KR101445441B1 - 서스펜디드 금속 스트립의 진동 감쇠 및 형상 제어를 위한 방법 및 시스템 - Google Patents

서스펜디드 금속 스트립의 진동 감쇠 및 형상 제어를 위한 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따르면, 서스펜디드 금속 스트립의 진동 감쇠 및 형상 제어를 위한 방법이 제공된다. 이 방법은, 복수의 비접촉 센서들 (3) 에 의해 금속 스트립 (1) 에 대한 거리를 측정하는 단계, 거리 측정치를 제공하는 단계, 거리 측정치에 기초하여 편향 프로파일을 생성하는 단계, 편향 프로파일을 다수의 베이스 형상들 (Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ, Ⅴ) 로 분해하는 단계, 편향 프로파일을 복수의 비접촉 액추에이터들
Figure 112013098530014-pct00094
및
Figure 112013098530014-pct00095
Figure 112013098530014-pct00118
에 의해 제어하는 단계를 포함하고, 제어하는 단계는 베이스 형상들 (Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ, Ⅴ) 각각에 대해 힘 프로파일들의 대응하는 조합을 제공하는 단계를 포함한다.

Description

서스펜디드 금속 스트립의 진동 감쇠 및 형상 제어를 위한 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR VIBRATION DAMPING AND SHAPE CONTROL OF A SUSPENDED METAL STRIP}
본 발명은 일반적으로 금속 가공 산업의 분야에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는, 금속 스트립들의 이동을 제어하는 수단 및 방법에 관한 것이다.
금속 가공 산업에서 금속 스트립들 또는 금속 시트들의 처리는, 예를 들어, 용융 아연 도금 라인들과 같은 상이한 공정 라인들에 따른 운반을 수반한다. 금속 스트립들은 그들의 상대적 얇음 (thinness) 및 연장 형상으로 인해 그리고 다수의 진동 소스들로 인한 이동들 동안 진동하는 경향이 있다. 무엇보다도, 진동은 라인의 기계적 컴포넌트들에서의 결함으로 인해, 그리고 상이한 공정 단계들, 예를 들어, 아연도금 단계 이후에 금속 스트립들로부터 과잉 아연을 불어 날리기 위해 사용된 공기 분사 작용들로 인해 발생한다. 따라서, 금속 스트립들의 운반은 안정화를 요구한다.
안정화없이, 금속 스트립들은 형상 손실, 예를 들어, 휨 (bending) 에 영향을 받고, 여러 공정 단계들은 덜 효율적이다. 예를 들어, 언급한 공기 분사 작용들 동안 진동 제어의 부족은 아연 코팅의 가변 두께를 발생시켜서, 제품 품질을 감소시키며 비용을 증가시킨다. 따라서, 금속 스트립들의 공정은 비효율적이고 고가가 된다. 따라서, 금속 스트립들의 이동을 제어하는 중요성이 용이하게 인식된다.
공개된 국제 특허 공보 WO 2009/030269 호는, 금속 스트립들의 진동을 안정화하고 제어하는 방법을 개시한다. 금속 스트립의 프로파일은 모드 형상들의 조합에 기초하여 복수의 비접촉 액추에이터에 의해 제어되고, 여기서, 모드 형상들의 조합은 금속 스트립 프로파일을 어림한다. 금속 스트립 프로파일 및 금속 스트립상에 작용하는 힘들은 액추에이터들과 동일한 수의 모드 형상들을 사용하여, 모드 형상의 조합으로서 표현된다.
본 발명의 일반 목적은, 금속 스트립들, 예를 들어, 공정 라인에서 프로세싱되는 금속 스트립들의 이동을 제어하는 방법들 및 수단을 제공하는 것이다.
본 발명의 특정한 목적은, 공정 라인에서 프로세싱되는 금속 스트립들의 개선된 진동 감쇠 및 형상 제어를 획득하는 방법들 및 수단을 제공하는 것이다.
무엇보다도, 이들 목적은 독립항에서 청구한 바와 같은 방법에 의해 달성된다.
본 발명에 따르면, 서스펜디드 금속 스트립 (suspended metal strip) 의 진동 감쇠 및 형상 제어를 위한 방법이 제공된다. 이 방법은, 복수의 비접촉 센서에 의해 금속 스트립에 대한 거리를 측정하는 단계, 거리 측정치를 제공하는 단계, 거리 측정치에 기초하여 편향 프로파일을 생성하는 단계, 편향 프로파일을 다수의 베이스 형상들로 분해하는 단계, 및 복수의 비접촉 액추에이터에 의해 편향 프로파일을 제어하는 단계를 포함한다. 제어하는 단계는, 힘 프로파일들의 대응하는 조합을 각 베이스 형상에 대해 제공하는 단계를 포함한다. 본 발명에 의해, 편향 형상들과 자유도 사이의 디커플링은 알려진 방법에 비해 증가된다. 또한, 액추에이터의 수가 가까운 특정한 애플리케이션의 필요에 의존하여 적응된다는 점에서 플렉시빌리티 (flexibility) 가 획득된다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 힘 프로파일들의 각 대응하는 조합은 적어도, 제 1 높이에서 계산된 제 1 힘 프로파일 및 제 2 높이에서 계산된 제 2 힘 프로파일에 기초한다. 이에 의해, 금속 스트립에 인가된 총 힘이 최적의 형상에 가까운 형상으로 형성될 수 있다는 점에서 증가된 정확도가 제공된다.
