KR101000826B1 - Matching Method Design of a Tension Controller with Pendulum Dancer in Roll-to-Roll Systems - Google Patents

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Abstract

고속 롤투롤 시스템의 펜듈럼 덴서를 사용한 장력제어 시스템 및 방법이 개시된다. 덴서 롤의 속도와 암의 모델링을 구하고 시스템의 전달함수를 구한 다음 장력 외란의 주파수를 분석하여 운전속도와 웹의 동특성을 고려하여 근궤적 선도를 통한 게인 선정하여 장력제어 성능을 분석함으로써, 시스템의 생산속도 증가 및 인쇄 품질 향상을 통한 가격 경쟁력 향상 및 생산품질을 개선할 수 있다. A tension control system and method using a pendulum denser of a high speed roll to roll system is disclosed. After modeling the speed of the denser roll and the arm, the transfer function of the system, the frequency of the disturbance disturbance is analyzed, and the gain is selected through the root trajectory diagram in consideration of the operating speed and the dynamic characteristics of the web. Increasing production speed and printing quality can improve price competitiveness and improve production quality.

롤투롤, 덴서, 암, 운전속도, 동특성 Roll to Roll, Denser, Arm, Driving Speed, Dynamic Characteristics

Description

고속 롤투롤 시스템의 펜듈럼 덴서를 사용한 장력제어 방법{Matching Method Design of a Tension Controller with Pendulum Dancer in Roll-to-Roll Systems}Matching Method Design of a Tension Controller with Pendulum Dancer in Roll-to-Roll Systems}

본 발명은 장력제어 시스템에 관한 것으로 상세하게는 덴서롤 전후 스팬의 장력모델을 이용하여 시스템의 생산속도 증가 및 인쇄 품질 향상을 통한 가격 경쟁력 향상 및 생산품질 개선에 기여할 수 있는 고속 롤투롤 시스템의 펜듈럼 덴서를 사용한 장력제어 시스템 및 방법투시경 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a tension control system, and in particular, a pendulum of a high-speed roll-to-roll system that can contribute to price competitiveness improvement and production quality improvement by increasing the production speed and printing quality of the system using a tension model before and after the denser roll. A tension control system and a fluoroscopy device using a denser.

웹이란 필름, 제지, 철강, 섬유등과 같이 유연하고 길이 방향으로 연속적인 소재를 의미하며, 많은 산업 현장에서 웹의 형태로서 압연 코일 혹은 필름, 제지, 인쇄용지 등과 같은 중간 혹은 최종 단계의 생산품을 저장하고 있다. 도 1은 대표적인 R2R(roll-to-roll) 시스템인 그라비어(gravure) 인쇄기의 개략도이며, 국내 제품은 300m/min의 운전 성능을 갖는다. 생산성 제고를 위한 공정속도 향상(500m/min 목표)이 대두되고 있으며, 최근에는 알에프아이디 태그(RFID tag), 사이니지(signage), 플렉서블 디스플레이(flexible display)등을 R2R 인쇄 방식으로 생산하기 위한 전자인쇄 (printed electronics) 기술이 주목 받고 있다. 이러한 인 쇄기술의 개발을 위해서 R2R 기초연구를 통한 각 부분별 수학적 모델의 개발 및 제어이론에 대한 연구가 필요하다.A web is a flexible, longitudinally continuous material, such as film, paper, steel, or textile. In many industries, the web is a form of web that can produce intermediate or final products such as rolled coils or film, paper, or printing paper. Saving. 1 is a schematic diagram of a gravure printing press, which is a representative roll-to-roll (R2R) system, and a domestic product has a driving performance of 300 m / min. Increasing process speed (500m / min target) to increase productivity, and recently to produce R2R printing method for RFID tag, signage, flexible display, etc. Printed electronics technology is drawing attention. In order to develop such a printing technology, it is necessary to study the development theory and control theory of each part through basic research of R2R.

R2R 시스템은 언와인더(unwinder), 와인더(winder), 인피더 (infeeder), 아웃피더 (outfeeder) 등으로 구성되며 인피더와 아웃피더 사이에 프린팅 (printing), 드라잉 (drying)과 같은 공정이 존재한다. 일정한 수준 이상의 인쇄 품질을 유지하기 위해서는 프린팅 공정으로 유입되는 웹 소재의 장력을 균일하게 유지하는 것이 필수요건이다. 이러한 장력제어를 위해 언와인더와 인피더 구간에 덴서시스템(dancer systems)을 장착하여 장력을 제어하고 있으며, 장력오차의 크기가 웹의 프린팅 품질에 직접적인 영향을 주게 된다. 웹의 동특성에 대한 연구는 Campbell, Grenfell, Brandenburg에 의해 확립되었으며, Shin은 멀티스팬에서의 실시간 분산 장력제어를 제안하였다.The R2R system consists of an unwinder, a winder, an infeeder, an outfeeder, and the like, such as printing and drying between the infeeder and the outfeeder. Process exists. In order to maintain a certain level of print quality, it is essential to keep the tension of the web material uniformly introduced into the printing process. In order to control the tension, the tension is controlled by installing dancer systems in the unwinder and the infeeder section, and the magnitude of the tension error directly affects the printing quality of the web. A study of the dynamics of the web was established by Campbell, Grenfell, and Brandenburg, and Shin proposed real-time distributed tension control in multispan.

덴서시스템은 두 가지 종류로서, 액티브 덴서 (active dacer)와 패시브 덴서 (passive dacer)가 있다. 액티브 덴서에 대한 연구는 Pagilla 에 의해 제안되었으며, 패시브 덴서보다 넓은 주파수 범위의 장력외란 제어 및 미세한 장력제어의 수행이 가능한 장점을 갖는다. Ramamurthy는 패시브 덴서와 액티브 덴서의 비교연구를 수행하였다. 하지만 Hong의 추가적인 덴서 연구에서 액티브 덴서는 고주파수의 장력외란에 대한 보상능력에서 한계를 나타내는데, 이는 덴서롤 액츄에이터(actuator)의 동특성에 의해 액티브 덴서의 제어 성능이 제한되기 때문이다. 또한 고성능의 액츄에이터를 사용하더라도 일반 패시브 덴서에 비해 추가 장치로 인한 비용 소요와, 장치 구현의 어려움으로 인해, 액티브 덴서는 장력 제어기로서의 적용 가능성이 낮은 한계를 갖는다.There are two types of denser systems, active and passive dacers. The research on the active denser has been proposed by Pagilla, and it has the advantage that it is possible to perform the tension disturbance control and the fine tension control in the wider frequency range than the passive denser. Ramamurthy conducted a comparative study of passive and active capacitors. However, in Hong's additional denser study, active densers have a limit in their ability to compensate for high frequency tension disturbances, because the control performance of active densers is limited by the dynamics of the denser roll actuators. In addition, even when using a high-performance actuator, due to the cost of additional devices and difficulty in implementing the device, compared to a general passive capacitor, an active capacitor has a low applicability as a tension controller.

