KR20200076451A - Real time estimatng device and method for ribbon thickness in tension control for amorphous ribbon - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an apparatus and a method for predicting a real-time ribbon thickness. According to one embodiment of the present invention, the apparatus for predicting a real-time ribbon thickness performs winding tension control without separate additional devices and sensors. The apparatus for predicting a real-time ribbon thickness includes: a nonlinear control part varying a size of control gains in accordance with control errors of winding tension generated when a ribbon is wound by using a torque of a cooling roll; a ribbon thickness calculating part calculating the theoretical thickness of the ribbon by using a rotating speed difference between the cooling roll and a winding roll; and a ribbon thickness predicting part predicting the present ribbon thickness by using the calculated theoretical ribbon thickness and a past ribbon thickness predicted value.

Description

권취 장력제어에서의 실시간 리본두께 예측 장치 및 방법{REAL TIME ESTIMATNG DEVICE AND METHOD FOR RIBBON THICKNESS IN TENSION CONTROL FOR AMORPHOUS RIBBON}REAL TIME ESTIMATNG DEVICE AND METHOD FOR RIBBON THICKNESS IN TENSION CONTROL FOR AMORPHOUS RIBBON

본 발명은 비정질 리본과 같은 극박재의 실시간 권취 장력제어 및 실시간 리본두께 예측 장치 및 방법에 대한 것으로서, 보다 구체적으로 비정질 리본의 고속 권취를 위한 정밀한 장력제어를 통해 리본의 두께를 실시간 예측할 수 있는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for real-time winding tension control and real-time ribbon thickness prediction of ultra-thin materials such as an amorphous ribbon, and more specifically, a method for real-time prediction of ribbon thickness through precise tension control for high-speed winding of an amorphous ribbon. It is about.

비정질 소재(amorphous material)란 일반적으로 비정질금속. 유리상태의 금속을 말한다. 보통 금속은 작은 결정 입자의 모임인데, 비정질 금속은 원자의 배열이 무질서하고 결정상태로 되어 있지 않는 금속이다. 이는 용해된 금속을 급속 냉각시켜서 만드는데, 비정질 상태이므로 일반 결정금속과는 다른 특성을 갖는다. 즉 부식이 스테인리스의 1백만 분의 1에 불과하며, 섭씨 400∼500℃? 의 열을 가하면 결정으로 돌아가는 특징도 있으며, 자기 특성을 지니면서도 단단하다. 전기전자 부품용 소재나 테이프 레코더나 VTR의 자기헤드 재료 등으로 사용되며 변압기의 철심으로 이용하면 자체소모전력이 크게 줄어들게 한다.Amorphous material is generally an amorphous metal. Refers to a glassy metal. Usually, a metal is a group of small crystal grains, and an amorphous metal is a metal in which the arrangement of atoms is disordered and not in a crystalline state. This is made by rapidly cooling the molten metal, and since it is in an amorphous state, it has properties different from those of ordinary crystalline metals. That is, corrosion is only one-millionth of that of stainless steel, and 400 to 500°C? There is also a characteristic of returning to a crystal when heat is applied, and it has a magnetic characteristic and is hard. It is used as a material for electric and electronic parts, a tape recorder, or a magnetic head material of a VTR, and when used as an iron core of a transformer, its power consumption is greatly reduced.

전자기기 업계는 끊임없는 기술의 고도화와 더불어 부품의 고기능화에 대한 요구가 활발하여 비정질 재료가 가지고 있는 자기특성을 이용한 기술 개발이 적극적으로 이루어지고 있다. 특히 기기의 소형경량화, 고효율, 고신뢰성, 저노이즈 및 저가격화로 인하여 비정질소재의 고주파화에 의한 소형경량화, 저가격화와 자기증폭에 의한 고효율, 고신뢰성, 저노이즈화가 실현되고 있다. 즉, 전압제어 방식의 기능적으로 우수한 자기증폭 방식은 주파수가 낮은 경우는 가포화 코어가 대형화하여 경제적인 매력이 없지만 고주파에 따라 코어가 소형화 될 수 있다는 것이다.In the electronics industry, there is an active demand for high functionalization of components as well as continuous advancement of technology, and technology development using magnetic properties of the amorphous material is actively being made. In particular, due to the miniaturization, high efficiency, high reliability, low noise, and low cost of the device, miniaturization, high efficiency, high reliability, and low noise due to high-frequency and self-amplification have been realized. That is, the functionally excellent self-amplification method of the voltage control method is that when the frequency is low, the saturable core is enlarged, which has no economical attractiveness, but the core can be miniaturized according to the high frequency.

일반적으로 전력용 변압기에 이어 비정질 기능성 합금이 많이 사용되는 분야가 전자기기용 이다. 특히 각종 컴퓨터, 통신 기기, 사무자동화기기 등의 전자기기에 내장되는 스위칭 전원에 대해 고주파화를 통한 소형, 경량화가 활발하게 추진되면서 수백 kHz 대역에서 우수한 자기적 특성을 나타내는 비정질 기능성 합금의 사용이 크게 증가하고 있다.In general, a field in which amorphous functional alloys are frequently used is followed by power transformers for electronic devices. In particular, the use of amorphous functional alloys exhibiting excellent magnetic properties in the hundreds of kHz bands has been greatly promoted as small size and light weight through high frequency are actively promoted for switching power sources embedded in electronic devices such as various computers, communication devices, and office automation devices. Is increasing.

연자성 특성을 나타내는 비정질 기능성 합금의 조성은 천이금속 (Fe, Co, 및 Ni)을 기본으로 반금속인 Si 또는 B 등을 첨가한 합금으로써 Fe 및 Co계가 주류를 이루고 있다. Fe계 비정질 합금은 높은 포화 자속밀도와 낮은 자기손실로 인하여 일반적으로 고주파 트랜스포머 및 인덕터의 자심 재료로 사용되며, Co계 비정질 합금은 고투자율 및 낮은 자기손실, 영자왜(zero magnetostrictive) 등을 이용하는 부품에 사용되고 있다.The composition of the amorphous functional alloy exhibiting soft magnetic properties is an alloy in which Si or B, which is a semi-metal based on a transition metal (Fe, Co, and Ni) is added, and the Fe and Co systems are mainstream. Fe-based amorphous alloys are generally used as magnetic core materials for high-frequency transformers and inductors due to their high saturation magnetic flux density and low magnetic loss. Co-based amorphous alloys use high magnetic permeability, low magnetic loss, and zero magnetostrictive components. Is used in

100 내지 500 kHz 주파수 대역의 자기증폭기식 스위칭 전원에서, 출력제어 소자인 가포화 리액터까지 자화곡선 상의 각형비가 크고 보자력이 작으며 고주파 손실이 적은 코발트계 비정질 합금의 사용이 증가하고 있다. 그리고 우수한 직류 중첩 특성이 요구되는 평활용 쵸크 코일에는 고포화 자속밀도의 철계 비정질 자성합금이 사용되고, 스위칭 전원에서 발생하는 노이즈를 감소시키기 위하여 고투자율의 코발트계 및 고포화 자속밀도, 저자심 손실의 철계 비정질 자성합금이 각각 고감쇄 및 고전압 펄스 대책용으로 사용되고 있다. 또 스위칭 전원에서 다이오드의 회복 특성에 기인하는 스파이크 노이즈를 감소시키기 위하여 고각형성, 고투자율, 저자심 손실의 코발트계 초소형 비드가 사용되고 있다.From the self-amplifying switching power supply in the frequency band of 100 to 500 kHz, the use of cobalt-based amorphous alloys having a large squareness ratio on a magnetization curve, a small coercive force, and a low frequency loss is increasing from a saturable reactor that is an output control element. In addition, a high-saturation magnetic flux density iron-based amorphous magnetic alloy is used for the smoothing choke coils that require excellent DC superimposition characteristics, and the high-permeability cobalt and high-saturation magnetic flux density and low magnetic core loss are used to reduce noise generated in the switching power supply. Iron-based amorphous magnetic alloys are used for high attenuation and high voltage pulse countermeasure respectively. In addition, in order to reduce spike noise due to the recovery characteristics of the diode in the switching power supply, cobalt-based ultra-small beads having high angle formation, high permeability, and low magnetic core loss are used.

한편 스위칭 전원용 부품 이외에 비정질 합금의 우수한 고주파 특성을 이용하는 것으로 철계 커트 코어가 있다. 500 Hz 내지 20 kHz에서 작동되는 kVA급의 대전력 인버터식 전원장치의 변압기, 리액터 등으로 사용되는 것으로 고주파 가열장치, 엑스선 발생장치, 용접기, 무정전 전원장치 등의 전원에 이용되고 있다.On the other hand, there are iron-based cut cores that utilize excellent high-frequency properties of the amorphous alloy in addition to the components for the switching power supply. It is used as a transformer, reactor, etc. of a high-power inverter-type power supply of kVA class operating at 500 Hz to 20 kHz, and is used for power of high-frequency heating devices, X-ray generators, welding machines, and uninterruptible power supplies.

새로운 비정질 기능성 합금 시장으로써 ISDN용 인터페이스용 트랜스포머 및 파워 인덕터가 개발되었다. ISDN 통신망의 통신망과 단말기를 연결시켜 주는 인터페이스 트랜스포머는 고투자율계의 코발트계 비정질 합금이 사용되고 있다. 이동 통신용 전기, 전자 기기에서는 스위칭 소자의 효율을 증대시키고 전원의 노이즈를 억제하기 위하여 사용되는 파워 인덕터는 우수한 직류 중첩 특성이 요구되고 있으며 철계 비정질 자성합금이 사용되고 있으며 가장 급속한 시장 증가가 예상되는 분야이다.As a new amorphous functional alloy market, transformers and power inductors for ISDN interfaces have been developed. The interface transformer that connects the communication network and the terminal of the ISDN communication network is a high-permeability cobalt-based amorphous alloy. In electric and electronic devices for mobile communication, power inductors used to increase the efficiency of switching elements and suppress noise of power sources are required to have excellent DC superimposition characteristics, iron-based amorphous magnetic alloys are used, and the fastest growing market is expected. .

