CN101658872B - 热轧的张力控制装置及张力控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种热轧的张力控制装置，在热轧中，使轧制对象的张力的控制和撑套器高度的控制非干涉化。热轧的张力控制装置具有：张力控制机构，其将轧制对象的张力控制在所需值；速度控制机构，其根据张力控制机构的输出，计算出用于控制工作辊的转速的驱动装置的速度指令；负荷转矩推断部，其推断出驱动装置的负荷转矩，其中，将运算了速度控制机构的输出和负荷转矩推断机构的输出的控制指令向驱动装置输出，还具有：撑套器高度控制机构，其计算出向控制撑套器高度的撑套器驱动装置输出的高度指令；撑套器支承转矩推断机构，其推断出撑套器支承轧制对象所需的转矩，其中，将经运算了撑套器高度控制机构的输出和撑套器支承转矩推断机构的输出的控制指令向撑套器驱动装置输出。

Description

热轧的张力控制装置及张力控制方法

技术领域

本发明涉及热轧的张力控制装置及其控制方法，涉及降低机座间的钢板的张力控制和撑套器高度控制的干涉，实现稳定的张力和撑套器高度所适合的张力控制装置及其张力控制方法。

背景技术

具有通过热轧的钢板的轧辊的机座间的钢板张力因轧制工序的前后机座的轧辊速度差(驱动轧辊的主机驱动的速度差)，而为使钢板的输送状态变化，或使钢板的输送稳定化，通过变更提升钢板的撑套器的撑套器高度来控制。

另一方面，由于轧辊的速度差而改变钢板的输送状态使钢板张力产生变化时，按照钢板张力的变化，作用于撑套器的负荷产生变化，撑套器高度产生变化。

相反，改变撑套器高度改变钢板的提升状态使钢板张力产生变化时，由于钢板的输送负荷变化，在钢板的驱动速度方面叠加干扰。这样，机座间的钢板的张力控制和撑套器高度的控制是相互影响的干涉系。

作为在热轧中使用撑套器进行张力控制的现有方法，例如在专利文献1、专利文献2中表示有一种控制方法，其输入驱动轧辊的电动机速度和撑套器电动机速度，用将钢板张力和该钢板张力乘重量参数并以撑套器角度经加算的量设为控制量的二输入、二输出构成控制系，通过使用控制对象的热轧装置过程模型计算的控制增益，计算出各电动机的速度指令值。

另外，在专利文献2中表示一种方法，其使用控制增益，使控制系输出的轧制材料张力和撑套器高度相互不干涉化。

专利文献1：日本特开平9-192716号公报

专利文献2：日本特开平5-337529号公报

但是，在专利文献1、专利文献2记述的方法中，通过撑套器高度的控制，将撑套器高度和钢板张力同时进行变更，因此，引起已变更的钢板张力的变化的撑套器高度变化与撑套器高度的控制叠加，所以可能具有撑套器不必要地进行动作。

另外，由于成为将二输入二输出的多变数系变成照原样操作的控制系，因此在控制系的调节上需要大量的知识，也具有调节的推测恶化的问题。

发明内容

本发明是鉴于上述实际情况而开发的，其目的在于，提供一种热轧的张力控制装置及张力控制方法，其以将热轧的钢板等轧制对象的张力、撑套器控制作为一输入一输出的推测良好的二个控制系作为前提条件，用简单的方法，使钢板等轧制对象的张力的控制和撑套器高度的控制非干涉化。

为实现上述目的，本发明第一方面提供一种热轧的张力控制装置，将具有多个轧制机座和设置在该轧制机座间的撑套器的热轧机作为控制对象，将用轧制机座中设置的工作辊连续轧制的钢板等轧制对象的张力控制在所需值，其中，具有：张力控制部，其通过操作轧制机座的工作辊速度，将轧制对象的张力控制在所需值；速度控制部，其根据该张力控制装置的输出，计算出驱动用于控制工作辊的转速的工作辊的驱动装置的速度指令；负荷转矩推断部，其从热轧机读取要进入轧制机座的一侧的轧制对象的张力即后方张力、要从该轧制机座排出的一侧的轧制对象的张力即前方张力以及该轧制机座的轧制负荷各自的实际值，推断出驱动装置的负荷转矩，其中，将对由速度控制部计算出的速度指令即输出和由负荷转矩推断部推断出的负荷转矩即输出进行运算而得到的值的控制指令向驱动装置输出，还具有：撑套器高度控制部，其计算出向用于控制撑套器高度的撑套器驱动装置输出的高度指令；撑套器支承转矩推断部，其从热轧机读取前方张力和撑套器高度各自的实际值，推断出撑套器支承轧制对象所需的转矩，其中，将对由撑套器高度控制部计算出的高度指令即输出和由撑套器支承转矩推断部推断出的转矩即输出进行运算而得到的值的控制指令向撑套器驱动装置输出。

本发明第二方面提供一种热轧的张力控制装置，将具有多个轧制机座和设置在该轧制机座间的撑套器的热轧机作为控制对象，将用轧制机座中设置的工作辊连续轧制的钢板等轧制对象的张力控制在所需值，其中，具有：张力控制部，其通过操作轧制机座的工作辊速度，将轧制对象的张力控制在所需值；速度控制部，其根据该张力控制装置的输出，计算出驱动用于控制工作辊的转速的工作辊的驱动装置的速度指令；负荷转矩推断部，其从热轧机读取要进入轧制机座的一侧的轧制对象的张力即后方张力和该轧制机座的轧制负荷各自的实际值，使用要从该轧制机座排出的一侧的轧制对象的张力即前方张力的指令值，推断出驱动装置的负荷转矩，其中，将对由速度控制部计算出的速度指令即输出和由负荷转矩推断部推断出的负荷转矩即输出进行运算而得到的值的控制指令向驱动装置输出，还具有：撑套器高度控制部，其计算出向用于控制撑套器高度的撑套器驱动装置输出的高度指令；撑套器支承转矩推断部，其从热轧机读取前方张力和撑套器高度各自的实际值，推断出撑套器支承轧制对象所需的转矩，其中，将对由撑套器高度控制部计算出的高度指令即输出和由撑套器支承转矩推断部推断出的转矩即输出进行运算而得到的值的控制指令向撑套器驱动装置输出。