패시브 덴서는 웹의 장력 외란으로 인한 모멘트 변화에 의해 스프링(spring)-뎀퍼(damper)로 지지되는 아이들롤이 병진 운동을 하게 되며, 아이들롤의 위치 변화를 통해 웹에 발생한 장력 외란을 흡수하게 된다. Shin은 장력모델을 바탕으로 스프링과 뎀퍼, 아이들롤로 구성되어 있는 패시브 덴서의 모델링을 제안하고, 사용 가능한 공진 주파수를 설계 파라미터로서 제안하였다. Shelton은 패시브 덴서를 장력센서로서 사용할 경우의 한계를 분석하였다. Knittel은 H제어를 사용한 덴서 시스템을 제안하였다. 하지만 패시브 덴서는 액추에이터 없이 덴서롤의 병진운동을 통한 스팬길이 변화만으로 장력제어를 수행하게 되는데, 덴서롤의 기구적인 운동 영역의 제한으로 인해 장력제어 범위의 한계를 갖는다.The passive denser translates the idle roll supported by the spring-damper due to the moment change caused by the tension disturbance of the web, and absorbs the tension disturbance generated in the web by changing the position of the idle roll. . Based on the tension model, Shin proposed the modeling of passive capacitors consisting of springs, dampers and idle rolls, and suggested usable resonance frequencies as design parameters. Shelton analyzed the limitations of using passive densers as tension sensors. Knittel proposed a denser system using H control. However, the passive denser performs tension control only by changing the span length through the translational movement of the denser roll without an actuator, and has a limitation of the tension control range due to the limitation of the mechanical movement range of the denser roll.

이러한 단점극복을 위해 R2R시스템은 패시브 덴서와 액티브 덴서의 혼합적 방식을 사용한다. 추가적인 액츄에이터 없이 패시브 덴서를 사용하면서 덴서롤의 위치를 되먹임하여 덴서롤 전/후에 위치한 드리븐 롤러의 속도를 PI (Proportional-Integral)제어하는 방식이다. 이는 과도한 장력외란으로 인하여 덴서롤이 물리적 허용범위를 벗어나는 것을 방지하여 안정적으로 장력을 제어하기 위함이다. 이러한 R2R 덴서시스템은 기존의 액티브 혹은 패시브 덴서의 동특성과 구분되며, 운전속도 상승을 통한 생산성 개선을 위해 덴서시스템의 설계 및 되먹임 PI 제어기의 게인 설정법 등의 연구 가 요구된다. 하지만 덴서롤 위치 되먹임-드리븐롤 속도 제어 방식의 혼합 덴서 시스템에 대한 연구는 수행된바 없으며 산업 현 장에서는 제어기 설계를 해외의 모터-드라이버 업체의 숙련된 엔지니어에게 의존하고 있는 실정이다.To overcome these shortcomings, the R2R system uses a hybrid of passive and active capacitors. It is a method of controlling the PI (Proportional-Integral) of the driven rollers located before and after the denser roll by feeding back the position of the denser roll while using a passive denser without an additional actuator. This is to stably control the tension by preventing the denser roll out of the physical allowable range due to excessive tension disturbance. The R2R denser system is distinguished from the dynamic characteristics of the existing active or passive denser, and researches on the design of the denser system and the gain setting method of the feedback PI controller are required to improve the productivity by increasing the operation speed. However, no research has been conducted on the mixed denser system using the denser roll position feedback-driven roll speed control method, and the industrial field relies on the skilled engineer of a foreign motor-driver company.

이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 덴서 위치 되먹임, 드리븐 롤러의 속도 PI제어를 수행하는 R2R시스템의 운전속도에 따른 극점 분석, 편심으로 인한 장력외란 예측, 장력전달 현상 등의 매칭(matching)을 고려한 PI제어기의 게인 설계 기법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve this problem, the present invention considers the matching of the pole position feedback, the prediction of tension disturbance due to the eccentricity, the tension transfer phenomenon, etc. according to the operating speed of the R2R system performing the PI of the denser position feedback, the driven roller. The objective is to provide gain design techniques for PI controllers.

웹의 필터링 효과와 언와인더의 편심을 고려한 최대 장력외란을 분석할 수 있는 고속 롤투롤 시스템의 펜듈럼 덴서를 사용한 장력제어 시스템을 제공하는 것을 제2 목적으로 한다.It is a second object of the present invention to provide a tension control system using a pendulum denser of a high-speed roll-to-roll system that can analyze the maximum tension disturbance considering the filtering effect of the web and the unwinder eccentricity.

또한, 본 발명의 제3 목적은 근궤적 선도를 통해 최소의 dominant 극점을 갖는 게인을 선정할 수 있는 고속 롤투롤 시스템의 펜듈럼 덴서를 사용한 장력제어 시스템을 제공하는 것이다.It is also a third object of the present invention to provide a tension control system using a pendulum denser of a high speed roll-to-roll system that can select a gain having a minimum dominant pole through a near locus diagram.

그리고, 덴서암의 각도변화에 따른 비례게인을 조정, 허용 장력외란의 범위 이내로 제어기를 설계할 수 있는 고속 롤투롤 시스템의 펜듈럼 덴서를 사용한 장력제어 방법을 제공하는 것을 제4 목적으로 한다.A fourth object of the present invention is to provide a tension control method using a pendulum denser of a high-speed roll-to-roll system capable of adjusting a proportional gain according to an angle change of a denser arm and designing a controller within an allowable tension disturbance range.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 의한 고속 롤투롤 시스템의 펜듈럼 덴서를 사용한 장력제어 방법은 덴서 시스템의 전달함수를 구하는 단계와, 덴서 시스템의 장력 외란의 주파수를 분석하는 단계, 덴서 시스템의 운전속도와 웹의 동특성을 고려한 장력 외란을 분석하는 단계 및 덴서 시스템의 근궤적 선도를 통한 게인을 선정하는 단계를 포함하도록 구성하여 장력제어 성능을 분석하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a tension control method using a pendulum denser of a high speed roll-to-roll system according to an embodiment of the present invention includes obtaining a transfer function of a denser system, analyzing a frequency of tension disturbance of the denser system, and a denser. Analyzing tension control performance by analyzing the tension disturbance in consideration of the operating speed of the system and the dynamic characteristics of the web, and selecting the gain through the root locus diagram of the denser system.

이러한 전달함수는 덴서 롤 전후 스팬의 장력 모델링과 덴서 아이들롤의 속도 모델링을 구하고, 덴서 암 각도의 모델링을 구한 다음 장력 모델링과 덴서 아이들롤 속도 모델링 및 암의 각도 모델링을 이용하여 전달함수를 구하는 것이 특징이다.This transfer function is to obtain the tension modeling of the span before and after the denser roll and the velocity modeling of the denser idle roll. It is characteristic.

따라서, 전달함수는 다음의 수학식으로 표현된다.Therefore, the transfer function is expressed by the following equation.

