KR101262518B1 - 도금공정에서의 에어나이프 압력제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 도금 공정에서의 에어나이프 압력제어 방법에 관한 것으로, 상기 에어나이프 압력제어 방법은 에어나이프의 압력 설정치와 압력 측정치를 비교하여, 압력 오차와 압력 오차 변동률을 산출하는 압력 오차 계산 과정; 다수의 퍼지 룰을 이용하여 압력 오차와 압력 오차 변동률에 상응하는 비례게인과 적분게인을 계산하는 퍼지 제어 과정; 및 비례게인, 적분게인, 및 압력 오차를 이용하여 에어나이프의 압력을 제어하는 압력제어 과정;을 포함하며, 퍼지 제어 과정은 다수의 퍼지 룰 각각에 대하여 압력 오차와 압력 오차 변동률에 상응하는 비례게인과 적분게인의 멤버십 함수를 계산하는 단계; 및 비례게인과 적분게인의 멤버십 함수를 이용하여 비례게인과 적분게인을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

도금공정에서의 에어나이프 압력제어 방법{METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING AIR KNIFE IN PLATING PROCESS}
본 발명은 도금공정에서의 에어나이프 압력제어 방법에 관한 것으로, 퍼지제어 방식을 적용한 도금공정에서의 에어나이프 압력제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 강판의 내식성 등을 향상시키고 외관을 미려하게 하기 위하여 강판의 표면에 도금을 실시한다.
최근에는 도금공정이 특수한 목적에 사용되는 자동차 강판 등을 생산하는 공정에서 상당히 중요한 작업공정으로 분류되고 있다.
도금공정의 대표적인 방법으로는 용융 도금액에 저장된 욕조에 강판을 통과시키면서 아연을 강판에 부착시켜 도금을 행하는 도금공정 등이 있다. 이러한 도금 공정은 도1에 도시된 바와 같이 도금 욕조(20)를 통과한 강판(10)의 수직방향으로 설치된 상면 및 후면 에어나이프(30, 40)로부터 나오는 에어의 분사압력을 조정하여 강판(10)에 부착되는 도금량을 제어할 수 있다.
도2는 종래의 기술에 따른 에어나이프 압력제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도2를 참조하면, 강판(10)에 부착되는 도금량을 제어하기 위한 상면 및 후면 에어나이프(30, 40)에는 하나의 상류 에어 공급 라인(50)로부터 분기되는 두개의 하류 에어 공급 라인(51, 52)이 연결되고, 각 에어 공급 라인(50, 51, 52)에는 에어 압력을 조절하기 위한 압력밸브(53-1, 53-2, 53-3)와 압력밸브(53-1, 53-2, 53-3)의 압력 조절량을 측정하기 위한 압력계(54-1, 54-2, 54-3)가 위치된다.
그리고 에어나이프 압력제어 장치(60)는 비례적분 제어 방식으로 압력밸브(53-1, 53-2, 53-3) 각각의 개도량을 조절하여 상면 및 후면 에어나이프(30, 40)를 통해 분사되는 에어량을 조정한다. 즉, 압력밸브(53-1, 53-2, 53-3)의 압력 설정치를 계산하여 압력밸브(53-1, 53-2, 53-3)의 압력을 조절하고, 압력밸브(53-1, 53-2, 53-3)의 출구에 설치된 압력계(54-1, 54-2, 54-3)로부터 압력 측정치와 비교하여 압력 오차를 산정하고, 이 오차가 영이 되는 형태로 밸브의 개도량을 제어하는 방식으로, 상면 및 후면 에어나이프(30, 40)를 통해 분사되는 에어 압력을 조정한다.
상면 및 후면 에어나이프(30, 40)의 실제 압력이 압력 설정치에 도달하는 시간이 많이 걸리거나 오버슈트(overshoot)가 과도할 경우, 이는 도금량 품질에 영향을 미치므로, 상면 및 후면 에어나이프(30, 40)의 실제 압력이 압력 설정치에 도달되는 과정인 과도상태의 응답 특성이 중요하다.
