CN112792138B - 工厂设备控制装置和工厂设备控制方法 - Google Patents

工厂设备控制装置和工厂设备控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明的工厂设备控制装置在抑制前馈控制的控制效果的降低的同时，减小偏移误差。FF控制装置(611)使用将控制干扰(dACT)乘以修正增益所得的控制输出，实施控制对象工厂设备(600)进行的处理的前馈控制。偏移修正装置(612)根据控制对象工厂设备(600)的状态量实绩(xFB)，调整FF控制装置(611)的修正增益。另外，作为修正增益，在控制干扰(dACT)向使状态量增加的正方向变化的情况下，FF控制装置(611)将控制干扰(dACT)乘以正方向修正增益，在控制干扰(dACT)向使状态量减小的负方向变化的情况下，FF控制装置(611)将控制干扰(dACT)乘以负方向修正增益。

Description

工厂设备控制装置和工厂设备控制方法
技术领域
本发明涉及工厂设备控制装置和工厂设备控制方法。
背景技术
在作为用于通过被轧制材料的轧制生产薄金属材料的工厂设备的轧制机中，如果被轧制材料有硬度不均，则由于该硬度不均，导致被轧制材料的板厚有时产生与位置对应地不同的板厚变动(板厚不良)。硬度不均是指被轧制材料的硬度不均匀。被轧制材料的硬度为轧制时的变形阻抗，因此如果在轧制时在输送被轧制材料的轧制方向上有硬度不均，则被轧制材料的挤压方式与位置对应地不同，轧制后的板厚会与位置对应地变化，产生板厚变动。
另外，在轧制的金属材料的生产中，一般为了将被轧制材料的板厚从原来的原始板厚加工到希望的产品厚度，将被轧制材料多次投入到轧制机。因此，如果被轧制材料有硬度不均，则每次投入到轧制机时会产生板厚变动。
在专利文献1～3中，公开了能够抑制在包含多个轧制机的连轧机中产生的板厚变动的技术。在专利文献1～3记载的技术中，进行前馈控制，即检测通过前级的轧制机产生的板厚变动，根据该板厚变动控制后级的轧制机，由此抑制板厚变动。在这样的前馈控制中，与因前级的轧制机造成的板厚变动对应地，调整前馈控制的控制增益。另外，专利文献3记载的技术在板厚那样的状态量与目标值的偏差大的情况下，除了调整控制增益以外，还调整控制输出定时。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利3384330号
专利文献2：日本专利5581964号
专利文献3：日本专利6404195号
发明要解决的问题
通常，在控制控制对象工厂设备的工厂设备控制装置中，与用于抑制板厚变动那样的变动周期短的状态量变动的前馈控制不同地，有时进行用于抑制状态量长期产生的偏移误差(状态量与指令值的差)的反馈控制。
反馈控制包含使用了对状态量进行积分所得的控制输出的积分控制，但在积分控制中，在状态量变动与控制输出之间，产生90度的相位偏差。因此，如果进行前馈控制和反馈控制的双方，则由于反馈控制的相位偏差的影响，有时前馈控制的控制输出定时从适当的值偏离，前馈控制的控制效果会降低。
在专利文献1～3记载的技术中，对前馈控制的控制效果由于反馈控制而减弱这一情况没有任何公开。
发明内容
本发明的课题在于：提供一种工厂设备控制装置和工厂设备控制方法，其能够在抑制前馈控制的控制效果的降低的同时减小偏移误差。
解决方案
本发明的一个实施例的工厂设备控制装置是基于与使关于控制对象的状态量变动的变动因素有关的因素值实施上述控制对象进行的处理的控制的工厂设备控制装置，具备：第一控制部，其使用将上述因素值乘以修正增益所得的控制输出，实施上述处理的前馈控制；修正部，其基于上述状态量，调整上述修正增益，其中，作为上述修正增益，在上述因素值向使上述状态量增加的正方向变化的情况下，上述第一控制部将上述因素值乘以正方向修正增益，在上述因素值向使上述状态量减小的负方向变化的情况下，上述第一控制部将上述因素值乘以负方向修正增益。
