具体实施方式

下面通过实施例结合附图对本发明作进一步的描述。

如图1所示，本发明提供了一种凹印机相邻偏差耦合的同步控制结构，相邻偏差耦合同步控制结构是一种基于最小相关轴数目思想和相邻偏差耦合同步控制结构而建立的一种控制结构，其原理是：某一轴的反馈信号依次与相邻两个轴的反馈信号相减，然后各自乘以增益K_ir(K_ir＝J_r/J_i(i为当前轴的序号，r为1时为第i-1轴，r为2时为第i+1轴))后相加，其和作为此轴的同步误差补偿量。这种控制结构考虑了与之相邻的两个轴的状态，因而简化了补偿器的设计，使之在轴数增加时，补偿器的运算量和复杂度也不会变得很庞大。但是同相邻交叉耦合的同步控制结构一样，当轴数较多时，相邻偏差耦合的同步控制结构也存在一定程度上的延时，但其延时现象在无轴传动凹印机的同步系统中基本消失。无轴传动凹印机的同步控制是料带放卷牵引单元、料带印刷单元及料带收卷牵引单元之间的速度协调同步控制，印刷单元要同时考虑色组驱动辊的线速度跟踪性能及辊间的同步性能，而对于放卷牵引单元和收卷牵引单元则要重点强调其驱动辊与印刷单元之间的速度同步性能，即在无轴传动凹印机同步控制系统中，各组成单元对系统跟踪性能和同步性能的要求并非等比例的，对于收放卷牵引单元而言，需要更多地强调其与印刷色组之间的同步性能。因此在相邻偏差耦合的同步控制结构基础上，引入耦合系数因子，满足了凹印机同步控制非等比例耦合速度同步误差和速度跟踪误差的要求；引入半径比，满足了无轴传动凹印机角速度同步的要求；针对套准误差和张力波动对印刷单元和收放卷牵引单元输入速度的影响，在同步控制结构中引入了输入速度补偿机制，设计了无轴传动凹印机同步控制结构。

如图2所示，本发明提供了一种自抗扰控制器，无轴传动凹印机自抗扰控制器由二阶跟踪微分器(TD)、非线性误差反馈控制律模块(NLSEF)及三阶扩张状态观测器(ESO)组成。因为无轴传动凹印机的同步控制系统是一个典型的非线性、不确定性系统，且常常受到扰动的影响，所以非常适合使用自抗扰控制器控制技术进行同步控制。在进行自抗扰控制器的设计时，可以将放卷牵引单元、印刷单元、收卷牵引单元之间的同步误差及套准误差和张力波动造成的速度补偿输入当作一种外扰，将同步控制系统的未建模扰动和未知外部扰动都作为系统的总扰动处理，并在每一个同步轴中用扩张状态观测器进行动态跟踪和在线补偿，然后利用非线性状态误差反馈控制律的非线性配置实现各轴跟踪误差和轴之间同步误差的消除。这样等效于将无轴传动凹印机的同步控制系统分解为单个轴单元的闭环控制问题，即将整个系统的同步控制问题分解为单个轴单元自抗扰控制器的设计问题，有效地降低了控制器设计的复杂度。

如图3所示，本发明中基于现代智能优化技术对无轴传动凹印机同步控制系统自抗扰控制器的参数进行优化，本发明设计了多层变异克隆选择算法的无轴传动同步控制系统控制器算法。在使用算法优化控制器时，通常需要选取一个合适的适应度函数来来评价控制器的性能，这对ADRC(自抗扰控制器)参数的寻优起到关键的作用。本发明将控制系统输出转速瞬时误差e(t)的积分作为多层变异克隆选择算法的目标函数，算法的优化目标函数为：

式中：w1和w2为权系数，一般满足w1>>w2，σ为系统的超调量。

一种无轴传动凹印机同步控制系统，同步控制策略包括有复用器，复用器的输出端与数组并联的分路器的输入端相连；每一路分路器的输出端通过补偿器与比较器相连；电机输出转速的负反馈与分路器、补偿器比较后输入控制器，控制器输出端与驱动单元的输入端相连；驱动单元的输出端端与伺服电机相连；伺服电机的输出转速反馈至复用器的输入端。

设计相邻偏差耦合控制是一种基于最小相关轴数目的控制方案，对每一台被控电机而言，仅考虑相邻两电机的状态。图1所示的多电机同步控制，在同步误差上仅考虑相邻电机的同步误差，只进行相邻电机反馈值做差，最后一个电机和第一个电机反馈值相减，从而实现环形耦合。

所述的控制器为自抗扰控制器，自抗扰控制器(图2)包括有微分跟踪器(TD)，微分跟踪器安排角速度的输入并提取其微分信号。所述非线性误差反馈控制律(NLSEF)是对微分跟踪器(TD)的输入信号及其微分信号和ESO系统观测到收放卷单元、牵引单元角速度的跟踪信号及其微分信号进行非线性配置；所述ESO是对被控对象的状态变量及其扰动信号进行观测。