Figure 112008073095332-pat00001
Figure 112008073095332-pat00001

여기서, lu , ld 는 덴서롤의 상하류 스팬 길이, l1 은 공압실린더 로드 길이, l2 는 덴서롤의 암 길이, E는 종탄성계수(Young's Modulus), r은 롤의 반경, J는 롤의 관성모멘트, b는 베어링 회전마찰 계수, v는 웹속도, V는 웹속도변화량, A는 단면적,

Figure 112008073095332-pat00002
는 덴서 암의 힌지중심에 대한 전체 덴서시스템의 등가 관성모멘트를 나 타낸다.Where l u and l d are the upstream and downstream span lengths of the denser roll, l 1 is the pneumatic cylinder rod length, l 2 is the arm length of the denser roll, E is the Young's Modulus, r is the radius of the roll, J is Moment of inertia of the roll, b is the bearing friction coefficient, v is the web speed, V is the web speed change, A is the cross-sectional area,
Figure 112008073095332-pat00002
Represents the equivalent moment of inertia of the entire denser system about the hinge center of the denser arm.

그리고, 덴서 시스템의 장력 외란의 주파수를 분석하는 단계는 언와인더의 지름에 따른 장력외란의 주파수 범위를 분석하는 것을 특징으로 하며 이때의 주파수 범위는 다음의 수학식으로 표현되는 것을 특징으로 한다.And, the step of analyzing the frequency of the tension disturbance of the denser system is characterized by analyzing the frequency range of the tension disturbance according to the diameter of the unwinder, wherein the frequency range is characterized by the following equation.

Figure 112008073095332-pat00003
Figure 112008073095332-pat00003

장력 외란을 분석하는 단계는 덴서시스템에 대한 극점-영점그래프를 통하여 운전속도 변화에 대한 응답 특성을 파악하는 것을 특징으로 하며, 근궤적 선도를 통한 게인을 선정하는 단계는 적분 게인의 변화에 대한 각각의 근궤적 선도를 통하여 도미넌트(dominant) 극점을 조사하는 단계와, 근궤적 선도에서 가장 좌측에 위치할 때의 비례 게인(Kp) 및 적분 게인(Tn)을 선정하는 단계 및 저속에서 상기 비례 게인(Kp) 및 적분 게인(Tn) 조정하여 게인을 설정하는 단계로 이루어지게 한다.The step of analyzing the tension disturbance is characterized by grasping the response characteristics to the change of the operating speed through the pole-zero graph of the denser system, and the step of selecting the gain through the root locus diagram is based on the change of the integral gain. Investigating the dominant pole through the root locus diagram of the step, selecting the proportional gain (K p ) and the integral gain (T n ) at the leftmost position in the root locus diagram and the proportion at low speed The gain K p and the integral gain T n are adjusted to set the gain.

또한, 근궤적 선도로 선정된 게인의 응답성능을 시뮬레이션을 통하여 상기 게인을 조정하는 단계를 더 포함하도록 하는 것이 바람직하고, 게인 조정은 언와인더의 운전장력대비 50%(단, 시스템마다 변할 수 있음)의 스텝 장력 외란에 대한 응답이 허용장력외란 범위 ±2%(단, 시스템마다 변할 수 있음)안에 존재하도록 게인을 조정하는 것을 특징으로 하며, 그리고 정지상태에서 속도를 증가시키면서 덴서암의 각도 변화량에 반비례하도록 비례게인을 변화시키는 것을 특징으로 한다.In addition, it is preferable to further include adjusting the gain through simulation of the response performance of the gain selected as the root locus diagram, and the gain adjustment is 50% of the operating tension of the unwinder (however, it may vary from system to system). Gain adjustment so that the response to the step tension disturbance is within the allowable tension disturbance range of ± 2% (which may vary from system to system), and the angle of the denser arm while increasing the speed at standstill. It is characterized by changing the proportional gain in inverse proportion to the amount of change.

따라서, 본 발명에 의하면 R2R시스템의 펜듈럼 덴서 수학적 모델을 통해 아이들 롤의 위치 되먹임 PI 속도 제어를 수행하는 덴서의 동특성을 분석할 수 있는 효과가 있다.Therefore, according to the present invention, it is possible to analyze the dynamic characteristics of the denser performing the position feedback PI speed control of the idle roll through the pendulum denser mathematical model of the R2R system.

또한, 고속운전(470m/min 혹은 그 이상)이 가능한 효과가 있다.In addition, there is an effect that high speed operation (470 m / min or more) is possible.

그리고, 시스템의 생산속도 증가 및 인쇄 품질 향상을 통한 가격 경쟁력 향상 및 생산품질 개선에 기여할 수 있는 효과가 있다.In addition, there is an effect that can contribute to the improvement of the price competitiveness and the production quality through the increase in the production speed and the print quality of the system.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms or words used in this specification and claims are not to be construed as limiting in their usual or dictionary meanings, and the inventors may properly define the concept of terms in order to best explain their invention in the best way possible. It should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention.

이하 본 발명에서 사용되는 기호의 설명은 다음과 같다.Hereinafter, descriptions of symbols used in the present invention are as follows.

lu : 덴서롤의 상류 스팬 길이(upstream span length of dancer roll) u : upstream span length of dancer roll

ld : 덴서롤의 하류 스팬 길이(downstream span length of dancer roll)l d : downstream span length of dancer roll

l1 : 공압실린더 로드 길이(rod length of hinge to cylinder)l 1 : rod length of hinge to cylinder

l2 : 덴서롤의 암 길이(rod length of hinge to dancer roll)l 2 : rod length of hinge to dancer roll

E : 종탄성 계수(Young's modulus)E: Young's modulus

r : 롤의 반경(radius of roll)r: radius of roll

J : 롤의 관성모멘트(moment of inertia of roll)J: Moment of inertia of roll

b : 베어링 회전마찰 계수(rotary friction constant of bearing)b: rotary friction constant of bearing

v : 웹속도(velocity of web)v: velocity of web

V : 웹속도변화량(change in web velocity from a steady state value)V: change in web velocity from a steady state value

t : 웹 장력(tension of web)t: tension of web

top : 웹 운전 장력(operation web tension)t op : operation web tension

T : 웹 장력 변화량(change in web tension from a steady state value)T: change in web tension from a steady state value

P : 공압실린더 압력(pressure of pneumatic cylinder)P: pressure of pneumatic cylinder

Kp : 비례 게인K p : proportional gain

Tn : 적분 게인T n: integral gain

Jeq : 힌지중심에 대한 전체 덴서시스템의 등가 관성모멘트J eq : equivalent moment of inertia of the entire denser system with respect to the hinge center

θd : 덴서암의 회전각θ d : angle of rotation of the denser arm

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 덴서시스템을 예시한 구성도이다.2 is a block diagram illustrating a denser system according to an embodiment of the present invention.

덴서롤 전후스팬의 장력 모델을 구한다.Obtain the tension model of the front and rear span of the denser roll.