압력밸브(53-1, 53-2, 53-3)를 이용하는 종래의 비례적분 제어 방식은 비선형적인 특성을 지니는 공압제어 특성상, 모든 압력 구간에 있어 양호한 과도 응답 특성을 만족하기 어려운 문제가 있다. 즉, 종래의 비례적분 제어 방식은 데드 타임(dead time)을 가지는 피이드백 제어시 제어가 어려운 문제를 가진다.
이에 본 발명에서는 퍼지 제어기법을 이용하여 모든 압력 구간에서 양호한 응답 특성을 확보할 수 있도록 하는 에어나이프 압력제어 방법을 제공하고자 한다.
이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 에어나이프 압력제어 방법은, 에어나이프의 압력 설정치와 압력 측정치를 비교하여, 압력 오차와 압력 오차 변동률을 산출하는 압력 오차 계산 과정; 다수의 퍼지 룰을 이용하여 상기 압력 오차와 압력 오차 변동률에 상응하는 비례게인과 적분게인을 계산하는 퍼지 제어 과정; 및 상기 비례게인, 상기 적분게인, 및 상기 압력 오차를 이용하여 에어나이프의 압력을 제어하는 압력제어 과정;을 포함하며, 상기 퍼지 제어 과정은 상기 다수의 퍼지 룰 각각에 대하여 상기 압력 오차와 압력 오차 변동률에 상응하는 비례게인과 적분게인의 멤버십 함수를 계산하는 단계; 및 상기 비례게인과 적분게인의 멤버십 함수를 이용하여 상기 비례게인과 상기 적분게인을 산출하는 단계를 포함하며, 상기 비례게인과 상기 적분게인을 산출하는 단계는 수학식:
Figure 112013024876599-pat00024

에 따라 상기 비례게인과 상기 적분게인을 산출하며, Area(k)는 멤버십 함수의 면적, width는 멤버쉽 함수의 폭, μpremise(k)는 멤버십 함수, k는 자연수, sum_area는 멤버십 함수의 면적인 Area(k)의 합산값, sum_num은 다수의 퍼지 룰 각각의 개별 면적값, cen()은 멤버쉽 함수의 중앙값이며, index는 멤버쉽 함수 S, M, B 중 어느 하나이며, K는 비례 게인 또는 적분 게인인 것을 특징으로 하는 에어나이프 압력제어 방법이 제공된다.
삭제
상기 다수의 퍼지 룰은 상기 압력 오차 변동률과 압력 오차 모두가 음의 값, "0", 또는 양의 값인 경우에는, 비례게인과 적분게인의 멤버십 함수의 값을 큰값, 중간값, 및 작은값 중에서 중간값으로 결정하고, 나머지 경우에는 비례게인과 적분게인의 멤버십 함수의 값을 큰값, 중간값, 및 작은값 중에서 작은값으로 결정하는 것을 특징으로 한다.
삭제
본 발명의 도금공정에서의 에어나이프 압력제어 방법에 따르면, 모든 압력 구간에서 양호한 응답 특성을 확보할 수 있어, 에어나이프의 실제 압력이 압력 설정치에 보다 빨리 도달할 수 있게 되고, 그에 따라 도금량 품질 편차를 크게 감소시켜 줄 수 있다.
도1은 일반적인 아연 도금공정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도2는 종래의 기술에 따른 에어나이프 압력제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어나이프 압력제어 장치를 도시한 도면이다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 멤버십 함수들을 표현한 도면이다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어나이프 압력제어 방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도6는 본 발명의 일 실시예에 따른 비례게인 및 적분게인의 변동 과정을 보다 상세히 설명하기 위한 도면이다.
도7은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어나이프 압력제어 방법의 응답 특성을 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어나이프 압력제어 장치를 도시한 도면이다.
도3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 에어나이프 압력제어 장치(70)는 오차 산출부(71), 퍼지 제어부(72), 및 비례적분 제어부(73)를 포함한다.