本发明第三方面提供一种热轧的张力控制方法，将具有多个轧制机座、设置在该轧制机座间且支承钢板等轧制对象并保持其支承高度而使轧制工序稳定化的撑套器的热轧机作为控制对象，将用各轧制机座中设置的工作辊连续轧制的钢板等轧制对象的张力控制在所需值，其中，包括如下步骤：为了将轧制对象的张力控制在所需值，计算出驱动工作辊的驱动装置的转速；计算出对应该驱动装置的转速的驱动装置的速度指令值；读取要进入轧制机座的一侧的轧制对象的张力即后方张力、要从该轧制机座排出的一侧的轧制对象的张力即前方张力以及该轧制机座的轧制负荷各自的实际值，推断出驱动工作辊的驱动装置的负荷转矩；将对驱动装置的速度指令值和驱动装置的负荷转矩进行运算而得到的值作为控制指令向该驱动装置输出；计算出将撑套器高度控制在所需值的撑套器驱动装置的高度指令值；读取前方张力和撑套器高度各自的实际值，推断出撑套器驱动装置支承轧制对象所需的撑套器驱动装置的支承转矩；将对该撑套器驱动装置的支承转矩和撑套器驱动装置的高度指令值进行运算而得到的值作为控制指令向撑套器驱动装置输出。

本发明第四方面提供一种热轧的张力控制方法，将具有多个轧制机座；设置在该轧制机座间且支承钢板等轧制对象并保持其支承高度而使轧制工序稳定化的撑套器的热轧机作为控制对象，将用在各轧制机座中设置的工作辊连续轧制的钢板等轧制对象的张力控制在所需值，其中，包括如下步骤：为了将轧制对象的张力控制在所需值，计算出驱动工作辊的驱动装置的转速；计算出对应该驱动装置的转速的该驱动装置的速度指令值；读取要进入该轧制机座的一侧的轧制对象的张力即后方张力和该轧制机座的轧制负荷各自的实际值，使用要从该轧制机座排出的一侧的轧制对象的张力即前方张力的指令值，推断出驱动工作辊的驱动装置的负荷转矩；将对驱动装置的速度指令值和驱动装置的负荷转矩进行运算而得到的值作为控制指令向驱动装置输出；计算出将撑套器高度控制在所需值的撑套器驱动装置的高度指令值；读取前方张力和撑套器高度各自的实际值，推断出撑套器驱动装置支承轧制对象所需的撑套器驱动装置的支承转矩；将对该撑套器驱动装置的支承转矩和撑套器驱动装置的高度指令值进行运算而得到的值作为控制指令向撑套器驱动装置输出。

根据本发明，用简单的方法可以实现使钢板等轧制对象的张力的控制和撑套器高度的控制非干涉化的热轧的张力控制装置及张力控制方法。

附图说明

图1是表示具有本发明的第一实施方式的张力控制装置的控制系统的构成的概念图；

图2是表示第一实施方式的张力指令存储机构的构成的图；

图3是表示第一实施方式的负荷转矩推断机构执行的处理的图；

图4是表示利用第一实施方式的工作辊对钢板进行轧制的例图；

图5是表示第一实施方式的撑套器高度指令生成机构的构成的图；

图6是表示第一实施方式的撑套器支承转矩推断机构的处理的图；

图7是表示利用撑套器臂支承利用第一实施方式的机座进行轧制的钢板的例图；

图8是表示本发明的第二实施方式的控制系统的构成的图；

图9是表示第二实施方式的负荷转矩推断机构执行的处理的流程的图。

符号说明

100  热轧装置(发明第一方面的热轧机)

101  机座(发明第一、第三方面的轧制机座)

103  钢板(发明第一、第三方面的钢板、轧制对象)

104  工作辊(发明第一、第三方面的工作辊)

108  撑套器驱动装置(发明第一、第三方面的撑套器驱动装置)

109  驱动装置(发明第一、第三方面的驱动装置)

110  撑套器(发明第一、第三方面的撑套器)

120  机座(发明第一、第三方面的轧制机座)

150  张力控制装置(发明第一、第三方面的张力控制装置)

151  张力指令存储机构

152  张力控制机构(发明第一方面的张力控制机构)

154  速度控制机构(发明第一方面的速度控制机构)

155  负荷转矩推断机构(发明第一方面的负荷转矩推断机构)

156  撑套器高度指令生成机构

157  撑套器高度控制机构(发明第一方面的撑套器控制机构)

158  撑套器支承转矩推断机构(发明第一方面的撑套器支承转矩推断机构)

200  热轧装置(发明第二方面的热轧机)

201  机座(发明第二、第四方面的轧制机座)

203  钢板(发明第二、第四方面的钢板、轧制对象)

204  工作辊(发明第二、第四方面的工作辊)

208  撑套器驱动装置(发明第二、第四方面的撑套器驱动装置)

209  驱动装置(发明第二、第四方面的驱动装置)

210  撑套器(发明第二、第四方面的撑套器)

220  机座(发明第二、第四方面的轧制机座)

250  张力控制装置(发明第二方面的张力控制装置)

252  张力控制机构(发明第二方面的张力控制机构)

254  速度控制机构(发明第二方面的速度控制机构)