본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 복수의 비접촉 액추에이터가 금속 스트립의 제 1 높이 및 제 2 높이에서 금속 스트립의 폭을 따라 배열된다. 이에 의해 개선된 안정화가 제공되고, 그 결과 금속 스트립 프로세싱의 개선된 효율이 제공된다. 이러한 효율 증가는 증가된 이익률로 변환될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 베이스 형상들로부터 기여 (contribution) 를 결정하는 단계는 각각의 기여에 대한 계수들을 결정하는 단계를 포함한다. 그 후, 계수들은 특정한 베이스 형상에 대응하는 힘 프로파일들의 조합에 대한 크기를 결정하기 위해 사용될 수도 있다. 따라서, 베이스 형상 기여 및 힘 프로파일의 대응하는 조합을 결정하는 효율적이고 정확한 방법이 제공된다. 이에 의해, 이 방법은 또한 소프트웨어에서 쉽게 구현될 수도 있다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 비접촉 액추에이터들 및/또는 센서들의 수는 베이스 형상들의 수에 독립적이다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 방법은 힘 프로파일들의 모든 조합들을 함께 가산함으로써 비접촉 액추에이터들에 의해 금속 스트립에 인가된 총 힘을 제공하는 추가의 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 센서들의 적어도 2개의 로우 (row) 가 금속 스트립의 제 1 및 제 2 높이에 배열되고, 이 방법은 제 1 높이에서 제 1 편향 프로파일을 결정하고 제 2 높이에서 제 2 편향 프로파일을 결정하는 단계, 제 1 편향 프로파일에 기초하여 금속 스트립의 형상 제어를 수행하고 제 2 편향 프로파일에 기초하여 진동 제어를 수행하는 단계를 추가로 포함한다. 액추에이터들에 의해 인가된 힘은 형상 제어를 제공하기 위해 사용된 느리게 변화하는 부분 및 진동 제어를 제공하기 위해 사용된 느리게 변화하는 부분의 신호들에 의해 제공된 레벨들 주위의 고속으로 변화하는 부분으로 분할될 수도 있다. 따라서, 상이한 액추에이터 힘들이 필요에 의존하여 사용될 수도 있다. 액추에이터들의 배치가 또한 이동 제어의 의도한 목적에 의존하여 적응될 수도 있다. 진동 제어를 위해, 액추에이터 힘들은 바람직하게는, 가능한 한 센서에 근접하게 배열되고, 이것은 형상 제어에 대해 덜 중요하다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 편향 프로파일을 제어하는 단계는 금속 스트립의 최대 편평한 편향을 평균적으로 제공하기 위해 제 1 및 제 2 힘 프로파일들을 최적화하는 단계를 포함한다.
본 발명은 또한 진동 감쇠 및 형상 제어를 위한 시스템을 제공하여, 상기와 유사한 이점들이 달성된다.
본 발명의 다른 특징들 및 이점들은 본 발명의 실시형태들의 상세한 설명 및 첨부한 도면을 읽을 때 명백해질 것이다.
도 1a 및 도 1b 는 금속 스트립상의 센서들 및 액추에이터들의 배열을 상이한 시각으로 예시한다.
도 2a 내지 도 2c 는 진동들의 베이스 형상들을 예시한다.
도 3 은 상이한 힘 프로파일들의 결과로서 편향 프로파일들을 예시한다.
도 4 는 금속 스트립의 단면을 따른 평균 제곱 편향 크기를 예시한다.
도 5 는 본 발명에 따른 방법에 대한 플로우 차트를 예시한다.
도 6 은 본 발명에 따른 시스템을 개략적으로 예시한다.
본 발명은, 본 출원과 동일한 출원인에게 양도된 이전에 언급한 특허 공개 WO 2009/030269 에 개시된 발명에 추가의 증가된 디커플링 및 증가된 자유도가 주어질 수 있다 라는 발명자들에 의한 인식에 기초한다.
도 1a 는 본 발명의 실시형태, 특히, 금속 스트립상의 센서들 및 액추에이터들의 배열을 예시한다. 금속 스트립 (1) 은 화살표 및 문자 "T" 로 표시된 이동 방향 및 "h" 에 표시된 금속 스트립 (1) 의 높이로 측면도에서 예시된다. 통상의 프로세싱 라인에서, 금속 스트립 (1) 은 수 킬로미터 길이일 수도 있다. 따라서, 여기에 사용된 바와 같은 용어 높이 "h" 는 금속 스트립의 총 길이의 서브세트를 포함하는 것으로 이해될 수도 있다. 따라서, 높이 "h" 는 액추에이터들 및 센서들을 포함하는 안정화 장치 (미도시) 를 통과할 때 금속 스트립의 일부의 "스냅샷 (snapshot)" 이다.
다수의 센서들 (3), 예를 들어, 유도성 위치 센서들이 (도 1b 에 도시된 바와 같이) 금속 스트립 (1) 의 양 측면상의 실시형태에서, 금속 스트립 프로파일의 폭 (w) 을 따라 하나 이상의 로우들에서 안정화 장치에 배열된다. 센서들 (3) 은 비접촉 센서들이고, 따라서 금속 스트립 (1) 과 물리적 접촉을 하지 않는다. 센서들 (3) 은 금속 스트립 (1) 에 대한 거리를 측정하도록 배열되어서 거리 측정치를 제공한다. 센서들 (3) 의 수는 적절하게 선택될 수 있지만, 적어도 베이스 형상들이 존재하는 만큼 많아야 한다.
다수의 액추에이터들 (
Figure 112013098530014-pct00001
), 예를 들어, 전자석들이 금속 스트립 (1) 의 폭을 따라 하나 이상의 로우들 (2a, 2a')에 배열되고, 여러 로우들이 사용되면, 상이한 높이에 배열된다. 따라서, 참조 부호들 (2a 및 2a') 은 상이한 높이들 (
Figure 112013098530014-pct00002
) 에서 금속 프로파일 (1) 의 폭을 따라 배열된 액추에이터들 (
Figure 112013098530014-pct00003
Figure 112013098530014-pct00004
및
Figure 112013098530014-pct00106
) 의 각각의 로우를 지칭한다. 액추에이터들 (
Figure 112013098530014-pct00006
) 은 금속 스트립 (1) 상에 작용하는 힘들을 생성한다. 아래에서, 액추에이터들 (
Figure 112013098530014-pct00007
) 은 전자석들에 의해 예시되지만, 액추에이터들이 다른 타입의 비접촉 액추에이터들일 수 있다는 것이 실현된다.