도 2의 덴서 시스템은 프린팅 롤(112), 그리고 인피드롤(Infeed Roll;114)에 의하여 웹(미도시)을 화살표 방향으로 이송하면서 덴서 아이들롤(Dancer idle roll;110)에 의하여 웹의 장력을 조절할 수 있도록 구성되어 있으며, 덴서롤(110) 은 덴서암(116a)과 공압실린더로드(116b)를 거쳐 공압실린더(116)와 연결되어 있다.The denser system of FIG. 2 transfers the web (not shown) in the direction of the arrow by means of the printing roll 112 and the infeed roll 114 to increase the tension of the web by the denser idle roll 110. It is configured to be adjustable, and the denser roll 110 is connected to the pneumatic cylinder 116 via the denser arm 116a and the pneumatic cylinder rod 116b.

덴서 시스템의 상류스팬에서 질량보존의 법칙을 적용하면 다음의 [수학식1]을 얻는다.Applying the law of conservation of mass in the upstream span of the denser system, we obtain:

Figure 112008073095332-pat00004
Figure 112008073095332-pat00004

스팬길이(

Figure 112008073095332-pat00005
) 및 장력과 변형률 관계(T=AEε)를 [수학식1]에 대입하고,
Figure 112008073095332-pat00006
로 정리한 후에 Taylor 정리를 통해 선형화하면, [수학식2]의 덴서롤 상류스팬의 선형 장력 모델을 얻는다.Span length
Figure 112008073095332-pat00005
) And the relationship between the tension and the strain (T = AEε) in [Equation 1],
Figure 112008073095332-pat00006
After linearizing through Taylor's theorem, the linear tension model of the upstream span of the denser roll of Equation 2 is obtained.

Figure 112008073095332-pat00007
Figure 112008073095332-pat00007

또한 덴서 아이들롤(110) 하류스팬에 대해서도 동일한 과정을 통해 [수학식3]의 선형 장력 모델을 얻는다. In addition, the linear tension model of [Equation 3] is obtained through the same process for the denser idle roll 110 downstream span.

Figure 112008073095332-pat00008
Figure 112008073095332-pat00008

덴서 아이들롤(110)의 속도는 양단 웹의 장력차이에 의해서 결정된다. 덴서 아이들롤(110)에서 장력에 의해 발생하는 토크는 [수학식4]와 같다. [수학식5]는 롤러의 접선 속도이며, 평형점에서의 속도와 변화량의 관계로서 [수학식6]과 같다고 가정한다.The speed of the denser idle roll 110 is determined by the tension difference of both webs. The torque generated by the tension in the denser idle roll 110 is shown in [Equation 4]. [Equation 5] is the tangential velocity of the roller, and it is assumed that Equation 6 is the relationship between the speed at the equilibrium point and the change amount.

Figure 112008073095332-pat00009
Figure 112008073095332-pat00009

Figure 112008073095332-pat00010
Figure 112008073095332-pat00010

Figure 112008073095332-pat00011
Figure 112008073095332-pat00011

이때, 덴서 아이들롤(110) 양단에 발생하는 장력을 평형점에서의 장력과 변화량의 조합으로 가정, [수학식5], [수학식6]을 [수학식4]에 대입 후 정리하면 덴서 아이들롤의 속도모델인 [수학식7]을 얻는다.At this time, the tension generated at both ends of the denser idle roll 110 is assumed to be a combination of the tension and the change amount at the equilibrium point, and after substituting [Equation 5], [Equation 6] into [Equation 4] Equation (7), which is a roll speed model, is obtained.

Figure 112008073095332-pat00012
Figure 112008073095332-pat00012

덴서암의 모델링Modeling of Denser Arms

덴서 아이들롤(110)에 발생하는 장력과 공압 실린더(116)에서 발생하는 스프링력, 공압력으로 인하여 덴서암(116a)이 회전운동을 하게 되며 이에 대한 운동방 정식은 [수학식8]과 같다.Due to the tension generated in the denser idle roll 110 and the spring force and the pneumatic pressure generated in the pneumatic cylinder 116, the denser arm 116a rotates and the motion equation for this is as shown in [Equation 8]. .

Figure 112008073095332-pat00013
Figure 112008073095332-pat00013

[수학식8]에 공압실린더 로드(116b)의 길이와 스프링력의 관계인 [수학식9], 정상상태 조건인 [수학식10]을 대입 정리하면, [수학식11]의 선형화된 덴서암의 운동방정식을 얻는다.[Equation 8] and equation (10), which is the relationship between the length of the pneumatic cylinder rod (116b) and the spring force, and [10] in the steady-state condition, the equation of the linearized denser arm of [Equation 11] Get the equation of motion

Figure 112008073095332-pat00014
Figure 112008073095332-pat00014

Figure 112008073095332-pat00015
Figure 112008073095332-pat00015

Figure 112008073095332-pat00016
Figure 112008073095332-pat00016

덴서시스템의 전달함수 Transfer Function of Denser System

선형화된 덴서시스템의 전달함수를 구하기 위하여 덴서 아이들 롤 전후의 장 력 식인 [수학식2], [수학식3]과 아이들롤의 속도 식인 [수학식7], 덴서암의 회전모델 식인 [수학식11]을 라플라스 변환하여 정리하면 다음의 [수학식12]을 얻는다.To obtain the transfer function of the linearized denser system, the tension equations [Equation 2] and [Equation 3] before and after the denser idle roll, [Equation 7] and the equation of rotation model of the denser arm [Equation 7] [11] can be obtained by the following equation (12).

Figure 112008073095332-pat00017
Figure 112008073095332-pat00017

이하, 도면을 참조하여 덴서시스템의 제어기 구성도에 대하여 설명한다.Hereinafter, a controller configuration diagram of the denser system will be described with reference to the drawings.

도 3은 R2R 머신에서 사용하는 인피드영역에서의 PI덴서 제어기의 신호흐름도를 예시한 도면이고, 도 4는 인피드덴서의 블록선도이다.FIG. 3 is a diagram illustrating a signal flow diagram of a PI density controller in an infeed region used in an R2R machine, and FIG. 4 is a block diagram of an infeed capacitor.

인피드구간의 프린팅롤 접선 속도는 전체공정의 기준속도, 즉 마스터속도 (master speed)로서 고정되고, 공압실린더(116)의 압력은 [수학식10]을 만족하도록 설정된다. 이때, 덴서롤이 초기위치를 유지하도록 덴서롤의 위치를 PI-되먹임하여 인피드 롤(114)의 속도를 제어한다. 이는 소재의 장력과 공압실린더로 인한 반력이 동일한 값을 갖게 하여 장력을 제어하기 위함이다.The printing roll tangential speed of the infeed section is fixed as the reference speed of the entire process, that is, the master speed, and the pressure of the pneumatic cylinder 116 is set to satisfy [Equation 10]. At this time, the speed of the infeed roll 114 is controlled by PI-feedback the position of the denser roll so that the denser roll maintains its initial position. This is to control the tension by making the tension of the material and the reaction force caused by the pneumatic cylinder have the same value.

