KR102231346B1 - Tension control apparatus for amorphous ribbon - Google Patents

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KR102231346B1
KR102231346B1 KR1020190127322A KR20190127322A KR102231346B1 KR 102231346 B1 KR102231346 B1 KR 102231346B1 KR 1020190127322 A KR1020190127322 A KR 1020190127322A KR 20190127322 A KR20190127322 A KR 20190127322A KR 102231346 B1 KR102231346 B1 KR 102231346B1
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Abstract

According to the present invention, provided is an amorphous ribbon tension control apparatus capable of precisely maintaining tension applied to an amorphous ribbon being wound between a cooling roll and a winding roll by receiving feedback about the torque of a motor for rotating a cooling roll without a separate roll and sensor, and then, passing through an initial winding step of catching a ribbon flying after casting to wind the ribbon several times to scores of times. According to one embodiment of the present invention, the amorphous ribbon tension control apparatus includes: a cooling roll speed controller controlling the speed of a cooling roll cooling a casted amorphous ribbon; a ribbon tension controller calculating a torque command of a motor for rotating a winding roll in accordance with a difference between the torque of the cooling roll and the preset reference torque of the cooling roll, thereby controlling the tension of the ribbon between the cooling roll and the winding roll winding the ribbon; and a winding roll torque controller controlling the torque of the winding roll based on the torque command of the motor for rotating the winding roll calculated by the ribbon tension controller.

Description

비정질 리본 장력 제어 장치{TENSION CONTROL APPARATUS FOR AMORPHOUS RIBBON}Amorphous ribbon tension control device {TENSION CONTROL APPARATUS FOR AMORPHOUS RIBBON}

본 발명은 권취중인 비정질 리본의 장력을 제어하는 비정질 리본 장력 제어 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an amorphous ribbon tension control device for controlling the tension of an amorphous ribbon being wound.

일반적으로, 비정질 소재(통상 리본 형상)를 제조하기 위한 급냉 응고법에는 단롤법이 있다. 이 단롤법은 용융 금속을 고속 회전하고 있는 냉각롤 표면에 분출시켜, 이 냉각롤상에서 급냉 응고시켜 연속적으로 비정질 소재를 얻는 방법이다. 통상 급냉 응고된 비정질 소재를 권취하거나 하여 회수하는 것이 필요해진다. 비정질 소재를 주조 직후에 온라인으로 권취하는 권취 방법에는 일반적으로 권취롤을 사용하여 권취롤의 회전에 의해 권취하는 방법 및 장치가 채용되어 있다. In general, there is a single roll method as a rapid cooling and solidification method for producing an amorphous material (usually in a ribbon shape). In this single-roll method, molten metal is ejected onto the surface of a cooling roll rotating at a high speed, and rapidly cooled and solidified on the cooling roll to continuously obtain an amorphous material. Usually, it is necessary to wind up and recover the amorphous material that has been rapidly cooled and solidified. As a winding method of winding an amorphous material on-line immediately after casting, a method and an apparatus for winding up by rotation of a winding roll using a winding roll are generally employed.

권취롤을 이용하여 권취를 하게 되면, 비정질 리본에 의해 냉각롤과 권취롤은 권취롤의 제어방식에 따라서 장력이 발생하고, 발생된 장력에 의해 냉각롤 혹은 권취롤의 회전속도에 영향을 주게 된다. 특히, 비정질 리본에 걸린 장력이 일정 이상 커지게 되면 박판의 리본이 찢어지거나 냉각롤이 일정한 회전속도를 유지하기 위해 걸리는 회전토크가 줄어들게 되어 리본이 끊어지면 냉각롤 속도변화가 심하게 되어 노즐과 냉각롤 사이에 용강에 의해 형성되는 퍼들(puddle)이 깨어지는 문제점이 발생하며, 이를 해소하기 위해서는 비정질 리본에 걸리는 장력을 측정하기 위한 별도의 롤과 센서가 채용되어야 하는 문제점이 있다.When winding is performed using a take-up roll, tension is generated between the cooling roll and the take-up roll by the amorphous ribbon according to the control method of the take-up roll, and the generated tension affects the rotational speed of the cooling roll or the take-up roll. . In particular, if the tension on the amorphous ribbon increases over a certain amount, the ribbon of the thin plate is torn or the rotation torque applied to maintain a constant rotation speed of the cooling roll decreases. There is a problem in that a puddle formed by molten steel is broken, and in order to solve this problem, a separate roll and a sensor must be employed for measuring the tension applied to the amorphous ribbon.