发明效果
根据本发明，能够在抑制前馈控制的控制效果的减小的同时减小偏移误差。
附图说明
图1是表示能够适用本发明的实施例的工厂设备控制装置的工厂设备系统的一个例子的图。
图2是用于说明被轧制材料由于轧制机产生的轧制现象的图。
图3是表示用于表示在图2中说明的轧制现象的模型的图。
图4是用于说明板厚控制的一个例子的图。
图5是用于说明张力控制的一个例子的图。
图6是用于说明积分控制的相位偏差的图。
图7是用于说明积分控制的相位偏差的图。
图8是用于说明积分控制的相位偏差的图。
图9是用于说明前馈控制输出对控制状态量的影响的图。
图10是表示控制结果与控制增益和相位偏移之间的关系的图。
图11是表示现有的工厂设备控制系统的概要的图。
图12是表示现有的工厂设备控制系统的控制结果的一个例子的图。
图13是表示控制状态量的偏差的变化的图。
图14是表示现有的工厂设备控制系统的偏移去除结果的一个例子的图。
图15是表示本发明的实施例1的工厂设备控制装置的图。
图16是表示FF控制装置的一个例子的图。
图17是用于说明偏移修正的原理的图。
图18是表示偏移修正装置的一个例子的图。
图19是表示工厂设备控制装置的控制结果的一个例子的图。
图20是表示工厂设备控制装置的控制结果的另一个例子的图。
图21是表示本发明的实施例2的工厂设备控制装置的图。
附图标记说明
11～14：轧制机；21～24：驱动装置；31～34：辊间隙控制装置；41～44：板厚仪；51～54：张力仪；61～64：板厚控制装置；71～74：张力控制装置；100：连轧机；600：控制对象工厂设备；601：控制装置；602：相位偏移因子；603：控制干扰源；611：FF控制装置；612：偏移修正装置；701：差分电路；702：正滤波电路；703：负滤波电路；704～706：乘法器；707：积分电路；711：延迟电路；801：状态量偏移测定装置；802：修正增益计算装置；901：控制装置；902：选择装置。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施例。
[实施例1]
图1是表示能够适用本发明的实施例的工厂设备控制装置(参照图15)的工厂设备系统的一个例子的图。在图1中，作为控制对象工厂设备，示出具备轧制被轧制材料200的轧制机的连轧机100。图1所示的连轧机100是将4台轧制机11～14串联连接的4机架的连轧机100，但轧制机并不限于4台。
各轧制机11～14具备夹着被轧制材料200的多个辊，使用这些辊进行轧制被轧制材料200的轧制处理。在图的例子中，各轧制机11～14具备作为辊而直接夹着被轧制材料200的一对工作辊1、配置在各工作辊1的外侧的一对中间辊2、配置在各中间辊2的外侧的一对后备辊3。另外，将被轧制材料200顺序地输送到轧制机11、轧制机12、轧制机13、轧制机14。以下，也有时将轧制机11称为#1机架轧制机11，将轧制机12称为#2机架轧制机12，将轧制机13称为#3机架轧制机13，将轧制机14称为#4机架轧制机14。
图2是用于说明被轧制材料200由于各轧制机11～14产生的轧制现象的图。如图2所示，通过夹着被轧制材料200的一对工作辊1挤压被轧制材料200，而实施被轧制材料200的轧制。这时，在被轧制材料200的输送方向即轧制方向上，向被轧制材料200施加朝向工作辊1的前级侧的入侧张力Tb、朝向工作辊1的后级侧的出侧张力Tf。另外，在垂直方向上，向被轧制材料200施加与工作辊1之间的距离即辊间隙S对应地确定的轧制负荷P。由此，被轧制材料200被轧制，被轧制材料200的板厚从入侧板厚H变化到出侧板厚h。如果设因该轧制现象造成的前进率为f、后退率为b，则在工作辊1的转速即工作辊速度为VR的情况下，被轧制材料200的入侧速度Ve和出侧速度Vo为Ve＝VR(1+b)、Vo＝VR(1+f)。
