KR20150074948A - Multi input-multi output electromagnetic vibration control apparatus and method - Google Patents
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Abstract
Description
본 출원은 도금강판의 다입력-다출력 전자기 진동제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 도금공정에서 다입력-다출력 전자기 진동제어시 안정한 범위 내에서 작동하도록 하는 최적게인을 설정하는 진동제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a multi-input multi-output electromagnetic vibration control apparatus and method for a galvanized steel sheet, and more particularly to a vibration control apparatus and method for setting optimum gains for operating within a stable range in multi- ≪ / RTI >
일반적으로, 연속 용융 아연 도금 라인(CGL : Continuous Galvanizing Line)에는 강판의 진동을 억제하기 위한 전자기적 진동제어 장치가 설치되어 있다. 진동제어 장치는 도금욕조 롤(pot roll)과 쿨링 타워롤(cooling tower roll) 사이에 이송되는 도금된 강판(스트립 : strip)의 진동을 억제하는 것을 목적으로 한다. Generally, a continuous galvanizing line (CGL) is provided with an electromagnetic vibration control device for suppressing vibration of a steel sheet. The vibration control device is intended to suppress vibration of a plated steel strip (strip) transferred between a plating bath roll and a cooling tower roll.
도 1은 일반적인 연속 용융 아연 도금 라인의 구조도이다.1 is a structural view of a general continuous hot dip galvanizing line.
도시된 바와 같이, 연속 용융 아연 도금 라인(100) 설비는 도금욕(zinc pot)(108), 도금 욕조롤(101), 안전롤(102) 및 교정롤(103), 도금되어 이송되는 스트립(105), 에어나이프(air knife)(104) 및 진동제어 장치(106)를 포함하여 구성될 수 있다.As shown, the continuous hot-dip galvanizing
연속 용융 아연 도금 라인 설비는 도금 스트립을 생산하는 공정라인 설비로서, 가장 중요한 설비는 도금욕(108)이며, 도금욕(108) 내에는 3개의 롤이 있어서 스트립(105)에 아연을 코팅하는 역할과 스트립(105)의 반곡을 제어하는 기능을 할 수 있다. 이런 도금욕(108)의 스트립 진행 방향으로 상부에는 에어나이프(104)가 있으며, 이는 스트립(105)에 코팅된 아연을 쓸어내려 아연도금코팅의 두께를 일정하게 제어하는 역할을 한다. 에어나이프(104) 상부에는 쿨링 타워롤(미도시)이 있어 스트립(105)을 냉각시키는 역할을 할 수 있다. The continuous hot-dip galvanizing line facility is a process line facility for producing a plating strip. The most important facility is a
에어나이프(104)는 스트립(105)의 양면의 아연을 깎아내는 역할을 하며, 균일한 도금 두께를 확보하기 위해 스트립(105)은 양쪽 에어나이프(104) 사이의 중앙을 통과하여야 한다. 또한 스트립(105)은 도금 욕조롤(101)과 쿨링 타워롤(미도시) 사이에 걸친 형태로 자유 진동을 하므로 이러한 진동을 억제하여야 스트립(105)의 균일한 도금 두께를 확보할 수 있다. 따라서 연속 용융 아연 도금 라인 설비에는 스트립(105)의 진동을 억제하기 위한 진동제어 장치(106)가 설치된다. The
이러한 진동제어 장치(106)는 전자석(Electromagnet)과 센서(Sensor)를 이용한 능동 진동제어 장치일 수 있다. 능동 진동제어 알고리즘으로는 대표적으로 PID(proportional-Integral-Differential, 비례-적분-미분) 제어 방식이 사용된다. PID 제어방법은 스트립(105)의 진동량에 대한 부궤환 제어(Negative feedback control) 방식을 사용한다. 이 제어방법의 문제점은, 스트립(105)의 진동 감소를 위해 미분제어게인(Derivative controller gain)을 높여야 하는데, 이 경우 스필오버(Spill-over)라는 현상이 발생하는 것이다. 이 스필오버 현상은 스트립(105)이 저주파에서 고주파까지 다중공진 주파수를 가지고 있어서 미분제어시 고주파 영역의 증폭이 많이 되므로 고주파영역의 진동이 커지는 현상이다. The
상대적으로 양궤환 제어(positive position feedback control) 방식은 미분제어를 사용하지 않는 진동제어 방법으로, 고주파 영역의 감쇄가 큰 장점이 있으나 제어게인의 증가시 불안정 영역(instability region)에 도달하면 급속히 스트립(105)이 전자석을 향하게 되어 부궤환 제어 방식보다 안정성에 문제점이 발생할 수 있다.
The positive position feedback control method is a vibration control method that does not use differential control. It has a great advantage of attenuation in the high frequency region. However, when the instability region is reached when the gain is increased, 105 are directed to the electromagnet, which may cause a problem in stability rather than the negative feedback control method.