R2R 머신에서 사용하는 인피드 구간의 PI-덴서 위치 되먹임 장력 제어기의 신호 흐름도는 도 3과 같으며, 이의 블록선도는 도 4에 나타내었다. 도 4는 덴서모델(110a)의 덴서암의 위치를 전위차계(potentiometer;120)로 계측하고, 필터(122)를 거쳐 에러부(124)에서 에러를 필터링 한 후, PI 제어기(PI controller;126)를 통한 인피드롤의 속도 변화로 장력제어를 수행하도록 구성하는 것이다.The signal flow diagram of the PI-denser position feedback tension controller in the infeed section used in the R2R machine is shown in FIG. 3, and a block diagram thereof is shown in FIG. 4. 4 shows the position of the denser arm of the denser model 110a with a potentiometer 120, filters the error in the error unit 124 through the filter 122, and then the PI controller 126. It is configured to perform the tension control by the speed change of the infeed roll through.

장력외란의 주파수 분석Frequency Analysis of Tension Disturbance

고품질의 인쇄를 위해서 프린팅 공정으로 유입되는 웹 소재는 균일한 장력을 유지해야 하며, 허용 장력외란은 운전장력 대비 ±2%(인쇄 요구조건에 따라 변경 가능)이내로 설정된다. 이를 위해, 최대 장력 외란에 대한 응답 성능을 제어기의 설계 기준으로 삼는다. 언와인더의 편심은 대표적인 장력외란의 요인이며, 소재의 풀림으로 지름감소와 장력 주파수의 증가가 발생한다. 지름에 따른 장력외란의 주파수 범위는 [수학식13]과 같다. 언와인더 직경변화가 1~0.1m일때 운전속도 300, 500(m/min)에 대한 최대 주파수는 각각 100, 166.7(rad/s)이다.For high quality printing, the web material entering the printing process must maintain a uniform tension, and the allowable tension disturbance is set within ± 2% of the operating tension (which can be changed according to printing requirements). To this end, the design performance of the controller is based on the response performance to the maximum tension disturbance. The unwinder's eccentricity is a representative cause of tension disturbance. The unwinding of the material causes diameter reduction and tension frequency increase. The frequency range of the tension disturbance according to the diameter is shown in [Equation 13]. When the unwinder diameter change is 1 ~ 0.1m, the maximum frequencies for the operating speeds 300 and 500 (m / min) are 100 and 166.7 (rad / s), respectively.

Figure 112008073095332-pat00018
Figure 112008073095332-pat00018

운전속도의 영향분석Analysis of influence of driving speed

PI제어기를 포함한 R2R덴서시스템에 대한 극점-영점그래프를 통하여 운전속도 변화에 대한 응답 특성을 파악한다. 시뮬레이션에 사용된 파라메터는 [표1]과 같다.The pole-zero graph for the R2R denser system including the PI controller is used to identify the response characteristics to the operating speed change. The parameters used in the simulation are shown in [Table 1].

도 5와 도 6은 운전속도 변화(200~500m/min)에 대한 극점 변화를 나타낸다. 운전 속도가 증가할수록 dominant pole은 고정되어 있고, oscillation pole은 좌측으로 이동하여 진동영향이 감소하므로 속도 증가에 따른 제어성능은 향상된다. 하지만 시스템의 시작, 종료와 같은 가감속시에 저속 운전 구간을 거쳐야 하므로 제어 게인은 낮은 운전속도에서 시스템 응답성능을 만족하도록 설계되어야 하며, 이를 통해 고속운전시까지 만족시킬 수 있는 것이다.5 and 6 show the pole change with respect to the change in operating speed (200 ~ 500m / min). As the driving speed increases, the dominant pole is fixed, and the oscillation pole moves to the left to reduce the vibration effect, which improves the control performance with increasing speed. However, the control gain should be designed to satisfy the system response performance at low operating speed because acceleration and deceleration such as start and end of the system have to go through.

제어기 설계Controller design

웹 동특성을 고려한 장력 외란 예측Prediction of Tension Disturbance Considering Web Dynamics

언와인더의 장력외란은 인피드 구간으로 전달되며, 이때 장력 전달은 저주파 통과 필터의 효과를 갖는다. Shin의 장력모델에서 속도 변화가 없을 때, 전달되는 장력의 필터링 효과는 [수학식14]와 같으며, 이를 통해 도 7의 보드선도를 작도하여 장력 외란의 주파수 범위를 선정한다.The tension disturbance of the unwinder is transmitted to the infeed section, where the tension transmission has the effect of a low pass filter. When there is no speed change in the tension model of Shin, the filtering effect of the transmitted tension is shown in [Equation 14], through which the board diagram of FIG. 7 is plotted to select the frequency range of the tension disturbance.

Figure 112008073095332-pat00019
Figure 112008073095332-pat00019

허용 장력 외란은 운전장력의 ±2%, 언와인더의 최대 장력 외란은 50N, 스팬 길이는 5.4m일 경우, 언와인더의 장력 외란 50N이 인피드 구간에서2N으로 감소할 때의 크기는 -27.96dB이고 주파수는 300, 500 m/min에서 각각 23.13, 38.55rad/s이 다(도 7참조). 이는 500m/min 운전시에 50N의 장력 외란이 언와인더에서 발생하여 인피드 구간으로 전달될 경우, 주파수38.55rad/s 이상의 외란은 허용 장력외란 범위(운전장력 대비 ±2%) 이내에 존재함을 의미한다. 결국, [수학식15]을 만족하는 주파수( ωmax)이내에 장력 외란이 존재하게 된다.If the allowable tension disturbance is ± 2% of the driving tension, the maximum tension disturbance of the unwinder is 50N, and the span length is 5.4m, the magnitude when the tension disturbance 50N of the unwinder decreases to 2N in the infeed section is- The frequency is 27.96 dB and the frequencies are 23.13 and 38.55 rad / s at 300 and 500 m / min, respectively (see Fig. 7). This means that in case of 500m / min operation, when 50N tension disturbance occurs in the unwinder and is transmitted to the infeed section, the disturbance over frequency 38.55rad / s exists within the allowable tension disturbance range (± 2% of driving tension). it means. As a result, tension disturbances exist within a frequency (ω max ) satisfying Equation (15).

Figure 112008073095332-pat00020
Figure 112008073095332-pat00020

근궤적 선도를 통한 게인 선정Gain selection through near locus diagram

덴서의 PI제어 게인은 도 8 내지 도 11의 PI제어기를 포함하는 덴서시스템의 근궤적 선도를 통해 결정한다. 적분 게인의 변화에 대한 각각의 근궤적 선도를 통하여 dominant 극점을 조사하여 가장 좌측에 위치할 때의 비례 게인(Kp),적분 게인(Tn)을 선정한다.PI control gain of the denser is determined through the root locus diagram of the denser system including the PI controller of FIGS. 8 to 11. Investigate the dominant pole through each root locus of change of integral gain to select proportional gain (K p ) and integral gain (T n ) at the leftmost position.

[표1]의 조건으로 적분게인 변화(1~1000)에 대한 근궤적 선도를 도시하면 도 8 내지 도 11과 같으며, 각각의 dominant 극점을 [표2]에 나타내었다. 비례 게인 0.0402, 적분 게인 1000일 때 가장 작은 dominant 극점을 가지므로 해당 게인을 선정한다.The root locus diagram for the integral gain change (1 to 1000) under the conditions of [Table 1] is shown in FIGS. 8 to 11, and the respective dominant poles are shown in [Table 2]. When the proportional gain 0.0402 and the integral gain 1000 are the smallest dominant poles, the corresponding gain is selected.