도 1b 는 라인 a-a 를 따라 본 도 1a 의 장치를 예시한다. 언급한 바와 같이, 금속 스트립 (1) 의 대향 측상에 센서들 (3') 의 추가의 로우가 존재할 수도 있다. 또한, 금속 스트립 (1) 의 각 측상의 센서들 (4, 4') 의 제 2 로우가 도면에 예시된 바와 같이 또한 제공될 수도 있다. 임의의 수의 센서들 및 센서들의 임의의 수의 로우들이 사용될 수도 있다. 액추에이터들이 전자석들인 경우에서, 금속 스트립 (1) 의 이동을 제어하기 위해 사용된 힘들은 자력들이고, 그 후, 금속 스트립 (1) 의 각 측상에 배열된 전자석들 (
Figure 112011095422648-pct00008
) 의 적어도 하나의 로우 (2b, 2b') 가 존재한다. 각 전자석들로부터의 하나의 코일이 금속 스트립 (1) 을 안정화시키기 위해 함께 제어되는 코일들의 쌍 (
Figure 112011095422648-pct00009
) 을 형성한다. 금속 스트립 (1) 상에 작용하는 자력들은 전자석들에 공급된 전류를 조절함으로써 제어될 수 있다. 전자석들의 2개의 로우들 (2a, 2b; 2a', 2b') 만이 금속 스트립의 각 측상에 예시되지만 본 발명에 따르는 도면들에서, 전자석들 (
Figure 112011095422648-pct00010
) 의 수는 가까운 애플리케이션에 의존하여 적절하게 선택될 수 있다.
센서들 (3) 에 의해 수행된 거리 측정은 아래에 나타낸 편향 프로파일에서, 금속 스트립 프로파일의 계산을 가능하게 한다. 편향 프로파일은 센서들 (3) 이 배열되는 높이에 대응하는 금속 스트립 (1) 의 높이에서 및 도 1b 에 따른 시각에서 본 바와 같은 금속 스트립 (1) 의 형상이다.
편향 프로파일은 진동의 아래에 나타낸 베이스 형상들 또는 간략히 베이스 형상들에서, 다수의 자연 모드들 또는 자연 진동들의 선형 조합으로서 표현될 수 있다.
도 2a 는 로마 숫자 Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ 및 Ⅴ 각각으로 넘버링된 5개의 제 1 베이스 형상들을 예시한다. 이론적으로, 무한 수의 베이스 형상들이 존재하지만, 아래에서는, 5개의 제 1 베이스 형상들이 본 발명의 예시하기 위해 사용된다. 편향 프로파일을 추정하기 위해 사용된 베이스 형상들의 수는 계산적 노력 및 원하는 정확도를 밸런싱하는 관점에서 선택될 수도 있다.
도 2b 는 베이스 형상 Ⅰ 편향이 중심 라인 a-a 로부터의 선형 변환에 대응한다는 것이 확인되는 다른 표현의 제 1 베이스 형상 Ⅰ 을 예시한다. 도 2c 는 로우들 (2a' 및 2b') 의 전자석들 중 2개가 편향을 최소화하기 위해 금속 스트립 (1) 상에 어떻게 작용하는지를 예시한다. 특히, 전자석들 (
Figure 112011095422648-pct00011
) 은 진동들에 의해 야기된 편향을 상쇄하는 자력을 제공하는 방식으로 제어된다. 도면에 예시된 특정한 경우에서, 로우 (2a') 의 전자석들 (
Figure 112011095422648-pct00012
및
Figure 112011095422648-pct00013
) 로부터의 힘은 예를 들어, 제로일 수 있지만, 금속 스트립의 대향측상에 배열된 로우 (2b') 의 전자석들 (
Figure 112011095422648-pct00014
및
Figure 112011095422648-pct00015
) 은 동일한 자력 (f) 을 제공한다. 전자석들의 다른 로우(들)는 측정된 편향들을 상쇄하는 제 1 로우를 지지하는 대응하는 방식으로 금속 스트립 (1) 상에 작용한다. 즉, 특정한 높이에서 편향들을 상쇄하도록 작용한다. 다른 베이스 형상들은 대응하는 방식으로 제어된다.
센서들에 의해 제공된 거리 측정치에 기초하여 차례로 결정되는 편향 프로파일에 기초하여, 특정 힘 형상이 원하는 금속 스트립 프로파일을 획득하기 위해 제공된다. 원하는 금속 스트립 프로파일은 통상적으로, 가능한 한 편평한, 즉, 가능한 한 양호하게 중심라인 a-a 을 따르는 프로파일이다. 총 힘 또는 총 힘 프로파일은 전자석들 (
Figure 112013098530014-pct00016
및
Figure 112013098530014-pct00017
Figure 112013098530014-pct00107
) 이, 진동들의 영향들이 최상으로 상쇄되는 방식으로 금속 스트립 (1) 상에 작용하는 힘을 제공하기 위해 어떻게 튜닝되어야 하는지를 표현한다.
각 베이스 형상 (Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ, Ⅴ) 에 대해, 각각의 베이스 형상을 제어하는 제어기가 제공된다. 예를 들어, 베이스 형상 (Ⅰ) 에 대해, 모든 센서들 (3) 로부터 획득된 거리 측정치에 기초하여, 베이스 형상 (Ⅰ) 에 의해 야기된 편향 기여를 최상으로 상쇄하는 힘 프로파일들의 조합을 계산하는 제 1 제어기가 제공된다. 힘 프로파일은 특정한 높이에서 하나의 베이스 형상에 대한 개별 전자석 쌍들 (
Figure 112011095422648-pct00019
) 로부터의 힘들의 사전 특정된 조합이다.