대한민국 공개특허공보 제10-2012-0074085호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2012-0074085 대한민국 등록특허공보 제10-1500646호Korean Registered Patent Publication No. 10-1500646

본 발명의 일 실시예에 따르면, 별도의 롤과 센서없이 냉각롤 회전용 모터의 토크를 피드백 받아서, 주조 후 날아오는 리본을 캐칭(Catching)하여 감는 초기 권취 단계를 지나서, 냉각롤과 권취롤 사이의 권취 중인 비정질 리본에 걸리는 장력을 권취롤의 토크를 이용하여 정밀하게 유지할 수 있는 비정질 리본 장력 제어 장치가 제공된다.According to an embodiment of the present invention, passing the initial winding step of catching and winding the ribbon flying after casting, receiving feedback from the torque of the motor for rotating the cooling roll without a separate roll and sensor, between the cooling roll and the winding roll There is provided an amorphous ribbon tension control device capable of accurately maintaining the tension applied to the amorphous ribbon during winding of the amorphous ribbon using the torque of the winding roll.

상술한 본 발명의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 비정질 리본 장력 제어 장치는 주조된 비정질 소재의 리본을 냉각시키는 냉각롤의 속도를 제어하는 냉각롤 속도 제어기, 상기 냉각롤의 토크와 상기 냉각롤의 사전에 설정된 기준 토크 간의 차이에 따라 권취롤 회전용 모터의 토크 지령을 계산하여, 상기 냉각롤과 상기 리본을 권취하는 권취롤 간의 리본의 장력을 제어하는 리본 장력 제어기, 상기 리본 장력 제어기에서 계산한 상기 권취롤 회전용 모터의 토크 지령을 기반으로 상기 권취롤의 토크를 제어하는 권취롤 토크 제어기를 포함할 수 있다. In order to solve the above-described problem of the present invention, an amorphous ribbon tension control apparatus according to an embodiment of the present invention includes a cooling roll speed controller for controlling a speed of a cooling roll for cooling a ribbon of a cast amorphous material, and a cooling roll speed controller of the cooling roll. Ribbon tension controller for controlling the tension of the ribbon between the cooling roll and the winding roll winding the ribbon by calculating the torque command of the motor for rotating the winding roll according to the difference between the torque and the preset reference torque of the cooling roll, the It may include a winding roll torque controller for controlling the torque of the winding roll based on the torque command of the winding roll rotation motor calculated by the ribbon tension controller.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 냉각롤과 권취롤 사이에 별도의 장치와 센서 없이 비정질 리본의 장력제어가 가능하며, 일정한 장력제어가 가능하고, 주조중 노즐과 냉각롤 사이에 형성되는 퍼들을 안정적으로 유지할 수 있는 효과가 있다.According to an embodiment of the present invention, tension control of the amorphous ribbon is possible without a separate device and sensor between the cooling roll and the winding roll, constant tension control is possible, and a puddle formed between the nozzle and the cooling roll during casting. There is an effect that can be stably maintained.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비정질 리본 장력 제어 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비정질 리본 장력 제어 장치의 비선형 성분을 보상하는 슬라이딩 모드 방식의 권취롤의 제어 입력 계산을 나타내는 그래프이다.
도 3은 종래의 PID 방식과 본 발명의 일 실시예에 따른 비정질 리본 장력 제어 장치의 제어출력의 주파수 특성을 비교한 그래프이다.
도 4는 종래의 장력 제어시 냉각롤 토크 경시 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5는 25um 두께 리본 권취 시 본 발명의 일 실시예에 따른 비정질 리본 장력 제어 장치에 의한 장력 제어 결과 적용시 냉각롤 토크 및 권취롤 속도의 경시 변화를 나타내는 그래프이다.
도 6은 18um 두께 리본 권취 시 본 발명의 일 실시예에 따른 비정질 리본 장력 제어 장치에 의한 장력 제어 결과 적용시 냉각롤 토크 및 권취롤 속도의 경시 변화를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 비정질 리본 장력 제어 장치의 리본 두께별 장력 제어 설정값을 나타내는 표이다.1 is a schematic configuration diagram of an amorphous ribbon tension control apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph illustrating calculation of a control input of a winding roll of a sliding mode method for compensating for a nonlinear component of an amorphous ribbon tension control apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a graph comparing frequency characteristics of a control output of a conventional PID method and an amorphous ribbon tension control apparatus according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph showing a change over time of a cooling roll torque during tension control in the related art.
5 is a graph showing changes over time in cooling roll torque and winding roll speed when applying a tension control result by an amorphous ribbon tension control device according to an embodiment of the present invention when winding a 25um thick ribbon.
6 is a graph showing changes over time in cooling roll torque and winding roll speed when applying a tension control result by an amorphous ribbon tension control device according to an embodiment of the present invention when winding an 18um thick ribbon.
7 is a table showing tension control set values for each ribbon thickness of an amorphous ribbon tension control device according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art may easily implement the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비정질 리본 장력 제어 장치의 개략적인 구성도이다.1 is a schematic configuration diagram of an amorphous ribbon tension control apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 비정질 리본 장력 제어 장치(100)는 냉각롤 속도 제어기(110), 리본 장력 제어기(120) 및 권취롤 토크 제어기(130)를 포함할 수 있으며, 필터(140)를 더 포함할 수 있다.1, the amorphous ribbon tension control apparatus 100 according to an embodiment of the present invention may include a cooling roll speed controller 110, a ribbon tension controller 120, and a winding roll torque controller 130, , A filter 140 may be further included.