현재 모든 전기, 전자 기기의 기술 향상은 소형화, 에너지절약, 신뢰성 향상, 노이즈 대책 등을 목표로 진행되고 있다. 이를 위하여 스위칭 주파수의 고주파화를 시작으로 부품수의 감소 및 탑재부품의 소형화, 회로의 단순화 및 고밀도실장화 등이 진행되고 있으며, 전기, 전자 회로의 변환 효율의 개선, 소형화 및 고밀도화에 따른 열발생에 대한 내열특성, 노이즈 대책이 절대적으로 필요하게 되었다.Currently, technology improvement of all electric and electronic devices is progressing toward miniaturization, energy saving, reliability improvement, and noise countermeasures. To this end, starting with the high frequency of the switching frequency, the number of parts is reduced, miniaturization of mounted parts, circuit simplification, and high-density mounting are progressing. Improvement of conversion efficiency of electrical and electronic circuits, heat generation due to miniaturization and high density. For heat resistance characteristics and noise countermeasures, it is absolutely necessary.

일본 공개공보 특개평 10-34288 (공개일: 1998. 02. 10)Japanese Open Publication Special Publication 10-34288 (Publication date: 1998. 02. 10)

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 냉각롤의 토크를 이용하여 별도의 부가장치나 센서 없이 냉각롤과 권취롤 사이의 비정질 리본에 걸리는 장력을 권취롤의 토크를 이용하여 정밀하게 유지하기 위한 제어 방법을 적용하는 과정에서, 권취롤의 권경 증가량을 이용하여 비정질 리본의 두께를 정밀하게 예측할 수 있는 알고리즘을 제공하는 데 있다.Technical problem to be solved by the present invention is a control method for precisely maintaining the tension applied to the amorphous ribbon between the cooling roll and the winding roll by using the torque of the winding roll without a separate additional device or sensor using the torque of the cooling roll. In the process of applying, it is to provide an algorithm that can accurately predict the thickness of the amorphous ribbon by using the increase in the diameter of the winding roll.

본 발명의 일 실시형태에 따른 실시간 리본두께 예측 장치는, 별도의 부가장치나 센서 없이 권취 장력제어를 수행하는 장치에 있어서, 냉각롤의 토크를 이용하여 리본을 권취하는 과정에서 발생하는 권취 장력의 제어오차에 따라 제어 이득의 크기를 가변하는 비선형 제어부; 냉각롤과 권취롤 간의 회전속도 차이를 이용하여 상기 리본의 이론적인 두께를 계산하는 리본두께 계산부; 및 계산된 상기 리본의 이론적인 두께와 과거 리본두께 예측값을 이용하여 현재의 리본두께를 예측하는 리본두께 예측부를 포함할 수 있다. Real-time ribbon thickness prediction apparatus according to an embodiment of the present invention, in a device for performing the winding tension control without a separate additional device or sensor, of the winding tension generated in the process of winding the ribbon using the torque of the cooling roll A nonlinear control unit that varies the size of the control gain according to the control error; A ribbon thickness calculator for calculating the theoretical thickness of the ribbon by using a difference in rotational speed between a cooling roll and a winding roll; And a ribbon thickness prediction unit for predicting the current ribbon thickness using the calculated theoretical thickness and the past ribbon thickness prediction value.

또한, 본 발명의 일 실시형태에 따른 실시간 리본두께 예측 장치는, 링 버퍼(ring buffer) 방식을 적용하여 상기 리본두께 계산부에 의해 계산된 상기 리본의 이론적인 두께에 포함된 노이즈를 제거하는 노이즈 제거부를 더 포함할 수 있다. In addition, the real-time ribbon thickness prediction apparatus according to an embodiment of the present invention applies a ring buffer method to remove noise included in the theoretical thickness of the ribbon calculated by the ribbon thickness calculator It may further include a removing portion.

또한, 상기 과거 리본두께 예측값에 대한 반영계수 및 상기 리본의 이론적인 두께에 대한 반영계수는 각각 복수의 계수들을 성분으로 포함하는 행렬로서, 상기 복수의 계수들은 현재의 리본두께를 예측하기 이전에 사전에 결정될 수 있다. In addition, the reflection coefficient for the past ribbon thickness prediction value and the reflection coefficient for the theoretical thickness of the ribbon are matrices including a plurality of coefficients as components, respectively, before the plurality of coefficients are predicted for the current ribbon thickness. Can be decided on.

본 발명의 다른 실시형태에 따른 실시간 리본두께 예측 방법은, 별도의 부가장치나 센서 없이 권취 장력제어를 수행하는 장치에서, 냉각롤의 토크를 이용하여, 리본을 권취하는 과정에서 발생하는 권취 장력의 제어오차에 따라 제어 이득의 크기를 가변하는 단계; 냉각롤과 권취롤 간의 회전속도 차이를 이용하여 상기 리본의 이론적인 두께를 계산하는 단계; 및 계산된 상기 리본의 이론적인 두께와 과거 리본두께 예측값을 이용하여 현재의 리본두께를 예측하는 단계를 포함할 수 있다.Real-time ribbon thickness prediction method according to another embodiment of the present invention, in a device for performing winding tension control without a separate additional device or sensor, using the torque of the cooling roll, of the winding tension generated in the process of winding the ribbon Varying the size of the control gain according to the control error; Calculating a theoretical thickness of the ribbon using a difference in rotational speed between a cooling roll and a winding roll; And predicting the current ribbon thickness using the calculated theoretical thickness and the past ribbon thickness prediction value.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 리본두께 예측 방법은, 링 버퍼(ring buffer) 방식을 적용하여 상기 리본두께 계산부에 의해 계산된 상기 리본의 이론적인 두께에 포함된 노이즈를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다. In addition, in the real-time ribbon thickness prediction method according to an embodiment of the present invention, removing noise included in the theoretical thickness of the ribbon calculated by the ribbon thickness calculator by applying a ring buffer method It may further include.

본 발명의 실시예들에 따른 실시간 리본두께 예측 장치 및 방법에 따르면, 냉각롤과 권취롤 사이의 비정질 리본에 걸리는 장력을 권취롤의 토크를 이용하여 정밀하게 유지하기 위한 제어 방법을 적용하는 과정에서, 권취롤의 권경 증가량을 이용하여 비정질 리본의 두께를 정밀하게 예측할 수 있다. According to a real-time ribbon thickness prediction apparatus and method according to embodiments of the present invention, in the process of applying a control method for precisely maintaining the tension applied to the amorphous ribbon between the cooling roll and the winding roll using the torque of the winding roll , It is possible to accurately predict the thickness of the amorphous ribbon using an increase in the diameter of the winding roll.

도 1은 종래의 권취 공정 방식의 일 예를 나타내는 개략도이다.
도 2 및 도 3은 권취 공정의 한 유형인 중앙 권취 방식(center wind type)을 도시하는 개략도이다.
도 4는 권취 공정의 한 유형인 표면 권취 방식(surface winder type)을 도시하는 개략도이다.
도 5는 권취 공정의 한 유형인 터렛 권취 방식(turret winder type)을 도시하는 개략도이다.
도 6은 리본 제조 공정에서의 노즐, 냉각롤 및 권취롤의 배치 구성을 도시하는 개략도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 리본두께 예측 장치를 도시하는 블록도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 리본두께 예측 장치에서 비선형 제어부에 적용되는 포화 함수를 설명하기 위한 그래프이다.
도 9 및 도 10은 각각 종래의 PID 제어(proportional integral derivative control) 방식과 본 발명의 실시예들에 따른 실시간 리본두께 예측 장치의 비선형 제어부에 따른 제어 출력의 주파수 특성을 나타내는 그래프이다.
도 11은 권취롤의 권경을 계산하기 위한 파라미터를 설명하기 위한 개략도이다.
도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 실시간 리본두께 예측 장치의 노이즈 제거부를 설명하기 위한 링 버퍼 방식의 개념도이다.
도 13은 본 발명의 실시예들에 따른 장력 제어 및 리본두께 예측 장치를 나타내는 블록도이다.
도 14는 본 발명의 실시예들에 따른 실시간 리본두께 예측 장치의 노이즈 제거부의 작용을 설명하기 위한 그래프이다.
도 15는 본 발명의 실시예들에 따른 실시간 리본두께 예측 장치에서 리본의 두께를 예측하기 위한 동적 모델 적용 시 임펄스 응답을 나타내는 그래프이다.
도 16 내지 도 19는 본 발명의 실시예들에 따른 실시간 리본두께 예측 장치의 적용 결과를 나타내는 그래프들이다.
도 20은 종래의 권취롤 권경에 따른 권취롤 토크 지령변경 방식에 따른 장력 제어 시 냉각롤 토크 경시 변화를 나타내는 그래프이다.
도 21은 본 발명의 실시예들에 따른 실시간 리본두께 예측 장치 적용 시 냉각롤 토크 및 권취롤 속도 등 경시 변화를 나타내는 그래프이다.
도 22는 종래의 권취롤 권경에 따른 권취롤 토크 지령변경 방식에 따른 장력 제어 시 리본 두께의 예측값을 나타내는 그래프이다.
도 23은 본 발명의 실시예들에 따른 실시간 리본두께 예측 장치 적용 시 리본 두께의 예측값을 나타내는 그래프이다.
도 24는 본 발명의 실시예들에 따른 실시간 리본두께 예측 방법을 나타내는 순서도이다.
1 is a schematic view showing an example of a conventional winding process method.
2 and 3 are schematic diagrams showing a central wind type, which is a type of winding process.
4 is a schematic diagram showing a surface winder type, which is a type of winding process.
5 is a schematic view showing a turret winder type, which is a type of winding process.
6 is a schematic view showing the arrangement of nozzles, cooling rolls, and winding rolls in a ribbon manufacturing process.
7 is a block diagram illustrating a real-time ribbon thickness prediction apparatus according to an embodiment of the present invention.
8 is a graph for explaining a saturation function applied to a nonlinear control unit in a real-time ribbon thickness prediction apparatus according to an embodiment of the present invention.
9 and 10 are graphs showing frequency characteristics of a control output according to a nonlinear control unit of a real-time ribbon thickness prediction apparatus according to the conventional PID control (proportional integral derivative control) method and embodiments of the present invention, respectively.
11 is a schematic view for explaining a parameter for calculating the winding diameter of the winding roll.
12 is a conceptual diagram of a ring buffer method for explaining a noise removing unit of a real-time ribbon thickness prediction apparatus according to embodiments of the present invention.
13 is a block diagram illustrating a tension control and ribbon thickness prediction apparatus according to embodiments of the present invention.
14 is a graph for explaining the operation of the noise removing unit of the real-time ribbon thickness prediction apparatus according to embodiments of the present invention.
15 is a graph showing an impulse response when a dynamic model is applied to predict a ribbon thickness in a real-time ribbon thickness prediction apparatus according to embodiments of the present invention.
16 to 19 are graphs showing application results of a real-time ribbon thickness prediction apparatus according to embodiments of the present invention.
20 is a graph showing a change in cooling roll torque over time in tension control according to a winding roll torque command change method according to a conventional winding roll winding diameter.
21 is a graph showing changes over time, such as a cooling roll torque and a winding roll speed, when a real-time ribbon thickness prediction device is applied according to embodiments of the present invention.
22 is a graph showing a predicted value of ribbon thickness when tension is controlled according to a winding roll torque command change method according to a conventional winding roll winding diameter.
23 is a graph showing a predicted value of ribbon thickness when a real-time ribbon thickness prediction apparatus according to embodiments of the present invention is applied.
24 is a flowchart illustrating a real-time ribbon thickness prediction method according to embodiments of the present invention.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.Specific details of other embodiments are included in the detailed description and drawings.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention, and methods for achieving them will be clarified with reference to embodiments described below in detail together with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms, and only the embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and common knowledge in the technical field to which the present invention pertains. It is provided to completely inform the person having the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. The same reference numerals refer to the same components throughout the specification.