어떤 높이에서 금속 스트립 (1) 상에 작용하는 액추에이터들의 단일 로우를 사용하는 경우에서, 그 높이에서의 편향 프로파일이 계산되고 상이한 베이스 형상들 (Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ, Ⅴ) 로 분해된다. 베이스 형상 (Ⅰ) 에 대해, 제 1 제어기는 힘 프로파일들의 사전 특정된 조합을 결정하고, 크기 (A1) 를 결정한다. 예를 들어, 사전 특정된 조합은 (액추에이터 쌍 (
Figure 112011095422648-pct00020
) 에 의해 인가된 힘 1 + 액추에이터 쌍 (
Figure 112011095422648-pct00021
) 에 의해 인가된 힘 1) 일 수도 있다. 그 후, 이러한 힘들의 사전 특정된 조합은 베이스 형상 (Ⅰ) 으로부터 편향 프로파일로의 기여에 의존하여 적절하게 결정되는 크기 (A1) 와 승산된다. 베이스 형상 (Ⅱ) 에 대해, 제 2 제어기가 베이스 형상 (Ⅱ) 에 대한 힘 프로파일들의 사전 특정된 조합, 및 대응하는 크기 (A2) 등을 결정한다. 즉, 제 1 힘 프로파일이 베이스 형상 (Ⅰ) 에 대해 계산되고, 제 1 힘 프로파일은 베이스 형상 (Ⅰ) 에 대한 개별 전자석 쌍들 (
Figure 112011095422648-pct00022
) 으로부터의 힘들의 사전 특정된 조합이고; 제 2 힘 프로파일이 베이스 형상 (Ⅱ) 에 대해 계산되고, 제 2 힘 프로파일은 베이스 형상 (Ⅱ) 에 대한 개별 전자석 쌍들 (
Figure 112011095422648-pct00023
) 로부터의 힘들의 사전 특정된 조합이다. 그 후, 힘 프로파일들의 모든 조합들을 함께 가산함으로써 총 힘이 결정될 수도 있고 액추에이터들에 의해 금속 스트립 (1) 에 인가될 수도 있다.
액추에이터들의 추가의 로우가 상이한 높이에서 제공되면, 상이한 높이에서의 힘 프로파일들의 조합이 제공된다.
예를 들어, 높이 (
Figure 112011095422648-pct00024
) 에서의 베이스 형상 (Ⅰ) 에 대한 제 1 힘 프로파일은 (액추에이터 쌍 (
Figure 112011095422648-pct00025
) 에 의해 인가된 힘 1 + 액추에이터 쌍 (
Figure 112011095422648-pct00026
) 에 의해 인가된 힘 1) * 크기 (
Figure 112011095422648-pct00027
) 로서 표현될 수도 있다. 높이 (
Figure 112011095422648-pct00028
) 에서의 베이스 형상 (Ⅰ) 에 대한 제 2 힘 프로파일은 (0.99 * 액추에이터 쌍 (
Figure 112011095422648-pct00029
) 에 의해 인가된 힘 1 + 1.0 * 액추에이터 쌍 (
Figure 112011095422648-pct00030
) 에 의해 인가된 힘 1) * 크기 (
Figure 112011095422648-pct00031
) 로서 표현될 수 있다. 베이스 형상 (Ⅰ) 을 제어하는 제어기는 이러한 크기들 (
Figure 112011095422648-pct00032
) 의 사전 특정된 조합들을 포함하고, 베이스 형상 (Ⅰ) 으로부터 편향 프로파일로의 기여에 의존하여 크기 (A) 를 결정한다. 하나 이상의 힘 프로파일들이 금속 스트립 (1) 의 특정한 높이에 대해 결정될 수도 있다.
베이스 형상 (Ⅱ) 에 의해 야기된 편향 기여를 최상으로 상쇄하는 힘 프로파일들의 조합을 계산하는 제 2 제어기가 제공되고, 베이스 형상 (Ⅲ) 에 의해 야기된 편향 기여를 최상으로 상쇄하는 힘 프로파일들의 조합을 상쇄하는 제 3 제어기가 제공된다. 각 베이스 형상 (Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ, Ⅴ) 에 대해, 몇몇 관점에서 힘 프로파일들의 "최상의" 조합인 힘 프로파일들의 조합이 결정된다. 이러한 컨텍스트에서의 "최상"은 대부분의 경우에서, 특정한 베이스 형상으로부터 편향으로의 기여들을 가장 높은 정도로 상쇄하는 힘 프로파일들의 조합이다.
편향 프로파일들이 여러 높이들에서 결정되면, 상이한 높이들에서의 힘 프로파일들의 조합이 제공된다.
특정한 베이스 형상을 제어하기 위해 지정된 제어기는 단일 유닛 또는 여러 유닛들일 수도 있고, 예를 들어, 제어기가 PID (비례-적분-미분) 인 경우에서, 3개의 유닛들 : P, I 및 D 각각으로 분할될 수 있다.
모든 제어기들은 서로부터 디커플링되고, 각각의 베이스 형상에 대한 힘 프로파일들의 각각의 조합을 결정한다. 그 후, 금속 스트립 (1) 에 인가될 총 힘이 실제 전자석 응답으로 힘 프로파일들의 상이한 제어기들의 조합들을 조합함으로써 결정된다. 즉, 총 힘은 임의의 각각의 크기를 포함하는 모든 힘 크기의 합이고, 이 합은 가능하면 어떤 크기로 승산된다.
본 출원과 동일한 출원인에게 양도된 이전에 언급한 특허 공개 WO 2009/030269 가 액추에이터들이 존재하는 것과 동일한 수의 베이스 형상들을 사용하지만, 본 발명은 임의의 수의 액추에이터 및 임의의 수의 액추에이터 로우들을 사용함으로써 증가된 디커플링 및 더 높은 자유도를 제공한다. 따라서, 특정한 액추에이터 로우는 임의의 수의 액추에이터를 포함할 수도 있고, 이 수는 사용된 베이스 형상의 수에 관련되지 않는다.
간략히, 본 발명에 따르면, 개별 베이스 형상들을 제어하는 개념이 유지되지만, 전자석들이 존재하는 만큼 많은 베이스 형상들을 제어하는 대신에, 선형으로 독립적인 힘 프로파일들이 편향 프로파일을 따라, 그리고 바람직한 실시형태에서는 또한 상이한 높이들에서 형성된다. 하나의 편향 프로파일이 힘 프로파일들의 하나의 조합의 크기를 조작함으로써 제어된다. 힘 프로파일들은 편향 형상들 사이의 최적의 디커플링을 달성하기 위해 선택된다.