냉각롤 속도 제어기(110)는 주조된 비정질 소재의 리본을 냉각시키는 냉각롤(a)의 속도를 제어할 수 있으며, 냉각롤(a)의 속도는 비정질 소재의 리본 주조 속도에 따라 일정하게 제어될 수 있다.The cooling roll speed controller 110 may control the speed of the cooling roll (a) for cooling the ribbon of the cast amorphous material, and the speed of the cooling roll (a) may be constantly controlled according to the ribbon casting speed of the amorphous material. I can.

냉각롤(a)의 속도는 일정하게 제어되어도 권취롤 속도와 권경 증가량 등에 따라 냉각롤(a)의 토크(Torque)가 가변될 수 있다.Even if the speed of the cooling roll (a) is constantly controlled, the torque of the cooling roll (a) may be varied depending on the speed of the winding roll and the amount of increase in the winding diameter.

리본 장력 제어기(120)는 사전에 설정된 냉각롤(a)의 기준 토크(Ref. Torque)와 피드백받은 냉각롤(a)의 토크에 따라 냉각롤(a)과 권취롤 간의 리본의 장력을 일정하게 제어할 수 있다.The ribbon tension controller 120 uniformly adjusts the tension of the ribbon between the cooling roll (a) and the winding roll according to the reference torque (Ref. Torque) of the cooling roll (a) set in advance and the torque of the cooling roll (a) received feedback. Can be controlled.

리본 장력 제어기(120)는 사전에 설정된 냉각롤(a)의 기준 토크(Ref. Torque)와 피드백받은 냉각롤(a)의 토크에 따라 권취롤을 구동시키는 권취롤 회전용 모터의 토크(Ref.TorqueBobbin)를 계산하여 권취롤 토크 제어기(130)에 전달할 수 있다.The ribbon tension controller 120 is the torque (Ref.Torque) of the winding roll rotation motor that drives the winding roll according to the preset reference torque (Ref.Torque) of the cooling roll (a) and the torque of the cooling roll (a) received feedback (Ref. Torque Bobbin ) can be calculated and transmitted to the winding roll torque controller 130.

권취롤 토크 제어기(130)는 리본 장력 제어기(120)로부터 계산된 권취롤 회전용 모터의 토크(Ref.TorqueBobbin)에 기초하여 권취롤을 구동하는 모터를 제어할 수 있다.The take-up roll torque controller 130 may control a motor that drives the take-up roll based on the torque (Ref.Torque Bobbin ) of the take-up roll rotation motor calculated from the ribbon tension controller 120.

필터(140)는 냉각롤(a)의 현재의 토크값과 과거의 필터 출력값을 이용하여 실시간으로 현재 토크(Current Torque Cooling roll)의 고주파 성분의 변화량을 필터링하여 리본 장력 제어기(120)에 필터링된 냉각롤(a)의 현재 토크(Filtered Torque Cooling roll)를 전달할 수 있다.The filter 140 filters the amount of change in the high frequency component of the current torque cooling roll in real time using the current torque value of the cooling roll a and the filter output value in the past, and is filtered by the ribbon tension controller 120. It is possible to transmit the current torque of the cooling roll (a) (Filtered Torque Cooling roll).

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비정질 리본 장력 제어 장치의 비선형 성분을 보상하는 슬라이딩 모드 방식의 권취롤의 제어 입력 계산을 나타내는 그래프이다. 2 is a graph showing control input calculation of a winding roll of a sliding mode method for compensating for a nonlinear component of an amorphous ribbon tension control apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1과 함께 도 2를 참조하면, 리본 장력 제어기(120)는 비정질 리본에 걸리는 장력변화를 최소화하기 위해서 비선형 성분을 보상하는 슬라이딩 모드(Sliding mode) 방식으로 권취롤의 제어입력을 계산할 수 있다.Referring to FIG. 2 along with FIG. 1, the ribbon tension controller 120 may calculate the control input of the winding roll in a sliding mode method that compensates for a nonlinear component in order to minimize a change in tension applied to the amorphous ribbon.