오차 산출부(71)는 압력 설정치(r)와 압력 측정치(y)(또는 상류측 및 하류측 압력밸브(53-1, 53-2, 53-3)의 실제 압력)를 서로 비교하여, 압력 오차(e) 및 압력 오차 변동량(△e)를 산출한다.
퍼지 제어부(72)는 비례게인(Kp)과 적분게인(Ti)을 계산하기 위한 다수의 퍼지 룰을 사전에 정의해둔다. 그리고 다수의 퍼지 룰을 이용하여 압력 오차(e)와 압력 오차 변동량(△e)에 상응하는 비례게인(Kp) 및 적분게인(Ti)의 멤버십 함수를 획득하고, 이들을 이용하여 비례게인(Kp)과 적분게인(Ti)을 계산한다. 이에 대한 설명은 도6에서 상세히 하기로 한다.
이를 위해, 본 발명의 퍼지 제어부(72)는 표1와 같은 룰 테이블을 가지며, 도4와 표현되는 멤버십 함수를 가진다.
△e
N ZE P
e N M S S
ZE S M S
P S S M
즉, 본 발명의 퍼지 제어부(72)는 비례게인(Kp)과 적분게인(Ti)를 변경하기 위해, 다음과 같은 규칙이 정해진 9개의 퍼지 룰을 가진다.
1) 퍼지 룰1: 압력 오차 변동률(△e)와 압력 오차(e)가 모두 음의 값(N)이면, 비례게인(Kp) 및 적분게인(Ti)의 멤버십 함수는 중간값(M)을 가짐.
2) 퍼지 룰2: 압력 오차 변동률(△e)이 음의 값(N)이고 압력 오차(e)가 제로(ZE)이면, 비례게인(Kp) 및 적분게인(Ti)의 멤버십 함수는 작은값(S)을 가짐.
3) 퍼지 룰3: 압력 오차 변동률(△e)이 음의 값(N)이고 압력 오차(e)가 양의 값(P)이면, 비례게인(Kp) 및 적분게인(Ti)의 멤버십 함수는 작은값(S)을 가짐.
4) 퍼지 룰4: 압력 오차 변동률(△e)이 제로(ZE)이고 압력 오차(e)가 모두 음의 값(N)이면, 비례게인(Kp) 및 적분게인(Ti)의 멤버십 함수는 작은값(S)을 가짐.
5) 퍼지 룰5: 압력 오차 변동률(△e)과 압력 오차(e) 모두가 제로(ZE)이면, 비례게인(Kp) 및 적분게인(Ti)의 멤버십 함수는 중간값(M)을 가지고,
6) 퍼지 룰6: 압력 오차 변동률(△e)이 제로(ZE)이고 압력 오차(e)가 양의 값(P)이면, 비례게인(Kp) 및 적분게인(Ti)의 멤버십 함수는 작은값(S)을 가짐.
7) 퍼지 룰7: 압력 오차 변동률(△e)이 양의 값(P)이고 압력 오차(e)가 모두 음의 값(N)이면, 비례게인(Kp) 및 적분게인(Ti)의 멤버십 함수는 작은값(S)을 가짐.
8) 퍼지 룰8: 압력 오차 변동률(△e)이 양의 값(P)이고 압력 오차(e)가 제로(ZE)이면, 비례게인(Kp) 및 적분게인(Ti)의 멤버십 함수는 작은값(S)을 가짐.
9) 퍼지 룰9: 압력 오차 변동률(△e)과 압력 오차(e) 모두가 양의 값(P)이면, 비례게인(Kp) 및 적분게인(Ti)의 멤버십 함수는 작은값(S)을 가짐.
비례적분 제어부(73)는 퍼지 제어부(72)에 의해 변동되는 비례게인(Kp)과 적분게인(Ti), 그리고 압력 설정치(r)를 이용하여 에어나이프(30, 40)의 압력(즉, 상류측 및 하류측 압력밸브(53-1, 53-2, 53-3)의 개도량)을 실제적으로 조정해준다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어나이프 압력제어 방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 에어나이프 압력제어 방법은 크게 오차 산출 과정(S10), 비례게인 및 적분게인의 변동 과정(S20), 및 에어나이프 압력제어 과정(S30)으로 나뉜다.