하나의 제어기가 특정한 베이스 형상을 제어하지만, 그것의 출력 힘 프로파일은 적어도 2개의 힘 프로파일들, 예를 들어, 높이 (
Figure 112011095422648-pct00033
) 에서의 힘 프로파일 및 높이 (
Figure 112011095422648-pct00034
) 에서의 다른 힘 프로파일에 기초한다. 바람직하게는, 전자석들의 적어도 2개의 평행 로우들 (2a, 2b; 2a', 2b') 이 존재한다. 금속 스트립 (1) 의 폭을 따른 전자석들의 수 또는 전자석 로우들의 수는 제어된 베이스 형상들의 수에 링크되지 않는다. 더 많은 수의 전자석들이 더 높은 정확도를 갖는 원하는 프로파일들을 근사하는 힘 프로파일들을 달성하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 센서들의 수는 베이스 형상들이 존재하는 만큼 많은 센서들을 요구하는 이전에 언급한 제약을 제외하고는, 베이스 형상들의 수에 링크되지 않는다. 센서들의 수를 증가시킴으로써, 편향 형상들의 추정에서의 정확도가 개선된다.
편향 형상들 사이의 디커플링을 달성하는 하나의 접근방식은 편향 형상을 근사하는 베이스 형상들과 동일한 힘 프로파일들을 적용하는 것이다.
디커플링을 달성하는 다른 접근방식이 도 3 에 예시되어 있다. 상부 도면은 2개의 상이한 힘 프로파일들에 대한 금속 스트립의 단면에 따른 시뮬레이션된 정상 상태 편향을 도시한다. 하부 도면은 이들 2개의 힘 프로파일들을 예시하는데, 하나는 "편평 힘 프로파일" 로 표기되고, 다른 하나는 "최적화된 힘 프로파일" 로 표기된다. 베이스 형상과 동일하지 않은 최적화된 힘 프로파일이 더 양호한 결과를 제공하는 것을 알 수 있다. 그러나, 상부 도면에 예시된 편향 프로파일들이 확대된 스케일로 도시되어 있고 편향 프로파일 양자가 실질적으로 매우 편평하다는 것에 유의한다.
일반적으로, 상이한 편향 형상들 사이의 커플링은 정상 상태에서 보다 동적으로 더 크다.
Figure 112011095422648-pct00035
가 하나의 힘 프로파일 (
Figure 112011095422648-pct00036
) 의 크기에 대한 하나의 편향 형상에서의 응답을 나타내는 것으로 한다. 표시들 (i 및 j) 이 상이할 때 모든 주파수들에서 이러한 응답을 최소화하는 것이 목적이다. 이러한 최소화는 정상 상태에서만 디커플링을 달성하는 것 보다 더욱 어려운 작업이다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 전자석들의 적어도 2개의 로우들이 인가되고, 즉, 힘들이 금속 스트립의 하나 보다 많은 단면에서 인가된다. 상이하게 말해서, 금속 스트립의 2개의 상이한 높이들, 즉, 2개의 상이한 단면들에서 금속 스트립상에 힘을 제공하는 전자석들의 적어도 2개의 로우들이 제공된다.
도 4 는 금속 스트립의 단면에 따른 평균 제곱 편향 크기를 예시한다. 평균 제곱 편향 크기는 편향 크기의 제곱의 주파수들에 걸친 적분,
Figure 112011095422648-pct00037
으로서 정의된다. 상부 도면을 먼저 참조하면, 2개의 경우들이 예시되어 있고, "하나의 힘 프로파일" 로 표기된 제 1 플롯은 편향이 측정되는 위치와 동일한 단면, 예를 들어, 높이 (h/2) 에서만 힘들을 적용한 결과이다. "2개의 힘 프로파일" 로 표기된 제 2 플롯은 제 1 플롯 위의 거리 (높이) 의 단면에서 힘들을 또한 인가한 결과이다. 양자의 경우에 대해, 인가된 힘 프로파일들은 최대로 편평한 편향을 평균적으로 제공하도록 최적화된다. 힘 프로파일들 : 최적화된 단일 힘 프로파일, 제 1 단면에서의 힘 프로파일 및 제 2 단면에서의 힘 프로파일이 하부 도면에 예시된다.
서스펜디드 금속 스트립의 특정한 단면에서의 편향은 베이스 형상들의 선형 조합으로서 설명된다. 하나의 편향 형상의 크기는 금속 스트립의 단면에서 인가된 힘 프로파일의 크기를 조작하거나 여러 단면들에서 인가된 힘 프로파일들의 조합에 의해 제어된다.
힘 프로파일들은 여러 힘 액추에이터들의 영향들을 조합함으로써 인가된다. 하나의 힘 프로파일을 형성하기 위해 사용될 수 있는 액추에이터들의 수에 제한은 없다. 편향 프로파일들의 크기들은 금속 스트립의 편향의 측정치를 통해 추정될 수도 있다.
금속 스트립들의 안정화, 즉, 진동들의 감소 이외에, 금속 스트립의 단면에 따라 정적 편향 프로파일을 제어하기 위한 소망이 또한 존재한다. 이러한 정적, 또는 평균 편향 프로파일의 제어는 형상 제어로 표기된다. 금속 스트립은 방지되어야 하는 정적 편향에 노출될 수도 있다.
금속 스트립 진동들을 감소시키기 위한 제어 액션들은 매우 고속이어야 한다. 이것은 액추에이터들이 안정화 힘들을 인가하는 위치들과 편향들이 측정되는 위치들 사이의 거리에 제한을 둔다. 특히, 편향 측정 포인트, 즉 센서들의 배치 뿐만 아니라 액추에이터들의 배치는 안정화가 달성되어야 하는 위치에 가능한 한 근접해야 한다. 예를 들어, 초과 아연이 금속 스트립들로부터 불어 날아가는 공기 분사 프로세스 단계 동안, 가능한 한 흐름 공기에 근접하게 센서들 및 액추에이터들을 배치하는 것이 바람직하다. 이것은, 전자석들의 사이즈 및 프로세싱 라인을 따른 제한된 공간과 같은 물리적 제약으로 인해, 적어도 액추에이터들에 대해서는 드물게 가능하지 않다.