图3是表示用于表示在图2中说明的轧制现象的模型的图。在轧制机中向被轧制材料200施加的入侧张力Tb和出侧张力Tf与本轧制机及其前后的轧制机的入侧速度Ve和出侧速度Vo对应地变化。另外，如果张力变化，则轧制负荷P、出侧板厚h、入侧速度Ve、以及出侧速度Vo变化。因此，轧制现象是以入侧板厚H、工作辊速度VR、以及辊间隙S为输入、以入侧张力Tb、出侧张力Tf、以及出侧板厚h为输出的复杂的现象，进而，还经由张力与前后的轧制机的轧制现象关联，因此是非常复杂的。
返回到图1的说明。在各轧制机11～14中设置用于驱动工作辊的驱动装置21～24、控制工作辊1的辊间隙的辊间隙控制装置31～34。驱动装置21～24例如具备驱动工作辊1的电动机(未图示)、操作电动机而控制工作辊速度的电动机速度控制装置(未图示)。
另外，在各轧制机11～14的出侧，设置有测定被轧制材料200的板厚的板厚仪41～44、测定施加到被轧制材料200的张力的张力仪51～54。此外，从通过被轧制材料200的轧制而生产的产品的质量的观点出发，被轧制材料200的板厚是重要的。另外，为了轧制工作的稳定性，施加到被轧制材料200的张力是重要的，还与板厚的精度有关。
另外，在轧制机14的出侧设置有产生轧制机14的出侧张力的出侧张紧辊15。在出侧张紧辊15设置有驱动装置25。驱动装置25例如具备驱动出侧张紧辊15的电动机(未图示)、操作电动机而控制出侧张紧辊15的转速的电动机速度控制装置(未图示)。
另外，作为用于控制轧制处理的工厂设备控制装置，对各轧制机11～14设置有板厚控制装置61～64、张力控制装置71～74。
与轧制机11对应的板厚控制装置61使用辊间隙控制装置31控制轧制机11的辊间隙，由此控制轧制机11的出侧板厚。与轧制机12～14对应的板厚控制装置62～64使用前级的轧制机11～13的驱动装置21～23，控制前级的轧制机11～13的工作辊速度即前级机架速度，控制各轧制机12～14的出侧板厚。
板厚控制装置62～64执行使用对应的轧制机12～14的入侧的板厚仪(前级的轧制机11～13的出侧的板厚仪)41～43的检测结果的前馈控制、使用对应的轧制机12～14的出侧的板厚仪42～44的检测结果的反馈控制。例如，在板厚控制装置62的情况下，实施使用板厚仪41的检测结果的前馈控制、使用出侧的板厚仪42的检测结果的反馈控制。
另外，张力控制装置71～73根据对应的轧制机11～13的出侧的张力仪51～53的检测结果，使用后级的轧制机12～14的辊间隙控制装置32～34，控制后级的轧制机12～14的辊间隙，控制对应的轧制机11～13的出侧张力。例如，在张力控制装置71的情况下，根据轧制机11的出侧的张力仪51的检测结果，控制轧制机12的辊间隙。另外，张力控制装置74根据对应的轧制机14的出侧的张力仪54的检测结果，使用驱动装置25控制出侧张紧辊15的转速，由此控制轧制机14的出侧张力。
接着，详细说明板厚控制装置61～64进行的板厚控制。此外，在板厚控制中，板厚变化的轧制机与检测板厚的板厚仪位于物理上分离的位置。因此，从检测出被轧制材料200的入侧板厚的偏差到实施实际的控制操作的轧制机到达该位置为止，存在空转时间。另外，到通过出侧的板厚仪检测出由于轧制机变化了的板厚为止，也存在空转时间。
图4是用于说明板厚控制的一个例子的图，表示出与#4机架轧制机14对应的板厚控制装置64的结构例子。在图4的例子中，板厚仪43测量#3机架轧制机13的出侧板厚与目标值的偏差作为入侧板厚偏差ΔH输出，板厚仪44测量轧制机14的出侧板厚与目标值的偏差作为出侧板厚偏差Δh输出。各目标值被预先确定。
板厚控制装置64具备修正从入侧的板厚仪到轧制机的空转时间的移送时间补偿部201、前馈控制部202、比例电路203、积分电路204。