Figure 112008073095332-pat00021
Figure 112008073095332-pat00021

Kp K p 0.0120.012 0.001110.00111 0.040.04 0.04020.0402 Tn T n 1One 1010 100100 10001000 Dominant poleDominant pole -0.169-0.169 -0.169-0.169 -0.875±16i-0.875 ± 16i -0.896-0.896

장력제어 성능 분석 및 실험적 조정Tension Control Performance Analysis and Experimental Adjustment

근궤적 선도로 선정된 게인의 응답 성능을 시뮬레이션을 통해 확인한다. 언와인더의 50N 스텝 장력(예상되는 장력외란의 최대크기로서 본 예시에는 운전장력 100N일 경우 50%인 50N을 장력외란으로 가정, 시스템 조건에 따라 변할수 있음) 외란에 대한 응답이 허용장력외란 범위(±2%)안에 존재함을 도 12에서 확인한 후, 실험을 통해 게인을 조정한다. 정지상태에서 속도를 증가시키면서 덴서암의 각도 변화량에 반비례하도록 비례게인을 변화시킨다. 운전속도가 증가할수록 oscillation극점이 좌측으로 이동하여 안정화되므로(도 6참조), 저속에서의 게인 조정으로 전체 운전속도에 적합한 게인을 설정할 수 있다. 도 13의 컨버팅 머신을 이용한 실험에서 비례게인 0.08, 적분게인 1000을 얻었고, 이에 대한 장력제어 성능은 장력외란 요구 조건 (±2%)을 만족함을 도 14 내지 도 18을 통해서 확인 할 수 있다. 제어기 설계에 대한 순서도는 도 19와 같다.The response performance of the gain selected as the root locus diagram is verified through simulation. 50N step tension of unwinder (maximum size of expected tension disturbance. In this example, 50N, which is 50% for 100N operating tension, is assumed to be tension disturbance and can be changed depending on system conditions). After confirming the presence in (± 2%) in Figure 12, the gain is adjusted through the experiment. Change the proportional gain to increase the speed at rest and inversely proportional to the angle change of the denser arm. As the operating speed increases, the oscillation pole moves to the left and stabilizes (see FIG. 6), so that a gain suitable for the overall operating speed can be set by adjusting the gain at a low speed. In the experiment using the converting machine of FIG. 13, a proportional gain of 0.08 and an integral gain of 1000 were obtained, and it can be seen from FIGS. 14 to 18 that the tension control performance for this satisfies the tension disturbance requirement (± 2%). The flowchart for the controller design is shown in FIG. 19.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 의한 제어기 설계 방법에 대하여 설명한다.Hereinafter, a controller design method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

도 19는 제어기 설계 단계를 설명하기 위한 순서도로서, 발생 가능한 주파수 대역 및 크기를 이용하여 장력외란을 분석한다(S200). 이때 지름에 따른 장력외란의 주파수 범위를 [수학식13] 과 같이 구한다.19 is a flowchart illustrating a controller design step, in which tension disturbance is analyzed using a frequency band and a magnitude that may be generated (S200). At this time, the frequency range of the tension disturbance according to the diameter is obtained as shown in [Equation 13].

웹의 1차 필터링을 고려한 외란 최대 주파수를 설정한다(S201). The maximum disturbance frequency considering the primary filtering of the web is set (S201).

이 경우 언와인더 직경변화가 1~0.1m일때 운전속도 300, 500(m/min)에 대한 최대 주파수는 각각 100, 166.7(rad/s)이다. 즉, [수학식15]를 만족하는 주파수( ωmax)이내에 장력 외란이 존재하게 된다.In this case, when the unwinder diameter change is 1 ~ 0.1m, the maximum frequencies for the operating speeds 300 and 500 (m / min) are 100 and 166.7 (rad / s), respectively. That is, the tension disturbance is present within the frequency (ω max ) satisfying [Equation 15].

그리고, PI제어기를 포함한 전체 시스템의 전달함수를 유도한다(S202).Then, the transfer function of the entire system including the PI controller is derived (S202).

이후, 적분게인에 따른 근궤적 선도를 작도하고 최소의 dominant 극점 비례게인을 선정한다(S203).After that, a root locus diagram according to the integral gain is drawn and a minimum dominant pole proportional gain is selected (S203).

덴서의 PI제어 게인은 도 8 내지 도 11의 PI제어기를 포함하는 덴서시스템의 근궤적 선도를 통해 결정한다. 적분 게인의 변화에 대한 각각의 근궤적 선도를 통하여 dominant 극점을 조사하여 가장 좌측에 위치할 때의 비례 게인(Kp),적분 게인(Tn)을 선정한다.PI control gain of the denser is determined through the root locus diagram of the denser system including the PI controller of FIGS. 8 to 11. Investigate the dominant pole through each root locus of change of integral gain to select proportional gain (K p ) and integral gain (T n ) at the leftmost position.

[표1]의 조건으로 적분게인 변화(1~1000)에 대한 근궤적 선도를 도시하면 도 8 내지 도 11과 같으며, 각각의 dominant 극점을 [표2]에 나타내었다. 비례 게인 0.0402, 적분 게인 1000일 때 가장 작은 dominant 극점을 가지므로 해당 게인을 선정한다.The root locus diagram for the integral gain change (1 to 1000) under the conditions of [Table 1] is shown in FIGS. 8 to 11, and the respective dominant poles are shown in [Table 2]. When the proportional gain 0.0402 and the integral gain 1000 are the smallest dominant poles, the corresponding gain is selected.

단계 S204에서는 시뮬레이션을 통하여 ±2% 외란 제어 성능을 만족시키는지 판단하여 만족하면 단계 S205를 수행하고 만족하지 않으면 단계 S203을 반복한다.In step S204, it is determined through simulation that the ± 2% disturbance control performance is satisfied. If it is satisfied, step S205 is performed. If not, step S203 is repeated.

구체적으로는 근궤적 선도로 선정된 게인의 응답 성능을 시뮬레이션을 통해 확인한다. 언와인더의 50N 스텝 장력 외란에 대한 응답이 허용장력외란 범위(±2%)안에 존재함을 도 12에서 확인한 후, 실험을 통해 게인을 조정한다. 정지상태에서 속도를 증가시키면서 덴서암의 각도 변화량에 반비례하도록 비례게인을 변화시킨다. 운전속도가 증가할수록 oscillation극점이 좌측으로 이동하여 안정화되므로(도 6참조), 저속에서의 게인 조정으로 전체 운전속도에 적합한 게인을 설정할 수 있다.Specifically, the response performance of the gain selected as the root locus diagram is verified through simulation. After confirming that the response to the 50N step tension disturbance of the unwinder is within the allowable tension disturbance range (± 2%), the gain is adjusted through experiments. Change the proportional gain to increase the speed at rest and inversely proportional to the angle change of the denser arm. As the operating speed increases, the oscillation pole moves to the left and stabilizes (see FIG. 6), so that a gain suitable for the overall operating speed can be set by adjusting the gain at low speed.