255  负荷转矩推断机构(发明第二方面的负荷转矩推断机构)

257  撑套器高度控制机构(发明第二方面的撑套器高度控制机构)

258  撑套器支承转矩推断机构(发明第二方面的撑套器支承转矩推断机构)

C1   电流指令(控制指令，发明第一、第二方面的速度指令、发明第三、第四方面的速度指令值)

C2   电流指令(控制指令，发明第一、第二方面的撑套器驱动装置的高度指令、发明第三、第四方面的撑套器驱动装置的高度指令值)

E1   负荷转矩(控制指令)

E2   撑套器支承转矩(控制指令，发明第一、第二方面的所需的转矩、发明第三、第四方面的支承转矩)

tb   后方张力

tf   前方张力

tf^*  前方张力指令值(前方张力的指令值)

P    轧制负荷

P(x) 轧制负荷

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

(第一实施方式)

图1是表示具有本发明的第一实施方式的张力控制装150的控制系统S的构成的概念图。

(张力控制装置150的概要)

图1所示的第一实施方式的张力控制装置150，在二个旋转的工作辊104间通过经加热的钢板103等材料，使该材料的截面积减少，同时将截面积变化为规定的形状的热轧中，可以使精轧机座的材料的张力控制稳定化，实现材料轧制时的稳定性、通板性的提高，得到高精度的材料的厚度。另外，通过使轧制时的材料的张力稳定化，可以降低由张力变动引起的材料的宽度缩小变动，可以提高板宽精度。

(具有张力控制装置150的控制系统S的整体构成)

图1所示的第一实施方式的控制系统S具有进行钢板103等材料的热轧的控制对象热轧装置100、通过对热轧装置100进行控制而控制热轧时的材料的张力的张力控制装置150。

另外，下面将热轧对象材料作为钢板103进行说明。

张力控制装置150从控制对象热轧装置100接收热轧时的钢板103的张力检测信号、撑套器110的支承部112a的高度检测信号、输送钢板103的驱动装置的旋转检测信号等各种信号，根据这些接收到的信号将控制信号向控制对象热轧装置100输出。

(热轧装置100的构成)

首先，对张力控制装置150的控制对象热轧装置100的构成进行说明。

如图1所示，热轧装置100设置有多个用于对轧制对象钢板103进行轧制的机座101、120，另外，在机座101、120间设置有用于提升轧制对象钢板103来调节张力而使通板(通板)稳定化的撑套器110。

(机座101、120)

机座101、120分别表示由从上下直接挟持钢板103且实际上对板进行轧制的工作辊104、和分别支承上下工作辊104的上下支承辊105构成的四级轧机的例子。

机座101的上下工作辊104例如通过具有分别进行直接驱动的电动机等的驱动装置109驱动。

同样，下游的机座120的上下工作辊104例如通过具有分别进行直接驱动的电动机等驱动装置121驱动。

在图1中省略了图示，在机座101、120上也具有分别驱动上下支承辊105的驱动装置。

(撑套器110)

图1所示的撑套器110是通过向上方提升支承在机座101、120间输送的轧制对象钢板103，实现使其张力及通板稳定化的作用的装置，通常被安装在各机座101、120间。

撑套器110具有实际上向上方提升支承通过轧机的轧制对象钢板103的撑套器臂112、使撑套器臂112向箭头α12方向转动的液压缸等撑套器工作缸111等。

撑套器110通过撑套器驱动装置108对撑套器工作缸111进行伸缩控制，由此使撑套器臂112如箭头α12那样转动，对实际上支承轧制对象钢板103的撑套器臂112的旋转自如的滚轮支承部112a进行高度控制。

撑套器臂112的支承轧制对象钢板103的支承部112a的高度由高度计114进行检测。

在如图1所示的热轧装置100的机座101、120的前后(图1中纸面左右方向)即钢板103的行进方向(图1中箭头α11)的上游、下游，与图1同样地将撑套器110夹在中间还设置有多个机座。另外，通常的精轧用轧机中配置有6～7个机座程度。

(热轧装置100进行的轧制)

热轧装置100如图1所示，是利用撑套器110的撑套器臂112向上方支承轧制对象钢板103，同时利用多个机座101、120连续地进行轧制的串列式轧机。

在热轧装置100中，随着钢板103从机座101向机座120经由撑套器110，向图1的箭头α11方向移动，用机座101、120的工作辊104、104压接，慢慢地轧薄。

轧制时，因前后机座101、120各自的工作辊104的驱动速度差、撑套器臂112高度等，在机座101、120之间的钢板103上产生沿长度方向(图1中纸面左右方向)拉伸钢板103的力即张力。

对于各机座101、120，将进入侧(图1中纸面左侧)的钢板103的张力称为后方张力tb，将轧出侧(图1中纸面右侧)的钢板103的张力称为前方张力tf。例如，在机座101中，进入机座101的钢板103的张力是后方张力tb，从机座101排出的钢板103的张力是前方张力tf。

另外，处于图1所示的机座101和机座120之间的钢板103的张力即从机座101排出的钢板103的前方张力tf用安装在撑套器臂112的张力计113进行测定。另外，进入机座101的钢板103的后方张力tb用张力计132进行测定。

另外，在机座101、120上进行轧制的钢板103的轧制负荷用安装在机座101、120的压下装置的测力传感器(未图示)检测。另外，用测力传感器检测总轧制负荷。或者在机座101、120上进行轧制的钢板103的轧制负荷根据机座101、120的力的平衡，在负荷转矩推断机构155中用公知的各种公式求出轧制负荷分布，变换为每单位长度的轧制负荷，输入到计算模块，用后述的方法求得。

另外，被输送的钢板103的板速(速度)通过设置板速计直接测量。

(张力控制装置150)