所述的微分跟踪器采用2阶微分跟踪器。

所述的扩张状态观测器采用3阶扩张状态观测器。

为了消除耦合误差量，实现角速度的准确跟踪与协调同步，针对无轴传动系统非线性、强耦合的特点，设计了2阶ADRC(自抗扰控制器)。考虑到套准误差或张力波动较时角速度输入造成的系统超调，利用TD安排速度输入信号的过渡过程，并提取其微分信号。然后利用3阶ESO获得收放卷牵引单元、印刷色组单元角速度输出的跟踪信号z_i1及其微分信号z_i2，并对内、外部干扰z_i3进行估计和补偿。为了消除耦合误差，采用最速控制函数设计NLSEF以对跟踪误差、同步误差及其导数进行非线性配置。

利用无轴传动凹印机同步控制系统进行控制的方法，包括以下步骤：

步骤一，自抗扰控制器涉及的控制参数较多，通过优化算法对整定的参数寻优，其余参数可根据经验配置为固定值，2阶自抗扰控制器的参数整定优化算法采用多层变异克隆选择算法完成对整定参数补偿因子b，阻尼因子c和精度因子h₁的优化寻优；

步骤二，为消除耦合误差量，实现角速度的准确跟踪与协调同步，2阶自抗扰控制器(图2)利用微分跟踪器(TD)安排角速度输入信号的过渡过程，并提取其微分信号，其中ω⁰为印刷基准角速度输入，ω_i ⁰为收放卷牵引单元和印刷色组单元角速度输入，利用3阶扩张状态观测器获得收放卷牵引单元、印刷色组单元角速度输出的跟踪信号z_i1及其微分信号z_i2，并对内、外部干扰z_i3进行估计和补偿；为了除耦合误差，采用fhan函数设计非线性误差反馈率以对跟踪误差、同步误差及其导数进行非线性配置；

步骤三，多电机同步控制，要达到良好的同步控制性，每台驱动电机都要考虑自身的跟踪误差和其他所有电机的同步误差；系统中各个驱动电机的状态信息反馈先传输到速度补偿器中，再进行比较，求相互间的差值，得到各电机间的状态误差的总和，再用于补偿电机的输入信号，其中x_i表示电机i的输出转速；K_in为速度反馈耦合放大增益(图1)，每台电机控制器的输入由三部分组成，第一部分是指令输入信号，第二部分是电机自身速度的反馈信号，第三部分是自身速度与相邻两个电机速度的差值，可通过控制器是的调整实现各电机之间很好的同步性。

自抗扰控制器多层变异克隆算法的具体步骤如下:

Step1:参数设置与初始化，设置个体的搜索范围、种群规模、进化迭代次数，在搜索空间内对个体进行随机初始化；

Step2:计算每个个体的适应值，个体i即为个体历史最佳抗体P_i，抗体群P的全局最佳抗体即为全局历史最佳抗体P_g；

Step3:按照初级变异更新第i个个体,并进行越界处理。计算个体适应值，若当前个i的适应值小于等于历史最佳抗体的适应值P_i，则实时更新对应的历史最佳抗体P_i；若当前个体i的适应值小于等于全局历史最佳抗体P_g，则实时更新种群的全局历史最佳位置P_g；

Step4:所有个体更新完毕，则执行Step5，否则返回Step3；

Step5:按亲和度从小到大对抗体群P中的抗体进行排序，得到临时抗体群P'；

Step6:选择临时抗体群P'的前20％个优质抗体，按照克隆操作和次级变异进行免疫进化操作并进行越界处理，得到成熟的抗体群P^*；

Step7:将抗体群P^*中优秀的前0.2m个成熟抗体用于替换抗体群P中0.2m个亲和度最差的抗体；

Step8:对临时抗体群P'排序为中间的60％个抗体按贪婪选择机制进行进一步局部单维变异学习并进行越界处理，按照单维变异操作更新原抗体群P中的对应抗体，实现实时更新全局最优抗体；

Step9:若满足算法结束条件，则寻优过程结束并输出寻优结果，否则返回Step3。

基于相邻偏差耦合控制的凹版印刷机同步控制系统，从同步控制系统自抗扰控制器的设计过程可以看出，包括2阶跟踪微分器的滤波因子h₀、速度因子r₀，3阶扩张状态观察器的补偿因子b等较多的自抗扰控制器参数，基于多层变异克隆选择算法对控制器的参数优化整定。实现了控制系统的超调量、调节时间、稳态误差及目标函数值的减小。本发明的无轴传动凹版印刷机通过相邻偏差耦合控制结构实现了对收放卷单元驱动辊，印刷单元版辊速度同步的控制。通过多层变异克隆控制算法完成对ADRC参数优选和整定。使本发明的控制结构和控制器及算法表现出更好的鲁棒性，有效提高了印刷电子器件的制造精度。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。