당해 기술분야에서는, 다수 개의 전자석과 센서를 이용하는 다입력-다출력 전자기 진동제어에 있어서 다중공진 주파수를 가진 스트립에 대한 양궤환 제어시 스필오버 현상이 없는 안정적인 진동제어를 하는 진동제어 장치 및 방법이 요구되고 있다.
In the art, a vibration control apparatus and method for performing stable vibration control without a spillover phenomenon in a double feedback control for a strip having a multiple resonance frequency in multi-input-multiple output electromagnetic vibration control using a plurality of electromagnets and sensors Is required.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 제1 태양은, 다입력-다출력 전자기 진동제어 장치를 제공한다. 상기 다입력-다출력 전자기 진동제어 장치는, 다입력-다출력 스트립의 진동제어를 위해 스트립과 교차하는 방향에 자력을 적용시키는 다수 개의 전자석과, 대응하는 전자석과 상기 스트립 사이의 간격을 측정하는 다수 개의 갭센서와, 상기 다수 개의 갭센서에서 측정된 거리정보에 따라서 상기 다수 개의 전자석으로 입력되는 전류량을 제어하는 양궤환 제어부와, 상기 스트립의 전달함수와 양궤환 제어부의 전달함수로 표현된 폐회로 시스템에서 안정성 조건(Stability condition)을 만족하도록 상기 양궤환 제어부의 제어게인을 계산하는 게인 제어부를 포함한다.
In order to solve the above problems, a first aspect of the present invention provides a multi-input multi-output electromagnetic vibration control apparatus. The multi-input multi-output electromagnetic vibration control apparatus includes a plurality of electromagnets for applying a magnetic force in a direction crossing a strip for vibration control of a multi-input multi-output strip, and a plurality of electromagnets for measuring a gap between the corresponding electromagnets and the strip A positive feedback control unit for controlling an amount of current input to the plurality of electromagnets in accordance with the distance information measured by the plurality of gap sensors; and a closed loop control unit, which is expressed by a transfer function of the strip and a transfer function of the positive feedback control unit, And a gain control unit for calculating a gain control of the positive feedback control unit so as to satisfy a stability condition in the system.
본 발명의 제2 태양은, 다입력-다출력 스트립의 진동제어를 위해 스트립과 교차하는 방향에 자력을 적용시키는 다수 개의 전자석과, 대응하는 전자석과 상기 스트립 사이의 간격을 측정하는 다수 개의 갭센서와, 상기 다수 개의 갭센서에서 측정된 거리정보에 따라서 상기 다수 개의 전자석으로 입력되는 전류량을 제어하는 양궤환 제어부와, 상기 양궤환 제어부의 제어게인을 계산하는 게인 제어부를 포함하는 다입력-다출력 전자기 진동제어 장치의 다입력-다출력 전자기 진동제어 방법을 제공한다. 상기 다입력-다출력 전자기 진동제어 방법은, 상기 게인 제어부가, 상기 전자석의 전자기력 및 상기 스트립의 진동량을 입력하여 상기 다입력-다출력 스트립의 전달함수인 스트립 모델을 도출하는 과정과, 상기 전자석으로 입력되는 전류량 및 상기 스트립의 진동량을 입력하여 상기 양궤환 제어부의 전달함수인 양궤환 제어부 모델을 도출하는 과정과, 상기 스트립 모델과 상기 양궤환 제어부 모델로 표현된 폐회로 시스템에서 안정성 조건(Stability condition)을 만족하도록 상기 양궤환 제어부의 제어게인을 계산하는 과정을 포함한다.
A second aspect of the present invention is a method for controlling a vibration of a multi-input multi-output strip, comprising a plurality of electromagnets for applying a magnetic force in a direction intersecting a strip, And a gain controller for calculating a control gain of the positive feedback control unit, wherein the positive feedback control unit controls an amount of current input to the plurality of electromagnets according to the distance information measured by the plurality of gap sensors, A multi-input multi-output electromagnetic vibration control method of an electromagnetic vibration control apparatus is provided. The multi-input multi-output electromagnetic vibration control method according to claim 1, wherein the gain control unit receives the electromagnetic force of the electromagnet and the vibration amount of the strip to derive a strip model that is a transfer function of the multi- Calculating a quantity of a current input to the electromagnet and a vibration amount of the strip to derive a positive feedback control part model which is a transfer function of the positive feedback control part; And calculating a control gain of the positive feedback control unit so as to satisfy a stability condition.
덧붙여 상기한 과제의 해결 수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것은 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점과 효과는 아래의 구체적인 실시 형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.
In addition, the solution of the above-mentioned problems does not list all the features of the present invention. The various features of the present invention and the advantages and effects thereof will be more fully understood by reference to the following specific embodiments.