下面，对图1所示的张力控制装置150的构成进行说明。

用于控制用热轧装置100进行轧制的钢板103的张力的张力控制装置150例如使用PLC(programmable logic controller)。

首先，对张力控制装置150的整体构成进行简单地说明后，对各部分的动作进行详细地说明。

(张力控制装置150的整体构成)

图1所示的张力控制装置150的用虚线包围的部分是进行机座101和撑套器110的控制的部位，对于前后的机座120和撑套器，也具备同样的功能。在此，对于图1所示的机座101和撑套器110进行说明。

实绩收集机构160从控制对象热轧装置100中读取机座101的工作辊104间的轧制负荷、前方张力tf、后方张力tb、撑套器臂112的支承部112a的高度、钢板103的速度(板速)等热轧装置100的运转中的实际数据。

驱动图1所示的热轧装置100的机座101的上下工作辊104的驱动装置109按照张力指令进行控制。

即，张力控制机构152按照使前方张力tf的实际值与来自张力指令存储机构151的张力指令tf^*保持一致的方式动作，其后，根据张力控制机构152的输出ΔV^*，速度控制机构154进行钢板103的驱动的速度控制，最终，计算出对驱动装置109进行驱动的电流指令值，增加负荷转矩推断机构155的输出，对驱动装置109输出电流指令值。

另外，负荷转矩推断机构155是用于进行与后述的撑套器控制系150B(参照图1)的非干涉化的前馈补偿器。

另一方面，使撑套器110动作的撑套器驱动装置108按照来自撑套器高度控制机构157的撑套器高度指令即撑套器臂112的支承部112a的高度指令进行控制。即，撑套器高度控制机构157按照使撑套器高度(撑套器臂112的支承部112a的高度)θ的实际值与撑套器高度指令值(撑套器臂112的支承部112a的高度指令值)θ^*保持一致的方式动作，最终计算出驱动撑套器驱动装置108的电流指令，增加撑套器支承转矩推断机构158的输出，对撑套器驱动装置108输出电流指令值。在此，撑套器高度指令θ^*利用撑套器高度指令生成机构156，根据钢板103通过撑套器110的通过长度L生成。

另外，撑套器支承转矩推断机构158是用于进行与张力控制系150A的非干涉化的前馈补偿器。

这样，在第一实施方式的控制系统S中，张力通过张力控制系150A的驱动速度进行控制，另一方面，撑套器高度通过撑套器控制系150B的撑套器高度控制进行控制。

(张力控制装置150的各部分的动作)

下面，对张力控制装置150的各部分的动作进行详细地说明。

(张力控制装置150的张力控制系150A)

(张力指令存储机构151)

图2是表示张力指令存储机构151的构成的图。

在图2所示的张力指令存储机构151中，施加在各机座间的钢板103上的前方张力tf即张力指令值151d根据钢种151a、板厚151b、板宽151c层化，作为适宜各自条件的热轧的张力指令值151d预先求出并存储。

例如，表示的是，在钢种151a是SS400、板厚151b是2.0～3.0mm、板宽151c是900mm时，施加在钢板103上的张力的张力指令值151d是1.5kg/mm²(钢板103的横断面的每单位面积的张力)。

各机座101、120间的钢板103的板厚151b根据热轧装置100的轧制规范唯一地确定，因此，其后根据确定为钢种151a、板宽151c的板厚151b确定张力指令值151d。

在此，作为图2所示的张力指令存储机构151中例示的层化条件的其他的层化条件，也可以追加钢板103的移动速度及各机座101、120的另外条件等。

这样，确定张力指令存储机构151中存储的张力指令值151d的层化条件不限定于钢种151a、板厚151b、板宽151c。

(张力控制机构152)

若将利用被轧制的钢板103的张力指令存储机构151中存储的钢种151a、板厚151b、板宽151c所确定的张力指令值151d设为前方张力指令值tf^*，则向图1所示的张力控制机构152内输入张力指令存储机构151的前方张力指令值tf^*和用图1所示的张力计113所检测的前方张力tf的检测值的差Δtf，且在张力控制机构152中计算出付与速度控制机构154的转速输入V^*。

在此，转速输入V^*将驱动工作辊104的驱动装置109作为电动机、设为转速的指令时，转速输入V^*的单位是rpm(revolutions per minute)、mpm(meter per minute)。

转速输入V^*由于完成拉普拉斯变换后的比例动作的系统的传递函数是Kp1(比例增益)，完成积分动作的系统的传递函数是1/S(S：拉普拉斯算子)，所以通过(1)计算出。

[数1]

$V^{*}=\mathrm{Kp}1(1+\frac{1}{\mathrm{TI}1S})\mathrm{\Δtf}\·\·\·\left(1\right)$

其中，Kp1：比例增益

TI1：积分时间

(1)式是根据比例·积分控制实现张力控制机构152(参照图1)的例子。

(速度调谐机构153)

而且，在图1所示的速度调谐机构153中进行称为逐次的速度调谐处理。

所谓速度调谐处理即为在机座101的下游的机座120中，工作辊104相互间的距离即工作辊间隙及工作辊104的速度产生变化时，用上游的机座101对与此相对应的钢板103的速度变化量ΔV2进行补偿的处理。

在此，将机座101的工作辊104的圆周速度设为A时，进入机座101的进入侧即上游侧的钢板103的板速(图1中的机座101左侧的板速)被表示为(1-b)A。在此b称为后进率。

另一方面，从机座101轧出的轧出侧即下游侧的钢板103的板速(图1的机座101的右侧的板速)被表示为(1+f)A。在此，f称为先进率。

b(后进率)、f(先进率)根据轧制中的钢板的变形模块，以力的平衡为基础导出。

将进入机座101的进入侧即上游侧(图1的机座101的左侧)的钢板103的板厚设为t1，从机座101轧出的轧出侧即下游侧(图1的机座101的右侧)的钢板103的板厚设为t2时，由于钢板103是连续的，因此连续式(1-b)·A·t1＝(1+f)·A·t2成立。