리본 장력 제어기(120)는 리본을 권취하는 과정에서 발생하는 권취 장력의 제어오차에 따라 제어 이득의 크기를 가변함으로써, 일반적인 PID제어(proportional integral derivative control) 방식에서 발생하는 채터링(Chattering, 떨림 현상)에 의해 비정질 리본에 걸리는 장력 변화를 최소화할 수 있다.The ribbon tension controller 120 varies the size of the control gain according to the control error of the winding tension generated in the process of winding the ribbon, and thus chattering, which occurs in a general PID control (proportional integral derivative control) method. ), it is possible to minimize the change in tension applied to the amorphous ribbon.

이를 위해 리본 장력 제어기(120)는 수식과 같이 비선형 성분을 보상하는 슬라이딩 모드(sliding mode) 방식으로 권취롤의 제어 입력을 계산한다. To this end, the ribbon tension controller 120 calculates a control input of the winding roll in a sliding mode method that compensates for nonlinear components as shown in the equation.

(수식)(Equation)

Figure 112019104632246-pat00001
Figure 112019104632246-pat00001

여기서, u는 제어 입력으로 상기 권취롤의 보빈의 토크로 환산되어 지령값으로 사용되고, uj는 과거의 제어 입력이고, uj+1 는 현재의 제어 입력을 의미하며, B는 제어 이득 행렬을 의미하며, Ω는 상태변수 백터의 이득이고, S는 e(제어 오차)+Kv(상태변수의 속도 이득)*e'(제어 오차의 1차 미분항)으로 표현되는 상태변수이며, f는 시스템 행렬을 의미하고, ξ는 시스템 지배 방정식에서의 비선형 성분의 합과 모델링되나, 실제 알 수 없는 비선형 성분의 합이고, Xd (n)는 원하는 제어 지령의 상태값이고, K는 이득을 의미할 수 있다.Here, u is a control input and is converted to the torque of the bobbin of the winding roll and used as a command value, uj is a past control input, uj+1 is a current control input, B is a control gain matrix, and , Ω is the gain of the state variable vector, S is the state variable expressed as e (control error) + Kv (speed gain of the state variable) * e'(first derivative term of the control error), and f is the system matrix. Means, and ξ is the sum of the nonlinear components in the system governing equation, but is the sum of the nonlinear components that are not actually known, X d (n) is the state value of the desired control command, and K can mean the gain. .

상술한 수식에서 B, Ω, f, ξ는 비선형 항목들로서 이들 비선형 항목들에 의해 순간 토크 변화율이 커지게 되면 퍼들 진동을 유발할 수 있다. 따라서, 상기한 수에서 포화 함수(saturation function), 즉 sat(s)는 다음과 같이 정의됨으로써, 비선형 성분을 보상한다. In the above equation, B, Ω, f, and ξ are non-linear items, and if the instantaneous torque change rate increases due to these non-linear items, puddle vibration may be induced. Therefore, the saturation function, that is, sat(s) in the above number is defined as follows, thereby compensating for the nonlinear component.

즉, sat(sj)는 포화함수(Saturation Function)이며,εsj는 상태 변수의 허용 오차(tolerance)를 의미한다. 상기 상태 변수가 상기 상태 변수의 허용 오차 이상일 경우 상기 상태 변수의 허용 오차는 +1 또는 -1로 스위칭되고, 상기 상태 변수가 상기 상태 변수의 허용 오차 미만일 경우 상기 포화 함수의 값은 저감하여, 상태 변수가 일정 범위(εsj) 내로 줄어들면 자동으로 제어 이득이 줄어드는 효과가 있다. That is, sat(s j ) is the saturation function, and ε sj is It means the tolerance of the state variable. When the state variable is greater than or equal to the tolerance of the state variable, the tolerance of the state variable is switched to +1 or -1, and when the state variable is less than the tolerance of the state variable, the value of the saturation function is reduced. When the variable decreases within a certain range (ε sj ), there is an effect of automatically reducing the control gain.

도 3은 종래의 PID 방식과 본 발명의 일 실시예에 따른 비정질 리본 장력 제어 장치의 제어출력의 주파수 특성을 비교한 그래프이다.3 is a graph comparing frequency characteristics of a control output of a conventional PID method and an amorphous ribbon tension control apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 비정질 리본 장력 제어 장치의 리본 장력 제어기(120)는 일반적인 종래의 PID제어 방식에서 발생하는 채터링(Chattering)에 의해 비정질 리본에 걸리는 장력변화를 최소화하기 위해서 상술한 바와 같이 비선형 성분을 보상하는 슬라이딩 모드 방식으로 권취롤의 제어입력을 계산하며. 여기서 포화함수(Sat(S))는 장력제어 오차에 따라 오차함수의 크기를 가변하는 역할을 수행하고 비선형 항목에 의해 순간 토크 변화율이 클 경우 퍼들 진동을 유발할 수 있기 때문에 이를 제어입력에 보상한다. 좌측의 종래의 PID 방식과 우측의 본 발명의 일 실시예에 따른 비정질 리본 장력 제어 장치의 제어출력의 주파수 특성을 비교한 그래프를 비교하면, 본 발명에서 제안한 방식이 비정질 리본에 걸리는 순간적인 장력변동량이 훨씬 적어서 순간적인 장력변화를 감소시키는 효과가 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 3, the ribbon tension controller 120 of the amorphous ribbon tension control apparatus according to an embodiment of the present invention controls the change in tension applied to the amorphous ribbon by chattering that occurs in a general conventional PID control method. In order to minimize, as described above, the control input of the winding roll is calculated in a sliding mode method that compensates for nonlinear components. Here, the saturation function (Sat(S)) plays a role of varying the size of the error function according to the tension control error, and compensates for the control input because it can induce puddle vibration when the instantaneous torque change rate is large due to nonlinear items. When comparing the graph comparing the frequency characteristics of the control output of the amorphous ribbon tension control device according to an embodiment of the present invention on the right with the conventional PID method on the left, the instantaneous tension fluctuation applied to the amorphous ribbon is the method proposed in the present invention. It can be seen that this is much less so that it has the effect of reducing the instantaneous tension change.