移送时间补偿部201进行以下的移送处理，即，使从#3机架轧制机13的出侧的板厚仪43输出的入侧板厚偏差ΔH移相相位偏移量TFF。使用移送时间TX3D-4和前馈控制用控制输出定时偏移量(以下简称为定时偏移量)ΔTFF，用TFF＝TX3D-4-ΔTFF表示相位偏移量TFF。移送时间TX3D-4是被轧制材料200的具有入侧板厚偏差ΔH的地方从板厚仪43移动到轧制机14的工作辊1的正下为止所花费的时间。与对应于入侧板厚偏差ΔH的控制输出230到达驱动装置23之前的空转时间、从控制输出230输入到驱动装置23到响应为止的响应时间等对应地，确定定时偏移量ΔTFF。
前馈控制部202将通过移送时间补偿部201进行了移送处理的入侧板厚偏差ΔH乘以控制增益GFF，生成前馈控制输出210。
比例电路203和积分电路204构成进行反馈控制的反馈控制部。比例电路203将通过轧制机14的出侧的板厚仪44测量出的出侧板厚偏差Δh乘以控制增益GFB输出。积分电路204对比例电路203的输出进行积分处理，生成反馈控制输出220。在此，考虑到从轧制机到板厚仪的空转时间地确定控制增益GFB。
前馈控制输出210和反馈控制输出220相互相加，作为板厚控制装置64的控制输出230，输入到轧制机13的驱动装置23。
接着，更详细地说明张力控制装置71～74的张力控制。张力仪直接检测施加到被轧制材料的张力，因此不需要考虑空转时间。因此，基本上只实施反馈控制。图5是用于说明张力控制的一个例子的图，表示出与#3机架轧制机13对应的张力控制装置73的结构例子。
在图5的例子中，张力控制装置73具备比例积分部301。比例积分部301使用通过配置在轧制机13的出侧的张力仪53测量出的张力即张力实绩值T34FB与从外部输入的张力指令值T34REF的偏差ΔT34，进行轧制机14的比例积分控制。比例积分部301对偏差ΔT34进行比例积分处理，生成张力控制装置73的控制输出310，输入到轧制机14的辊间隙控制装置34。此外，比例积分控制是组合了比例控制和积分控制的控制，在此，将比例控制的比例增益设为CP，将积分控制的积分增益设为Cl。
如以上那样，在连轧机100中进行的板厚控制组合了作为比例控制的前馈控制、作为积分控制的反馈控制。另外，张力控制构成为利用了比例积分控制的反馈控制。
通常，在对控制对象的状态量即控制状态量的积分控制中，存在以下的问题，即控制输出的相位从控制状态量的相位偏离90度，因此其结果是通过积分控制得到的控制结果的相位从原来的控制状态量的相位偏离。例如，在连轧机100中，作为控制结果的轧制机14的出侧板厚(板厚偏差)的相位会从原来的变形阻抗(硬度)的相位偏离。
图6～图8是用于说明积分控制的控制状态量与控制结果的相位偏离的图，表示连轧机100的轧制现象的模拟结果。图6～图8作为模拟结果表示用正弦波表示被轧制材料200的变形阻抗400的轧制方向的变动时的#4机架入侧板厚偏差410、#4机架出侧板厚偏差420、#3机架～#4机架间张力430、#4机架出侧张力440、以及#4机架负荷450各自的变动。
此外，#4机架入侧板厚偏差410是#4机架轧制机14的入侧的板厚与目标值的偏差，#4机架出侧板厚偏差420是#4机架轧制机14的出侧的板厚与目标值的偏差，#3机架～#4机架间张力430是#4机架轧制机14的入侧的张力，#4机架出侧张力440是#4机架轧制机14的出侧的张力，#4机架负荷450是通过#4机架轧制机14施加到被轧制材料200的负荷。
图6表示不实施板厚控制和张力控制的双方的情况下的模拟结果。在图6的例子中，对于作为原来的控制状态量的变形阻抗400、#4机架入侧板厚偏差410、以及#4机架出侧板厚偏差420，表示它们的变动的波形的峰值位置相互一致，表示出它们的相位没有偏离。
图7和图8表示实施张力控制装置73和74的张力控制和板厚控制装置64的板厚控制的双方的情况下的模拟结果。其中，图7表示作为板厚控制只实施反馈控制的情况(将前馈控制的控制增益GFF设为0的情况)下的模拟结果，图8表示作为板厚控制实施反馈控制和前馈控制的双方的情况下的模拟结果。