另外，钢板103的板速在最终机座轧出侧安装板速计，测量最终机座轧出侧的板速，机座间板速借助该板速计测量的测量值，使上式的关系及下述的(2)式和使用工作辊104的速度的f(先进率)、b(后进率)的推断配合推断。另外，在轧制线的各处设置板速计，也可以全部作为测量值。

对于机座101的工作辊104前后的钢板103的板速，具有：

V2/(1+f)＝V1/(1-b)

V1：机座101的上游侧(图1的机座101的左侧)的板速

V2：机座101的下游侧(图1的机座101的右侧)的板速的关系。

用时间对该式的两边进行积分，另外，V1产生ΔV1变化时的V2的变化ΔV2在钢板103的速度(板速)的动作点的周围即机座101的前后线性化时，用

表示，因此，从机座101轧出的轧出侧即下游侧的钢板103的板速(图1所示的机座101的右侧的板速)的应补偿速度变化量ΔV2用(2)式表示。

[数2]

$\mathrm{\ΔV}2=\frac{(1-b)}{(1+f)}\·\mathrm{\ΔV}1\·\·\·\left(2\right)$

其中，ΔV1：机座上游的速度变化量

ΔV2：机座下游的速度变化量

(速度控制机构154)

如图1所示，从张力控制机构152输入转速输入V^*，同时从速度调谐机构153输入速度变化量ΔV2的速度控制机构154根据V^*+ΔV2的运算，计算出对驱动装置109进行驱动的电流指令(转矩指令)C1。

电流指令(转矩指令)C1由于完成拉普拉斯变换后的比例动作的系统的传递函数是Kp2(比例增益)，完成积分动作的系统的传递函数是1/S(S：拉普拉斯算子)，所以例如通过(3)计算出。

[数3]

$C1=\mathrm{Kp}2(1+\frac{1}{\mathrm{TI}2S})\mathrm{\Δtf}\·\·\·\left(3\right)$

其中，Kp2：比例增益

TI2：积分时间

(3)式是根据比例·积分控制实现速度控制机构的例子。

(负荷转矩推断机构155)

图3是表示负荷转矩推断机构155执行的处理的图。

在图3的S301中，负荷转矩推断机构155(参照图1)从实绩收集机构160取入实绩收集机构160中存储的前方张力tf的实际值(用图1所示的张力计113测定)、后方张力tb的实际值(用图1所示的张力计132测定)、轧制负荷P(P(x))的实际值。

在图3的S302中，如下述推断出驱动装置109的总转矩中机座101的单侧的工作辊104上作用的负荷转矩E1。

图4是表示用工作辊104对钢板103进行轧制的例子。

如图4所示，钢板103从左向右(图4中箭头α11的方向)行进。P是轧制负荷，P(x)是部位x的钢板103的每单位长度的轧制负荷。

将P(x)对x进行积分时，与轧制负荷的总量即P相一致。另外，R是工作辊104的半径。

这时，所公知的是单侧的工作辊104上作用的负荷转矩E1可以用下述的(4)式计算出。(参照板轧制理论和实际(日本钢铁协会编)的14页式(2.64)、20页式(2.101))

[数4]

$E1=\frac{R}{R^{,}}\∫P\left(x\right)\mathrm{dx}+\frac{R}{2}(\mathrm{tb}-\mathrm{tf})\·\·\·\left(4\right)$

其中，R′：偏平辊半径(轧制中的工作辊104产生变形，变短的工作辊104的半径)

负荷转矩推断机构155通过对(4)式进行计算，推断出负荷转矩E1。最后，将经负荷转矩推断机构155运算的负荷转矩E1和经速度控制机构154运算的电流指令(转矩指令)C1相加的值作为电流指令向驱动装置109(参照图1)输出。

(张力控制装置150的撑套器控制系150B)

下面，对图1所示的张力控制装置150的撑套器控制系150B进行说明。

(撑套器高度指令生成机构156)

图5是表示撑套器高度指令生成机构156的构成的图。

图5所示的撑套器高度指令生成机构156具有：撑套器高度指令存储机构502，其存储对应钢板103(参照图1)通过撑套器110的通过长度L而先求出的适当的撑套器高度指令θ^*；撑套器高度指令确定机构501，其基于撑套器高度指令存储机构502中存储的信息确定撑套器高度(撑套器高度指令θ^*)并输出。

在撑套器高度指令存储机构502中，如图5所示，对应钢板103通过撑套器110的通过长度L，存储有：由相对钢板103的前端部将撑套器臂112的高度提升与钢板103接触的过程的撑套器高度指令θ^*即503、撑套器110支承钢板103并通过轧机的过程的恒定的撑套器高度指令θ^*即504、在钢板103的后端部附近使撑套器高度降低并将撑套器110和钢板103脱离接触的过程的撑套器高度指令θ^*即505构成的对应钢板103的通过长度L的数据。

另外，撑套器110在被输送的钢板103用机座101的工作辊104和机座120的工作辊104所挟持后，与被输送的钢板103接触并向上方支承(参照图1)。

在此，所谓钢板103的通过长度L即为撑套器110的撑套器臂112的支承部112a支承的钢板103的部位距钢板103的前端缘部的距离。

因此，如图5所示的撑套器高度指令存储机构502，撑套器高度指令θ^*随着钢板103的通过，大小产生变化。

图5所示的撑套器高度指令确定机构501从实绩收集机构160(参照图1)读取表示钢板103的通过长度L的信号，参照撑套器高度指令存储机构502，抽取出撑套器高度指令θ^*。而且，将抽出的θ^*作为高度指令输出。另外，钢板103的通过长度L的数据对输送钢板103的工作辊104的转数(转速)等进行检测，并由实绩收集机构160存储。