비정질 소재(통상 리본 형상)를 제조하기 위한 급냉 응고법에는 단롤법 및 쌍롤법 등이 있으나, 가장 일반적인 방법은 단롤법이다. 이 단롤법은 용융 금속을 고속 회전하고 있는 냉각롤 표면에 분출시켜, 이 냉각롤상에서 급냉 응고시켜 연속적으로 비정질 소재를 얻는 방법이다. 공업적 규모로 제조할 때는 통상 이 급냉 응고된 비정질 소재를 권취하거나 하여 회수하는 것이 필요해진다.Quenching and solidifying methods for producing an amorphous material (usually a ribbon shape) include a single roll method and a twin roll method, but the most common method is a single roll method. This single roll method is a method in which molten metal is ejected onto the surface of a cooling roll rotating at high speed, and rapidly cooled and solidified on the cooling roll to continuously obtain an amorphous material. When manufacturing on an industrial scale, it is usually necessary to wind up or recover this rapidly solidified amorphous material.

통상적으로 비정질 리본의 폭이 50mm 이하인 경우 대부분 사람이 손으로 저속 권취를 수행하지만, 100mm 이상 광폭의 비정질 리본의 경우 20m/s 이상 고속으로 주조되어 대량으로 생산되기 때문에 사람의 힘으로 권취하는 것은 불가능하여 자동화 설비가 필요하고, 권취 중 권경이 증가됨에 따라 리본의 끊어짐을 방지하기 위해서는 권취 중 장력제어가 필요하다.Normally, when the width of the amorphous ribbon is 50 mm or less, most people perform low-speed winding by hand, but in the case of 100 mm or more wide-width amorphous ribbon, it is cast at high speed of 20 m/s or more, so it is impossible to wind with human force. Therefore, an automated facility is required, and tension control during winding is required to prevent the ribbon from breaking as the diameter increases during winding.

지금까지 비정질 소재를 주조 직후에 온라인으로 권취하는 권취 방법에는 다양한 방법 및 장치가 제안되고 있으나, 일반적으로는 권취롤을 사용하여 권취롤의 회전에 의해 권취하는 방법 및 장치가 채용되어 있다. 여기서 종래의 비정질 소재의 권취 방식에는 영구자석을 사용하는 방법, 양면 접착테이프를 사용하는 방법, 전자석 방식을 이용하는 방법 등이 있다.So far, various methods and devices have been proposed as a winding method for winding an amorphous material online immediately after casting, but generally, a method and a device for winding by rotating the winding roll using a winding roll has been adopted. Here, the conventional method of winding the amorphous material includes a method of using a permanent magnet, a method of using a double-sided adhesive tape, and a method of using an electromagnet method.

이렇게 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 현상이 발생한다.When winding is performed using the winding roll, tension is generated in the cooling roll and the winding roll by the amorphous ribbon according to the control method of the winding roll, and the rotation speed of the cooling roll or the winding roll is affected by the generated tension. do. Particularly, when the tension applied to the amorphous ribbon becomes larger than a certain level, the ribbon of the sheet is torn or the rotational torque that the cooling roll takes to maintain a constant rotational speed is reduced, and when the ribbon is broken, the cooling roll speed change becomes severe and the nozzle and cooling roll A phenomenon in which a puddle formed by molten steel breaks between them occurs.

도 1은 종래의 권취 공정 방식의 일 예를 나타내는 개략도이다. 전통적인 권취 방식에서는 전술한 문제를 해결하기 위해서 도 1에서 도시하는 바와 같이 언와인더(Unwinder) 와 와인더(Winder) 및 중간의 인피더(Infeeder)를 포함하여 구성된다. 대부분의 롤들이 Motor에 의해 구동되고, 경우에 따라 프리 런(free-run)하는 경우도 있으며, 언와인더와 와인더 사이에 있는 로드 셀(load cell)이나 댄서 롤(dancer roll)은 비정질 리본에 작용하는 장력을 제어하는 데 사용된다. 1 is a schematic view showing an example of a conventional winding process method. In the conventional winding method, as shown in FIG. 1, in order to solve the above-described problem, an unwinder, a winder, and an intermediate infeeder are included. Most of the rolls are driven by a motor, and in some cases are free-run, and the load cell or dancer roll between the unwinder and winder is an amorphous ribbon. It is used to control the tension acting on.

도 2 및 도 3은 권취 공정의 한 유형인 중앙 권취 방식(center wind type)을 도시하는 개략도이며, 도 4는 권취 공정의 한 유형인 표면 권취 방식(surface winder type)을 도시하는 개략도이고, 도 5는 권취 공정의 한 유형인 터렛 권취 방식(turret winder type)을 도시하는 개략도이다. 비정질 리본을 감는 귄취 공정에서 냉각롤과 권취롤 사이에 롤의 배치에 따라 다음과 같이 크게 세 종류로 권취기를 분류할 수 있다. 2 and 3 are schematic diagrams showing a central wind type, which is a type of winding process, and FIG. 4 is a schematic diagram showing a surface winder type, which is a type of winding process. 5 is a schematic diagram showing a turret winder type, which is a type of winding process. According to the arrangement of the roll between the cooling roll and the winding roll in the winding process of winding the amorphous ribbon, the winder can be classified into three types as follows.

도 2 및 도 3을 참고하면, 중앙 권취 방식은 코어(core) 또는 맨드렐(mandrel)이라고 칭하는 중앙부에 비정질 리본을 감는 방식이다. 코어의 중심을 모터로 제어하여 비정질 리본을 감기 때문에 붙여진 명칭이다. 2 and 3, the central winding method is a method in which an amorphous ribbon is wound in a central portion called a core or a mandrel. The name is given because the amorphous ribbon is wound by controlling the center of the core with a motor.

도 4를 참고하면, 표면 권취 방식은 비정질 리본이 감기는 메인 롤(main roll)이 복수 개의 표면 와인더 롤(surface winder roll)에 의해 구동되는 방식이다. 비정질 리본은 메인 롤과 표면 와인더 롤 사이로 진입하며, 목적에 따라 다양한 형태의 구성이 가능하다.Referring to FIG. 4, the surface winding method is a method in which the main roll on which the amorphous ribbon is wound is driven by a plurality of surface winder rolls. The amorphous ribbon enters between the main roll and the surface winder roll, and various types of configurations are possible depending on the purpose.

도 5를 참조하면, 터렛 권취 방식은 두 개 이상의 센터와인드(centerwind)가 회전축에 연결 되어 있어서 연속적으로 권취를 할 수 있는 장치이다. 한 롤이 모두 감겨서 다음 롤로 넘어가게 될 경우, 비정질 리본이 절단되어 다음 롤에 감겨진다. 제1 센터와인드(centerwind #1)가 감기게 되면 제2 센터와인드(centerwind #2)가 권취 준비를 할 수 있도록 회전한다. Referring to FIG. 5, the turret winding method is a device capable of continuously winding because two or more centerwinds are connected to a rotating shaft. When one roll is wound up and passed to the next roll, the amorphous ribbon is cut and wound on the next roll. When the first centerwind (centerwind #1) is wound, the second centerwind (centerwind #2) is rotated to prepare for winding.

권취 과정에서 비정질 리본에 걸리는 장력을 제어하는 방식은 로드 셀(load cell)이나 댄서 롤(dancer roll)과 같은 장력 센서를 사용하여 장력을 계측하고 계측된 장력을 기반으로 피드백 제어하는 방법으로 크게 속도제어방식(Speed Control Mode), 장력제어방식(Tension Control Mode) 및 개회로 제어방식(Open-loop Control mode) 중에서 선택하게 된다.The method of controlling the tension applied to the amorphous ribbon during the winding process is a method of measuring tension using a tension sensor such as a load cell or a dancer roll, and feedback control based on the measured tension. The control method (Speed Control Mode), tension control method (Tension Control Mode) and open-loop control method (Open-loop Control mode) are selected.

일반적으로 속도제어방식은 속도와 장력 모두 빠른 반응성이 필요한 권취 시스템에서 사용되고, 장력제어방식은 언와인더(Unwinder, 비정질 제조공정에서는 냉각롤)나 와인더(Winder)의 관성 모멘트가 매우 크고, 장력의 빠른 반응성이 요구되는 경우에 적합하며, 원가 절감을 위해 장력 센서를 사용하지 않거나 장력 센서의 부착 등 기계적인 이유로 사용하기 어려운 경우에는 개회로 제어방식이 사용된다. 개회로 제어방식의 경우 속도 혹은 장력제어방식과 같은 폐루프 제어(Closed-loop Control) 방법에 비해 좋은 성능이나 반응성을 보장하기 어렵다. 이 경우에는 모터의 토크 리미트 옵션을 사용하여 속도 제어하는 방법으로 비정질 리본에 작용하는 장력을 제어한다.In general, the speed control method is used in a winding system that requires quick reactivity in both speed and tension, and the tension control method has a very large inertia moment of an unwinder (a cooling roll in an amorphous manufacturing process) or a winder, and a tension. It is suitable for the case where quick reactivity of is required, and when the tension sensor is not used for cost reduction or when it is difficult to use for mechanical reasons such as attachment of the tension sensor, the open circuit control method is used. In the case of the open-loop control method, it is difficult to guarantee good performance or responsiveness compared to a closed-loop control method such as a speed or tension control method. In this case, the tension applied to the amorphous ribbon is controlled by controlling the speed using the torque limit option of the motor.

권취 과정에서 비정질 리본의 두께를 측정하는 방법으로는 냉각롤과 권취롤 사이에 두 개의 롤을 설치하고, 롤 사이에서 X-ray, 레이저, 와전류센서, 공초점 센서 등을 이용하여 권취 중 리본의 두께를 측정한다.As a method of measuring the thickness of the amorphous ribbon in the winding process, two rolls are installed between the cooling roll and the winding roll, and the X-ray, laser, eddy current sensor, confocal sensor, etc. are used to measure the thickness of the ribbon during winding. Measure the thickness.