다수 개의 전자석과 센서를 이용하는 다입력-다출력 전자기 진동제어시 다중공진 주파수를 가진 스트립에 대한 양궤환 제어부의 최적게인을 수식적으로 계산하여 설정함으로써 양궤환 제어부가 안정한 범위 내에서 작동하도록 하는 진동제어 장치 및 방법이 제공될 수 있다.
In the multi-input-multi-output electromagnetic vibration control using a plurality of electromagnets and sensors, the optimum feedback of the feedback control unit for the strip having multiple resonance frequencies is calculated and set up so that the feedback control unit operates in a stable range A control apparatus and method can be provided.
도 1은 일반적인 연속 용융 아연 도금 라인의 구조도,
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 다입력-다출력 전자기 진동제어 장치의 구성을 도시한 블럭도,
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 다입력-다출력 전자기 진동제어 장치에서 스티프니스 행렬에 대하여 안정성이 파괴되기 직전까지 제어게인을 증가시킨 그래프, 및
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 다입력-다출력 전자기 진동제어 장치의 다입력-다출력 전자기 진동제어 방법을 도시한 흐름도이다. 1 is a structural view of a general continuous hot dip galvanizing line,
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a multi-input multi-output electromagnetic vibration control apparatus according to an embodiment of the present invention;
FIG. 3 is a graph showing an increase in control gain until the stability is destroyed with respect to the stiffness matrix in the multi-input multi-output electromagnetic vibration control apparatus according to the embodiment of the present invention, and
4 is a flowchart illustrating a multi-input-multiple output electromagnetic vibration control method of a multi-input multi-output electromagnetic vibration control apparatus according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the embodiments of the present invention can be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Further, the embodiments of the present invention are provided to more fully explain the present invention to those skilled in the art. The shape and size of elements in the drawings may be exaggerated for clarity.
이하, 본 발명의 실시 형태인 다입력-다출력 전자기 진동제어 장치 및 방법, 특히 도금공정에서 다입력-다출력 전자기 진동제어시 안정한 범위 내에서 작동하도록 하는 최적게인을 설정하는 진동제어 장치 및 방법에 대해 설명한다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a multi-input multi-output electromagnetic vibration control apparatus and method, particularly a vibration control apparatus and method for setting an optimum gain for operating within a stable range in multi-input-multiple output electromagnetic vibration control in a plating process Will be described.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 다입력-다출력 전자기 진동제어 장치의 구성을 도시한 블럭도이다. 2 is a block diagram showing the configuration of a multi-input-multiple output electromagnetic vibration control apparatus according to an embodiment of the present invention.
상기 도 2를 참조하면, 다입력-다출력 전자기 진동제어 장치(200)는, 다수 개의 전자석(210), 다수 개의 갭센서(220), 양궤환 제어부(230) 및 게인 제어부(240)를 포함한다. 이하 설명에서는 5개의 전자석(210)과 5개의 갭센서(220)를 예로 들어 설명하기로 한다. 2, the multi-input multi-output electromagnetic
상기 다수 개의 전자석(210) 각각은, 전자석 쌍으로 구성되어, 스트립(250)의 진동제어를 위해 스트립(250)과 교차하는 방향에 자력을 적용시킬 수 있다. 상기 각 전자석(210)은 도금공정시 주행하는 스트립(250)의 양면에 각각 일정한 간격으로 배치된 두 개의 자기패드(magnetic pad)를 포함할 수 있다. 상기 다수 개의 전자석(210)은 양궤환 제어부(230)에서 입력되는 전류량에 따라 로렌쯔 힘을 발생시켜 주행중인 스트립(250)의 진동을 제어할 수 있다. Each of the plurality of
상기 다수 개의 갭센서(220) 각각은, 갭센서 쌍으로 구성되어, 대응하는 전자석(210)과 상기 스트립(250) 사이의 간격을 측정할 수 있다. 상기 각 갭센서(220)의 갭센서 쌍은 상기 스트립(250)의 양면에 일정한 간격으로 배치된 자기패드에 각각 배치되어 각각의 자기패드와 스트립(250)의 양면 사이의 간격을 측정할 수 있다. 상기 다수 개의 갭센서(220)에서 측정된 거리정보는 양궤환 제어부(230)로 양궤환되며, 또한, 게인 제어부(240)에 제공되어 양궤환 제어부(230)를 제어하는 게인을 구하는데 사용될 수 있다. Each of the plurality of
상기 양궤환 제어부(230)는, 상기 다수 개의 갭센서(220)에서 측정된 거리정보에 따라서 상기 다수 개의 전자석(210)으로 입력되는 전류량을 제어할 수 있다. 상기 양궤환 제어부(230)는 초기에는 초기 설정된 목표이동거리정보에 따라 상기 다수 개의 전자석(210)으로 입력되는 전류량을 제어하고, 상기 스트립(250)과 다수 개의 전자석(210) 사이의 거리에 변화가 생기는 경우에는 상기 게인 제어부(240)에서 계산된 게인정보 및 상기 다수 개의 갭센서(220)에서 측정된 거리정보를 이용하여 상기 다수 개의 전자석(210)으로 입력되는 전류량을 제어할 수 있다.The amount
상기 게인 제어부(240)는, 상기 스트립(250)의 전달함수인 스트립 모델과 양궤환 제어부(230)의 전달함수인 양궤환 제어부 모델로 표현된 폐회로 시스템에서 안정성 조건(Stability condition)을 만족하도록 상기 양궤환 제어부(230)의 최적의 제어게인을 계산하여 설정할 수 있다.