(撑套器高度控制机构157)

在图1所示的撑套器高度控制机构157中输入该撑套器高度指令θ^*和用高度计114(参照图1)检测且在实绩收集机构160中存储的撑套器高度θ的检测值的差Δθ。

撑套器高度控制机构157根据Δθ计算出用于驱动撑套器驱动装置108(参照图1)的电流指令(转矩指令)C2。

C2例如与所述的V^*、C1同样地通过(5)式计算出。

[数5]

$C2=\mathrm{Kp}3(1+\frac{1}{\mathrm{TI}3S})\mathrm{\Δ\θ}\·\·\·\left(5\right)$

其中，Kp3：比例增益

TI3：积分时间

S：拉普拉斯算子

(5)式是根据比例·积分控制实现撑套器高度控制机构157的例子。

(撑套器支承转矩推断机构158)

下面对图1所示的撑套器支承转矩推断机构158的处理，根据图6进行说明。另外，图6是表示撑套器支承转矩推断机构158的处理的图。

在图6的S601中，撑套器支承转矩推断机构158(参照图1)从实绩收集机构160读取用张力计113(参照图1)检测且由实绩收集机构160存储的前方张力tf的实际值、用高度计114(参照图1)检测且由实绩收集机构160存储的撑套器高度θ的实际值。

在图6的S602中，如下述推断出相当于撑套器驱动装置108的总转矩中用于支承撑套器110的负荷转矩的值的撑套器支承转矩E2。

图7表示用机座101和机座120轧制的钢板103用撑套器臂112支承的例子。另外，在图7中，表示钢板103在机座101和机座120的中间部位用撑套器臂112的支承部112a支承的情况。

如图7所示，钢板103边向箭头方向α11(图7中从左向右)行进，用撑套器臂112支承，边用机座101和机座120进行轧制。

图7中，La表示撑套器臂112的长度，θ表示撑套器高度(相对撑套器臂112的水平位置的角度)，β表示相对钢板103的水平位置的角度。

这时，所公知的是，用于在相对水平位置的角度θ(撑套器角θ)保持撑套器臂112的撑套器支承转矩E2可以用(6)式计算出。

[数6]

$E2=K1\left(\mathrm{\θ}\right)\·\mathrm{tf}+K2\left(\mathrm{\θ}\right)+K3\left(\mathrm{\θ}\right)+D\·\frac{\mathrm{d\θ}}{\mathrm{dt}}\·\·\·\left(6\right)$

另外，D：相对撑套器的角度变化的速度摩擦系数

在此，K1(θ)·tf是由于钢板103的张力产生的撑套器臂112的支承转矩，K2(θ)是由于支承钢板103的重量产生的撑套器臂112的支承转矩，K3(θ)是由于撑套器臂112的自重产生的撑套器臂112的支承转矩，D·(dθ/dt)是相对撑套器的角度变化的速度摩擦转矩，都是撑套器角θ的函数，撑套器支承转矩E2的值根据撑套器角θ产生变化。

撑套器支承转矩E2的由于钢板103的张力tf产生的支承转矩K1(θ)因为设h：钢板103的板厚、b：钢板103的板宽、tf：钢板103的横断面的每单位面积的张力时，由张力tf产生的负荷在撑套器臂112的两侧产生，所以用2×tf·hbsinβ表示，撑套器臂112的支点旋转的臂的长度表示为La·conθ，因此，由于钢板103的张力tf产生的支承转矩K1(θ)·tf的K1(θ)为下面的(7)式。

K1(θ)＝2hbLa·conθ·sinβ       …(7)

另一方面，(6)式的撑套器支承转矩E2的K2(θ)即由于支承钢板的103的重量产生的撑套器臂112的支承转矩如下所述。

如图7所示，将钢板103的密度设为ρ，重力加速度设为g，将从钢板103与机座101的工作辊104、104的接触点到与撑套器臂112的支承部112a的接触点的水平方向距离设为1时，从钢板103与机座101的工作辊104、104的接触点到与撑套器臂112的支承部112a的接触点的重量用ρhbg·(1/conβ)表示，同样地，从钢板103与机座120的工作辊104、104的接触点到与撑套器臂112的支承部112a的接触点的重量用ρhbg·(1/conβ)表示。

而且，因为撑套器臂112的支点旋转的臂的长度是La·conθ，所以由于支承钢板103的重量产生的撑套器臂112的支承转矩K2(θ)为

[数7]

$K2\left(\mathrm{\θ}\right)=2\mathrm{\ρhbg}\·\left(\frac{1}{\cos \mathrm{\β}}\right)\·\mathrm{La}\·\cos \mathrm{\θ}\·\·\·\left(8\right)$

另外，由于(6)式的撑套器支承转矩E2的由于撑套器臂112的自重产生的撑套器臂112的支承转矩K3(θ)参照图7如下述的(9)式。

K3(θ)＝m1·g·r1·cosθ      …(9)

在此，m1：撑套器臂112的质量

g：重力加速度

r1：从撑套器臂112的支点到撑套器臂112的重心位置的距离

这样，使用经撑套器支承转矩推断机构158推断出的E2，该E2和用撑套器控制装置157求得的电流指令(转矩指令)C2相加的值作为电流指令向撑套器驱动装置108输出。

另外，钢板103与图7不同，在机座101和机座120的中间部位以外的部位，通过撑套器臂112的支承部112a支承时，也要考虑钢板103在机座101、120的与水平位置的角度、从钢板103与机座101的工作辊104、104的接触点至用撑套器臂112的支承部112a支承的部位的距离等，求出撑套器支承转矩E2。