도 6은 리본 제조 공정에서의 노즐, 냉각롤 및 권취롤의 배치 구성을 도시하는 개략도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 리본두께 예측 장치를 도시하는 블록도이다. 또한, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 리본두께 예측 장치에서 비선형 제어부에 적용되는 포화 함수를 설명하기 위한 그래프이고, 도 9 및 도 10은 각각 종래의 PID 제어 방식과 본 발명의 실시예들에 따른 실시간 리본두께 예측 장치의 비선형 제어부에 따른 제어 출력의 주파수 특성을 나타내는 그래프이다.6 is a schematic diagram showing the arrangement of nozzles, cooling rolls, and winding rolls in a ribbon manufacturing process, and FIG. 7 is a block diagram showing a real-time ribbon thickness prediction apparatus according to an embodiment of the present invention. In addition, FIG. 8 is a graph for explaining a saturation function applied to a nonlinear control unit in a real-time ribbon thickness prediction apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 9 and 10 are conventional PID control schemes and implementation of the present invention, respectively. It is a graph showing the frequency characteristics of the control output according to the nonlinear control unit of the real-time ribbon thickness prediction device according to the examples.

일반적으로 비정질 리본의 권취공정은 냉각롤(3)로부터의 리본 이송단계, 권취롤(5)이 날아오는 리본을 캐칭(Catching)하여 수 내지 수십바퀴 감는 초기 권취 단계, 냉각롤(3)과 권취롤(5)의 동기화 제어 단계, 마무리 단계로서 권취 되고 있는 리본의 꼬리(tail)부가 펄럭이지 않게 마무리하는 테일링 제어(tailing control) 단계 등 4단계로 나뉠 수 있다.In general, the winding process of the amorphous ribbon is a ribbon transfer step from the cooling roll 3, an initial winding step of catching the ribbon from which the winding roll 5 flies, winding several to tens of turns, a cooling roll 3 and winding It can be divided into four steps, such as a synchronization control step of the roll 5, a tailing control step of finishing the tail portion of the ribbon being wound as a finishing step without fluttering.

본 발명은 날아오는 리본을 캐칭하여 수~수십바퀴를 감는 초기 권취 단계를 지나서, 권취 중 비정질 리본에 걸리는 장력을 일정하게 제어하여 비정질 노즐과 냉각롤 사이에 형성되는 퍼들의 불안정을 해소하고, 권취 중 리본이 끊어지는 문제를 해결하기 위해서 비정질 리본에 걸리는 장력을 측정하기 위한 별도의 롤과 센서없이 냉각롤 회전용 모터의 토크를 피드백 받아서 냉각롤과 권취롤 사이의 비정질 리본에 걸리는 장력을 권취롤의 토크를 이용하여 정밀하게 유지하기 위한 제어방법을 제공한다. 또한, 이러한 비정질 리본의 장력을 유지하는 동안 권취롤의 권경 증가량을 이용하여 비정질 리본의 두께를 정밀하게 예측할 수 있는 알고리즘을 제공한다.The present invention passes the initial winding step of winding several to several tens of times by catching the flying ribbon, constantly controlling the tension applied to the amorphous ribbon during winding to solve the instability of the puddle formed between the amorphous nozzle and the cooling roll, and winding up In order to solve the problem that the ribbon is broken, the tension applied to the amorphous ribbon between the cooling roll and the winding roll is received by receiving the torque of the motor for cooling roll rotation without a separate roll and sensor for measuring the tension applied to the amorphous ribbon. It provides a control method for precisely maintaining the torque of the. Also, while maintaining the tension of the amorphous ribbon, an algorithm capable of accurately predicting the thickness of the amorphous ribbon using an increase in the diameter of the winding roll is provided.

이를 위해, 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 리본두께 예측 장치(10)는 비선형 제어부(100), 리본두께 계산부(200) 및 리본두께 예측부(300)를 포함할 수 있다. 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면 이에 더하여 노이즈 제거부(250)를 더 포함할 수 있다. To this end, referring to FIG. 7, the real-time ribbon thickness prediction apparatus 10 according to an embodiment of the present invention includes a nonlinear control unit 100, a ribbon thickness calculation unit 200, and a ribbon thickness prediction unit 300. Can. According to another embodiment of the present invention, in addition to this, a noise removing unit 250 may be further included.

비선형 제어부(100)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 최소화한다. The non-linear control unit 100 varies the magnitude of the control gain according to the control error of the winding tension generated in the process of winding the ribbon, so that the chattering occurs in a general PID integral (proportional integral derivative control) method. By minimizing the tension change applied to the amorphous ribbon.

이를 위해 비선형 제어부(100)는 아래 [수학식 1]과 같이 제안되는 제어 시스템의 비선형 성분을 보상하는 슬라이딩 모드(sliding mode) 방식으로 권취롤의 제어 입력을 계산한다. To this end, the nonlinear control unit 100 calculates the control input of the winding roll in a sliding mode method that compensates for the nonlinear component of the proposed control system as shown in [Equation 1] below.

Figure pat00001
Figure pat00001

여기에서,

Figure pat00002
는 시스템의 제어 입력으로서 실제 권취기의 보빈의 토크로 환산되어 제어 시스템에 지령값으로 사용된다.
Figure pat00003
는 과거의 제어 입력이고,
Figure pat00004
는 현재의 제어 입력을 의미한다.
Figure pat00005
는 제어 이득 행렬을 의미하며,
Figure pat00006
는 상태변수 백터의 이득이고,
Figure pat00007
는 e(제어 오차)+Kv(상태변수의 속도 이득)*e'(제어 오차의 1차 미분항)으로 표현되는 상태변수이다.
Figure pat00008
는 시스템 행렬을 의미하고,
Figure pat00009
는 시스템 지배 방정식에서의 비선형 성분의 합과 모델링되나, 실제 알 수 없는 비선형 성분의 합이다.
Figure pat00010
는 원하는 제어 지령의 상태값이고,
Figure pat00011
는 이득을 의미한다. From here,
Figure pat00002
Is the control input of the system, which is converted into the torque of the bobbin of the actual take-up and used as a command value in the control system.
Figure pat00003
Is the past control input,
Figure pat00004
Means the current control input.
Figure pat00005
Is the control gain matrix,
Figure pat00006
Is the gain of the state variable vector,
Figure pat00007
Is a state variable expressed as e (control error) + Kv (speed gain of the state variable) * e'(first differential term of the control error).
Figure pat00008
Means system matrix,
Figure pat00009
Is the sum of the nonlinear components in the system governing equation and the nonlinear components that are modeled, but not actually known.
Figure pat00010
Is the status value of the desired control command,
Figure pat00011
Means gain.

[수학식 1]에서

Figure pat00012
,
Figure pat00013
,
Figure pat00014
,
Figure pat00015
는 비선형 항목들로서 이들 비선형 항목들에 의해 순간 토크 변화율이 커지게 되면 퍼들 진동을 유발할 수 있다. 따라서, [수학식 1]에서 포화 함수(saturation function), 즉 sat(s)는 아래 [수학식 2]와 같이 정의됨으로써, 제어 시스템의 비선형 성분을 보상한다. In [Equation 1]
Figure pat00012
,
Figure pat00013
,
Figure pat00014
,
Figure pat00015
As non-linear items, when the instantaneous torque change rate is increased by these non-linear items, puddle vibration may be caused. Therefore, in [Equation 1], the saturation function (ie, sat(s)) is defined as [Equation 2] below, thereby compensating for the nonlinear component of the control system.

Figure pat00016
Figure pat00016

여기에서,

Figure pat00017
는 상태 변수의 허용 오차(tolerance)로서, 상태 변수가
Figure pat00018
이상일 경우 +1 또는 -1로 스위칭되고, 상태 변수가
Figure pat00019
미만일 경우 포화 함수가
Figure pat00020
보다 작은 값으로 변하게 하여, 상태 변수가 일정 범위(
Figure pat00021
) 내로 줄어들면 자동으로 제어 이득이 줄어드는 효과가 있다. 본 발명의 일 실시예에 따라 비선형 제어부(100)가 적용하는 포화 함수는 도 8에서 도시하는 바와 같이 장력제어 오차에 따라 오차함수의 크기를 가변하는 역할을 수행한다. From here,
Figure pat00017
Is the tolerance of the state variable, where the state variable
Figure pat00018
If it is abnormal, it switches to +1 or -1, and the state variable
Figure pat00019
If less than, the saturation function
Figure pat00020
By changing it to a smaller value, the state variable
Figure pat00021
), the control gain is automatically reduced. According to an embodiment of the present invention, the saturation function applied by the nonlinear controller 100 serves to vary the size of the error function according to the tension control error as shown in FIG. 8.

결국 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 리본두께 예측 장치(10)의 비선형 제어부(100)는 [수학식 2]와 같은 포화 함수를 도입함으로써 제어 과정에서 발생할 수 있는 채터링 문제를 해결할 수 있다. As a result, the nonlinear control unit 100 of the real-time ribbon thickness prediction apparatus 10 according to an embodiment of the present invention can solve the chattering problem that may occur in the control process by introducing a saturation function such as [Equation 2].

고전적인 PID 방식과 제안한 비선형 제어기의 제어출력의 주파수 특성을 비교한 도 9 및 도 10에서 도시하는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 비선형 제어부(100)가 적용하는 방식에 따라 비정질 리본에 걸리는 순간적인 장력 변동량이 훨씬 적어서 순간 장력변화를 감소시키는 효과가 있음을 알 수 있다.As shown in FIGS. 9 and 10 comparing the frequency characteristics of the control output of the proposed nonlinear controller with the classical PID method, the amorphous ribbon according to the method applied by the nonlinear controller 100 according to an embodiment of the present invention It can be seen that the amount of instantaneous tension fluctuation is much smaller, which has the effect of reducing the instantaneous tension change.

