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냉간압연 다단 압연기의 롤 슬립 모델링 및 상태 관측기 설계
Modeling and State Observer Design for Roll Slip in Cold Cluster Mills 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A, v.36 no.12, 2012년, pp.1543 - 1549  

강현석 ((주)POSCO 기술연구원 STS공정연구그룹) ,  홍완기 ((주)POSCO 기술연구원 STS공정연구그룹) ,  황이철 (동의대학교 메카트로닉스공학과)

초록
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이 논문은 냉간 압연공정의 다단 압연기에서 각 롤 간의 슬립 현상에 대한 상태공간 모델을 도출하고, 이를 이용하여 롤 간 슬립 상태 관측기 설계에 관한 연구를 수행한다. 먼저 뉴튼의 운동법칙을 이용하여 각 롤들의 회전 운동 방정식을 1계 비선형 미분 방정식으로 기술한 후, 테일러 급수를 이용하여 임의의 동작점에서 상태공간 방정식으로 선형화한다. 다음에는 선형화된 상태공간 방정식에 기초하여 Gopinath 구성법으로 측정 가능한 구동 롤을 제외한 종동 롤의 회전 각속도를 추정하는 최소차원 상태 관측기를 설계한다. 마지막으로 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 상태 관측기로부터 추정된 각 롤 회전각속도와 슬립률의 유용성을 고찰한다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This study focuses on the state space model and the design of a state observer for the slip dynamics between rolls in STS cold cluster mills. First, a mathematical model of the roll slip is given as a nonlinear differential equation. Then, by using a Taylor series expansion, it is linearized as a st...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 동시에 롤 손상으로 인한 빈번한 롤 교체 작업은 생산성을 크게 떨어뜨리게 된다. 그래서 이 논문에서는 다단 압연기의 롤 간 슬립 현상을 해석함과 동시에 슬립률 제어를 위한 모델 구축을 연구 목표로 한다. 이를 위하여 각 롤들의 동적 모델을 도출하고, 이를 기초로 각 롤의 회전 각속도를 추정하는 상태 관측기 설계에 관한 연구를 수행한다.
  • 따라서 이 논문에서는 기존 차량 슬립 연구 결과들과 같이, 다단 압연기의 각 롤 간 슬립 현상에 대한 연구를 이론적으로 체계화하는 연구를 수행하고자 한다. 구체적인 연구 내용은 다음과 같이 크게 두 가지로 대별된다.
  • 이 논문에서는 냉간압연 다단 압연기의 롤 간 슬립 현상을 해석하고 제어기 설계를 위한 동적모델에 관한 연구를 수행하였으며, 그 결과를 요약하면 다음과 같다.

가설 설정

  • 따라서 식 (9)와 (11)로 주어진 관측 대상은 가제어 및 가관측성을 만족하므로 상태 관측기가 설계 가능하게 된다. 단, 관측기 설계 시 외란 등의 불확실성 요소는 고려하지 않는 것으로 가정한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
본 논문에서 냉간 압연공정의 다단 압연기에서 각 롤 간의 슬립 현상에 대한 상태공간 모델을 도출하기 위해 수행한 방법은? 이 논문은 냉간 압연공정의 다단 압연기에서 각 롤 간의 슬립 현상에 대한 상태공간 모델을 도출하고, 이를 이용하여 롤 간 슬립 상태 관측기 설계에 관한 연구를 수행한다. 먼저 뉴튼의 운동법칙을 이용하여 각 롤들의 회전 운동 방정식을 1계 비선형 미분 방정식으로 기술한 후, 테일러 급수를 이용하여 임의의 동작점에서 상태공간 방정식으로 선형화한다. 다음에는 선형화된 상태공간 방정식에 기초하여 Gopinath 구성법으로 측정 가능한 구동 롤을 제외한 종동 롤의 회전 각속도를 추정하는 최소차원 상태 관측기를 설계한다. 마지막으로 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 상태 관측기로부터 추정된 각 롤 회전각속도와 슬립률의 유용성을 고찰한다.
다단 압연기의 구성은? 다수의 롤들로 구성된 다단 압연기(cluster mill)를 사용하는 연속 냉간 압연공정에서 압연 롤들 간에 발생하는 슬립 현상은 롤 마모 또는 표면 손상을 유발시켜, 압연 제품의 표면 품질 불량을 일으키는 주 요인으로 작용한다. 동시에 롤 손상으로 인한 빈번한 롤 교체 작업은 생산성을 크게 떨어뜨리게 된다.
다단 압연기에서 접촉하는 두 롤 사이에 발생하는 슬립의 발생 원인은? 다단 압연기에서 접촉하는 두 롤 사이에 발생하는 슬립은 접촉면에서 원주 속도의 상대속도 차이로 발생하는 것으로서, 이러한 슬립 현상에 관한 이론적인 연구는 주로 수송기계 즉 항공기, 철도 차량, 그리고 자동차 분야에서 이루어지고 있다. 즉 지면(또는 레일)과 바퀴(wheel) 사이에 발생하는 슬립의 동적 모델 및 제어 기술은 현재까지 많은 연구가 수행되어 오고 있다.
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참고문헌 (4)

  1. Yanada, H. and Sekikawa, Y., 2008, "Modeling of Dynamic Behaviors of Friction," Mechatronics, Vol. 18, pp. 330-339. 

  2. Grip, H. F., Imsland, L., Johansen, T. A., Kalkkhul, J. C. and Suissa, A., 2008, "Nonlinear Vehicle Side-Slip Estimation with Friction Adaptation," Automatica, Vol. 44, pp. 611-622. 

  3. Mirzaeinejad, H. and mirzaei, M., 2010, "A Novel Method for Non-Linear Control of Wheel Slip in Anti-Lock Braking Systems," Control Engineering Practice, Vol. 18, pp. 918-926. 

  4. Iwai, Z., Inoue, A. and Kawaji, S., 1994, "OBSERVER," Corona Co., Ltd. 

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