und

PA. Weiter ist die Restphase RP angegeben. Der Gesamtbereich ist also in Phasen geinäß der geometrischen Reihe : I1^m aufgeteilt. Die einzelnen Phasen gren-εη ohne Überlappung und ohne Lücke aneinander an, die Abtastintervalle werden immer kleiner. Es ist zu erkennen, daß mit der in der Phase P4 gewählten Abtastbreite zunächst insgesamt 64 Tabellenwerte oder Lösungen D₁ pro Funktionsgeber erforderlich sind, wovon in der Phase PA die Tabellenwerte 5 bis 8 benötigt werden.

Verdoppelt man nun in der Phase P3 die Abtastbreite durch Normierungsänderung, d. h. ordnet einem Abtastintervall A N doppelt so viele Weginkremente Axf zu, so werden auch in der Phase P3 die Tabellenwerte 5 bis 8 statt der Tabellenwerte 9 bis 16 verwendbar. Gleiches gilt fur die Phasen Pl und Fl jeweils in bezug auf die vorhergehende Phase F3 und Pl. Auch die Restphase ÄFläßt sich durch fortgesetztes Neunormieren so aufteilen, daß statt der Tabcllenwerte 1 his 4 die Tabellenwerte 5 bis G gelten. Bei dem in Fig. 7 dargestellten Beispiel erhäl' man somit eine Reduktion der erforderlichen Anzahl von Tabellenwerten von 64 auf 4, und dies für jeden der drei Funktionsgeber 3, 4 und 5.

In Fig. 7 ist der Übersichtlichkeit halber eine sehr grobe Unterteilung gezeigt. Bei der praktischen Anwendung der Phasenunterteilung und Umnormierung wird eine wesentlich feinere Unterteilung, z. B. 30000 Abtastintervalle, verwendet. Es ist ohne weiteres zu erkennen, daß dabei die Einsparung an Speicherplätzen außerordentlich hoch ist.

Fig. 8 zeigt den Verlauf der Lösungen D₁ mit und ohne Phasenunterteilung bzw. Phasenumschaltung. Der Verlauf ohne Phasenumschaltung ist gestrichelt angegeben. Es ist zu erkennen, daß die Lösungen D₁ ohne Phasenbildung in der Nähe des Schnittpunktes sehr große Werte annehmen und ein sehr großer Dynamikbereich Ζ),-.-- ~ A-s/ä auftritt. Bei gegebener digitaler Wortlänge zur Zahlendarstellung führt eine große Dynamik zu sehr ungenauer Darstellung besonders der kleinen Werte infolge des Rundungsfehlers. Mit der Phasenunterteilung bzw. Phasenumscha. .ung ist der Dynamikbereich D_imax - D_imln in allen Phasen der gleiche geringe Dynamikbereich. Es läßt sich also mit der Unterteilung in Phasen eine Genauigkeitssteigerung bei der Berechnung der Steuerfunktion erzielen. Bei der Ableitung der oben erwähnten Synthesegleichungen wurde angenommen, daß der Messertrommelantrieb ein doppelt integrales Verhalten aufweist. Die Steuerfunktion u* entspricht dann der Beschleunigung &! der Warenbahn. Dabei ist die Beschleunigung 6, eine Gerade, die Bahngeschwindigkeit V| eine Parabel und die Bahnlage x, eine kubische Parabel. Konkrete Antriebe zeigen dieses ideale Verhalten nur in grober Näherung, weshalb die Endwertregelkreise für derartige Antriebe besonders in der Nähe des Schnittpunktes eine hohe Empfindlichkeit bezüglich Störungen zeigen. Gemäß einer Weiterentwicklung der Erfindung wird daher in der Regeleinrichtung ein mathematisches Modeil der Strecke unter Verwendung von Teilprodukten bei der Erzeugung der Steuerfunktion nachgebildet und zur exakten Führung des Messertrommelantriebs eingesetzt. Zu diesem Zwecke enthält die digitale Regeleinrichtung 17 außer dem Endwertregler 18 ein mathematisches Modell 19 der Strecke. Eine derartige Regelkreisstruktur ist in Fig. 9 dargestellt. Die zusätzlichen Indizes s bzw. / bei den Prozeßgrößen deuten Soll- bzw. Istwert bei diesen Größen an. Nach F i g. 9 arbeitet der eigentliche Endwertregler 18 der digitalen Regeleinrichtung 17 auf das mathematische Modell 19 der Strecke wie auch auf den Stromregler 20 des Antriebsmotors 21 Tür die Messertrommeln zur Vorgabe des Stromsollwerts /_2j.