먼저, 오차 산출 과정(S10)에서는, 압력 설정치(r)와 압력 측정치(y)(즉, 상류측 및 하류측 압력밸브(53-1, 53-2, 53-3)의 실제 압력)를 서로 비교하여, 압력 오차(e)를 산출한다. 그리고 현재의 압력 오차와 이전의 압력 오차를 비교하여 압력 오차 변동량(△e)를 산출한다.
그리고 비례게인 및 적분게인의 변동 과정(S20)에서는, 사전에 정의된 퍼지 룰에 따라 압력 오차(e)와 압력 오차 변동량(△e)에 상응하는 비례게인(Kp) 및 적분게인(Ti)의 멤버십 함수를 획득하고, 이를 이용하여 비례게인(Kp)과 적분게인(Ti)을 변동한다.
그리고 에어나이프 압력제어 과정(S30)에서는 비례게인(Kp)과 적분게인(Ti), 그리고 압력 설정치(r)를 이용하여 에어나이프(30, 40)의 압력(즉, 상류측 및 하류측 압력밸브(53-1, 53-2, 53-3)의 개도량)을 조정한다.
도6는 본 발명의 일 실시예에 따른 비례게인 및 적분게인의 변동 과정을 보다 상세히 설명하기 위한 도면이다. 단, 본 발명의 비례게인 및 적분게인은 동일한 방식으로 변동되므로, 설명의 편이를 위해 도6에서는 비례게인을 변동하는 방법에 대해서만 설명하기로 한다.
먼저, 다수의 퍼지 룰 각각에 대하여 압력 오차(e)와 압력 오차 변동량(△e)에 상응하는 멤버십 함수(MF1, MF2)를 획득하고, 이들 함수(MF1, MF2)를 이용하여 비례게인의 멤버십 함수(μpremise(k))를 계산한다(S21).
비례게인의 멤버십 함수(μpremise(k))는 이하의 수학식1에 따라 계산된다.
Figure 112012089272139-pat00007
여기서, μpremise(k)는 비례게인의 멤버십 함수이며, k는 자연수, MF1, MF2은 각각 압력 오차(e)와 압력 오차 변동량(△e)에 상응하는 멤버십 함수이며, min(MF1, MF2)는 2개의 멤버십 함수(MF1, MF2) 중 작은 값을 취하는 함수이다.
이어서, 다수의 퍼지 룰 각각에 대해 비례게인의 멤버십 함수(μpremise(k))의 면적(Area(k))을 계산한 후(S22), 계산 결과를 모두 합산하여 면적 합산값(sum_area)을 획득한다(S23).
비례게인의 멤버십 함수의 면적(Area(k))은 이하의 수학식2에 따라 계산되고, 면적 합산값(sum_area)은 이하의 수학식3에 따라 계산된다.
Figure 112012089272139-pat00021
여기서, Area(k)는 비례게인의 멤버십 함수의 면적이며, width는 비례게인의 멤버쉽 함수의 폭이며, μpremise(k)는 상술한 수학식 1에서 계산된 비례게인의 멤버십 함수이다.
Figure 112012089272139-pat00009
여기서, sum_area는 비례게인의 멤버십 함수의 면적의 합산값이며, Area(k)는 상술한 수학식 2에 따라 계산된 비례게인의 멤버십 함수의 면적이다.
이어서, 다수의 퍼지 룰 각각에 대하여 개별 면적값(sum_num)을 추가적으로 계산한 후(S24), 면적 합산값(sum_area)와 개별 면적값(sum_num)을 이용하여 비례게인의(Kp)를 계산한다(S25).
