印刷机传动系统扭振抑制与扰动补偿研究

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振动是印刷机在高速运动条件下的动态特性之一,不仅严重影响印刷机器的速度,而且影响印品质量,甚至造成机器部件损伤。论文以印刷机常见的共轴传动系统启动过程中的扭振,装配误差、纸张油墨性质改变引起的非周期性扰动以及滚筒间隙、折页机构带来的周期性扰动为对象,研究抑制上述三种扰动的方法,通过仿真和平台实验验证,证明了振动抑制方法的可行性与有效性,为消减印刷机振动提供了理论依据。主要研究内容如下:  针对共轴传动印刷机中的扭振,为克服传统输入整形器对模型依赖性强、参数调节较为复杂的不足,提出了一种基于混沌粒子群算法的参数自整定方法。通过传递函数变换,实现了在线信号采集,离线优化处理,避免了在线优化容易激起系统振荡,解决了离线建模精度不高的问题。优化过程无需建模、无振动、精度高。搭建了扭振实验平台,验证了零振动(Zero Vibration)输入整形器、负脉冲零振动输入整形器(N-ZV)均能准确地确定系统参数,在大幅抑制系统扭振的同时,动态性能损失小,实现了系统的快速无振响应。  针对印刷机系统中由于装配误差、纸张油墨性质改变引起的非周期性扰动,研究了基于比例、积分、微分算法(PID算法)的扰动观测器对非周期性扰动进行抑制的方法,采用MATLAB对系统进行模型辨识和辨识模型求逆,采用零相位误差跟踪算法(简称ZPETC方法)对模型进行近似,消除了原始模型求逆矩阵过程中引发不稳定的零点。设计了基于PID的扰动观测器控制算法,建立了振动仿真实验平台,经仿真实验与振动平台实验分析,证明系统对外加复合周期扰动(模拟机械故障以及装配带来的时变扰动)和随机扰动(模拟纸张、油墨性变化带来的非时变扰动)抑制效果明显,提高了系统的抗干扰能力。  针对滚筒间隙、裁纸机构带来的周期性扰动,提出了一种基于PID控制器的正反馈补偿器方法对系统冲击扰动进行补偿与控制。在分析系统频域响应特性的同时给出了稳定性条件,对算法的核心环节—滤波器参数选择方法进行了研究。通过仿真和实验分析,证明该正反馈滤波补偿方法在消除系统静态误差的同时对印刷机滚筒间隙引起的冲击扰动和裁纸机构中的周期性扰动有很好的抑制效果,具有较高的工程应用价值。
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