도 11은 권취롤의 권경을 계산하기 위한 파라미터를 설명하기 위한 개략도이고, 도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 실시간 리본두께 예측 장치의 노이즈 제거부를 설명하기 위한 링 버퍼 방식의 개념도이며, 도 13은 본 발명의 실시예들에 따른 장력 제어 및 리본두께 예측 장치를 나타내는 블록도이다. 또한, 도 14는 본 발명의 실시예들에 따른 실시간 리본두께 예측 장치의 노이즈 제거부의 작용을 설명하기 위한 그래프이고, 도 15는 본 발명의 실시예들에 따른 실시간 리본두께 예측 장치에서 리본의 두께를 예측하기 위한 동적 모델 적용 시 임펄스 응답을 나타내는 그래프이다.11 is a schematic diagram for explaining a parameter for calculating the winding diameter of a winding roll, and FIG. 12 is a conceptual diagram of a ring buffer method for explaining a noise removing unit of a real-time ribbon thickness prediction apparatus according to embodiments of the present invention. 13 is a block diagram showing an apparatus for tension control and ribbon thickness prediction according to embodiments of the present invention. In addition, Figure 14 is a graph for explaining the operation of the noise removing unit of the real-time ribbon thickness prediction device according to embodiments of the present invention, Figure 15 is a ribbon of the real-time ribbon thickness prediction device according to embodiments of the present invention This graph shows the impulse response when applying a dynamic model to predict thickness.

비정질 리본 제조 시 본 발명에서 제안한 권취 중 장력제어 방식에서는 권취 중 권경 증가에 따른 냉각롤 토크 변화량이 거의 없기 때문에 냉각롤의 속도변화가 거의 없으며, 권취롤의 순간적인 속도변화율도 매우 적어서 별도의 센서 없이 냉각롤의 직경과 회전속도, 권취롤의 계산된 권경과 회전속도를 이용하여 아래에서 제안하는 방식으로 리본두께를 정밀하게 예측할 수 있다. When manufacturing the amorphous ribbon, in the tension control method proposed in the present invention, since there is little change in the cooling roll torque due to an increase in the diameter during winding, there is almost no speed change of the cooling roll, and the instantaneous speed change rate of the winding roll is very small, so a separate sensor Without using the diameter and rotational speed of the cooling roll and the calculated diameter and rotational speed of the winding roll, the ribbon thickness can be accurately predicted in the manner suggested below.

리본두께 계산부(200)는 냉각롤과 권취롤 간의 회전속도 차이를 이용하여 아래 [수학식 3]을 통해 리본의 이론적인 두께를 계산한다. The ribbon thickness calculator 200 calculates the theoretical thickness of the ribbon through Equation 3 below using the difference in rotational speed between the cooling roll and the winding roll.

Figure pat00022
Figure pat00022

여기에서,

Figure pat00023
은 상기 리본두께 계산부에 의해 계산된 상기 리본의 이론적인 두께를 의미하고,
Figure pat00024
는 상기 권취롤이 상기 리본을 권취하는 동안 리본두께를 계산하는 시간 간격을 의미하며,
Figure pat00025
Figure pat00026
기간 전의 상기 권취롤의 보빈의 권경을 의미하고,
Figure pat00027
는 현재의 상기 권취롤의 보빈의 권경을 의미하며,
Figure pat00028
는 상기 냉각롤의 회전 각속도를 의미한다. From here,
Figure pat00023
Means the theoretical thickness of the ribbon calculated by the ribbon thickness calculator,
Figure pat00024
Is a time interval for calculating the ribbon thickness while the winding roll is winding the ribbon,
Figure pat00025
silver
Figure pat00026
Means the bobbin diameter of the winding roll before the period,
Figure pat00027
Means the bobbin diameter of the current winding roll,
Figure pat00028
Means the angular speed of rotation of the cooling roll.

그리고, [수학식 3]에서

Figure pat00029
Figure pat00030
는 아래 [수학식 4]를 통해 계산된다. And, in [Equation 3]
Figure pat00029
And
Figure pat00030
Is calculated through [Equation 4] below.

Figure pat00031
Figure pat00031

여기에서,

Figure pat00032
는 상기 권취롤의 보빈의 권경을 반지름으로 환산한 값을 의미하고,
Figure pat00033
는 상기 냉각롤의 반지름으로서 주조 시 변하지 않는 고정값이며,
Figure pat00034
는 상기 권취롤의 모터와 상기 권취롤의 보빈축 간의 감속비를 의미하며,
Figure pat00035
는 상기 권취롤의 보빈의 회전 각속도를 의미한다. From here,
Figure pat00032
Means a value obtained by converting the diameter of the bobbin of the winding roll into a radius,
Figure pat00033
Is a radius of the cooling roll and is a fixed value that does not change during casting,
Figure pat00034
Means a reduction ratio between the motor of the winding roll and the bobbin shaft of the winding roll,
Figure pat00035
Means the rotational angular velocity of the bobbin of the winding roll.

Figure pat00036
,
Figure pat00037
,
Figure pat00038
,
Figure pat00039
등은 일반적인 비정질 리본제조 공정에서 계측을 통해 얻을 수 있는 값들이며, 리본두께 계산부(200)는 이들 값들을 통해 [수학식 3]과 [수학식 4]를 활용하여 리본의 이론적인 두께를 계산한다.
Figure pat00036
,
Figure pat00037
,
Figure pat00038
,
Figure pat00039
Etc. are values that can be obtained through measurement in a general amorphous ribbon manufacturing process, and the ribbon thickness calculator 200 calculates the theoretical thickness of the ribbon using [Equation 3] and [Equation 4] through these values. do.

리본두께 예측부(300)는 리본두께 계산부(200)에 의해 계산된 리본의 이론적인 두께와 과거 리본두께 예측값을 이용하여 현재의 리본두께를 예측한다. 리본두께 예측부(300)는 아래 [수학식 5]와 같이 표현되는 리본두께 동적모델을 통해 상기 현재의 리본두께를 예측할 수 있다. The ribbon thickness predicting unit 300 predicts the current ribbon thickness using the theoretical thickness of the ribbon calculated by the ribbon thickness calculating unit 200 and the predicted values of past ribbon thickness. The ribbon thickness prediction unit 300 may predict the current ribbon thickness through a dynamic model of ribbon thickness expressed as Equation 5 below.

Figure pat00040
Figure pat00040

여기에서,

Figure pat00041
는 리본두께 동적모델을 통해 최종적으로 예측된 리본두께를 의미하고,
Figure pat00042
는 과거 리본두께 예측값을 의미하며,
Figure pat00043
는 리본두께 계산부에 의해 계산된 리본의 이론적인 두께를 의미하며,
Figure pat00044
은 과거 리본두께 예측값에 대한 동적특성을 반영하기 위한 가중치를 반영한 계수이고,
Figure pat00045
은 리본두께 계산부에 의해 계산된 리본의 이론적인 두께에 대한 동적특성을 반영하기 위한 가중치를 반영한 계수를 의미한다. From here,
Figure pat00041
Means the ribbon thickness finally predicted through the dynamic model of the ribbon thickness,
Figure pat00042
Means the past ribbon thickness prediction,
Figure pat00043
Is the theoretical thickness of the ribbon calculated by the ribbon thickness calculation unit,
Figure pat00044
Is a coefficient reflecting the weight to reflect the dynamic characteristics of the past ribbon thickness prediction,
Figure pat00045
Is a coefficient reflecting the weight to reflect the dynamic characteristics of the ribbon's theoretical thickness calculated by the ribbon thickness calculator.

여기에서, 과거 리본두께 예측값에 대한 반영계수(

Figure pat00046
) 및 리본의 이론적인 두께에 대한 반영계수(
Figure pat00047
)는 각각 복수의 계수들을 성분으로 포함하는 행렬로서, 이들 복수의 계수들은 현재의 리본두께를 예측하기 이전에 리본두께를 결정하는 동적특성을 반영하여 설계되어 사전에 결정된다. 즉, 이들 행렬에 포함된 계수들은 리본두께 예측 프로세스 이전에, 계수값의 입력, 입력된 계수값에 따른 결과 확인, 계수값의 변경, 변경된 계수값의 입력 및 결과 재확인 등의 과정을 거치면서 최적의 수치를 조율하여 선택한 값들일 수 있다. Here, the reflection coefficient for the past ribbon thickness prediction value (
Figure pat00046
) And the reflection coefficient for the theoretical thickness of the ribbon (
Figure pat00047
) Is a matrix each containing a plurality of coefficients as components, and these plurality of coefficients are designed and determined in advance by reflecting the dynamic characteristic of determining the ribbon thickness before predicting the current ribbon thickness. That is, the coefficients included in these matrices are optimal through the process of inputting the coefficient values, checking the results according to the inputted coefficient values, changing the coefficient values, and reconfirming the results before the ribbon thickness prediction process. It may be selected values by adjusting the value of.

이와 같이 선택된 반영계수들은 제어 시스템의 안정도를 함께 고려하여 선택되는 값들이다 따라서, 이들 반영계수들을 적용한 결과 도 15에서 도시하는 바와 같이 일정 기간(τ, 예를 들어 10초) 내에 안정화된다. The reflection coefficients selected in this way are values selected in consideration of the stability of the control system. Therefore, as a result of applying these reflection coefficients, they are stabilized within a certain period (τ, for example, 10 seconds) as shown in FIG. 15.

또한, [수학식 5]를 통해 계산되는

Figure pat00048
는 복수회의 계산을 통해 획득될 수 있으며 이는
Figure pat00049
Figure pat00050
에 반영될 수 있다. 예를 들어, 아래 [표 1]은 2회에 걸쳐 동적 모델을 통한 예측값을 구하기 위해 반영계수
Figure pat00051
Figure pat00052
의 성분들이다. Also, it is calculated through [Equation 5]
Figure pat00048
Can be obtained through multiple calculations, which
Figure pat00049
And
Figure pat00050
Can be reflected in. For example, [Table 1] below shows the reflection coefficient to obtain the predicted value through the dynamic model twice.
Figure pat00051
And
Figure pat00052
It is a component of.

1차Primary 2차Secondary A01, B01A01, B01 1One 1One A02, B02A02, B02 1One 1One A11, B11A11, B11 22 -1.065-1.065 A12, B12A12, B12 22 -0.968-0.968 A21, B21A21, B21 1One 0.6380.638 A22, B22A22, B22 1One 0.2760.276

본 발명의 다른 일 실시예에 따르면 링 버퍼(ring buffer) 방식을 적용하여 상기 리본두께 계산부에 의해 계산된 상기 리본의 이론적인 두께에 포함된 노이즈를 제거하는 노이즈 제거부(250)를 더 포함할 수 있다. According to another embodiment of the present invention further comprises a noise removing unit 250 to remove noise included in the theoretical thickness of the ribbon calculated by the ribbon thickness calculation unit by applying a ring buffer (ring buffer) method can do.