通过以上的运算，图1所示的驱动装置109和撑套器驱动装置108以排除轧制时的钢板103的速度和撑套器高度之间的干涉系的状态连续动作。

另外，在本发明的第一实施方式中，示例一组机座101和撑套器110并进行了说明，但即使对于机座101多级连续的串列轧机，每组机座、撑套器都准备执行同样处理的张力控制系150A和撑套器控制系150B(参照图1)，因此，可以容易地应用。

(第二实施方式)

下面，对第二实施方式的控制系统2S进行说明。

图8是表示本发明第二实施方式的控制系统2S的构成的图。

如图8所示，在第二实施方式控制系统2S中，使用负荷转矩推断机构255的输入中由机座201输送的钢板203的前方张力tf，代替从在第一实施方式中实施的实绩收集机构260读取的实际值，使用从张力指令存储机构251读取的前方张力的指令值tf^*。

除此以外的构成与第一实施方式相同，所以，对于与第一实施方式相同的构成要素记作200序号的符号进行表示，省略详细的说明。

在图8所示的控制系统2S的热轧装置200中，钢板203向箭头α21方向输送，用机座201、220上进行热轧。

图9是表示本发明第二实施方式的负荷转矩推断机构255执行的处理流程的图。

在图9的S901中，负荷转矩推断机构255(参照图8)从张力指令存储机构251中读取前方张力指令值tf^*。

在图9的S902中，负荷转矩推断机构255(参照图8)从实绩收集机构260读取后方张力tb的实际值和轧制负荷P的实际值或部位x的钢板203的每单位长度的轧制负荷P(x)的实际值。

在图9的S903中，根据(4)式计算出负荷转矩E1并输出。

根据上述的构成，在负荷转矩推断机构255中，作为前方张力tf使用前方张力指令值tf^*而不是实际值，因此，负荷转矩的推断精度降低与热轧装置200的实际值和指令值tf^*的背离相当的量。相反，前方张力tf不是实际值而固定在前方张力指令值tf^*，因此，负荷转矩推断结果(负荷转矩E1)不依赖于热轧装置200的前方张力的变动，所以，利用不依赖于前方张力tf的实际值的变动的电流指令，通过驱动装置209可以控制工作辊204的旋转，从而抑制被输送的钢板203的振动。

因此，其优点是，热轧装置200轧制时的钢板203的输送能够稳定化。

(结论)

在本发明中，着眼于介有张力的张力控制和撑套器高度控制的干涉在转矩变动时明显化，具备推断驱动装置的负荷的负荷转矩推断机构和推断出撑套器驱动装置的负荷的撑套器支承转矩推断机构。而且，将负荷转矩推断结果与向驱动装置输出的电流指令(转矩指令)前馈相加，同时，将撑套器支承转矩推断结果与向撑套器驱动装置输出的电流指令(转矩指令)前馈相加。

即，在撑套器张力控制系中，用输送轧制对象的主机驱动的速度控制控制张力控制，另一方面，用撑套器高度控制控制撑套器高度，作为二组一输入一输出的系统提出。

而且，为了使机座间的钢板的张力控制和撑套器高度控制非干涉化，设置有负荷转矩推断机构，其推断出输送轧制对象的主机驱动的负荷转矩；撑套器支承转矩推断机构，其推断出撑套器负荷转矩。

而且，将主机驱动的速度控制值加上推断负荷转矩的值重新作为主机驱动的速度控制值，另外，将撑套器高度控制值加上推断撑套器支承转矩的值重新作为撑套器高度控制值，向控制对象热轧装置输出。

(作用效果)

张力控制系的负荷转矩推断机构将轧制对象从机座排出的前方张力、轧制对象进入机座的后方张力、机座上作用的轧制负荷作为输入，推断出施加在输送轧制对象的主机驱动上的负荷转矩。

撑套器高度控制的撑套器支承转矩推断机构根据使用撑套器高度和钢板张力的运算，计算出撑套器支承钢板所需的转矩。

另一方面，对输送轧制对象的主机驱动进行速度控制产生的对撑套器高度的影响的张力变动作为撑套器支承钢板的负荷变动可以检测。

同样，对撑套器高度变化时的主机驱动速度的影响的张力变动作为主机驱动的转矩变动可以检测。

负荷转矩推断机构和撑套器支承转矩推断机构关注该点而设置，为了将负荷转矩推断机构控制撑套器高度时的张力变动作为负荷转矩变动进行检测，并消除变动，通过在主机驱动的速度控制指令上前馈补偿操作量，使其影响非干涉化。

同样，撑套器支承转矩推断机构将速度控制输送轧制对象的主机驱动器的张力变动作为撑套器支承钢板的负荷转矩的变动进行检测，并将用于消除变动的操作量前馈补偿给撑套器高度控制指令，由此使其影响非干涉化。

这样，考虑介有张力的张力控制和撑套器高度控制的干涉，可以稳定地控制张力和撑套器高度。

因此，在热轧中可以使机座的材料的张力控制稳定化，实现材料轧制时的稳定性、通板性的提高，从而得到高精度的材料厚度。

另外，通过使轧制时的材料张力稳定化，可以降低张力变动导致的材料的宽度缩小变动，能够提高板宽精度。

产业上的可利用性

本发明可以宽泛地适用于常规轧机、小型轧机等、在精轧机座间具备撑套器的热轧串列轧机的撑套器控制。

Claims (4)

1.一种热轧的张力控制装置，将具有多个轧制机座和设置在该轧制机座间的撑套器的热轧机作为控制对象，将用所述轧制机座中设置的工作辊连续轧制的、作为轧制对象的钢板的张力控制在所需值，

