KR20010057426A - 가변 드루핑 제어를 이용한 롤러의 속도제어 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가변 드루핑 제어를 이용한 롤러의 속도제어 장치를 제공하기 위한 것으로, 이러한 본 발명은 드루핑 이득과 속도 제어부와 전류 제어부와 관성 부하와 속도 피드백을 구비한 롤러의 속도제어 장치에 있어서, 가감속 구간을 감지하여 자동적으로 가감속 완료 구간까지 일정양의 드루핑 이득을 가변적으로 조절하는 드루핑 이득 연산부를 더 포함하여 구성함으로써, 철강 및 제지 공정 중 스트립 이송을 위한 연동 롤러의 속도 및 장력을 가변 드루핑 제어를 통해 수행하여 롤러의 속도응답과 스트립 장력변동곡선을 안정적으로 유지할 수 있게 되는 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 가변 드루핑 제어를 이용한 롤러의 속도제어 장치는 가변적으로 조절되는 드루핑 이득에 의해서 가감속시 드루핑의 역기능에서 발생하는 스트립 장력 변동을 억제하여 스트립의 안정통판을 가능하게 하는데, 가속시 본 발명의 제어방법에 의한 롤러의 속도응답과 스트립 장력변동곡선이 도7에서와 같이 안정되게 유지될 수 있는 효과가 있게 된다.

Description

가변 드루핑 제어를 이용한 롤러의 속도제어 장치{Apparatus for speed controlling roller by using variable drooping}

본 발명은 철강 및 제지 공정에 관한 것으로, 특히 철강 및 제지 공정 중 스트립 이송을 위한 연동 롤러의 속도 및 장력을 가변 드루핑(Drooping) 제어를 통해 수행하여 롤러의 속도응답과 스트립 장력변동곡선을 안정적으로 유지하기에 적당하도록 한 가변 드루핑 제어를 이용한 롤러의 속도제어 장치에 관한 것이다.

일반적으로 철강 및 제지 공정에서 스트립의 안정 이송을 위하여 다수의 롤러를 사용하고 대부분 모터로써 롤러의 속도를 제어하게 된다.

이때 스트립의 이송시에 안정된 장력 유지를 위하여 각 롤러들의 연동 구동 및 전속성을 확보하는 것이 중요하다.

도1은 종래 롤러 속도제어 장치의 블록구성도이다.

여기서 참조번호 11은 피드 포워드 보상부이고, 12는 피드 포워드 시정수이며, 13은 피드 포워드 이득이고, 14는 속도 지연부이며, 15는 속도 제어부이고, 16은 드루핑 이득이며, 17은 전류 제어부이고, 18은 관성 부하이며, 19는 피드 포워드이다.

그래서 다수개의 롤러의 연동구동에서 동일 속도 지령에 의한 정속 구동시 각 롤러의 마모에 의한 롤러경의 변경, 기어의 미세 오차 및 롤러 관성의 변동 등에 따라 같은 속도 지령일지라도 롤러간 속도궤환값에서 차이가 발생할 수 있다. 이는 인접 롤러간 스트립의 장력을 지속적으로 증가 또는 감소시키는 요인이 되고 정속 중에도 모터에 걸리는 전류가 점차 증가 또는 감소되어 일정시간이 지나면 모터의 과부하를 초래하여 트립(trip)을 유발하게 된다.

도2는 도1에 따른 드루핑 기능이 없는 경우의 속도 및 장력 응답의 곡선도이다. 이러한 도2에서는 특정 롤러경이 0.1% 변동했을 때의 속도와 장력의 응답곡선을 나타낸 것인데, 가속완료 후 정속으로 주행하는데 스트립 장력은 지속적으로 증가하게 된다. 정속시 모터의 상기의 이유에 의한 트립 또는 과부하를 방지하기 위하여 속도제어부(15) 양단에 드루핑 제어 루프를 적용하여 속도 제어부(15)의 출력이 지속적으로 변할 때 이를 감쇄시켜 정속시 일정 이상의 전류 증가를 방지하고 스트립 장력의 지속적인 장력 변동을 억제하는 역할을 하게 된다.