The
여기서, 상기 양궤환 제어부(230)의 최적의 제어게인을 수식적으로 계산하여 설정하는 방법에 대해 상세히 설명하면 아래와 같다. Hereinafter, a method of calculating and setting an optimum control gain of the
먼저, 상기 게인 제어부(240)는 전자석의 전자기력 및 스트립의 진동량을 입력하여, 다중 고유주파수를 가지는 다입력-다출력 스트립(250)의 전달함수인 스트립 모델을 도출한다. 상기 다중 고유주파수를 가지는 다입력-다출력 스트립(250)은, 하기 <수학식 1>과 같이, 상기 전자석의 전자기력 U를 입력으로 하고 상기 스트립의 진동량 Y을 출력으로 하는 전달함수로 모델링될 수 있다.First, the
[수학식 1][Equation 1]
여기서, Gij(s)는 스트립의 전달함수, Yij(s)는 j번째 위치의 전자석에 의한 스트립의 i번째 위치의 진동량, Uj(s)는 j번째 위치의 전자석에 의한 전자기력, (k=0 ~ n-2)는 상기 전달함수의 영점의 계수, (m = 0 ~ n-1)는 상기 전달함수의 극점의 계수, s는 라플라스 변수, n은 스트립 최대 공진 주파수의 차수이다. 여기서, i와 j는, 5개의 전자석(210)이 존재할 경우, 1~5의 값을 가질 수 있다.
In this case, G ij (s) is the transfer function of the strip, Y ij (s) is the vibration amount at the i-th position of the strip due to the electromagnet at the j-th position, U j (s) (k = 0 to n-2) is a coefficient of the zero point of the transfer function, (m = 0 to n-1) is the coefficient of the pole of the transfer function, s is the Laplace parameter, and n is the order of the strip maximum resonance frequency. Here, i and j may have a value of 1 to 5 when five
상기 <수학식 1>은, 다중 고유주파수를 가지는 스트립의 안정성 조건에 따라, DC-게인(Gain)에 관여하는 Bij와 Aij만을 이용하여, 하기 <수학식 2>와 같이, 등가식으로 표현될 수 있다. Equation (1) can be expressed by Equation (2) using only B ij and A ij related to the DC-gain according to the stability condition of the strip having multiple natural frequencies Can be expressed.
[수학식 2]&Quot; (2) "
여기서, 는 안정성 평가에 사용하기 위한 스트립 등가 전달함수, Dij는 고유주파수별 감쇄계수이다.
here, Is a strip equivalent transfer function for use in stability evaluation, and D ij is the natural frequency-specific attenuation coefficient.
상기 <수학식 2>는, 하기 <수학식 3>과 같이, 시간영역 상태변수 방정식으로 변환될 수 있다. Equation (2) can be transformed into a time domain state variable equation as shown in Equation (3) below.
[수학식 3]&Quot; (3) "
여기서, KPPF ,j는 양궤환 제어부의 제어게인(controller gain), pj는 양궤환 제어부의 필터의 상태변수이다. yi는 스트립의 i번째 위치의 진동량을 나타내고, 이는 전체 전자석에 의한 스트립의 i번째 위치의 진동량의 합을 나타낸다.
Here, K PPF , j is the controller gain of the positive feedback controller, and p j is the state variable of the filter of the positive feedback controller. y i represents the vibration amount at the i-th position of the strip, and this represents the sum of the vibration amounts at the i-th position of the strip by the entire electromagnet.
다음으로, 상기 게인 제어부(240)는 상기 전자석으로 입력되는 전류량 및 상기 스트립의 진동량을 입력하여, 상기 양궤환 제어부(230)의 전달함수인 양궤환 제어부 모델을 도출한다. 상기 양궤환 제어부(230)는, 하기 <수학식 4>와 같이, 스트립의 진동량 Y를 입력으로 하고, 2차식의 저역통과필터를 거친 뒤 제어게인 KPPF ,i가 곱해져 전자석으로 입력되는 전류량(U)을 출력으로 하는 전달함수로 모델링될 수 있다. Next, the
[수학식 4]&Quot; (4) "
여기서, Hi(s)는 양궤환 제어부의 전달함수, Ui(s)는 스트립의 i번째 위치에 대응하는 전자석으로 입력되는 전류량, Yi(s)는 스트립의 i번째 위치의 진동량, Df ,i는 양궤환 제어부의 필터감쇄계수, 는 양궤환 제어부의 필터 주파수, KPPF ,i는 스트립의 i번째 위치에 대응하는 j번째 위치의 전자석에 대한 양궤환 제어부의 제어게인이다.