단계 S205에서는 가속(정지-운전속도)실험을 통하여 게인을 조정하고 덴서암의 진동이 존재하는지 판단한다(S206).In step S205, the gain is adjusted through an acceleration (stop-operation speed) experiment, and it is determined whether there is vibration of the denser arm (S206).

단계 S206에서 덴서암의 진동이 존재하는 것으로 판단되면 비례게인을 감소하고(S208), 게인 설정을 완료한다(S209).If it is determined in step S206 that vibration of the denser arm is present, the proportional gain is reduced (S208), and the gain setting is completed (S209).

한편, 단계 S206에서 덴서암의 진동이 존재하지 않는 것으로 판단되면 비례게인을 중가하여(S207) 게인 설정을 완료한다(S209).On the other hand, if it is determined in step S206 that the vibration of the denser arm does not exist, the proportional gain is increased (S207) to complete the gain setting (S209).

상술한 바와 같이 본 발명에서는 R2R 시스템의 덴서에 대한 수학적 모델을 바탕으로 PI 덴서롤 위치 되먹임 속도제어를 수행하는 덴서시스템의 제어기 설계기법을 제안하였다.As described above, the present invention proposes a controller design method of the denser system for performing PI denser roll position feedback speed control based on a mathematical model of the denser of the R2R system.

기존의 덴서에 대한 연구는 액티브 덴서와 패시브 덴서로 구분된다. 액티브 덴서는 외부 구동기를 통하여 덴서롤의 위치를 직접 제어하지만, 구동기의 동특성이 전체 덴서시스템의 동특성을 제한하며, 추가적인 장비의 설치로 인한 비용소요와 시스템 구현의 어려움으로 인하여 R2R시스템에서 적용되지 못하고 있다. 또한 스프링-뎀퍼로 지지되는 아이들롤을 통하여 장력외란을 흡수하는 패시브 덴서는 덴서롤의 기구적인 운동 영역의 제한으로 좁은 범위의 장력제어만 가능하다는 단점이 있다. 결국 R2R 시스템은 패시브 덴서로 구성된 덴서 시스템의 아이들롤 위치변화를 되먹임하여 상류 혹은 하류에 위치한 드리븐 롤러의 속도 PI제어를 수행하고 있다.The research on the existing denser is divided into active and passive denser. The active denser controls the position of the denser roll directly through the external actuator, but the dynamic characteristics of the actuator limits the dynamic characteristics of the entire denser system. have. In addition, the passive denser absorbing the tension disturbance through the idle roll supported by the spring damper has a disadvantage that only a narrow range of tension control is possible due to the limitation of the mechanical movement range of the denser roll. As a result, the R2R system feeds back the idle roll position change of the denser system composed of the passive denser to control the speed PI of the driven roller located upstream or downstream.

이러한 덴서시스템은 기존의 액티브 혹은 패시브 덴서의 동특성과 구분되기 때문에 운전속도 상승을 통한 생산성 개선을 위해서는 덴서시스템의 설계 및 PI 제어기의 게인 설정법 등의 연구가 필요하지만, 덴서롤 위치 되먹임-속도 제어 방식의 혼합 덴서 시스템에 대한 연구는 수행된바 없다. 본 발명의 결과는 다음과 같다.Since the denser system is distinguished from the dynamic characteristics of the existing active or passive denser, it is necessary to study the design of the denser system and the gain setting method of the PI controller to improve the productivity by increasing the operating speed, but the denser roll position feedback-speed control method Has not been studied for mixed denser systems. The results of the present invention are as follows.

(1) R2R시스템의 펜듈럼 덴서 수학적 모델을 통해 아이들 롤의 위치 되먹임 PI 속도 제어를 수행하는 덴서의 동특성을 분석하였다. (1) Through the Pendulum Denser mathematical model of the R2R system, the dynamic characteristics of the denser performing position feedback PI velocity control of the idle roll were analyzed.

(2) 웹의 필터링 효과와 언와인더의 편심을 고려한 최대 장력외란을 분석하였다. (2) We analyzed the maximum tension disturbance considering the filtering effect of the web and the unwinder eccentricity.

(3) 근궤적 선도를 통해 최소의dominant 극점을 갖는 게인을 선정하였다.(3) The gain with the minimum dominant pole was selected from the root locus diagram.

(4) 덴서암의 각도변화에 따른 비례게인을 조정, 허용 장력외란의 범위 이내로 제어기를 설계하고, 고속운전(470m/min)이 가능함을 실험적으로 검증하였다.(4) Adjust the proportional gain according to the angle change of the denser arm, design the controller within the allowable tension disturbance range, and experimentally verify that high speed operation (470m / min) is possible.

이상에서 본 발명은 기재된 구체 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.Although the present invention has been described in detail only with respect to the described embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the technical scope of the present invention, and such modifications and modifications belong to the appended claims.

도 1은 R2R(roll-to-roll) 시스템인 그라비어(gravure) 인쇄기의 개략도,1 is a schematic view of a gravure printing press, which is a roll-to-roll (R2R) system;

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 덴서시스템을 예시한 구성도,2 is a block diagram illustrating a denser system according to an embodiment of the present invention;

도 3은 R2R 머신에서 사용하는 인피드영역에서의 PI덴서 제어기의 신호흐름도를 예시한 도면,3 is a signal flow diagram illustrating a PI denser controller in an infeed region used in an R2R machine;

도 4는 인피드덴서의 블록선도,4 is a block diagram of an infeeder;

도 5 내지 도 6은 운전속도 변화(200~500m/min)에 대한 극점 변화를 나타내는 도면,5 to 6 is a view showing a pole change with respect to the change in operating speed (200 ~ 500m / min),

도 7은 장력 외란의 주파수 범위를 선정하기 위한 보드선도 작도도면,7 is a schematic diagram of a board diagram for selecting a frequency range of tension disturbance;

도 8 내지 도 11은 적분게인 변화(1~1000)에 대한 근궤적 선도를 도시한 도면,8 to 11 are diagrams showing the root locus diagram for the integral gain change (1 to 1000),

도 12는 근궤적 선도로 선정된 게인의 응답 성능을 도시한 도면,12 is a diagram showing a response performance of a gain selected as a root locus diagram;

도 13은 실험에 사용되는 컨버팅 머신을 도시한 도면,13 shows a converting machine used for an experiment,

도 14 내지 도 18은 장력외란 요구 조건을 도시한 도면,14 to 18 show tension disturbance requirements;

그리고, And,

도 19는 제어기 설계에 대한 순서도를 예시한 도면이다.19 is a flowchart illustrating a controller design.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

110 : 덴서롤 110a : 덴서모델110: denser roll 110a: denser model

112 : 프린팅롤 114 : 인피드롤 112: printing roll 114: infeed roll

116 : 공압실린더 116a : 덴서암116: pneumatic cylinder 116a: denser arm

116b : 공압실린더로드 120 : 전위차계(potentiometer)116b: pneumatic cylinder rod 120: potentiometer