개별 면적값(sum_num)은 이하의 수학식 4에 따라 계산되고, 적분게인(Kp)은 수학식 5에 따라 계산된다
Figure 112012089272139-pat00022
여기서, sum_num은 다수의 퍼지 룰 각각에 대한 개별 면적값이며, Area(k)는 비례게인의 멤버십 함수의 면적이며, cen()은 비례게인의 멤버쉽 함수의 중앙값으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 멤버쉽 함수 S의 경우 -40, 멤버쉽 함수 M의 경우 0, 멤버쉽 함수 B의 경우 40이며, index는 비례게인의 멤버쉽 함수의 종류로, 도 4에서 도시된 바와 같이, 1은 멤버쉽 함수 S, 2는 멤버쉽 함수 M, 3은 멤버쉽 함수 B를 의미한다.
Figure 112010084675308-pat00011
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 에어나이프 압력제어 방법은 퍼지 제어기법을 이용하여 비례게인(Kp)과 적분게인(Ti)을 압력 오차(e)와 압력 오차 변동량(△e)에 따라 변동시켜 줌으로써, 데드 타임이 존재하는 비선형 압력제어시에도 도7과 같이 모든 압력 구간에서 양호한 과도 응답 특성을 확보할 수 있도록 한다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니라, 첨부된 청구범위에 의해 해석되어야 한다. 또한, 본 발명에 대하여 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
70: 에어나이프 압력제어 장치 71: 오차 산출부
72: 퍼지 제어부 73: 비례적분 제어부

Claims (4)

  1. 에어나이프의 압력 설정치와 압력 측정치를 비교하여, 압력 오차와 압력 오차 변동률을 산출하는 압력 오차 계산 과정;
    다수의 퍼지 룰을 이용하여 상기 압력 오차와 압력 오차 변동률에 상응하는 비례게인과 적분게인을 계산하는 퍼지 제어 과정; 및
    상기 비례게인, 상기 적분게인, 및 상기 압력 오차를 이용하여 에어나이프의 압력을 제어하는 압력제어 과정;을 포함하며,
    상기 퍼지 제어 과정은
    상기 다수의 퍼지 룰 각각에 대하여 상기 압력 오차와 압력 오차 변동률에 상응하는 비례게인과 적분게인의 멤버십 함수를 계산하는 단계; 및
    상기 비례게인과 적분게인의 멤버십 함수를 이용하여 상기 비례게인과 상기 적분게인을 산출하는 단계를 포함하며,
    상기 비례게인과 상기 적분게인을 산출하는 단계는
    수학식:
    Figure 112013024876599-pat00025

    에 따라 상기 비례게인과 상기 적분게인을 산출하며, Area(k)는 멤버십 함수의 면적, width는 멤버쉽 함수의 폭, μpremise(k)는 멤버십 함수, k는 자연수, sum_area는 멤버십 함수의 면적인 Area(k)의 합산값, sum_num은 다수의 퍼지 룰 각각의 개별 면적값, cen()은 멤버쉽 함수의 중앙값이며, index는 멤버쉽 함수 S, M, B 중 어느 하나이며, K는 비례 게인 또는 적분 게인인 것을 특징으로 하는 에어나이프 압력제어 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 다수의 퍼지 룰은
    상기 압력 오차 변동률과 압력 오차 모두가 음의 값, "0", 또는 양의 값인 경우에는, 비례게인과 적분게인의 멤버십 함수의 값을 큰값, 중간값, 및 작은값 중에서 중간값으로 결정하고, 나머지 경우에는 비례게인과 적분게인의 멤버십 함수의 값을 큰값, 중간값, 및 작은값 중에서 작은값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 에어나이프 압력제어 방법.
  4. 삭제
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JP2003129206A (ja) * 2001-10-24 2003-05-08 Kawatetsu Galvanizing Co Ltd 溶融亜鉛メッキ鋼板の製造方法
JP2006018767A (ja) 2004-07-05 2006-01-19 Ckd Corp 真空圧力制御システム
JP2008133507A (ja) 2006-11-28 2008-06-12 Nisshin Steel Co Ltd メッキ付着量制御用圧縮空気の圧力制御方法および装置

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