Where H i (s) is the transfer function of the positive feedback control, U i (s) is the amount of current input to the electromagnet corresponding to the ith position of the strip, Y i (s) is the vibration amount at the i- D f , i is the filter attenuation coefficient of the positive feedback control part, Is the filter frequency of the feedback control unit, and K PPF , i is the control gain of the positive feedback control unit for the electromagnet at the j-th position corresponding to the i-th position of the strip.
상기 <수학식 4>는, 하기 <수학식 5>와 같이, 시간영역 상태변수 방정식으로 변환될 수 있다. Equation (4) can be transformed into a time domain state variable equation as shown in Equation (5) below.
[수학식 5]&Quot; (5) "
다음으로, 상기 게인 제어부(240)는 스트립 모델과 양궤환 제어부 모델이 결합된 폐회로 시스템에서 안정성 조건을 만족하도록 상기 양궤환 제어부(230)의 최적 제어게인을 계산한다. Next, the
여기서, 스트립 모델과 양궤환 제어부 모델이 결합된 폐회로 시스템의 안정성 조건을 적용하기 위하여, 스트립 모델에 대한 시간영역 상태변수 방정식(수학식 3)과 양궤환 제어부 모델에 대한 시간영역 상태변수 방정식(수학식 5)을 결합하여 정리하면, 하기 <수학식 6>과 같은 폐회로 상태방정식이 도출될 수 있다. In order to apply the stability condition of the closed loop system combined with the strip model and the feedback controller model, the time domain state variable equation for the strip model (Equation 3) and the time domain state variable equation for the feedback controller model (5), the closed-loop state equations as shown in Equation (6) below can be derived.
[수학식 6]&Quot; (6) "
여기서, [Nk]는 k번째 행이 모두 1의 값을 가지고, 나머지 행이 모두 0의 값을 가지는 k*k 행렬이다. 이는, i와 j가 1~5의 값을 가지는 경우를 예로 들어 나타낸 것이다.
Here, [N k ] is a k * k matrix in which the k-th row has a value of 1 and all the remaining rows have a value of 0. This is an example in which i and j have values of 1 to 5.
상기 <수학식 6>과 같이 도출된 폐회로 상태방정식의 안정성 조건은 다음과 같다. 상기 <수학식 6>에서 상태변수에 곱해진 계수행렬 S를 스티프니스 행(stiffness matrix)이라고 하며, 상기 계수행렬이 포지티브 데피니트(positive definite)가 되면 전체 폐회로 시스템은 안정함이 알려져 있다. 이와 같은 안정성 조건을 적용하면, 상기 <수학식 6>에 대한 안정도 판별식은 하기 <수학식 7>과 같이 도출될 수 있다. The stability condition of the closed-loop state equation derived from Equation (6) is as follows. The coefficient matrix S multiplied by the state variable in Equation (6) is called a stiffness matrix. If the coefficient matrix is a positive definite, the entire closed loop system is stable. If such a stability condition is applied, the stability discrimination equation for Equation (6) can be derived as Equation (7).
[수학식 7]&Quot; (7) "
여기서, 행렬 g는 DC 게인(gain) 행렬이다.
Here, the matrix g is a DC gain matrix.
상기 <수학식 7>의 안정도 판별식에서 결정해야할 변수는 5개(KPPF ,1, …, KPPF,5)이며, 이는 하기 <수학식 8>과 같이, 각 전자석간의 제어게인의 비율을 결정하는 제어게인 비례상수 를 도입함으로써 해결될 수 있다. (K PPF , 1 , ..., K PPF, 5 ) in the stability determination equation of Equation (7), and it can be expressed as Equation (8) Decreasing control gain proportional constant . ≪ / RTI >
[수학식 8]&Quot; (8) "
여기서, 제어게인 비례상수 를 1로 설정하면, 모든 전자석의 제어게인이 같은 값이 되며, 이에 따라 상기 <수학식 7>의 안정도 판별식은, 하기 <수학식 9>와 같이, 다입력-다출력의 차수에 해당하는 고차 다항식으로 간단하게 정리될 수 있다. Here, the control gain proportional constant Is set to 1, the control gains of all the electromagnets become equal to each other. Accordingly, the stability discriminant of Equation (7) can be expressed as Equation (9) It can be simply summarized by a polynomial.
[수학식 9]&Quot; (9) "
여기서, Ci는 와 및 에 의해 결정되는 상수이다.
Here, C i is Wow And Lt; / RTI >
따라서, 상기 게인 제어부(240)는 상기 <수학식 9>를 계산함으로써 K를 결정하고, 이를 상기 <수학식 8>에 대입함으로써 각 전자석에 대한 양궤환 제어부의 제어게인 KPPF ,i을 결정할 수 있다.