전술한 [수학식 3] 및 [수학식 4]에서

Figure pat00053
기간 동안 상대속도차에 의해 발생한 권취 리본의 면적을 냉각롤의 주조속도에 동기화 시 리본두께로 환산된 값으로 환산된 리본두께(
Figure pat00054
)에는 냉각롤 및 권취롤의 속도제어를 위한 인버터의 통신주기의 불규칙성에 따라 미분 노이즈가 포함되어 있다. [Equation 3] and [Equation 4] described above
Figure pat00053
When the area of the winding ribbon generated by the relative speed difference during the period is synchronized with the casting speed of the cooling roll, the ribbon thickness converted to the value converted to the ribbon thickness (
Figure pat00054
) Contains differential noise according to the irregularity of the communication cycle of the inverter for speed control of the cooling roll and the winding roll.

구체적으로 도 14를 참조하면, 본 발명에서 리본두께 기하학 모델은

Figure pat00055
가 변수로서, 권취롤 인버터 내 권취롤 회전용 모터의 엔코더(Encoder)를 값을 읽는 카운트 드라이버(Count Driver)의 통신주기의 불규칙성에 따라 계단 형태의 데이터로 획득되기 때문에 권경 계산 시 샘플링 주기에 따른 오차가 유발될 수 있다. 14, the ribbon thickness geometric model in the present invention is
Figure pat00055
As a variable, the encoder of the winding roll rotating motor in the winding roll inverter is obtained as stair-shaped data according to the irregularity of the communication cycle of the count driver that reads the value. Errors can be caused.

노이즈 제거부(250)는 이를 제거하기 위해 도 12에서 도시하는 바와 같이 링 버퍼의 개념을 도입하여 미분 노이즈 성분의 영향도를 제거할 수 있다. 이후, 리본두께 예측부(300)는 노이즈 성분이 제거된

Figure pat00056
을 [수학식 5]에 적용하여 리본두께를 예측할 수 있다.The noise removing unit 250 may remove the influence of the differential noise component by introducing the concept of a ring buffer as shown in FIG. 12 to remove it. Subsequently, the ribbon thickness prediction unit 300 removes noise components.
Figure pat00056
Can be applied to [Equation 5] to predict the ribbon thickness.

도 13에 본 발명의 실시예들에 따른 리본두께 예측 장치가 전체적으로 설명되어 있다. 본 발명에서 제안하는 권취 중 리본두께 예측 방법에서 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(즉, 전술한 [수학식 1] 및 [수학식 2])에서 계산한 제어입력값을 권취롤 회전용 인버터에 지령값으로 입력한다. 이때 권취롤 회전용 인버터는 토크제어모드로 제어입력값에 도달하기 위한 제어를 실시한다. 이때 냉각롤 회전용 인버터와 권취롤 회전용 인버터에서 출력되는 현재 각속도와 설정된 냉각롤 반경과 권취기 감속비를 이용하여 리본두께 기하학(즉, 전술한 [수학식 3] 및 [수학식 4])을 계산하고, 권취롤 이송구간 속도변화량을 보상한 후 리본두께 동적모델(즉, 전술한 [수학식 5])을 통해 최종적으로 예측된 리본두께 예측값을 피드백한다.13, the ribbon thickness prediction apparatus according to the embodiments of the present invention is described as a whole. In the method for predicting the ribbon thickness among the windings proposed in the present invention, the inverter for cooling roll rotation for rapid cooling of the amorphous ribbon operates in a speed control mode to match the set casting speed, and the inverter for winding roll rotation rotates with the cooling roll setting torque. Using the measured torque value, the control input value calculated in the nonlinear tension control logic (ie, [Equation 1] and [Equation 2] described above) is input to the winding roll rotating inverter as a command value. At this time, the winding roll rotating inverter performs control to reach a control input value in a torque control mode. At this time, the ribbon thickness geometry (ie, [Equation 3] and [Equation 4] described above) is calculated by using the current angular velocity output from the cooling roll rotation inverter and the winding roll rotation inverter and the set cooling roll radius and the winding machine reduction ratio. After calculating and compensating for the speed change in the winding roll transfer section, the ribbon thickness predicted value is fed back through the ribbon thickness dynamic model (ie, [Equation 5]).

본 발명에서 제안된 피드백된 리본두께 예측값은 노즐이 장착된 턴디쉬 구동장치를 상/하로 미세 조정하여 주조중 비정질 리본의 두께를 맞추는데 활용된다.The estimated ribbon thickness predicted value proposed in the present invention is utilized to adjust the thickness of the amorphous ribbon during casting by finely adjusting the nozzle-mounted tundish drive device up and down.

도 16 내지 도 19는 본 발명의 실시예들에 따른 실시간 리본두께 예측 장치의 적용 결과를 나타내는 그래프들이다. 도 20은 종래의 권취롤 권경에 따른 권취롤 토크 지령변경 방식에 따른 장력 제어 시 냉각롤 토크 경시 변화를 나타내는 그래프이고, 도 21은 본 발명의 실시예들에 따른 실시간 리본두께 예측 장치 적용 시 냉각롤 토크 및 권취롤 속도 등 경시 변화를 나타내는 그래프이다. 또한, 도 22는 종래의 권취롤 권경에 따른 권취롤 토크 지령변경 방식에 따른 장력 제어 시 리본 두께의 예측값을 나타내는 그래프이고, 도 23은 본 발명의 실시예들에 따른 실시간 리본두께 예측 장치 적용 시 리본 두께의 예측값을 나타내는 그래프이다.16 to 19 are graphs showing application results of a real-time ribbon thickness prediction apparatus according to embodiments of the present invention. 20 is a graph showing a change in cooling roll torque over time in tension control according to a winding roll torque command change method according to a conventional winding roll winding, and FIG. 21 is cooling when applying a real-time ribbon thickness prediction device according to embodiments of the present invention It is a graph showing changes over time such as roll torque and winding roll speed. In addition, Figure 22 is a graph showing the predicted value of the ribbon thickness when tension control according to the winding roll torque command change method according to the conventional winding roll diameter, Figure 23 is a real-time ribbon thickness prediction apparatus according to embodiments of the present invention It is a graph showing the predicted value of ribbon thickness.

일반적으로 비정질 리본제조 공정에서 초기 권취 시에는 비행하는 리본을 안정적으로 권취하기 위해 냉각롤과 가까운 위치에서 캐칭(Catching)을 시도한다. 리본이 권취롤에 캐칭된 후 비정질 리본의 냉각을 위해 냉각롤과 멀어지는 방향으로 권취롤을 이송(traverse)하면서 권취를 하게 된다. 이때 권취롤이 이송하면서 속도변화가 발생하여 리본두께 예측값에 영향을 주기 때문에 이송속도를 권취기 선속도에 반영하여 보상한다. 도 16 내지 도 19는 권취롤 이송구간 권취롤 속도변화 보상로직 적용 시 결과의 예시이다.In general, during the initial winding in the amorphous ribbon manufacturing process, in order to stably wind the flying ribbon, catching is attempted at a position close to the cooling roll. After the ribbon is caught on the winding roll, the winding is rolled while traversing the winding roll in a direction away from the cooling roll for cooling the amorphous ribbon. At this time, since the speed change occurs while the winding roll is being transported, it affects the predicted value of ribbon thickness. 16 to 19 are examples of the results when the winding roll speed change compensation logic is applied to the winding roll transfer section.

도 16 내지 도 19에서는 공통적으로 권취롤의 보빈이 약 70초 지점부터 약 140초 지점까지 회전하는 공통적인 상황에서(도 18 참조), 본 발명의 실시예들이 적용되는 경우의 결과 수치들이 도시되어 있다. 도 19를 참조하면, 본 발명의 실시예들은 권취롤의 보빈이 회전하기 시작하는 시점에 보빈의 1차 미분항에 변화가 존재하고 이러한 변화가 원인이 되어 발생할 수 있는 오차를 방지하고자 한다. 도 16에서 도시하는 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 실시간 리본두께 예측 장치가 예측한 리본두께는 약 70초 지점부터 일정 기간(τ)에 걸쳐 안정화를 거친 후 약 37um 정도로 거의 일정한 두께의 예측값을 출력하고 있다. 또한, 도 17을 참고하면, 권취롤의 보빈이 회전하는 기간 동안 비록 미세한 수치이기는 하지만 약 0.07um 정도의 리본두께 수치가 보정되었음을 확인할 수 있다. 16 to 19, in a common situation in which the bobbin of the winding roll rotates from a point of about 70 seconds to a point of about 140 seconds (see FIG. 18), the result values when the embodiments of the present invention are applied are shown. have. Referring to FIG. 19, embodiments of the present invention are intended to prevent an error that may occur due to a change in the primary differential term of the bobbin when the bobbin of the take-up roll starts to rotate and cause such a change. As shown in FIG. 16, the ribbon thickness predicted by the real-time ribbon thickness prediction device according to the embodiments of the present invention is stabilized over a period of time (τ) from a point of about 70 seconds, and has a thickness of approximately 37 μm. The predicted value is being output. In addition, referring to FIG. 17, it can be confirmed that the ribbon thickness value of about 0.07 um was corrected even though it was a minute value during the period during which the bobbin of the winding roll rotated.

도 20은 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 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 도 20에 도시된 바와 같이 권취롤이 초기 캐칭 후 뒤로 이동하면, 이송(traverse) 구간에서 과도한 장력 혹은 장력변화에 의해 간헐적으로 비정질 리본이 끊어지는 현상이 발생한다.FIG. 20 shows the change of the winding roll torque over time when the winding roll torque command change method according to the winding roll winding diameter-open-loop control mode tension control, and this method is during the catching state and winding of the initial amorphous ribbon Depending on the ribbon thickness, the amount and tendency of the change in the cooling roll torque must be different each time, and the amount of change in the cooling roll torque according to the diameter is large, which is inevitable to affect the puddle between the nozzle and the cooling roll. In addition, as shown in FIG. 20, when the winding roll moves backward after the initial catching, an intermittent amorphous ribbon is cut off due to excessive tension or tension change in the traverse section.

반면에, 도 21은 본 발명에서 제안한 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, 도 21 도시된 바와 같이, 권취 전/후 냉각롤 토크의 차이가 비정질 리본에 걸리는 장력으로 작용하며, 권취 중에 권경이 증가함에도 불구하고 냉각롤의 토크가 일정하게 제어되어 비정질 리본의 장력이 거의 변화없이 유지됨을 알 수 있다.On the other hand, Figure 21 shows the change over time, such as the cooling roll speed, torque, winding roll speed and increase in diameter when applying the tension control method of the cooling roll torque feedback-based open-loop control mode proposed in the present invention As shown in FIG. 21, the difference between the cooling roll torque before and after winding acts as a tension applied to the amorphous ribbon, and the torque of the cooling roll is constantly controlled to increase the tension of the amorphous ribbon despite the increase in diameter during winding. It can be seen that it remains almost unchanged.

