초록 ▼

20단 가역식 Sendzimir 압연기(ZRM)는 전기 강판을 1mm 미만의 두께로 압연하는 매우 정밀한 압연장치이다. 재료의 강도가 일반 강판에 비해서 높은 편이다보니 압연하중도 큰 편이다. 큰 압연하중을 주기 위해서 재료와 맞닿아 있는 작업롤의 직경을 폭의 길이에 비해 작게 만든 것이 특징이다. 작업롤의 직경은 작고 압연하중은 비교적 크다보니, 작업롤의 변형이 발생하게 되며, 이러한 변형은 압연되는 강판에 복잡한 웨이브를 발생시킨다. 이러한 복잡한 웨이브는 강판의 품질을 저하시키기 때문에, 판 형상 제어 기술을 통해서 적절하게

20단 가역식 Sendzimir 압연기(ZRM)는 전기 강판을 1mm 미만의 두께로 압연하는 매우 정밀한 압연장치이다. 재료의 강도가 일반 강판에 비해서 높은 편이다보니 압연하중도 큰 편이다. 큰 압연하중을 주기 위해서 재료와 맞닿아 있는 작업롤의 직경을 폭의 길이에 비해 작게 만든 것이 특징이다. 작업롤의 직경은 작고 압연하중은 비교적 크다보니, 작업롤의 변형이 발생하게 되며, 이러한 변형은 압연되는 강판에 복잡한 웨이브를 발생시킨다. 이러한 복잡한 웨이브는 강판의 품질을 저하시키기 때문에, 판 형상 제어 기술을 통해서 적절하게 웨이브의 크기를 감소시켜주어야 한다. 그리고 또 다른 문제점은 현장에서 자동제어를 이용할 경우 형상제어 구동기에 포화가 발생하여 압연공정을 중단시키게 되는 것이다. 이러한 문제점 때문에 현장에서는 형상인식 부분만 제어기를 이용하고 구동기 제어 입력은 현장의 작업자가 직접 조절하면서 운영하는 실정이다.
기존의 문제점을 토대로 본 연구실에서는 판 형상 제어시스템의 형상 인식부분에 문제가 있다고 판단하여, 먼저 기존의 제어 시스템의 구조 및 성능을 분석하였다. 기존의 제어 시스템은 신경회로망(Neural network)과 퍼지(Fuzzy)제어기로 구성되어 있는데 형상 인식은 신경회로망에서 처리된다. 기존 시스템은 MLP(Multi Layer Perceptron)을 신경회로망으로 사용 중이고, 이 방식은 가장 기초적이면서도 가장 대중적인 신경회로망이다. 인식성능을 분석하기 위하여 현장에서 측정된 형상과 이 형상을 MLP신경망에 인식시켜서 얻은 출력형상을 비교한 결과 판형상의 센터부분에서 오차가 큰 것을 확인할 수 있었다. 그리고 ZRM의 롤의 변형과 판형상 메커니즘의 수학적 모델을 토대로 형상예측 시뮬레이터를 MATLAB으로 구현하여 실제 ZRM 플랜트를 대체하였다. 그리고 MLP 뉴럴 퍼지 제어기를 시뮬레이터에 적용하여 시뮬레이션을 실시한 결과 판형상이 충분히 평평해졌음에도 불구하고 과도한 제어 입력에 의하여 형상 제어 구동기에 포화가 발생하는 것을 확인할 수 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 MLP 신경망보다 인식성능이 좋은 RBF, ESN, WNN 신경망을 다른 연구사례를 통하여 찾아냈고, ZRM 판 형상 제어 시스템에 적용하였다. 신경망의 학습조건은 기존의 MLP 신경망과 동일하게 하였다. 새로 적용된 신경망 알고리즘들은 MLP에 비해서 판형상의 센터부분의 오차를 확실하게 감소시켰고, 전체적인 형상 인식 성능이 향상됨을 알 수 있었다. 새로 적용된 세 가지 신경망은 근소한 성능차이를 보였고 정량적으로 성능 향상을 비교했을 때, WNN > ESN > RBF 순으로 나타났다. 인식성능개선과 더불어 퍼지제어기의 과도한 출력을 개선하기 위하여 P 제어 게인(gain)을 추가로 적용하였다. 본 연구에서 P 제어 게인은 초기형상과 제어된 형상의 크기의 비율을 보상하는 알고리즘으로 판형상이 충분히 평평해 졌을 때, 과도한 구동기 작동을 방지하는 역할을 한다. 이러한 개선방안을 모두 적용하여 시뮬레이션을 수행한 결과, 세 가지 방식 모두 구동기 포화현상이 일어나지 않았고, 최종 판 형상의 편평량도 어느정도 개선됨을 확인할 수 있었다. 시뮬레이션 결과를 정량적으로 표현하기 위하여 목표형상과 제어된 판형상의 RMS 오차를 사용하였고, 종합적인 성능 향상은 WNN < ESN < RBF 순으로 나타났다. 마지막으로 본 연구를 통해 개발한 알고리즘들을 현장의 시스템에서 활용할 수 있도록 하기 위하여 MATLAB 기반의 알고리즘을 C 언어로 코딩하여 연구를 마무리하였다.

목차 Contents

• 일반연구자지원사업 최종(결과)보고서 ... 1
• 목차 ... 3
• Ⅰ. 연구결과 요약문 ... 4
• Ⅱ. 연구내용 및 결과 ... 5
• 1. 연구과제의 개요 ... 5
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 5
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 5
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 12
• 5. 연구결과의 활용 계획 ... 13
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 13
• Ⅲ. 연구성과 ... 14
• 끝페이지 ... 14