Therefore, the
결론적으로, 다입력-다출력 시스템에 대한 양궤환 제어부(230)의 제어게인은 스트립의 DC 게인 행렬을 알면 간단하게 결정됨을 알 수 있다. 이처럼, 본 실시 형태에 따른 게인 제어부(240)는 양궤환 제어부(230)가 안정한 범위 내에서 작동하도록 하는 최적의 제어게인을 수식적으로 찾아낼 수 있다.
As a result, it can be seen that the control gain of the
일 실시 예로서, 장력 600kgf이 인가된 두께(thickness) 0.8mm, 폭(width) 1200mm, 길이(length) 2000 mm의 스트립의 경우, 상기 스트립의 DC 게인 행렬은 하기 <수학식 10>과 같이 표시할 수 있다. As an example, in the case of a strip having a thickness of 0.8 mm, a width of 1200 mm, and a length of 2000 mm, to which a tension of 600 kgf is applied, the DC gain matrix of the strip is expressed as Equation (10) can do.
[수학식 10]&Quot; (10) "
상기 <수학식 10>을 상기 <수학식 7>에 대입하고 제어게인 비례상수 를 1로 설정하면, 안정도 판별식은 하기 <수학식 11>과 같이 도출될 수 있다. The above Equation (10) is substituted into Equation (7), and the gain gain proportional constant Is set to 1, the stability discriminant can be derived as Equation (11) below.
[수학식 11]&Quot; (11) "
상기 <수학식 11>을 계산하면 K=2491.5로 결정되고, 이를 상기 <수학식 8>에 대입하면, 각 전자석에 대한 양궤환 제어부의 제어게인 KPPF ,i은 하기 <수학식 12>와 같이 결정될 수 있다. When the above equation (11) is calculated, K = 2491.5, which is substituted into Equation (8), the control gain K PPF , i of the positive feedback control unit for each electromagnet is given by Equation Can be determined.
[수학식 12]&Quot; (12) "
상기 <수학식 11>의 계산값의 정확성을 검증하기 위하여, 상기 <수학식 6>의 스티프니스 행렬에 대하여 안정성(stability)이 파괴되기 직전까지 제어게인을 증가시켜 보면, 도 3과 같이, 2491 부근에서 수렴함을 알 수 있다. 도 3은 장력 600kgf 뿐 아니라 800kgf과 1300kgf의 제어게인 결과를 함께 보여준다.
In order to verify the accuracy of the calculated value of Equation (11), if the control gain is increased until the stability of the stiffness matrix of Equation (6) is destroyed, as shown in FIG. 3, . Fig. 3 shows the results of controlling gains of 800kgf and 1300kgf as well as a tension of 600kgf.
본 실시 형태에 따른 다입력-다출력 전자기 진동제어 장치(200)는, 다중공진 주파수를 가지는 다입력-다출력 스트립에 대해, 상기 게인 제어부(240)에서 먼저 스트립 모델을 도출하고, 양궤환 제어부 모델을 도출한 후, 안정성 조건에서 양궤환 제어부(230)에 대한 제어게인을 결정하는 단계를 거쳐서 양궤환 제어부(230)가 안정한 범위 내에서 작동하도록 하는 최적의 제어게인을 계산함으로서, 전자석(210)에 제공되는 전류량을 제어하여 스트립의 진동을 제어할 수 있다.
The multi-input multi-output electromagnetic
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 다입력-다출력 전자기 진동제어 장치의 다입력-다출력 전자기 진동제어 방법을 도시한 흐름도이다. 4 is a flowchart illustrating a multi-input-multiple output electromagnetic vibration control method of a multi-input multi-output electromagnetic vibration control apparatus according to an embodiment of the present invention.