Die Messerlage xf im Ausgang des mathematischen Modells 19 ist proportional dem Sollwert x₂, dieser Messerlage und wird einem Lageregler 22 zugeführt. Den Messerlageistwert x₂, erhält der Lageregler 22 vom Ausgang des Antriebsmotors 21. Außerdem wird die Messerlage xf dem Endwertregler 18 zugeführt. Die Messergeschwindigkeit vf ist proportional der Messersollgeschwindigkeit v_2j und wird vom Ausgang des mathematischen Modells 19 außer dem Endwertregler 18 dem Eingang eines Drehzahlreglers 23 zugeführt.

Den Messergeschwindigkeitsistwert V₂, erhält der Drehzahlregler 23 vom Ausgang des Antriebsmotors 21. Schließlich wird dem Eingang des Drehzahlreglers 23 auch noch die Ausgangsgröße des Lagereglers 22 zugeführt. Der Drehzahlregler 23 arbeitet auf den Stromregler 20, dessen Eingang außerdem die Steuerfunktion u·, welche proportional dem Stromsollwert i_2j ist, und der Stromistwert Z₂, vom Ausgang des Antriebsmotors 21 zugeführt wird.

Dem Antriebsmotor 24 für den Vorschub der Materialbahn wird der Bahngeschwindigkeitssollwert v_u zugeführt. An dem Antriebsmotor 24 wird die Bahnlage x, abgenommen und über einen Impulsgeber 25 in das Weginkrement A X_x umgewandelt. Dieses Weginkrement A χ_λ für die Bahnlage x, wird wiederum dem End-

wertregier 18 zugeführt. Das mathematische Modell ist besonders einfach in die beschriebene digitale Regeleinrichtung zu integrieren, da schon bei der Bestimmung der Steuerfunktion u* in der digitalen Regeleinrichtung bzw. dem Endwertregler 18 Teilprodukte auftreten, die die Nachbildung des Modells besonders einfach und genau zulassen. Die digitale Regeleinrichtung gibt jetzt nicht nur die Steuerfunktion u* als Sollbeschleunigung, sondern auch die Messeriage xj und die Messergeschwindigkeit vf als Soll-Lage bzw. Sollgeschwindigkeit aus. Damit ist ein exaktes Führen des Messertrommelantriebs möglich. Für den Messertrommelantrieb selbst wird ein konventioneller Lageregelkreis mit unterlagerter Geschwindigkeits- und Stromregelung eingesetzt.

Weiter kann auch die Lageregelung der Messertrommel in der digitalen Regeleinrichtung durchgeführt werden, wozu der Lageregler 22 in die digitale Regeleinrichtung 17 integriert wird, wie es in F i g. 10 dargestellt ist. Hier tritt der Messergeschwindigkeitssollwert V₂₁ für

so den Drehzahlregler 23 unmittelbar am Ausgang des Lagereglers 22 auf. Mit einer derart aufgebauten digitalen Regeleinrichtung ist nur ein gewöhnlicher drehzahl- und stromgeregelter Antrieb für die Messertrommel erforderlich.

Weiter wird vorteilhaft auch die Sollwertvorgabe für den Vorschub der Warenbahn in der digitalen Regeleinrichtung durchgeführt. Zu diesem Zweck ist in einer Einheit 26 für zusätzlich übergeordnete Funktionen eine Einheit 27 für die Bahngeschwindigkeitssollwertvorgäbe in die digitale Regeleinheit 17 integriert, welche dem Antriebsmotor 24 für den Vorschub der Warenbahn den Bahngeschwindigkeitssollwert V|, zuführt. Eine derartige Regelkreisstruktur, welche mit Ausnahme der in die digitale Regeleinrichtung 17 integrierten Einheit 26 der Regelkreisstruktur nach F i g. 10 entspricht, ist in F i g. 11 dargestellt. Der Bandgeschwindigkeitssollwert v,j kann abhängig vom Schnittformat oder von der Bogenlänge nunmehr optimal durch die

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digitale Regeleinrichtung 17 mit integrierter Einheit 26 berechnet werden.