이처럼, 본 발명의 실시예들을 통해 제안되는 권취 중 비정질 리본 장력제어를 통해 리본의 장력이 일정하게 유지됨에 따라 냉각롤과 권취롤간 속도차이의 변화율이 매우 적어짐으로써 리본두께도 안정적으로 예측이 가능해진다.As described above, as the tension of the ribbon is kept constant through the amorphous ribbon tension control among the windings proposed through the embodiments of the present invention, the rate of change in the speed difference between the cooling roll and the winding roll is very small, so that the ribbon thickness can be predicted stably. .

도 22 및 도 23은 본 발명에서 제안한 장력 제어방식을 적용하기 전/후 귄취중 리본두께 예측값과 실측값을 주조 회차별로 비교한 것이다. 도 22에서 도시하는 바와 같이 본 발명에서 제안한 장력 제어방식을 적용하기 전에는 리본두께의 예측값이 22~40um로서 예측의 정확도가 매우 낮음을 확인할 수 있다. 반면에 도 23 및 아래 [표 2]를 참조하면, 본 발명에서 제안한 장력 제어방식을 적용 후에는 리본 두께의 측정 오차가 1마이크로 이하로 매우 정밀하게 예측됨을 알 수 있다. 이는 X-ray나 레이저, 공초점 센서 등을 이용하여 리본의 두께를 측정하는 방식과 비교하여 측정을 위한 롤의 진동, 센서의 측정 정밀도 등으로 인해 발생하는 오차보다 낮은 수준이다.22 and 23 compare the ribbon thickness prediction value and actual value during winding before and after applying the tension control method proposed in the present invention for each casting cycle. As shown in FIG. 22, before applying the tension control method proposed in the present invention, it can be confirmed that the prediction value of the ribbon thickness is 22-40 um, and the prediction accuracy is very low. On the other hand, referring to FIG. 23 and Table 2 below, it can be seen that after applying the tension control method proposed in the present invention, the measurement error of the ribbon thickness is predicted very accurately to 1 micro or less. This is lower than the error that occurs due to the vibration of the roll for measurement and the measurement precision of the sensor compared to the method of measuring the thickness of the ribbon using an X-ray, laser, or confocal sensor.

Lot NumberLot Number 실측값Measured value 예측값Forecast 편차Deviation 1One 27.60㎛27.60㎛ 27.22㎛27.22㎛ -0.38㎛-0.38 22 32.00㎛32.00㎛ 32.03㎛32.03㎛ -0.03㎛-0.03 33 36.95㎛36.95㎛ 36.95㎛36.95㎛ 0.00㎛0.00 44 30.33㎛30.33㎛ 30.35㎛30.35㎛ -0.02㎛-0.02㎛

본 발명에서 제안하는 비정질 리본제조 시 권취 중 장력제어 방법은 기존에 로드셀 등의 센서를 이용하여 장력을 측정하는 방식에 비해 장치의 구성이 매우 간단하다. 마찬가지로 본 발명에서 제안하는 리본두께를 예측하는 방법은 기존의 X-ray 등 센서를 이용하는 방식에 비해 별도의 장치가 필요 없기 때문에 장치의 구성이 매우 간단하고 정밀한 리본두께 예측이 가능하다. 이처럼 본 발명은 냉각롤과 권취롤 사이에 비정질 리본 장력을 측정하기 위한 롤이나 센서없이 냉각롤 토크값을 피드백하여 비정질 리본의 장력을 일정하게 제어하는 방식이나, 여분의 롤을 설치하여 냉각롤과 권취롤 사이의 거리를 충분히 확보하여 리본의 냉각을 향상하는 경우에도 동일하게 적용될 수 있음은 물론이다.When manufacturing the amorphous ribbon proposed in the present invention, the tension control method during winding is very simple compared to the conventional method for measuring tension using a sensor such as a load cell. Likewise, the method for predicting the ribbon thickness proposed in the present invention is very simple and accurate in the ribbon thickness prediction because the configuration of the device is very simple because no separate device is required compared to the conventional method using a sensor such as X-ray. As described above, the present invention is a method of constantly controlling the tension of the amorphous ribbon by feeding back the cooling roll torque value without a roll or sensor for measuring the amorphous ribbon tension between the cooling roll and the winding roll, or by installing an extra roll to cool the roll. Of course, the same can be applied to improving the cooling of the ribbon by sufficiently securing the distance between the winding rolls.

도 24는 본 발명의 실시예들에 따른 실시간 리본두께 예측 방법을 나타내는 순서도이다.24 is a flowchart illustrating a real-time ribbon thickness prediction method according to embodiments of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 리본두께 예측 방법은 리본을 권취하는 과정에서 발생하는 권취 장력의 제어오차에 따라 제어 이득의 크기를 가변하는 단계(S100); 냉각롤과 권취롤 간의 회전속도 차이를 이용하여 상기 리본의 이론적인 두께를 계산하는 단계(S200); 및 계산된 상기 리본의 이론적인 두께와 과거 리본두께 예측값을 이용하여 현재의 리본두께를 예측하는 단계(S300)를 포함할 수 있다.A real-time ribbon thickness prediction method according to an embodiment of the present invention comprises the steps of varying the size of the control gain according to a control error of the winding tension generated in the course of winding the ribbon (S100); Calculating the theoretical thickness of the ribbon using the difference in rotational speed between the cooling roll and the winding roll (S200); And predicting the current ribbon thickness using the calculated theoretical thickness and the past ribbon thickness prediction value (S300).

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 리본두께 예측 방법은, 링 버퍼(ring buffer) 방식을 적용하여 상기 리본두께 계산부에 의해 계산된 상기 리본의 이론적인 두께에 포함된 노이즈를 제거하는 단계(S250)를 더 포함할 수 있다.In addition, in the real-time ribbon thickness prediction method according to an embodiment of the present invention, removing noise included in the theoretical thickness of the ribbon calculated by the ribbon thickness calculator by applying a ring buffer method (S250) may be further included.

본 발명의 실시예들에 따른 실시간 리본두께 예측 방법에 관한 구체적인 설명은 도 1 내지 도 7 내지 도 23 및 대응되는 실시간 리본두께 예측 장치에 관한 설명을 참고할 수 있으며, 여기에서는 반복을 피하기 위해 구체적인 설명은 생략한다. For a detailed description of a method for predicting a real-time ribbon thickness according to embodiments of the present invention, reference may be made to FIGS. 1 to 7 to 23 and a description of a corresponding real-time ribbon thickness prediction device, in which detailed description is made to avoid repetition. Is omitted.

한편, 본 실시예에서 사용되는 '~부'라는 용어, 즉 '~모듈' 또는 '~테이블' 등은 소프트웨어, FPGA(Field Programmable Gate Array) 또는 주문형 반도체(Application Specific Integrated Circuit, ASIC)와 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, 모듈은 어떤 기능들을 수행한다. 그렇지만 모듈은 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. 모듈은 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 모듈은 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 모듈들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 모듈들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 모듈들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 모듈들은 디바이스 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.On the other hand, the term'~ unit' used in this embodiment, that is,'~ module' or'~ table' is hardware such as software, FPGA (Field Programmable Gate Array) or application specific integrated circuit (ASIC). A component, and a module performs some functions. However, modules are not limited to software or hardware. The module may be configured to be in an addressable storage medium or may be configured to reproduce one or more processors. Thus, as an example, a module includes components such as software components, object-oriented software components, class components and task components, and processes, functions, attributes, procedures, subroutines. Fields, segments of program code, drivers, firmware, microcode, circuits, data, databases, data structures, tables, arrays, and variables. The functionality provided within the components and modules can be combined into a smaller number of components and modules or further separated into additional components and modules. In addition, components and modules may be implemented to reproduce one or more CPUs in the device.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will appreciate that the present invention may be implemented in other specific forms without changing its technical spirit or essential features. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the scope of the claims, which will be described later, rather than the detailed description, and all the changed or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts are included in the scope of the present invention. Should be interpreted.

10: 실시간 리본두께 예측 장치
100: 비선형 제어부
200: 리본두께 계산부
250: 노이즈 제거부
300: 리본두께 예측부
10: real-time ribbon thickness prediction device
100: nonlinear control
200: ribbon thickness calculation unit
250: noise removing unit
300: ribbon thickness prediction unit

Claims (12)

별도의 부가장치나 센서 없이 권취 장력제어를 수행하는 장치에 있어서,
냉각롤의 토크를 이용하여, 리본을 권취하는 과정에서 발생하는 권취 장력의 제어오차에 따라 제어 이득의 크기를 가변하는 비선형 제어부;
냉각롤과 권취롤 간의 회전속도 차이를 이용하여 상기 리본의 이론적인 두께를 계산하는 리본두께 계산부; 및
계산된 상기 리본의 이론적인 두께와 과거 리본두께 예측값을 이용하여 현재의 리본두께를 예측하는 리본두께 예측부를 포함하는,
실시간 리본두께 예측 장치.
In the device for performing the winding tension control without a separate additional device or sensor,
A nonlinear control unit that varies the magnitude of the control gain according to a control error of the winding tension generated in the process of winding the ribbon using the torque of the cooling roll;
A ribbon thickness calculator for calculating the theoretical thickness of the ribbon by using a difference in rotational speed between a cooling roll and a winding roll; And
Comprising a ribbon thickness predicting unit for predicting the current ribbon thickness using the calculated ribbon thickness and the past ribbon thickness prediction value,
Real-time ribbon thickness prediction device.
제1항에 있어서,
상기 리본두께 예측부는 하기 식으로 표현되는 리본두께 동적모델을 통해 상기 현재의 리본두께를 예측하되,
Figure pat00057

여기에서,
Figure pat00058
는 상기 리본두께 동적모델을 통해 최종적으로 예측된 리본두께를 의미하고,
Figure pat00059
는 상기 과거 리본두께 예측값을 의미하며,
Figure pat00060
는 상기 리본두께 계산부에 의해 계산된 상기 리본의 이론적인 두께를 의미하며,
Figure pat00061
은 상기 과거 리본두께 예측값에 대한 반영계수이고,
Figure pat00062
은 상기 리본두께 계산부에 의해 계산된 상기 리본의 이론적인 두께에 대한 반영계수를 의미하는,
실시간 리본두께 예측 장치.
According to claim 1,
The ribbon thickness prediction unit predicts the current ribbon thickness through a dynamic model of ribbon thickness expressed by the following equation,
Figure pat00057