본 발명에서 제안하는 권취 중 리본의 장력 제어 방법은 비정질 리본의 급속냉각을 위한 냉각롤 회전용 인버터에서는 설정한 주조속도를 맞추기 위해 속도제어모드로 동작하고, 권취롤 회전용 인버터는 냉각롤 설정 토크와 계측한 토크값을 이용하여 비선형 장력제어 로직(수식)에서 계산한 제어입력값을 권취롤 회전용 인버터에 지령값으로 입력한다. 이때 권취롤 회전용 인버터는 토크제어모드로 제어입력값에 도달하기 위한 제어를 실시한다.The method for controlling the tension of the ribbon during winding proposed in the present invention operates in a speed control mode to match the set casting speed in the inverter for rotating the cooling roll for rapid cooling of the amorphous ribbon, and the inverter for rotating the winding roll operates in the cooling roll setting torque. Using and measured torque value, input the control input value calculated by the nonlinear tension control logic (formula) as a command value to the winding roll rotation inverter. At this time, the winding roll rotation inverter performs control to reach the control input value in the torque control mode.

도 4는 종래의 장력 제어시 냉각롤 토크 경시 변화를 나타내는 그래프이다.4 is a graph showing a change over time of a cooling roll torque during tension control in the related art.

일반적으로 비정질 리본제조 공정에서 초기 권취 시에는 1400mpm 이상으로 비행하는 리본을 안정적으로 권취하기 위해 냉각롤과 가까운 위치에서 캐칭(Catching)을 시도한다. 리본이 권취롤에 캐칭된 후 비정질 리본의 냉각을 위해 냉각롤과 멀어지는 방향으로 권취롤을 이송하면서 권취를 하게 된다. In general, during the initial winding in the amorphous ribbon manufacturing process, catching is attempted at a position close to the cooling roll in order to stably wind the ribbon flying at 1400mpm or more. After the ribbon is caught on the take-up roll, the take-up roll is transferred in a direction away from the cooling roll for cooling of the amorphous ribbon, and winding is performed.

도 4를 참조하면, 권취롤 권경에 따른 권취롤 토크 지령변경 방식-개회로 제어방식(Open-loop Control mode) 장력제어 시 냉각롤 토크 경시 변화를 나타낸 그래프로, 이러한 방식은 초기 비정질 리본의 캐칭 상태 및 권취 중의 리본두께 등에 따라서 냉각롤 토크 변화량 및 경향은 매회 차이가 발생할 수 밖에 없고, 권경에 따른 냉각롤 토크 변화량이 커서 노즐과 냉각롤 사이의 퍼들에 영향을 줄 수 밖에 없다. 또한 도시된 바와 같이 권취롤이 초기 캐칭 후 뒤로 이동하면, 이송(traverse) 구간 중 속도가 가변하는 영역에서 과도한 장력 혹은 장력변화에 의해 간헐적으로 비정질 리본이 끊어지는 현상이 발생한다.Referring to FIG. 4, a winding roll torque command change method according to a winding roll diameter-open-loop control mode is a graph showing the change over time of the cooling roll torque during tension control, and this method is an initial amorphous ribbon catching Depending on the state and the thickness of the ribbon during winding, the amount and tendency of the cooling roll torque change is inevitably different each time, and the cooling roll torque change amount according to the winding diameter is large, which inevitably affects the puddle between the nozzle and the cooling roll. In addition, as shown, when the winding roll moves backward after initial catching, the amorphous ribbon intermittently breaks due to excessive tension or tension change in a region in which the speed is variable during the traverse section.