그러나 속도제어부(15)의 출력에 드루핑 이득 Kd(16)를 곱하여 궤환할 때 드루핑 이득 Kd(16)를 일정하게 하면, 정속시에는 모터 전류의 변동을 억제하나 롤러의 가감속시 속도제어부(15)의 입력인 속도지령을 감소시키는 역할을 하며, 스트립의 장력 변동을 유발하게 되는 역기능을 보이는 문제점이 있었다.

도3은 도1에 따른 가감속시 드루핑의 영향에 의한 속도 및 장력 응답의 곡선도로서, 인접 롤러의 가속시 드루핑 기능에 의해 장력이 큰폭으로 변동하는 응답 곡선을 보인 것이다.

가감속시 장력변동을 억제하기 위한 방법으로 일본논문 "鐵と鋼 Vol. 79(1993) T133~136"에 기재된 제어기술로서, 가감속 피드 포워드 보상 제어방법이있는데, 이 방법에 대한 제어 블록도가 도1에 도시되었다.

도1에서는 속도제어부(15)의 후단에서 드루핑 이득(16)을 거쳐 궤환시키고, 속도제어부(15) 전단에 속도지연부(14)를 두어 가감속 시에는 직접적인 속도제어부(15)의 영향을 받는 것이 아니라 피드 포워드 보상부(11)의 출력이 직접 전류로 인가될 수 있도록 구성되어 있다.

속도지연부(14)에서 가감속할 때의 모터와 부하의 속도 응답특성에 맞도록 시정수 Tref를 고려하여야 하며, 피드 포워드 보상부(11)에서도 가감속에 필요한 전류의 응답특성에 맞도록 피드 포워드 시정수(12) Tff가 정확하게 설정되어야 한다.

또한 피드 포워드 이득(13) Kff는 가감속시 필요한 전류량을 사전에 연산하여 설정하여야 하는데, 이는 가감속율, 모터와 롤러의 관성 및 롤러경 등에 대한 데이터에 의해서 결정되는 값이다.

그러나 종래 기술인 일본의 피드 포워드 보상 기법은 상기에서 언급한 시정수 Tff, Tref 및 피드 포워드 이득(Kff)에 상당히 민감한 특성을 보이는데, 부하 및 제어기 특성에서 조금만 벗어나도 가감속시의 큰 양의 스트립 장력 변동으로 결부되는 문제점이 있었다.

또한 일본의 피드 포워드 보상 방법은 철강 또는 제기 공정에서와 같이 수많은 스트립 이송 롤러를 필요로 하는 경우에 있어서 설정해야될 시정수 및 이득 등의 제어 상수가 많아짐으로써 유지 및 관리 측면에서 불리하며, 시간에 따른 롤러경의 변화 및 관성량(18)의 변화에서 장력 변동을 유발하는 원인이 될 수 있기 때문에 지속적인 제어 상수 조정이 필요한 불편함도 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 철강 및 제지 공정 중 스트립 이송을 위한 연동 롤러의 속도 및 장력을 가변 드루핑 제어를 통해 수행하여 롤러의 속도응답과 스트립 장력변동곡선을 안정적으로 유지할 수 있는 가변 드루핑 제어를 이용한 롤러의 속도제어 장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일실시예에 의한 가변 드루핑 제어를 이용한 롤러의 속도제어 장치는,

드루핑 이득과 속도 제어부와 전류 제어부와 관성 부하와 속도 피드백을 구비한 롤러의 속도제어 장치에 있어서, 가감속 구간을 감지하여 자동적으로 가감속 완료 구간까지 일정양의 드루핑 이득을 가변적으로 조절하는 드루핑 이득 연산부를 더 포함하여 이루어짐을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.