이와 반대로, 정적 편향 프로파일의 제어, 형상 제어는 현저하게 더 느리다. 또한, 센서들 및 액추에이터들의 배치는 덜 중요하다. 형상 제어를 위해, 액추에이터들로부터 더 큰 거리에서 측정하고 만족스러운 정확도를 여전히 획득하는 것이 가능하다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 힘들은 액추에이터들에 의해 인가될 수도 있고, 여기서, 액추에이터들에 의해 인가된 힘들은 2개의 부분으로 분할되고, 하나의 부분은 액추에이터들의 근처의 방향에서 측정된 진동들을 감소시키기 위해 빠르게 작용하고, 제 2 부분은 액추에이터들로부터 이격된 일정 거리에서 금속 스트립 프로파일을 더욱 느리게 정정한다. 본 발명의 이러한 실시형태에서, 액추에이터들 중 선택된 액추에이터들은 이동 제어의 목표에 의존하여, 즉, 진동들이 제어되어야 하는지 또는 금속 스트립의 정적 형상이 제어되어야 하는지에 의존하여 사용될 수도 있다.
특히, 상이한 높이들, 예를 들어, 높이 (
Figure 112011095422648-pct00038
및
Figure 112011095422648-pct00039
) 에 배열된 센서들의 적어도 2개의 로우들 (3, 3'; 4, 4') 이 제공된다. 그 후, 센서들의 상이한 로우들 (3, 3'; 4, 4') 에 의해 제공된 거리 측정치의 각각의 세트들에 기초하여, 2개의 상이한 편향 프로파일들, 높이 (
Figure 112011095422648-pct00040
) 에서의 제 1 편향 프로파일 및 높이 (
Figure 112011095422648-pct00041
) 에서의 제 2 편향 프로파일이 결정된다. 힘 프로파일들의 조합은 상술한 바와 같이 결정된다. 형상을 제어하기 위해, 편향 프로파일들 중 하나를 평균적으로 제어하는데 있어서 느리게 변화하는 크기들이 사용된다. 진동 제어를 위해, 다른 편향 프로파일을 제어하는데 있어서 더욱 고속인 변동들이 사용된다. 액추에이터들에 의해 인가된 자력들은 형상 제어를 제공하기 위해 사용된 느리게 변화하는 부분들로 분할되고, 느리게 변화하는 신호들에 의해 제공된 레벨들 주위의 고속 변동들은 진동 제어를 제공하기 위해 사용된다.
제어된 정적 금속 스트립 편향 프로파일은 심지어, 스트립 프로파일에 근접하게 상관된 추정 측정으로부터 비롯될 수도 있다. 예를 들어, 금속 스트립의 두께를 측정하고 그에 기초하여 형상을 제어하는 특수하게 적응된 센서들이 사용될 수 있다. 일 예는 연속 아연도금에서 아연 두께의 온-라인 측정을 포함한다. 예를 들어, 아연 두께가 직접 측정 또는 간접 측정에 의해 다수의 상이한 방식으로 획득될 수 있다는 것이 실현된다.
이제, 도 5 를 참조하면, 본 발명은 예를 들어, 프로세싱 설비에서 운반 동안, 서스펜디드 금속 스트립 (1) 의 진동 감쇠 및 형상 제어를 위한 방법 (10) 을 제공한다. 이 방법은 복수의 비접촉 센서 (3) 에 의해 금속 스트립 (1) 에 대한 거리를 측정하는 제 1 단계 (11) 를 포함한다. 이에 의해, 거리 측정치가 제공된다. 센서들 (3) 이 금속 스트립 (1) 의 상이한 높이들에 배열될 수도 있고, 거리 측정들의 여러 세트들이 제공될 수도 있다는 것에 유의하고, 거리 측정치의 일 세트는 하나의 높이에 대응한다.
이 방법은 획득된 거리 측정치에 기초하여 편향 프로파일을 생성하는 제 2 단계 (12) 를 포함한다. 따라서, 편향 프로파일은 거리 측정치에 의해 근사된다.
이 방법은 다수의 베이스 형상들 (Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ, Ⅴ) 로 편향 프로파일을 분해하는 제 3 단계 (13) 를 포함한다. 즉, 편향 프로파일은 베이스 형상들의 합으로서 표현된다. 예를 들어, 각 베이스 형상으로부터 편향 프로파일로의 기여를 설명하는 계수들이 결정될 수도 있다. 즉, 베이스 형상 (Ⅰ) 으로부터의 기여는 계수 (
Figure 112011095422648-pct00042
) 에 의해 표현될 수 있고, 베이스 형상 (Ⅱ) 으로부터의 기여는 계수 (
Figure 112011095422648-pct00043
) 에 의해 표현될 수 있고, 베이스 형상 (i) 로부터의 기여는 계수 (
Figure 112011095422648-pct00044
) 에 의해 표현될 수 있다. 이러한 계수들은 통상적으로 시간 의존형이다. 따라서, 편향 프로파일은 베이스 형상들의 합 :
Figure 112011095422648-pct00045
이다.
그 후, 계수들
Figure 112011095422648-pct00046
은 특정한 베이스 형상에 대한 힘 프로파일들의 대응하는 조합의 크기를 결정하기 위해 사용되고, 계수 (
Figure 112011095422648-pct00047
) 는 베이스 형상 (Ⅰ) 에 대한 힘 프로파일의 특정한 조합에 대한 크기를 결정하기 위해 사용된다. 즉, 힘 프로파일들의 조합은 그 특정한 베이스 형상에 의해 야기된 편향을 최상으로 상쇄한다.