즉, 도 4의 그래프는 권취롤 권경에 따른 권취롤 토크 지령변경 방식-개회로 제어방식(Open-loop Control mode) 장력제어 시 냉각롤 토크 경시 변화를 나타낸 것으로, 이러한 방식은 초기 비정질 리본의 캐칭 상태 및 권취 중 리본두께 등에 따라서 냉각롤 토크 변화량 및 경향은 매회 차이가 발생할 수 밖에 없고, 권경에 따른 냉각롤 토크변화량이 커서 노즐과 냉각롤 사이의 퍼들에 영향을 줄 수 밖에 없다. 또한 권취롤이 초기 캐칭 후 뒤로 이동하면, 권취롤 이송(Traverse) 구간에서 과도한 장력 혹은 장력변화에 의해 간헐적으로 비정질 리본이 끊어지는 현상이 발생한다.That is, the graph of FIG. 4 shows the change over time of the cooling roll torque during tension control in the winding roll torque command change method according to the winding roll diameter-open-loop control mode, and this method is the catching of the initial amorphous ribbon. Depending on the state and the thickness of the ribbon during winding, the amount and tendency of the cooling roll torque change is inevitably different each time, and the cooling roll torque change amount according to the winding diameter is so large that it has no choice but to affect the puddle between the nozzle and the cooling roll. In addition, when the take-up roll moves backward after initial catching, the amorphous ribbon is intermittently broken due to excessive tension or tension change in the take-up roll traverse section.

도 5는 25um 두께 리본 권취 시 본 발명의 일 실시예에 따른 비정질 리본 장력 제어 장치에 의한 장력 제어 결과 적용시 냉각롤 토크 및 권취롤 속도의 경시 변화를 나타내는 그래프이다.5 is a graph showing changes over time in cooling roll torque and winding roll speed when applying a tension control result by an amorphous ribbon tension control device according to an embodiment of the present invention when winding a 25um thick ribbon.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 비정질 리본 장력 제어 장치의 리본 장력 제어기(120)의 냉각롤 토크 피드백 기반 폐회로 제어방식(Open-loop Control mode)의 장력제어 방식 적용 시 냉각롤 속도, 토크, 권취롤 속도와 권경 증가량 등의 경시 변화를 나타낸 것으로서, 도시된 바와 같이, 권취 전/후 냉각롤 토크의 차이가 비정질 리본에 걸리는 장력으로 작용하며(부호 a 참조), 권취 중에 권경이 증가함에도 불구하고 냉각롤의 토크가 일정하게 제어되어 비정질 리본의 장력이 거의 변화없이 유지됨을 알 수 있다.Referring to FIG. 5, the cooling roll when the tension control method of the open-loop control mode based on torque feedback is applied to the cooling roll of the ribbon tension controller 120 of the amorphous ribbon tension control device according to an embodiment of the present invention. It shows the change over time such as speed, torque, winding roll speed and winding diameter increase, and as shown, the difference in cooling roll torque before/after winding acts as a tension applied to the amorphous ribbon (refer to symbol a). It can be seen that the torque of the cooling roll is constantly controlled despite the increase of the hardness, so that the tension of the amorphous ribbon is maintained almost unchanged.

도 6은 18um 두께 리본 권취 시 본 발명의 일 실시예에 따른 비정질 리본 장력 제어 장치에 의한 장력 제어 결과 적용시 냉각롤 토크 및 권취롤 속도의 경시 변화를 나타내는 그래프이다.6 is a graph showing changes over time in cooling roll torque and winding roll speed when applying a tension control result by an amorphous ribbon tension control device according to an embodiment of the present invention when winding an 18um thick ribbon.