在作为板厚控制不实施前馈控制的图7的例子中，在变形阻抗400和#4机架入侧板厚偏差410之间，不产生相位偏离，但对于作为控制结果的#4机架出侧板厚偏差420，产生了相位比变形阻抗400早的相位超前。这是因为：作为板厚控制实施积分控制，由此板厚控制的控制输出产生了90度的相位延迟。此外，如后述的图9～图10和公式(1)～(3)所示，如果控制输出产生了相位延迟(即控制输出的相位偏移量(Δ)是负)，则作为控制结果的#4机架出侧板厚偏差420的相位偏离量(δ)为正，产生相位超前。
因此，通过进行板厚控制等控制，而控制对象的状态量(在连轧机100的情况下，为被轧制材料200的板厚、施加到被轧制材料200的张力、以及轧制负荷)之间的相位关系变化。
进而，在作为板厚控制实施前馈控制的图8的例子中，#4机架入侧板厚偏差410也产生了相位比变形阻抗400超前的相位超前。因此，在使用#4机架入侧板厚偏差410实施#4机架出侧板厚偏差420的前馈控制的情况下，由于变形阻抗400与#4机架入侧板厚偏差410的相位偏离的影响，无法进行与变形阻抗400对应的适当的控制，控制效果降低。
因此，在实施前馈控制的情况下，如图4所示，调整前馈控制的控制增益GFF、相位偏移量TFF(具体地说定时偏移量ΔTFF)，生成与控制状态量的相位和振幅符合的前馈控制输出，由此提高控制效果。
图9是用于说明对控制状态量的前馈控制的影响的图。在图9中，假定将控制状态量与目标值的偏差即控制偏差作为输入，用正弦波sin(ωt)表示该控制偏差的变动。另外，作为控制结果y输出控制偏差与对控制偏差施加相位偏移和控制增益所得的前馈控制输出的差分。如果设相位偏移量为Δ，控制增益为G，则用以下的公式(1)表示控制结果y。
[公式1]
y＝sin(ωt)-G sin(ωt+Δ)＝X sin(ωt+δ) (1)
在此，用以下的公式(2)表示控制结果y的振幅X，用以下的公式(3)表示控制结果y相对于控制偏差的相位偏离量δ。
[公式2]
Figure BDA0002685537420000091
[公式3]
Figure BDA0002685537420000092
图10是表示控制结果y与控制增益G和相位偏移量Δ之间的关系的图。具体地说，图10的(a)是对每个控制增益G表示相位偏移量Δ与控制结果y的相位偏离量δ之间的关系的图，图10的(b)是对每个控制增益G表示相位偏移量Δ与控制结果y的振幅X之间的关系的图。
如图10所示，如果相位偏移量Δ变大，则振幅X也变大，控制效果降低。进而，根据控制增益G，如果相位偏移量Δ超过60度，则振幅X超过1。即，不但无法得到控制效果，还成为反效果。另外，由于相位偏移量Δ，控制结果y的相位从原来的正弦波sin(ωt)偏离。
因此，在前馈控制中，必须将控制增益G(控制增益GFF)和相位偏移量Δ(定时偏移量ΔTFF)调整为适当的值。这些适当的值对应于与控制对象有关的参数、对控制对象实施的其他控制等而变化。在连轧机100的情况下，作为与控制对象有关的参数，能够列举轧制被轧制材料200的轧制速度。此外，如果轧制速度变化，则板厚偏差的变动频率变化，控制输出的控制操作端即驱动装置23的响应时间等变化。另外，作为其他控制，能够列举对其他轧制机实施的板厚控制等。
但是，在如连轧机100那样，实施前馈控制和反馈控制的双方的情况下，由于作为积分控制的反馈控制，控制状态量的相位变化，因此难以将前馈控制的控制增益和相位偏移量调整为适当的值。
以下，更详细地说明实施前馈控制和反馈控制的双方的现有的工厂设备控制系统的问题。
图11是表示现有的工厂设备控制系统的概要的图。图11的(a)所示的现有的工厂设备控制系统具备控制控制对象工厂设备500的控制装置501、使从控制对象工厂设备500输出的控制对象的状态量即状态量实绩xFB移相检测空转时间量的相位偏移因子502。另外，控制装置501具备：PI控制部511，其根据状态量实绩xFB与从外部输入的状态量的指令值即状态量指令值xREF的偏差，对控制对象工厂设备500实施比例积分控制。