From here,
Figure pat00058
Means the ribbon thickness finally predicted through the dynamic model of the ribbon thickness,
Figure pat00059
Means the past ribbon thickness prediction value,
Figure pat00060
Is the theoretical thickness of the ribbon calculated by the ribbon thickness calculation unit,
Figure pat00061
Is a reflection coefficient for the past ribbon thickness prediction value,
Figure pat00062
Is a reflection coefficient for the theoretical thickness of the ribbon calculated by the ribbon thickness calculation unit,
Real-time ribbon thickness prediction device.
제2항에 있어서,
상기 과거 리본두께 예측값에 대한 반영계수 및 상기 리본의 이론적인 두께에 대한 반영계수는 각각 복수의 계수들을 성분으로 포함하는 행렬로서,
상기 복수의 계수들은 현재의 리본두께를 예측하기 이전에 사전에 결정되는,
실시간 리본두께 예측 장치.
According to claim 2,
The reflection coefficient for the past ribbon thickness prediction value and the reflection coefficient for the theoretical thickness of the ribbon are each a matrix including a plurality of coefficients as components,
The plurality of coefficients are predetermined before predicting the current ribbon thickness,
Real-time ribbon thickness prediction device.
제1항에 있어서,
링 버퍼(ring buffer) 방식을 적용하여 상기 리본두께 계산부에 의해 계산된 상기 리본의 이론적인 두께에 포함된 노이즈를 제거하는 노이즈 제거부를 더 포함하는,
실시간 리본두께 예측 장치.
According to claim 1,
Further comprising a noise removing unit for removing noise included in the theoretical thickness of the ribbon calculated by the ribbon thickness calculation unit by applying a ring buffer (ring buffer) method,
Real-time ribbon thickness prediction device.
제1항에 있어서,
상기 리본두께 계산부는 하기 식을 통해 상기 리본의 이론적인 두께를 계산하되,
Figure pat00063

여기에서,
Figure pat00064
은 상기 리본두께 계산부에 의해 계산된 상기 리본의 이론적인 두께를 의미하고,
Figure pat00065
는 상기 권취롤이 상기 리본을 권취하는 총 기간을 의미하며,
Figure pat00066
Figure pat00067
기간 전의 상기 권취롤의 보빈의 권경을 의미하고,
Figure pat00068
는 현재의 상기 권취롤의 보빈의 권경을 의미하며,
Figure pat00069
는 상기 냉각롤의 회전 각속도를 의미하는,
실시간 리본두께 예측 장치.
According to claim 1,
The ribbon thickness calculation unit calculates the theoretical thickness of the ribbon through the following equation,
Figure pat00063

From here,
Figure pat00064
Means the theoretical thickness of the ribbon calculated by the ribbon thickness calculator,
Figure pat00065
Means the total period during which the winding roll winds the ribbon,
Figure pat00066
silver
Figure pat00067
Means the bobbin diameter of the winding roll before the period,
Figure pat00068
Means the bobbin diameter of the current winding roll,
Figure pat00069
Means the rotational angular speed of the cooling roll,
Real-time ribbon thickness prediction device.
제5항에 있어서,
Figure pat00070
Figure pat00071
는 하기 식을 통해 계산되되,
Figure pat00072

여기에서,
Figure pat00073
는 상기 권취롤의 보빈의 권경을 의미하고,
Figure pat00074
는 상기 냉각롤의 반지름으로서 주조 시 변하지 않는 고정값이며,
Figure pat00075
는 상기 권취롤의 모터와 상기 권취롤의 보빈축 간의 감속비를 의미하며,
Figure pat00076
는 상기 권취롤의 보빈의 회전 각속도를 의미하는,
실시간 리본두께 예측 장치.
The method of claim 5,
Figure pat00070
And
Figure pat00071
Is calculated by the following equation,
Figure pat00072

From here,
Figure pat00073
Means the winding diameter of the bobbin of the winding roll,
Figure pat00074
Is a radius of the cooling roll and is a fixed value that does not change during casting,
Figure pat00075
Means a reduction ratio between the motor of the winding roll and the bobbin shaft of the winding roll,
Figure pat00076
Means the rotational angular speed of the bobbin of the winding roll,
Real-time ribbon thickness prediction device.
별도의 부가장치나 센서 없이 권취 장력제어를 수행하는 장치에서, 냉각롤의 토크를 이용하여, 리본을 권취하는 과정에서 발생하는 권취 장력의 제어오차에 따라 제어 이득의 크기를 가변하는 단계;
냉각롤과 권취롤 간의 회전속도 차이를 이용하여 상기 리본의 이론적인 두께를 계산하는 단계; 및
계산된 상기 리본의 이론적인 두께와 과거 리본두께 예측값을 이용하여 현재의 리본두께를 예측하는 단계를 포함하는,
실시간 리본두께 예측 방법.
In an apparatus for performing winding tension control without a separate additional device or sensor, varying the magnitude of the control gain according to a control error of the winding tension generated in the process of winding the ribbon using the torque of the cooling roll;
Calculating a theoretical thickness of the ribbon using a difference in rotational speed between a cooling roll and a winding roll; And
And predicting the current ribbon thickness using the calculated theoretical thickness and the previous ribbon thickness prediction value,
Real-time ribbon thickness prediction method.
제7항에 있어서,
상기 계산된 상기 리본의 이론적인 두께와 과거 리본두께 예측값을 이용하여 현재의 리본두께를 예측하는 단계는, 하기 식으로 표현되는 리본두께 동적모델을 통해 상기 현재의 리본두께를 예측하되,
Figure pat00077

여기에서,
Figure pat00078
는 상기 리본두께 동적모델을 통해 최종적으로 예측된 리본두께를 의미하고,
Figure pat00079
는 상기 과거 리본두께 예측값을 의미하며,
Figure pat00080
는 상기 리본두께 계산부에 의해 계산된 상기 리본의 이론적인 두께를 의미하며,
Figure pat00081
은 상기 과거 리본두께 예측값에 대한 반영계수이고,
Figure pat00082
은 상기 리본두께 계산부에 의해 계산된 상기 리본의 이론적인 두께에 대한 반영계수를 의미하는,
실시간 리본두께 예측 방법.
The method of claim 7,
The step of predicting the current ribbon thickness using the calculated theoretical thickness and the past ribbon thickness prediction value of the ribbon, predicts the current ribbon thickness through a dynamic model of the ribbon thickness represented by the following equation,
Figure pat00077

From here,
Figure pat00078
Means the ribbon thickness finally predicted through the dynamic model of the ribbon thickness,
Figure pat00079
Means the past ribbon thickness prediction value,
Figure pat00080
Is the theoretical thickness of the ribbon calculated by the ribbon thickness calculation unit,
Figure pat00081
Is a reflection coefficient for the past ribbon thickness prediction value,
Figure pat00082
Is a reflection coefficient for the theoretical thickness of the ribbon calculated by the ribbon thickness calculation unit,
Real-time ribbon thickness prediction method.
제8항에 있어서,
상기 과거 리본두께 예측값에 대한 반영계수 및 상기 리본의 이론적인 두께에 대한 반영계수는 각각 복수의 계수들을 성분으로 포함하는 행렬로서,
상기 복수의 계수들은 현재의 리본두께를 예측하기 이전에 사전에 결정되는,
실시간 리본두께 예측 방법.
The method of claim 8,
The reflection coefficient for the past ribbon thickness prediction value and the reflection coefficient for the theoretical thickness of the ribbon are each a matrix including a plurality of coefficients as components,
The plurality of coefficients are predetermined before predicting the current ribbon thickness,
Real-time ribbon thickness prediction method.
제7항에 있어서,
링 버퍼(ring buffer) 방식을 적용하여 상기 리본두께 계산부에 의해 계산된 상기 리본의 이론적인 두께에 포함된 노이즈를 제거하는 단계를 더 포함하는,
실시간 리본두께 예측 방법.
The method of claim 7,
Further comprising the step of removing the noise included in the theoretical thickness of the ribbon calculated by the ribbon thickness calculation unit by applying a ring buffer (ring buffer) method,
Real-time ribbon thickness prediction method.
제7항에 있어서,
상기 냉각롤과 권취롤 간의 회전속도 차이를 이용하여 상기 리본의 이론적인 두께를 계산하는 단계는, 하기 식을 통해 상기 리본의 이론적인 두께를 계산하되,
Figure pat00083

여기에서,
Figure pat00084
은 상기 리본두께 계산부에 의해 계산된 상기 리본의 이론적인 두께를 의미하고,
Figure pat00085
는 상기 권취롤이 상기 리본을 권취하는 총 기간을 의미하며,
Figure pat00086
Figure pat00087
기간 전의 상기 권취롤의 보빈의 권경을 의미하고,
Figure pat00088
는 현재의 상기 권취롤의 보빈의 권경을 의미하며,
Figure pat00089
는 상기 냉각롤의 회전 각속도를 의미하는,
실시간 리본두께 예측 방법.
The method of claim 7,
The step of calculating the theoretical thickness of the ribbon using the difference in rotational speed between the cooling roll and the winding roll, calculate the theoretical thickness of the ribbon through the following equation,
Figure pat00083

From here,
Figure pat00084
Means the theoretical thickness of the ribbon calculated by the ribbon thickness calculator,
Figure pat00085
Means the total period during which the winding roll winds the ribbon,
Figure pat00086
silver
Figure pat00087
Means the bobbin diameter of the winding roll before the period,
Figure pat00088
Means the bobbin diameter of the current winding roll,
Figure pat00089
Means the rotational angular speed of the cooling roll,
Real-time ribbon thickness prediction method.
제11항에 있어서,
Figure pat00090
Figure pat00091
는 하기 식을 통해 계산되되,
Figure pat00092

여기에서,
Figure pat00093
는 상기 권취롤의 보빈의 권경을 의미하고,
Figure pat00094
는 상기 냉각롤의 반지름으로서 주조 시 변하지 않는 고정값이며,
Figure pat00095
는 상기 권취롤의 모터와 상기 권취롤의 보빈축 간의 감속비를 의미하며,
Figure pat00096
는 상기 권취롤의 보빈의 회전 각속도를 의미하는,
실시간 리본두께 예측 방법.
The method of claim 11,
Figure pat00090
And
Figure pat00091
Is calculated by the following equation,
Figure pat00092

From here,
Figure pat00093
Means the winding diameter of the bobbin of the winding roll,
Figure pat00094
Is a radius of the cooling roll and is a fixed value that does not change during casting,
Figure pat00095
Means a reduction ratio between the motor of the winding roll and the bobbin shaft of the winding roll,
Figure pat00096
Means the rotational angular speed of the bobbin of the winding roll,
Real-time ribbon thickness prediction method.
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