도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 비정질 리본 장력 제어 장치의 리본 장력 제어기(120)의 냉각롤 토크 피드백 기반 폐회로 제어방식(Closed-loop Control mode)의 장력제어 방식 적용 시 두께가 18um 이하인 나노결정 리본의 경우 냉각롤 속도, 토크, 권취롤 속도와 권경 증가량 등의 경시 변화를 볼 수 있으며, 도시된 바와 같이 권취 전/후 냉각롤 토크의 차이가 비정질 리본에 걸리는 장력으로 작용하며 권취 중에 권경이 증가함에도 불구하고 냉각롤의 토크가 일정하게 제어되어 리본의 끊어짐이 발생하지 않고 유지됨을 알 수 있다.6, when the tension control method of the closed-loop control mode based on the cooling roll torque feedback of the ribbon tension controller 120 of the amorphous ribbon tension control device according to an embodiment of the present invention is applied, the thickness is In the case of a nanocrystalline ribbon of 18um or less, changes with time such as cooling roll speed, torque, winding roll speed and winding diameter increase can be seen.As shown, the difference in cooling roll torque before/after winding acts as a tension applied to the amorphous ribbon. It can be seen that even though the winding diameter increases during winding, the torque of the cooling roll is constantly controlled so that the ribbon does not break and is maintained.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 비정질 리본 장력 제어 장치의 리본 두께별 장력 제어 설정값을 나타내는 표이다.7 is a table showing tension control set values for each ribbon thickness of an amorphous ribbon tension control device according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 도시된 표는 리본 두께에 따른 장력제어용 설정값으로 리본두께가 얇을수록 냉각롤 유지토크를 낮게 설정하여 리본두께에 따른 장력을 조절할 수 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 7, the table shown is a set value for tension control according to the thickness of the ribbon, and it can be seen that the thinner the ribbon thickness is, the lower the cooling roll holding torque is set to adjust the tension according to the ribbon thickness.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 냉각롤 토크를 피드백하여 설정한 토크값을 기준으로 폐회로 제어방식(Closed-loop Control mode)으로 비정질 리본의 장력을 제어하는 방식이기 때문에 냉각롤과 권취롤 사이에 별도의 장치와 센서 없이 비정질 리본의 장력제어가 가능하며, 권취롤의 권경 증가에 따른 속도변화, 권경 증가에 따른 권취롤 무게증가로 인한 부하율 변화, 설비 주위온도에 따른 권취롤 회전부의 정/동마찰력 변화, 초기 비정질 리본의 권취상태에 따른 장력변화 등의 비선형 변화에도 불구하고 일정한 장력제어가 가능한 장점이 있다.As described above, according to the present invention, the tension of the amorphous ribbon is controlled in a closed-loop control mode based on the torque value set by feeding back the cooling roll torque. It is possible to control the tension of the amorphous ribbon without a separate device and sensor, and the speed change according to the increase in the winding diameter of the winding roll, the change in the load ratio due to the increase in the weight of the winding roll according to the increase in the winding diameter, and the static/movement of the winding roll rotation part according to the ambient temperature In spite of nonlinear changes such as a change in friction force and a change in tension according to the winding state of the initial amorphous ribbon, there is an advantage in that a certain tension control is possible.

또한, 냉각롤의 토크가 일정하게 제어되어 주조중 노즐과 냉각롤 사이에 형성되는 퍼들(Puddle, 용강으로 이루어진 웅덩이)을 안정적으로 유지하는데 효과가 있다.In addition, since the torque of the cooling roll is constantly controlled, it is effective to stably maintain a puddle (a puddle made of molten steel) formed between the nozzle and the cooling roll during casting.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 구성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성을 다양하게 변경 및 개조할 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.The present invention described above is not limited by the above-described embodiments and the accompanying drawings, but is limited by the claims to be described later, and the configuration of the present invention is varied within the scope not departing from the technical spirit of the present invention. It can be easily understood by those of ordinary skill in the art that the present invention can be changed and modified.

100: 비정질 리본 장력 제어 장치
110: 냉각롤 속도 제어기
120: 리본 장력 제어기
130: 권취롤 토크 제어기
140: 필터100: amorphous ribbon tension control device
110: cooling roll speed controller
120: ribbon tension controller
130: winding roll torque controller
140: filter

Claims (5)

주조된 비정질 소재의 리본을 냉각시키는 냉각롤의 속도를 제어하는 냉각롤 속도 제어기;
상기 냉각롤의 토크와 상기 냉각롤의 사전에 설정된 기준 토크 간의 차이에 따라 권취롤 회전용 모터의 토크 지령을 계산하여, 계산된 토크 지령에 따라 상기 냉각롤과 상기 리본을 권취하는 권취롤 간의 리본의 장력을 제어하는 리본 장력 제어기; 및
상기 리본 장력 제어기에서 계산한 상기 권취롤 회전용 모터의 토크 지령을 기반으로 상기 권취롤의 토크를 제어하는 권취롤 토크 제어기를 포함하고,
상기 리본 장력 제어기는 상기 냉각롤 토크의 비선형 성분을 보상하여 슬라이딩 모드 방식으로 상기 권취롤의 토크 지령을 계산하며,
하기의 수식에 따라 상기 비선형 성분을 보상하는 비정질 리본 장력 제어 장치.
수식)
Figure 112021016632825-pat00010