상이한 높이들에 배열된 여러 센서들이 사용되면, 대응하는 수의 편향 프로파일들이 결정될 수 있다. 각 편향 프로파일에 대해, 다수의 힘 프로파일들이 실제로 측정된 거리들의 상이한 세트들에 기초하여 확립될 수도 있고, 이 측정은 센서들의 각각의 로우들에 의해 이루어진다. 일 실시형태에서, 모든 힘 프로파일들은 편향 프로파일들을 제어하기 위해 사용된다.
예를 들어, 2개의 편향 프로파일들이 이용가능하면, (형상 제어용) 느린 조절이 편향 프로파일들 중 하나를 제어하기 위해 사용될 수도 있고, (진동 감쇠용) 고속 조절이 다른 편향 프로파일을 제어하기 위해 사용될 수도 있다.
방법은 복수의 비접촉 액추에이터들 (
Figure 112011095422648-pct00048
) 에 의해 편향 프로파일을 제어하는 제 4 단계 (14) 를 포함한다. 제어하는 단계는 힘 프로파일들의 대응하는 조합을 각 베이스 형상 (Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ, Ⅴ) 에 대해 제공하는 단계를 포함한다. 각 조합은 적어도 2개의 힘 프로파일들을 포함할 수도 있다.
본 발명의 실시형태에서, 힘 프로파일들의 대응하는 조합 각각은 금속 스트립 (1) 의 제 1 높이 (
Figure 112011095422648-pct00049
) 에서 계산된 제 1 힘 프로파일 및 제 2 높이 (
Figure 112011095422648-pct00050
) 에서 계산된 제 2 힘 프로파일에 기초한다. 그 후, 조합된 힘 프로파일은 제 1 및 제 2 힘 프로파일들에 기초하여 각각의 베이스 형상에 대해 제공될 수도 있다.
액추에이터들에 의해 금속 스트립 (1) 에 인가된 총 힘은 힘 프로파일 조합들을 함께 가산함으로써 최종으로 제공될 수도 있다.
로우들에 배열된 복수의 비접촉 액추에이터들 (
Figure 112011095422648-pct00051
Figure 112011095422648-pct00052
) 은 바람직하게는, 금속 스트립 (1) 의 제 1 및 제 2 높이 (
Figure 112011095422648-pct00053
) 에서 금속 스트립 (1) 의 폭을 따라 배열된다.
본 발명은 또한, 상술한 바와 같은 방법, 즉, 예를 들어, 프로세싱 설비에서 운반 동안 서스펜디드 금속 스트립 (1) 의 진동 감쇠 및/또는 형상 제어를 위한 방법을 수행하는 수단을 포함하는 대응하는 시스템을 제공한다. 특히, 도 6 을 참조하면, 시스템 (20) 은 상술한 바와 같이, 금속 스트립 (1) 에 대한 거리를 측정하도록 배열된 센서들 (3) 및 상이한 높이들에서 금속 스트립 (1) 의 폭을 따라 배열된 임의의 수의 로우들에서의 임의의 수의 액추에이터들 (
Figure 112011095422648-pct00054
Figure 112011095422648-pct00055
) 을 포함한다. 시스템 (20) 은 상술한 바와 같은 방법 (10) 을 수행하는 수단 (21) 을 더 포함한다. 이러한 수단 (21) 은 임의의 적합한 프로세싱 수단, 예를 들어, 마이크로프로세서 또는 컴퓨터일 수도 있어서, 방법은 소프트웨어 (22), 하드웨어, 펌웨어 또는 이들의 임의의 조합에 의해 구현된다. 수단 (21) 은 또한, 액추에이터들 (
Figure 112011095422648-pct00056
) 을 제어하는, 예를 들어, 각각의 액추에이터들에 의해 인가될 힘을 결정하고 이들 힘들을 실시하는 액추에이터들로 제어 명령들을 전송하는 수단 (23) 을 또한 포함한다.

Claims (14)

  1. 서스펜디드 금속 스트립 (suspended metal strip) (1) 의 진동 감쇠 및 형상 제어를 위한 방법 (10) 으로서,
    - 복수의 비접촉 센서들 (3, 4) 에 의해 상기 금속 스트립 (1) 에 대한 거리를 측정하여 (11), 거리 측정치를 제공하는 단계,
    - 상기 거리 측정치에 기초하여 편향 프로파일을 생성하는 단계 (12),
    - 상기 편향 프로파일을 다수의 베이스 형상들 (Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ, Ⅴ) 로 분해하는 단계 (13),
    - 상기 편향 프로파일을 복수의 비접촉 액추에이터들
    Figure 112014034273693-pct00057
    및
    Figure 112014034273693-pct00058
    Figure 112014034273693-pct00108
    에 의해 제어하는 단계 (14) 로서, 상기 제어하는 단계는 상기 베이스 형상들 (Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ, Ⅴ) 각각에 대해 힘 프로파일들의 대응하는 조합을 제공하는 단계를 포함하는, 상기 제어하는 단계를 포함하고,
    상기 편향 프로파일을 제어하는 단계 (14) 는, 상기 금속 스트립의 최대 편평한 편향을 평균적으로 제공하기 위해 상기 힘 프로파일들의 조합을 최적화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 서스펜디드 금속 스트립의 진동 감쇠 및 형상 제어를 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    힘 프로파일들의 각 조합은 적어도, 상기 금속 스트립 (1) 의 제 1 높이 (
    Figure 112014034273693-pct00060
    ) 에서 계산된 제 1 힘 프로파일 및 상기 금속 스트립 (1) 의 제 2 높이 (
    Figure 112014034273693-pct00061
    ) 에서 계산된 제 2 힘 프로파일에 기초하는, 서스펜디드 금속 스트립의 진동 감쇠 및 형상 제어를 위한 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 비접촉 액추에이터들
    Figure 112014034273693-pct00062
    및
    Figure 112014034273693-pct00063
    Figure 112014034273693-pct00109
    은 상기 제 1 높이 (
    Figure 112014034273693-pct00065
    ) 및 상기 제 2 높이 (
    Figure 112014034273693-pct00066
    ) 각각에서 상기 금속 스트립 (1) 의 폭을 따라 배열되는, 서스펜디드 금속 스트립의 진동 감쇠 및 형상 제어를 위한 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 편향 프로파일을 상기 베이스 형상들 (Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ, Ⅴ) 로 분해하는 상기 단계 (13) 는, 각각의 기여에 대한 계수들
    Figure 112014034273693-pct00067