도1은 종래 롤러 속도제어 장치의 블록구성도이고,

도2는 도1에 따른 드루핑 기능이 없는 경우의 속도 및 장력 응답의 곡선도이며,

도3은 도1에 따른 가감속시 드루핑의 영향에 의한 속도 및 장력 응답의 곡선도이고,

도4는 본 발명의 일실시예에 의한 가변 드루핑 제어를 이용한 롤러의 속도제어 장치의 블록구성도이며,

도5는 도4에서 드루핑 이득 연산부의 상세블록도이고,

도6은 도4에 따른 가감속시 가변 드루핑의 이득 변화를 보인 곡선도이며,

도7은 도4에 따른 가변 드루핑 제어에 의한 속도 및 장력 응답의 곡선도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

21 : 드루핑 이득 연산부 22 : 드루핑 이득

23 : 속도 제어부 24 : 전류 제어부

25 : 관성 부하 26 : 속도 피드백

이하, 상기와 같은 본 발명 가변 드루핑 제어를 이용한 롤러의 속도제어 장치의 기술적 사상에 따른 일실시예를 설명하면 다음과 같다.

먼저 본 발명은 가감속시 속도 제어기의 기능을 억제하는 종래 기술과는 달리 속도제어기의 기능을 유지하여 속도 피드백 제어를 동시에 수행하고, 가감속시의 장력변동의 역기능을 초래하는 드루핑 이득을 부하의 속도응답성에 맞게 가변적으로 제어하여 장력 변동을 억제함과 동시에 장기간 운전시 발생하는 롤러의 마모 및 관성량 변화에도 강인한 속도응답성과 장력 안정성을 확보할 수 있는 연동 구동롤러의 속도 제어 장치를 제공한다.

도4는 본 발명의 일실시예에 의한 가변 드루핑 제어를 이용한 롤러의 속도제어 장치의 블록구성도이며,

이에 도시된 바와 같이, 참조번호 22는 드루핑 이득이고, 23은 속도 제어부이며, 24는 전류 제어부이고, 25는 관성 부하이며, 26은 속도 피드백이고, 21은 가감속 구간을 감지하여 자동적으로 가감속 완료 구간까지 일정양의 드루핑 이득을 가변적으로 조절하는 드루핑 이득 연산부이다.

도5는 도4에서 드루핑 이득 연산부의 상세블록도이다.

이에 도시된 바와 같이, 속도지령을 감지하는 속도 미분부(31)와; 상기 속도 미분부(31)의 출력에서 부하 특성에 맞도록 시스템 속도 응답 특성을 예측하는 시스템 속도 모델부(32)와; 상기 시스템 속도 모델부(32)에서 생성된 신호를 입력받아 드루핑 이득의 변화율을 결정하는 비례이득(33)과; 드루핑 이득(34)과; 최종 드루핑 이득 출력(37)이 정속 주행시 적용되는 드루핑 이득(34) 보다 크지 않도록 하는 리미터(35)와; 상기 리미터(35)와 상기 드루핑 이득(34)의 신호를 입력받아 상기 리미터(35)를 거친 신호와 정속시 상기 드루핑 이득(34) 간의 편차를 출력하는 최종 드루핑 이득 출력(37)과; 상기 최종 드루핑 이득 출력(37)의 드루핑 이득이 급격하게 변하지 않도록 하는 LAG(36)로 구성된다.

상기에서 속도 미분부(31)는, 속도지령을 입력받아 가감속율에 따라 출력 크기를 결정하여 출력하고, 가감속 유지 시간을 검출한다.

상기에서 시스템 속도 모델부(32)는, 시스템 속도 모델 시정수 Tsys가 유일한 값을 갖도록 하고, 시스템 속도 모델 시정수 Tsys는 시스템의 속도 제어 차단 주파수의 역수로서 결정한다.