상기 도 4를 참조하면, 다입력-다출력 전자기 진동제어 장치의 게인 제어부는 401단계에서 전자석의 전자기력 및 스트립의 진동량을 입력하여 다입력-다출력 스트립의 전달함수인 스트립 모델을 도출한다. Referring to FIG. 4, the gain control unit of the multi-input multi-output electromagnetic vibration control apparatus inputs the electromagnetic force of the electromagnet and the vibration amount of the strip in
이후, 상기 게인 제어부는 403단계에서 상기 스트립 모델을 시간영역 상태변수 방정식으로 변환한다. Then, in
이후, 상기 게인 제어부는 405단계에서 상기 전자석으로 입력되는 전류량 및 상기 스트립의 진동량을 입력하여 양궤환 제어부의 전달함수인 양궤환 제어부 모델을 도출한다. Then, in
이후, 상기 게인 제어부는 407단계에서 상기 양궤환 제어부 모델을 시간영역 상태변수 방정식으로 변환한다. Then, in
이후, 상기 게인 제어부는 409단계 내지 413단계에서 상기 스트립 모델과 상기 양궤환 제어부 모델로 표현된 폐회로 시스템에서 안정성 조건을 만족하도록 상기 양궤환 제어부의 최적의 제어게인을 계산한다. Then, in
상세히 설명하면, 상기 게인 제어부는 409단계에서 상기 스트립 모델에 대한 시간영역 상태변수 방정식과 양궤환 제어부 모델에 대한 시간영역 상태변수 방정식을 결합하여 폐회로 상태방정식을 도출한다. In detail, in
이후, 상기 게인 제어부는 411단계에서 상기 폐회로 상태방정식 내 상태변수에 곱해진 계수행렬이 포지티브 데피니트(positive definite)가 되는 것을 만족하는 안정도 판별식을 도출한다. In
이후, 상기 게인 제어부는 413단계에서 각 전자석간의 제어게인의 비율을 결정하는 제어게인 비례상수를 1로 설정하여 상기 안정도 판별식으로부터 각 전자석에 대한 양궤환 제어부의 제어게인을 결정한다. Then, in
이후, 상기 게인 제어부는 본 발명에 따른 알고리즘을 종료한다.
Thereafter, the gain control unit terminates the algorithm according to the present invention.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It will be obvious to those of ordinary skill in the art.
210 : 전자석
220 : 갭센서
230 : 양궤환 제어부
240 : 게인 제어부
250 : 스트립210: electromagnet 220: gap sensor
230: positive feedback control unit 240: gain control unit
250: Strip
Claims (6)
대응하는 전자석과 상기 스트립 사이의 간격을 측정하는 다수 개의 갭센서와,
상기 다수 개의 갭센서에서 측정된 거리정보에 따라서 상기 다수 개의 전자석으로 입력되는 전류량을 제어하는 양궤환 제어부와,
상기 스트립의 전달함수와 양궤환 제어부의 전달함수로 표현된 폐회로 시스템에서 안정성 조건(Stability condition)을 만족하도록 상기 양궤환 제어부의 제어게인을 계산하는 게인 제어부를 포함하는 다입력-다출력 전자기 진동제어 장치.
A plurality of electromagnets for applying a magnetic force in a direction crossing the strip for vibration control of the multi-input multi-output strip,
A plurality of gap sensors for measuring an interval between the corresponding electromagnets and the strip,
A positive feedback control unit for controlling an amount of current input to the plurality of electromagnets according to distance information measured by the plurality of gap sensors;
And a gain control unit for calculating a gain of the positive feedback control unit so as to satisfy a stability condition in a closed circuit system represented by a transfer function of the strip and a transfer function of a positive feedback control unit. Device.
상기 전자석의 전자기력 및 상기 스트립의 진동량을 입력하여 상기 다입력-다출력 스트립의 전달함수인 스트립 모델을 도출하고,
상기 스트립 모델을 시간영역 상태변수 방정식으로 변환하고,
상기 전자석으로 입력되는 전류량 및 상기 스트립의 진동량을 입력하여 상기 양궤환 제어부의 전달함수인 양궤환 제어부 모델을 도출하고,
상기 양궤환 제어부 모델을 시간영역 상태변수 방정식으로 변환하고,
상기 스트립 모델에 대한 시간영역 상태변수 방정식과 상기 양궤환 제어부 모델에 대한 시간영역 상태변수 방정식을 결합하여 폐회로 상태방정식을 도출하고,
상기 폐회로 상태방정식 내 상태변수에 곱해진 계수행렬이 포지티브 데피니트(positive definite)가 되는 것을 만족하는 안정도 판별식을 도출하고,
각 전자석간의 제어게인의 비율을 결정하는 제어게인 비례상수를 1로 설정하여 상기 안정도 판별식으로부터 각 전자석에 대한 양궤환 제어부의 제어게인을 결정하는 것을 특징으로 하는 다입력-다출력 전자기 진동제어 장치.
The apparatus according to claim 1,
The electromagnetic force of the electromagnet and the amount of vibration of the strip are inputted to derive a strip model which is a transfer function of the multi-input-multiple output strip,
Transforming the strip model into a time domain state variable equation,
An amount of current input to the electromagnet and a vibration amount of the strip are input to derive a positive feedback control unit model which is a transfer function of the positive feedback control unit,
Converting the model of the feedback controller into a time domain state variable equation,
A closed-loop state equation is derived by combining a time-domain state variable equation for the strip model and a time-domain state variable equation for the positive feedback model,
Deriving a stability discriminant satisfying that a coefficient matrix multiplied by a state variable in the closed-loop state equations becomes a positive definite,
Wherein the control gain of each of the electromagnets is determined from the stability discrimination formula by setting the control gain proportional constant for determining the ratio of the control gains of the respective electromagnets to 1, Device.