Auch der Hochlauf des Querschneiders kann durch Vorsehen einer entsprechenden Einheit zum Steuern des Hochlaufs in der Einheit 26 durch die digitale Regeleinrichtung gesteuert werden. Schließlich können von der digitalen Regeleinrichtung 17 zusätzlich übergeordnete Funktionen durchgeführt werden, wenn entsprechende Einheiten im Rahmen der in die digitale Regeleinrichtung 17 integrierten Einheit 26 vorgesehen werden. Derartige Einheiten sind eine Einheit 28 zur Optimierung, eine Einheit 29 zur Adaption, eine Einheit 38 zur Überwachung und eine Einheit 31 zur Formatsteuerung innerhalb der Einheit 26. Mit derartigen Einheiten kann die digitale Regeleinrichtung 17 zusatzlieh die übergeordneten Funktionen der Schnittfehlerüberwachung und Korrektur durch Adaption, der Schnittzähiung (Bogenzähler), der Fonnatumsteue- _fif

rung, sogar von Schnitt zu Schnitt oder abhängig von der Jf

gewünschten Bogenlänge ohne Unterbrechung, und die 20 O,

Rückmeldung und/oder Protokollierung von Betriebs- ?_ri

zuständen übernehmen. gj

Hierzu 11 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Steuern des Antriebsmotors zweier miteinander gekuppelter Messertrommeln eines Querschneiders für Warenbahnen nur mit Hufe einer digitalen Regeleinrichtung, welche abhängig von Meßwerten der Prozeßgrößen, Lage und Geschwindigkeit der Warenbahn und der Mcssertrommeln eine Steuerfunktion erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastpunkte (N) für die Meßwerte der Prozeßgrößen Lage (χ,) und Geschwindigkeit (v,) der Warenbahn (1) sowie Lage (X₂) und Geschwindigkeit (V₂) der Messertrommeln (2) abhängig von unterschiedlichen Lagen (x,) der Warenbahn (1) ortsabhängig festgelegt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastpunkte (N) durch Markierungen auf der Warenbahn (1) festgelegt werden.

3. Verfielen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ais Prozeßgrößea nur die Lagen (x,, X₂) von Messertrommel und Warenbahn durch Zählen von Weginkrementen (Ax_uAx₂) erfaßt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, d?S das gesamte Übergangsintervall der Regeleinrichtung (17) in einzelne Phasen (Pl, Pl, P3, P4, PR) unterteilt wird, deren Länge sich als geometrische Reihe (MbT) ergibt, und daß in jeder Phase die Normierung der Meßwerte proportions, zur Phaseniänge geändert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Basis für die geometrische Reihe b = 2 gewählt wird.

6. Verfahren nach einem dei Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Regeleinrichtung (17) ein mathematisches Modell (19) der Strecke unter Verwendung von Teilprodukten bei der Erzeugung der Steuerfunktion (a*) nachgebildet und zur exakten Führung des Messertrommelantriebs eingesetzt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Lageregelung der Messertrommel (2) in der digitalen Regeleinrichtung (17) durchgeführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollwertvorgabe für den Vorschub der Warenbahn (1) in der digitalen Regeleinrichtung (17) durchgeführt wird. so

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochlauf des Querschneiders durch die digitale Regeleinrichtung (17) gesteuert wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich übergeordnete Funktionen von der digitalen Regeleinrichtung (17) durchgeführt werden.

11. Digitale Regeleinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß im Eingang drei Funktionsgeber (3, 4, S) vorgesehen sind, die Lösungsfunktionen F₁ in Form von Tabellen für die Lösungen D₁ enthalten und von einem entsprechend der Transportlage (X₁) der Warenbahn weitergeschalteten Zähler (11) angesteuert werden, und daß die Funktionsgeber (3, 4, 5) auf Multiplikatoren (6, 8, 9, 10, 12) zum Multiplizieren der Ausgangsgrößen der Funktionsgeber (3_V 4, S) mit den Meßwerten der Prozeßgrößen geschaltet sind.

12. Digitale Regaleinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem der Funktionsgeber (3,4, S) jeweils nur die Lösungen D, für eins Phase (PA) des Übergangsintervalls, welches in Phasen (Pl, Pl, P3, P4, PR) mit Längen entsprechend einer geometrischen Reihe (Mb") unterteilt ist, abgespeichert sind.

13. Digitale Regeleinrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß im Eingang ein weiterer, an den Meßwert der Lage (x,) der Warenbahn angeschlossener Zähler (14) und zwei an den Meßwert der Lage (X₂) der Messertronimel (2) angeschlossene Zähler (15,16) vorgesehen sind.

14. Digitale Regeleinrichtung nach Anspruch 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie außer dem Endwertregler (18) ein mathematisches Modell (19) der Strecke enthält.

15. Digitale Regeleinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiter einen Lageregler (22) enthält.

16. Digitale Regeleinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Einheit (27) zur Berechnung des Drehzahlsollwerts für den Antriebsmotor (24) der Warenbahn (1) enthält.

17. Digitale Regeleinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Einheit zum Steuern des Hochlaufs des Querschneiders enthält.

18. Digitale Regeleinrichtung nach Anspruch 15, 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß sie Einheiten (28, 29, 30, 31) zur Durchführung zusätzlich übergeordneter Funktion enthält.