122 : 필터 124 : 에러부122: filter 124: error unit

126 : PI 제어기(PI controller)126: PI controller

Claims (9)

(a)덴서 시스템의 전달함수를 구하는 단계;(a) obtaining a transfer function of the denser system; (b)상기 덴서 시스템의 장력 외란의 주파수를 분석하는 단계;(b) analyzing the frequency of tension disturbance of the denser system; (c)상기 덴서 시스템의 운전속도와 웹의 동특성을 고려한 장력 외란을 분석하는 단계; 및(c) analyzing the tension disturbance in consideration of the operating speed of the denser system and the dynamic characteristics of the web; And (d)상기 덴서 시스템의 근궤적 선도를 통한 게인을 선정하는 단계;(d) selecting gain through a root locus diagram of the denser system; 를 포함하도록 구성하여 장력제어 성능을 분석하는 고속 롤투롤 시스템의 펜듈럼 덴서를 사용한 장력제어 방법.Tension control method using a pendulum denser of the high-speed roll-to-roll system to analyze the tension control performance by configuring to include. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 (a)단계는Step (a) is 덴서 롤 전후 스팬의 장력 모델링을 구하는 단계;Obtaining tension modeling of the span before and after the denser roll; 상기 덴서 아이들 롤의 속도 모델링을 구하는 단계; 및Obtaining velocity modeling of the denser idle roll; And 덴서 암의 속도 모델링을 구하는 단계; 및Obtaining velocity modeling of the denser arm; And 상기 장력 모델링과 아이들 롤 속도 모델링 및 암의 속도 모델링을 이용하여 전달함수를 구하는 단계;Obtaining a transfer function using the tension modeling, idle roll speed modeling, and arm modeling; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 장력제어 성능을 분석하는 고속 롤투롤 시스템의 펜듈럼 덴서를 사용한 장력제어 방법.Tension control method using a pendulum denser of the high-speed roll-to-roll system for analyzing the tension control performance, characterized in that comprises a. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 (a)단계에서의 전달함수는 다음의 수학식으로 표현되는 것을 특징으로 하는 장력제어 성능을 분석하는 고속 롤투롤 시스템의 펜듈럼 덴서를 사용한 장력제어 방법.The transfer function in step (a) is a tension control method using a pendulum denser of a high-speed roll-to-roll system for analyzing the tension control performance, characterized in that expressed by the following equation.
Figure 112008073095332-pat00022
Figure 112008073095332-pat00022
여기서, lu , ld 는 덴서롤의 상하류 스팬 길이, l1 은 공압실린더 로드 길이, l2 는 덴서롤의 암 길이, E는 영률, r은 롤의 반경, J는 롤의 관성모멘트, b는 베어링 회전마찰 계수, v는 웹속도, V는 웹속도변화량, A는 단면적,
Figure 112008073095332-pat00023
는 덴서팔의 힌지중심에 대한 등가 관성모멘트를 나타낸다.
Where l u and l d are the up and down span length of the denser roll, l 1 is the pneumatic cylinder rod length, l 2 is the arm length of the denser roll, E is the Young's modulus, r is the roll radius, J is the moment of inertia of the roll, b Is the bearing friction coefficient, v is the web speed, V is the web speed change, A is the cross-sectional area,
Figure 112008073095332-pat00023
Represents the equivalent moment of inertia about the hinge center of the denser arm.
제 3항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 (b)단계는Step (b) is 지름에 따른 장력외란의 주파수 범위를 분석하는 것을 특징으로 하며 이때의 주파수 범위는 다음의 수학식으로 표현되는 장력제어 성능을 분석하는 고속 롤투롤 시스템의 펜듈럼 덴서를 사용한 장력제어 방법.And a frequency range of tension disturbance according to a diameter, wherein the frequency range is a tension control method using a pendulum denser of a high-speed roll-to-roll system for analyzing a tension control performance expressed by the following equation.
Figure 112008073095332-pat00024
Figure 112008073095332-pat00024
제 4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 (c)단계는Step (c) is 상기 덴서시스템에 대한 극점-영점그래프를 통하여 운전속도 변화에 대한 응답 특성을 파악하는 것을 특징으로 하는 장력제어 성능을 분석하는 고속 롤투롤 시스템의 펜듈럼 덴서를 사용한 장력제어 방법.Tension control method using a pendulum denser of the high-speed roll-to-roll system for analyzing the tension control performance, characterized in that the response characteristics to the change in the operating speed through the pole-zero graph for the denser system. 제 5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 (d)단계는Step (d) 적분 게인의 변화에 대한 각각의 근궤적 선도를 통하여 도미넌트(dominant) 극점을 조사하는 단계;Investigating a dominant pole through each root locus plot for changes in integral gain; 상기 근궤적 선도에서 도미넌트 극점이 가장 좌측에 위치할 때의 비례 게인(Kp) 및 적분 게인(Tn)을 선정하는 단계; 및Selecting a proportional gain (K p ) and an integral gain (T n ) when the dominant pole is located at the leftmost point in the root locus diagram; And 저속에서 상기 비례 게인(Kp) 및 적분 게인(Tn) 조정하여 게인을 설정하는 단계;Setting a gain by adjusting the proportional gain (K p ) and the integral gain (T n ) at a low speed; 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 장력제어 성능을 분석하는 고속 롤투롤 시스템의 펜듈럼 덴서를 사용한 장력제어 방법.Tension control method using a pendulum denser of a high-speed roll-to-roll system for analyzing the tension control performance, characterized in that consisting of. 제 6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 (d)단계는Step (d) (e)상기 근궤적 선도로 선정된 게인의 응답성능을 시뮬레이션을 통하여 상기 게인을 조정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장력제어 성능을 분석하는 고속 롤투롤 시스템의 펜듈럼 덴서를 사용한 장력제어 방법.(e) adjusting the gain through simulation of the response performance of the gain selected as the root locus diagram; tension control using a pendulum denser of a high-speed roll-to-roll system for analyzing tension control performance Way. 제 7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 (e)단계는Step (e) is 언와인더의 50N 스텝 장력 외란에 대한 응답이 허용장력외란 범위(±2%)안에 존재하도록 게인을 조정하는 것을 특징으로 하는 장력제어 성능을 분석하는 고속 롤투롤 시스템의 펜듈럼 덴서를 사용한 장력제어 방법.Tension control method using a pendulum denser of a high-speed roll-to-roll system analyzing tension control performance, in which gain is adjusted so that the response to the unwinder's 50N step tension disturbance is within the allowable tension disturbance range (± 2%). . 제 8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 게인 조정은The gain adjustment 정지상태에서 속도를 증가시키면서 덴서암의 각도 변화량에 반비례하도록 비례게인을 변화시키는 것을 특징으로 하는 장력제어 성능을 분석하는 고속 롤투롤 시스템의 펜듈럼 덴서를 사용한 장력제어 방법.10. A tension control method using a pendulum denser of a high-speed roll-to-roll system for analyzing tension control performance, characterized in that the proportional gain is changed in inverse proportion to the change in the angle of the denser arm while increasing the speed in the stationary state.
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