상기 다입력-다출력 스트립은, 하기 수학식과 같이, 상기 전자석의 전자기력 U를 입력으로 하고 상기 스트립의 진동량 Y을 출력으로 하는 전달함수로 모델링되는 것을 특징으로 하는 다입력-다출력 전자기 진동제어 장치.
여기서, Gij(s)는 스트립의 전달함수, Yij(s)는 j번째 위치의 전자석에 의한 스트립의 i번째 위치의 진동량, Uj(s)는 j번째 위치의 전자석에 의한 전자기력, (k=0 ~ n-2)는 상기 전달함수의 영점의 계수, (m = 0 ~ n-1)는 상기 전달함수의 극점의 계수, s는 라플라스 변수, n은 스트립 최대 공진 주파수의 차수임.
3. The method of claim 2,
Wherein the multi-input multiple output strip is modeled as a transfer function that receives the electromagnetic force U of the electromagnet as an input and outputs the vibration amount Y of the strip as follows: Device.
In this case, G ij (s) is the transfer function of the strip, Y ij (s) is the vibration amount at the i-th position of the strip due to the electromagnet at the j-th position, U j (s) (k = 0 to n-2) is a coefficient of the zero point of the transfer function, (m = 0 to n-1) is the coefficient of the pole of the transfer function, s is the Laplace parameter, and n is the difference of the maximum resonance frequency of the strip.
상기 양궤환 제어부는, 하기 수학식과 같이, 상기 스트립의 진동량 Y를 입력으로 하고, 2차식의 저역통과필터를 거친 뒤 제어게인 KPPF ,i가 곱해져 상기 전자석으로 입력되는 전류량(U)을 출력으로 하는 전달함수로 모델링되는 것을 특징으로 하는 다입력-다출력 전자기 진동제어 장치.
여기서, Hi(s)는 양궤환 제어부의 전달함수, Ui(s)는 스트립의 i번째 위치에 대응하는 전자석으로 입력되는 전류량, Yi(s)는 스트립의 i번째 위치의 진동량, Df ,i는 양궤환 제어부의 필터감쇄계수, 는 양궤환 제어부의 필터 주파수, KPPF ,i는 스트립의 i번째 위치에 대응하는 j번째 위치의 전자석에 대한 양궤환 제어부의 제어게인임.
The method of claim 3,
The positive feedback control unit receives the amount of vibration Y of the strip as input, multiplies the control gain K PPF , i by a quadratic low-pass filter, and outputs the amount of current U input to the electromagnet as And the output is modeled as a transfer function.
Where H i (s) is the transfer function of the positive feedback control, U i (s) is the amount of current input to the electromagnet corresponding to the ith position of the strip, Y i (s) is the vibration amount at the i- D f , i is the filter attenuation coefficient of the positive feedback control part, Is the filter frequency of the feedback control unit, and K PPF , i is the control gain of the positive feedback control unit for the electromagnet at the j-th position corresponding to the i-th position of the strip.
상기 안정도 판별식은, 양궤환 제어부의 제어게인 KPPF ,i와 DC 게인(gain) 행렬의 곱을 기반으로 표현되는 것을 특징으로 하는 다입력-다출력 전자기 진동제어 장치.
5. The method of claim 4,
Wherein the stability determination equation is expressed based on a product of a control gain K PPF , i of a positive feedback control unit and a DC gain matrix.
상기 전자석의 전자기력 및 상기 스트립의 진동량을 입력하여 상기 다입력-다출력 스트립의 전달함수인 스트립 모델을 도출하는 과정과,
상기 전자석으로 입력되는 전류량 및 상기 스트립의 진동량을 입력하여 상기 양궤환 제어부의 전달함수인 양궤환 제어부 모델을 도출하는 과정과,
상기 스트립 모델과 상기 양궤환 제어부 모델로 표현된 폐회로 시스템에서 안정성 조건(Stability condition)을 만족하도록 상기 양궤환 제어부의 제어게인을 계산하는 과정을 포함하는 다입력-다출력 전자기 진동제어 방법. A plurality of electromagnets for applying a magnetic force in a direction crossing the strip for vibration control of a multi-input multi-output strip, a plurality of gap sensors for measuring a gap between the corresponding electromagnets and the strip, A multi-input-multiple output electromagnetic vibration control apparatus comprising a positive feedback control unit for controlling an amount of current input to the plurality of electromagnets according to measured distance information, and a gain control unit for calculating a gain control of the positive feedback control unit, A multi-output electromagnetic vibration control method,
Inputting an electromagnetic force of the electromagnet and a vibration amount of the strip to derive a strip model which is a transfer function of the multi-input multi-output strip;
Calculating a quantity of a current input to the electromagnet and a vibration amount of the strip to derive a model of a feedback controller as a transfer function of the positive feedback controller;
And calculating a control gain of the positive feedback control unit so as to satisfy a stability condition in a closed loop system represented by the strip model and the positive feedback control unit model.
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