여기서, u는 제어 입력으로 상기 권취롤의 보빈의 토크로 환산되어 지령값으로 사용되고, uj는 과거의 제어 입력이고, uj+1 는 현재의 제어 입력을 의미하며, B는 제어 이득 행렬을 의미하며, Ω는 상태변수 백터의 이득이고, S는 e(제어 오차)+Kv(상태변수의 속도 이득)*e'(제어 오차의 1차 미분항)으로 표현되는 상태변수이며, f는 시스템 행렬을 의미하고, ξ는 시스템 지배 방정식에서의 비선형 성분의 합과 모델링되나, 실제 알 수 없는 비선형 성분의 합이고, Xd (n)는 원하는 제어 지령의 상태값이고, K는 이득을 의미하고,
sat(sj)는 포화함수이며,εsj는 상태 변수의 허용 오차(tolerance)를 의미한다.
A cooling roll speed controller for controlling a speed of a cooling roll for cooling the ribbon of the cast amorphous material;
Ribbon between the cooling roll and the winding roll winding the ribbon according to the calculated torque command by calculating the torque command of the motor for rotating the winding roll according to the difference between the torque of the cooling roll and the reference torque set in advance of the cooling roll Ribbon tension controller to control the tension of the; And
A winding roll torque controller for controlling a torque of the winding roll based on a torque command of the winding roll rotation motor calculated by the ribbon tension controller,
The ribbon tension controller calculates a torque command of the winding roll in a sliding mode method by compensating for a nonlinear component of the cooling roll torque,
An amorphous ribbon tension control device that compensates for the nonlinear component according to the following equation.
Equation)
Figure 112021016632825-pat00010

Here, u is a control input and is converted to the torque of the bobbin of the winding roll and used as a command value, uj is a past control input, uj+1 is a current control input, B is a control gain matrix, and , Ω is the gain of the state variable vector, S is the state variable expressed as e (control error) + Kv (speed gain of the state variable) * e'(first derivative term of the control error), and f is the system matrix. Where ξ is the sum of nonlinear components modeled with the sum of the nonlinear components in the system governing equation, but is the sum of the nonlinear components that are not actually known, X d (n) is the state value of the desired control command, and K means the gain,
sat(s j ) is the saturation function, ε sj is It means the tolerance of the state variable.
 제1항에 있어서,
상기 냉각롤의 토크의 고주파 성분의 변동량을 필터링하여 상기 리본 장력 제어기에 전달하는 필터를 더 포함하는 비정질 리본 장력 제어 장치.
The method of claim 1,
Amorphous ribbon tension control apparatus further comprising a filter for filtering the fluctuation amount of the high frequency component of the torque of the cooling roll and transmitting it to the ribbon tension controller.
 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 상태 변수가 상기 상태 변수의 허용 오차 이상일 경우 상기 상태 변수의 허용 오차는 +1 또는 -1로 스위칭되고,
상기 상태 변수가 상기 상태 변수의 허용 오차 미만일 경우 상기 포화 함수의 값은 저감되는 비정질 리본 장력 제어 장치.
The method of claim 1,
When the state variable is greater than or equal to the tolerance of the state variable, the tolerance of the state variable is switched to +1 or -1,
When the state variable is less than the tolerance of the state variable, the value of the saturation function is reduced.
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4644999A (en) * 1985-01-25 1987-02-24 Allied Corporation Inline winder with take-up web
JPH09262647A (en) * 1996-03-28 1997-10-07 Kawasaki Steel Corp Method for coiling metallic strip
JPH10194542A (en) * 1996-12-27 1998-07-28 Hitachi Metals Ltd Hybrid control method of number of revolutions and torque
JPH1128760A (en) * 1997-07-09 1999-02-02 Toshiba Mach Co Ltd Apparatus and method for controlling sheet take-off unit
KR20020037402A (en) * 2000-11-14 2002-05-21 이구택 Control method of mold level for fast continuous casting process
KR20120074085A (en) 2010-12-27 2012-07-05 재단법인 포항산업과학연구원 Apparatus for recoiling ribbon of amorphous solid
KR101500646B1 (en) 2013-12-26 2015-03-19 재단법인 포항산업과학연구원 FABRICATNG APPRATUS OF amorphous ribbon AND WINDING METHOD OF amorphous ribbon USING THEREOF
CN106743903A (en) * 2016-12-28 2017-05-31 广东工业大学 A kind of amorphous band Coiling Tension Control method and device

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4644999A (en) * 1985-01-25 1987-02-24 Allied Corporation Inline winder with take-up web
JPH09262647A (en) * 1996-03-28 1997-10-07 Kawasaki Steel Corp Method for coiling metallic strip
JPH10194542A (en) * 1996-12-27 1998-07-28 Hitachi Metals Ltd Hybrid control method of number of revolutions and torque
JPH1128760A (en) * 1997-07-09 1999-02-02 Toshiba Mach Co Ltd Apparatus and method for controlling sheet take-off unit
KR20020037402A (en) * 2000-11-14 2002-05-21 이구택 Control method of mold level for fast continuous casting process
KR20120074085A (en) 2010-12-27 2012-07-05 재단법인 포항산업과학연구원 Apparatus for recoiling ribbon of amorphous solid
KR101500646B1 (en) 2013-12-26 2015-03-19 재단법인 포항산업과학연구원 FABRICATNG APPRATUS OF amorphous ribbon AND WINDING METHOD OF amorphous ribbon USING THEREOF
CN106743903A (en) * 2016-12-28 2017-05-31 广东工业大学 A kind of amorphous band Coiling Tension Control method and device

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