此外，状态量实绩xFB由于控制对象工厂设备500的建模误差和干扰等的影响，具有偏移误差。PI控制部511的比例积分控制所包含的积分控制是用于修正状态量实绩xFB的偏移误差而将状态量实绩xFB维持为状态量指令值xREF的控制。
在图11的(b)所示的现有的工厂设备控制系统中，与图11的(a)的例子相比，在以下的点上不同：代替PI控制装置511，控制装置501具备对控制对象工厂设备500实施积分控制(反馈控制)的I控制装置521、对控制对象工厂设备500实施前馈控制的FF控制装置522。
图11的(b)所示的工厂设备控制系统与轧制机的板厚控制对应。与图4相比，干扰产生源550与轧制机的入侧板厚偏差对应，通过入侧板厚仪43检测它作为控制干扰dACT。FF控制装置522与移送时间补偿部201和前馈控制部202对应，I控制装置521与比例电路203和积分电路204对应。
在图11的(b)的例子中，通过控制干扰源550产生的对控制对象工厂设备500的干扰即控制干扰dACT是已知的。在这样控制干扰dACT是已知的情况下，FF控制装置522根据控制干扰dACT与对控制干扰dACT的干扰指令值dREF的偏差，对控制对象工厂设备500实施前馈控制。另外，I控制装置521根据状态量实绩xFB与状态量指令值xREF的偏差，对控制对象工厂设备500实施积分控制。
此外，控制对象工厂设备500对材料实施加工的地点与检测该加工的结果的地点物理上分离，因此产生检测空转时间。在连轧机100的情况下，如图2所示，通过轧制而加工被轧制材料200的轧制机11～14、检测被轧制材料200的板厚的板厚仪41～44物理上分离，将被轧制材料200从轧制机11～14移送到板厚仪41～44，并检测被轧制材料200的加工结果(板厚)。该被轧制材料200的移送所需要的时间为检测空转时间。
这样，在现有的工厂设备控制系统中，为了去除偏移偏差而实施包含积分控制的反馈控制。该积分控制是使控制输出产生相对于控制状态量的90度的相位延迟与因检测空转时间造成的相位延迟的和的相位延迟的控制，如果控制输出变大，则与前馈控制的控制输出干扰，前馈控制的相位偏移量从设定值偏离。其结果是前馈控制的控制效果降低。
图12是表示模拟的现有的工厂设备控制系统的控制结果的一个例子的图。在图12中，表示控制干扰dACT和作为控制结果的状态量实绩xFB(具体地说为状态量实绩xFB与状态量指令值xREF的偏差)的时间变化。
图12的(a)表示在图11的(b)所示的工厂设备控制系统中不进行前馈控制而只进行积分控制的情况下的控制结果。将检测空转时间设为0.25秒，将积分控制的时间常数设为0.5秒。另外，控制干扰dACT阶梯状地变动。在该情况下，状态量实绩xFB表现出非常小的下冲(undershoot)，作为积分控制没有问题。
图12的(b)表示在图11的(b)所示的工厂设备控制系统中不进行积分控制而只进行前馈控制的情况下的控制结果。控制干扰dACT按照周期1.0Hz、振幅1.0的正弦波状变动。另外，前馈控制的控制增益为0.5。在该情况下，通过前馈控制抑制控制干扰dACT，状态量实绩xFB的振幅为0.5。
图12的(c)是表示在图12的(b)的状况下进一步进行与图12的(a)同样的积分控制的控制结果。在该情况下，状态量实绩xFB的振幅为0.7，比不进行积分控制的情况大。即，通过积分控制降低了前馈控制的控制效果。
此外，在连轧机100的情况下，对于0.25秒的检测空转时间，如果设轧制机与板厚仪之间的距离为2.5m，则被轧制材料200的轧制速度为10m/s＝600mpm。另外，对于控制干扰dACT的周期1.0Hz，如果用被轧制材料200的长度换算，则为10m周期。可以将其看作为来自具有1.6m左右的直径的旋转体的干扰。另外，1.6m左右的直径是轧制机的后备辊的直径左右。因此，图12的(b)和图12的(c)的模拟条件是恰当的。