상기에서 비례이득(33)은, 드루핑 이득(22)의 급격한 변화에 따른 스트립 장력 및 속도 변동을 억제하는 수준으로 상기 드루핑 이득의 변화율을 결정한다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 가변 드루핑 제어를 이용한 롤러의 속도제어 장치의 동작을 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저 본 발명에 의한 장치는 기본적으로 속도제어부(23), 전류제어부(24), 관성부하(25), 드루핑 이득(22)과 드루핑 이득 연산부(21)로 구성된다.

롤러의 정속 주행시에는 속도지령과 속도 피드백(26) 간의 편자분과 속도제어부(23)의 출력에 고정의 드루핑 이득(22)을 곱한 값과의 편차가 속도제어부(23)로 입력되어 스트립 상승 및 하강을 방지하게 제어되며, 가감속시에는 드루핑 이득 연산부(21)에서 가변적으로 드루핑 이득(22)을 제어하여 가감속시 드루핑 기능을 지속적으로 유지한다.

본 발명에서 가감속시 장력변동 억제 제어를 위한 핵심부분은 가감속 구간을 감지하여 자동적으로 가감속 완료 구간까지 일정양의 드루핑 이득(34)을 가변적으로 조절하는 드루핑 이득 연산부(21)로서, 그 세부작용은 도5를 참조하여 설명한다.

즉, 드루핑 이득 연산부(21)는 속도 미분부(31), 시스템 속도 모델부(32), 비례이득 K(33), 리미터(35)와 LAG(26) 등으로 구성된다.

그래서 드루핑 이득 연산부(21)로 입력된 속도지령은 가감속 구간을 감지하기 위해 속도 미분부(31)로 입력되며, 가감속율에 따라 속도 미분부(31)의 출력의 크기가 결정되고, 가감속 유지 시간을 검출한다.

이렇게 속도 미분부(31)를 거친 가감속 검출신호는 시스템 속도 모델부(32)로 입력되는데, 시스템 속도 모델부(32)에서는 속도 제어부(23), 전류 제어부(24), 관성부하(25) 등이 결합된 실제 속도 응답 특성을 예측하는 역할을 수행한다.

시스템의 속도 응답 특성은 연동구동 롤러의 설계 단계에서 결정되는 것으로, 관성량이나 모터에 상관없이 전 롤러에 대해서 공통적으로 적용되게 되므로, 시스템 속도 모델 시정수 Tsys는 유일한 값을 갖게 되며, 시스템 속도 모델 시정수 Tsys는 시스템의 속도 제어 차단 주파수의 역수로서 결정된다.

시스템 속도 모델부(32)에서 생성된 신호는 비례이득 K(33)를 거치는데, 이 값은 드루핑 이득(22)의 변화율을 결정하는 효과를 갖으며 드루핑 이득(22)의 급격한 변화에 따른 스트립 장력 및 속도 변동을 억제하는 수준으로 결정된다.

비례이득(33)을 거친 신호는 리미터(35)를 거치는데, 이는 최종 드루핑 이득 출력(37)이 정속 주행시 적용되는 드루핑 이득(34) 보다 크지 않도록 하는 역할을 한다.

리미터(35)를 거친 신호와 정속시 드루핑 이득(34) 간의 편차는 LAG(36)를 거쳐 최종출력되는데, LAG(36)는 드루핑 이득이 급격하게 변하지 않도록 하는 역할을 한다.

이러한 과정에서 가감속 구간을 감지하고 시스템 속도 응답 특성을 예측하여 가변적으로 제어되는 드루핑 이득(22)은 속도 제어부(23)와 결합하여 가감속시 적응적으로 제어되는데, 가속시 생성된 가변 드루핑 이득출력(36)은 도6의 가감속시 가변 드루핑의 이득 변화를 보인 곡선도에서 보인 곡선과 같은 형태를 취한다.

도7은 도4에 따른 가변 드루핑 제어에 의한 속도 및 장력 응답의 곡선도이다.