    을 결정하는 단계를 포함하는, 서스펜디드 금속 스트립의 진동 감쇠 및 형상 제어를 위한 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 계수들
    Figure 112014034273693-pct00068
    은 특정한 베이스 형상에 대응하는 힘 프로파일들의 조합의 크기를 결정하는데 사용되는, 서스펜디드 금속 스트립의 진동 감쇠 및 형상 제어를 위한 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 힘 프로파일들의 조합 모두를 함께 가산함으로써 상기 비접촉 액추에이터들
    Figure 112014034273693-pct00069
    및
    Figure 112014034273693-pct00070
    Figure 112014034273693-pct00110
    에 의해 상기 금속 스트립 (1) 에 인가된 총 힘을 제공하는 추가의 단계를 포함하는, 서스펜디드 금속 스트립의 진동 감쇠 및 형상 제어를 위한 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비접촉 액추에이터들
    Figure 112014034273693-pct00072
    및
    Figure 112014034273693-pct00073
    Figure 112014034273693-pct00111
    은 전자석들을 포함하는, 서스펜디드 금속 스트립의 진동 감쇠 및 형상 제어를 위한 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    센서들의 적어도 2개의 로우들 (3, 4) 이 상기 금속 스트립 (1) 의 제 1 및 제 2 높이
    Figure 112014034273693-pct00075
    에서 배열되고, 상기 방법은,
    - 상기 제 1 높이 (
    Figure 112014034273693-pct00076
    ) 에서 제 1 편향 프로파일을 결정하고, 상기 제 2 높이 (
    Figure 112014034273693-pct00077
    ) 에서 제 2 편향 프로파일을 결정하는 단계, 및
    - 상기 제 1 편향 프로파일에 기초하여 상기 금속 스트립 (1) 의 형상 제어를 수행하고, 상기 제 2 편향 프로파일에 기초하여 진동 제어를 수행하는 단계를 더 포함하는, 서스펜디드 금속 스트립의 진동 감쇠 및 형상 제어를 위한 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 액추에이터들
    Figure 112014034273693-pct00078
    및
    Figure 112014034273693-pct00079
    Figure 112014034273693-pct00112
    에 의해 인가된 상기 힘들은 상기 형상 제어를 제공하기 위해 사용된 느리게 변화하는 부분 및 상기 진동 제어를 제공하기 위해 사용된 상기 느리게 변화하는 부분의 신호들에 의해 제공된 레벨들 주위의 빠르게 변화하는 부분으로 분할되는, 서스펜디드 금속 스트립의 진동 감쇠 및 형상 제어를 위한 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조합은 적어도 2개의 힘 프로파일들을 포함하는, 서스펜디드 금속 스트립의 진동 감쇠 및 형상 제어를 위한 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비접촉 액추에이터들 및 센서들의 수 중 적어도 하나는 베이스 형상들의 수와 독립적인, 서스펜디드 금속 스트립의 진동 감쇠 및 형상 제어를 위한 방법.
  12. 서스펜디드 금속 스트립 (1) 의 진동 감쇠 및 형상 제어를 위한 시스템 (20) 으로서,
    - 상기 금속 스트립 (1) 에 대한 거리를 측정함으로써, 거리 측정치를 제공하는 복수의 비접촉 센서 (3),
    - 상기 거리 측정치에 기초하여 편향 프로파일을 생성하는 수단,
    - 상기 편향 프로파일을 다수의 베이스 형상들 (Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ, Ⅴ) 로 분해하는 수단,
    - 복수의 비접촉 액추에이터
    Figure 112014034273693-pct00081
    및
    Figure 112014034273693-pct00082
    Figure 112014034273693-pct00113
    ,
    - 각 베이스 형상 (Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ, Ⅴ) 으로부터 상기 편향 프로파일로의 기여를 결정하는 수단,
    - 상기 복수의 비접촉 액추에이터
    Figure 112014034273693-pct00084
    Figure 112014034273693-pct00114
    및
    Figure 112014034273693-pct00086
    Figure 112014034273693-pct00115
    에 의해 상기 편향 프로파일을 제어하는 수단으로서, 상기 제어하는 것은 상기 베이스 형상들 (Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ, Ⅴ) 각각에 대해 힘 프로파일들의 대응하는 조합을 제공하는 것을 포함하고, 상기 조합은 적어도 2개의 힘 프로파일들을 포함하는, 상기 편향 프로파일을 제어하는 수단을 포함하고,
    상기 편향 프로파일을 제어하는 수단 (14) 은, 상기 금속 스트립의 최대 편평한 편향을 평균적으로 제공하기 위해 상기 힘 프로파일들의 조합을 최적화하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 서스펜디드 금속 스트립의 진동 감쇠 및 형상 제어를 위한 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 대응하는 힘 프로파일들 각각은, 상기 금속 스트립 (1) 의 제 1 높이 (
    Figure 112014034273693-pct00088
    ) 에서 계산된 제 1 힘 프로파일 및 제 2 높이 (
    Figure 112014034273693-pct00089
    ) 에서 계산된 제 2 힘 프로파일에 기초하는, 서스펜디드 금속 스트립의 진동 감쇠 및 형상 제어를 위한 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 비접촉 액추에이터들
    Figure 112014034273693-pct00090
    Figure 112014034273693-pct00116
    및
    Figure 112014034273693-pct00092
    Figure 112014034273693-pct00117
    은 전자석들을 포함하는, 서스펜디드 금속 스트립의 진동 감쇠 및 형상 제어를 위한 시스템.
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