所述热轧的张力控制装置的特征在于，具有：

张力控制部，其通过操作所述轧制机座的工作辊速度，将所述轧制对象的张力控制在所需值；

速度控制部，其根据该张力控制部的输出，计算出驱动用于控制所述工作辊的转速的所述工作辊的驱动装置的速度指令；

负荷转矩推断部，其从所述热轧机读取要进入所述轧制机座的一侧的所述轧制对象的张力即后方张力、以及要从该轧制机座排出的一侧的所述轧制对象的张力即前方张力和该轧制机座的轧制负荷各自的实际值，推断出所述驱动装置的负荷转矩，

其中，将对由所述速度控制部计算出的速度指令即输出和由所述负荷转矩推断部推断出的负荷转矩即输出进行运算而得到的值的控制指令向所述驱动装置输出，

所述热轧的张力控制装置还具有：

撑套器高度控制部，其计算出向用于控制所述撑套器高度的撑套器驱动装置输出的高度指令；

撑套器支承转矩推断部，其从所述热轧机读取所述前方张力和所述撑套器高度各自的实际值，推断出所述撑套器支承所述轧制对象所需的转矩，

其中，将对由所述撑套器高度控制部计算出的高度指令即输出和由所述撑套器支承转矩推断部推断出的转矩即输出进行运算而得到的值的控制指令向所述撑套器驱动装置输出。

2.一种热轧的张力控制装置，将具有多个轧制机座和设置在该轧制机座间的撑套器的热轧机作为控制对象，将用所述轧制机座中设置的工作辊连续轧制的、作为轧制对象的钢板的张力控制在所需值，

所述热轧的张力控制装置的特征在于，具有：

张力控制部，其通过操作所述轧制机座的工作辊速度，将所述轧制对象的张力控制在所需值；

速度控制部，其根据该张力控制部的输出，计算出驱动用于控制所述工作辊的转速的所述工作辊的驱动装置的速度指令；

负荷转矩推断部，其从所述热轧机读取要进入所述轧制机座的一侧的所述轧制对象的张力即后方张力和该轧制机座的轧制负荷各自的实际值，使用要从该轧制机座排出的一侧的所述轧制对象的张力即前方张力的指令值，推断出所述驱动装置的负荷转矩，

其中，将对由所述速度控制部计算出的速度指令即输出和由所述负荷转矩推断部推断出的负荷转矩即输出进行运算而得到的值的控制指令向驱动装置输出，

所述热轧的张力控制装置还具有：

撑套器高度控制部，其计算出向用于控制所述撑套器高度的撑套器驱动装置输出的高度指令；

撑套器支承转矩推断部，其从所述热轧机读取所述前方张力和所述撑套器高度各自的实际值，推断出所述撑套器支承所述轧制对象所需的转矩，

其中，将对由所述撑套器高度控制部计算出的高度指令即输出和由所述撑套器支承转矩推断部推断出的转矩即输出进行运算而得到的值的控制指令向所述撑套器驱动装置输出。

3.一种热轧的张力控制方法，将具有多个轧制机座、设置在该轧制机座间且支承作为轧制对象的钢板并保持其支承高度而使轧制工序稳定化的撑套器的热轧机作为控制对象，将用所述各轧制机座中设置的工作辊连续轧制的、作为轧制对象的所述钢板的张力控制在所需值，

所述热轧的张力控制方法的特征在于，包括如下步骤：

为了将所述轧制对象的张力控制在所需值，计算出驱动所述工作辊的驱动装置的转速；

计算出对应该驱动装置的转速的驱动装置的速度指令值；

读取要进入所述轧制机座的一侧的所述轧制对象的张力即后方张力、以及要从该轧制机座排出的一侧的所述轧制对象的张力即前方张力和该轧制机座的轧制负荷各自的实际值，推断出驱动所述工作辊的所述驱动装置的负荷转矩；

将对所述驱动装置的速度指令值和所述驱动装置的负荷转矩进行运算而得到的值作为控制指令向该驱动装置输出；

计算出将所述撑套器高度控制在所需值的撑套器驱动装置的高度指令值；

读取所述前方张力和所述撑套器高度各自的实际值，推断出所述撑套器驱动装置支承所述轧制对象所需的所述撑套器驱动装置的支承转矩；

将对该撑套器驱动装置的支承转矩和所述撑套器驱动装置的高度指令值进行运算而得到的值作为控制指令向所述撑套器驱动装置输出。

4.一种热轧的张力控制方法，将具有多个轧制机座、设置在该轧制机座间且支承作为轧制对象的钢板并保持其支承高度而使轧制工序稳定化的撑套器的热轧机作为控制对象，将用所述各轧制机座中设置的工作辊连续轧制的、作为轧制对象的所述钢板的张力控制在所需值，

所述热轧的张力控制方法的特征在于，包括如下步骤：

为了将所述轧制对象的张力控制在所需值，计算出驱动所述工作辊的驱动装置的转速；

计算出对应该驱动装置的转速的该驱动装置的速度指令值，读取要进入该轧制机座的一侧的所述轧制对象的张力即后方张力和该轧制机座的轧制负荷各自的实际值，使用要从该轧制机座排出的一侧的所述轧制对象的张力即前方张力的指令值，推断出驱动所述工作辊的驱动装置的负荷转矩；

将对所述驱动装置的速度指令值和所述驱动装置的负荷转矩进行运算而得到的值作为控制指令向所述驱动装置输出；

计算出将所述撑套器高度控制在所需值的撑套器驱动装置的高度指令值；

读取所述前方张力和所述撑套器高度各自的实际值，推断出所述撑套器驱动装置支承所述轧制对象所需的所述撑套器驱动装置的支承转矩；

将对该撑套器驱动装置的支承转矩和所述撑套器驱动装置的高度指令值进行运算而得到的值作为控制指令向所述撑套器驱动装置输出。

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