또한 상기와 같이 얻어진 드루핑 이득(22)은 속도 제어부(23)와 연동해서 전류 제어부(24)의 입력신호를 적절하게 조절하는 역할을 하게 된다.

이처럼 본 발명은 철강 및 제지 공정 중 스트립 이송을 위한 연동 롤러의 속도 및 장력을 가변 드루핑 제어를 통해 수행하여 롤러의 속도응답과 스트립 장력변동곡선을 안정적으로 유지하게 되는 것이다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 가변 드루핑 제어를 이용한 롤러의 속도제어 장치는 가변적으로 조절되는 드루핑 이득에 의해서 가감속시 드루핑의 역기능에서 발생하는 스트립 장력 변동을 억제하여 스트립의 안정통판을 가능하게 하는데, 가속시 본 발명의 제어방법에 의한 롤러의 속도응답과 스트립 장력변동곡선이 도7에서와 같이 안정되게 유지될 수 있는 효과가 있게 된다.

또한 본 발명은 종래 기술의 문제점인 각종 제어상수의 미세오류와 지속적 운전에 의한 롤러경과 관성량 변화 등에 민감한 장력변동을 보이는 단점을 극복할 수 있을 뿐만 아니라, 수많은 롤러에 개별적으로 제어상수를 설정하고 조절해야하는 복잡함을 피하며, 유지보수면에서도 간편하다는 효과가 있게 된다.

Claims (5)

1. 드루핑 이득과 속도 제어부와 전류 제어부와 관성 부하와 속도 피드백을 구비한 롤러의 속도제어 장치에 있어서,

   가감속 구간을 감지하여 자동적으로 가감속 완료 구간까지 일정양의 드루핑 이득을 가변적으로 조절하는 드루핑 이득 연산부를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 가변 드루핑 제어를 이용한 롤러의 속도제어 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 드루핑 이득 연산부는,

   속도지령을 감지하는 속도 미분부와;

   상기 속도 미분부의 출력에서 부하 특성에 맞도록 시스템 속도 응답 특성을 예측하는 시스템 속도 모델부와;

   상기 시스템 속도 모델부에서 생성된 신호를 입력받아 드루핑 이득의 변화율을 결정하는 비례이득과;

   드루핑 이득과;

   최종 드루핑 이득 출력이 정속 주행시 적용되는 드루핑 이득 보다 크지 않도록 하는 리미터와;

   상기 리미터와 상기 드루핑 이득의 신호를 입력받아 상기 리미터를 거친 신호와 정속시 상기 드루핑 이득 간의 편차를 출력하는 최종 드루핑 이득 출력과;

   상기 최종 드루핑 이득 출력의 드루핑 이득이 급격하게 변하지 않도록 하는 LAG로 구성된 것을 특징으로 하는 가변 드루핑 제어를 이용한 롤러의 속도제어 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 속도 미분부는,

   속도지령을 입력받아 가감속율에 따라 출력 크기를 결정하여 출력하고, 가감속 유지 시간을 검출하는 것을 특징으로 하는 가변 드루핑 제어를 이용한 롤러의 속도제어 장치.
4. 제2항에 있어서, 상기 시스템 속도 모델부는,

   시스템 속도 모델 시정수 Tsys가 유일한 값을 갖도록 하고, 시스템 속도 모델 시정수 Tsys는 시스템의 속도 제어 차단 주파수의 역수로서 결정하는 것을 특징으로 하는 가변 드루핑 제어를 이용한 롤러의 속도제어 장치.
5. 제2항에 있어서, 상기 비례이득은,

   드루핑 이득의 급격한 변화에 따른 스트립 장력 및 속도 변동을 억제하는 수준으로 상기 드루핑 이득의 변화율을 결정하는 것을 특징으로 하는 가변 드루핑 제어를 이용한 롤러의 속도제어 장치.