另外，积分控制是去除偏移而使状态量实绩的偏差的平均值为0那样的控制。因此，根据表示原来的控制状态量的偏差的变化的波形，表示通过积分控制去除了偏移的状态量实绩的偏差的变化的波形有时向上侧或下侧偏向。图13是表示用于表示状态量实绩的偏差的变化的波形向正方向(上侧)偏向的状态、即正的峰值的绝对值比负的峰值的绝对值小的状态的图。在该情况下，如后述那样，有时状态量实绩在正的峰值部分超出允许范围，产生产品不良。此外，大多用图13的(a)所示那样的波形表示被轧制材料200的变形阻抗的变动。
图14是表示模拟的现有的工厂设备控制系统的偏移去除结果的一个例子的图。在图14中，表示控制干扰dACT和作为控制结果的状态量实绩xFB(具体地说为状态量实绩xFB与状态量指令值xREF的偏差)的时间变化。控制干扰dACT的变动为方波状的变动。
图14的(a)表示在图11的(b)所示的工厂设备控制系统中控制干扰dACT为正的时间与为负的时间的时间比例是正：负＝50：50时的只进行积分控制的情况下的控制结果。在该例子中，积分控制的结果是状态量实绩xFB的正的峰值与负的峰值的大小相等。
图14的(b)表示上述时间比例是正：负＝30：70时的只进行积分控制的情况下的控制结果。在该例子中，为以下的状态，即状态量实绩xFB的正的峰值比负的峰值大，状态量实绩xFB向正方向偏向。
对于通过控制对象工厂设备生产的产品的状态量，通常与产品的规格等对应地确定允许范围，可以认为在允许范围内，相对于目标值向正方向的允许量和相对于目标值向负方向的允许量是均等的。在该情况下，在如图13所示那样为状态量的偏差向正方向偏向的波形的情况下，有时状态量超过允许上限值而产生产品不良。
与此相对，如果即使是同样的波形，也调整状态量使得状态量的最大值和最小值收敛于允许范围，则如图13的(b)所示不产生产品不良。
如以上说明的那样，在现有的工厂设备控制装置中，存在以下的问题，即在进行前馈控制和反馈值(积分控制)的双方的情况下，由于反馈控制(积分控制)，前馈控制的控制输出的相位偏离，前馈控制的控制效果降低。另外，在反馈控制(积分控制)中，还存在以下的问题，即表示状态量实绩的偏差的变化的波形向正方向或负方向偏向，有时状态量实绩从允许范围偏离。在以下说明的本实施例的工厂设备控制装置中，能够解决这些问题。
图15是表示本发明的实施例1的工厂设备控制装置的图。图15所示的控制装置601控制控制对象工厂设备600。
控制对象工厂设备600例如是加工材料那样的控制对象的工厂设备，输出与控制对象有关的状态量实绩xFB。对于状态量实绩xFB，由于相位偏移因子602，产生相位偏移。相位偏移因子602例如是控制对象工厂设备600对材料实施加工的地点与检测作为该加工的结果的状态量实绩xFB的地点物理上分离等。在图15中，相位偏移因子602存在于控制对象工厂设备600的外部，但也可以存在于控制对象工厂设备600的内部。
另外，控制对象工厂设备600受到由于控制干扰源603产生的对控制对象工厂设备500的干扰即控制干扰dACT的影响。因此，控制干扰dACT成为使状态量实绩xFB变动的变动因素。控制干扰dACT是已知的。这时，控制干扰dACT的平均值那样的统计值已知即可。
控制装置601具备FF控制装置611、偏移修正装置612。
FF控制装置611是第一控制部，其根据控制干扰dACT与干扰指令值dREF的偏差即干扰偏差，实施控制对象工厂设备600进行的加工处理(例如轧制机11～14的轧制处理)的前馈控制。具体地说，FF控制装置611使用将干扰偏差乘以修正增益所得的控制输出，实施控制对象工厂设备600进行的加工处理的前馈控制。此外，干扰偏差是与使状态量实绩xFB变动的变动因素即控制干扰dACT有关的因素值。
偏移修正装置612是通过FF控制装置611的前馈控制修正控制对象工厂设备600的控制对象的状态量所产生的偏移的修正部。
图16是表示FF控制装置611的一个例子的图。在图16中，FF控制装置611具备差分电路701、正滤波电路702、负滤波电路703、乘法器704～706、积分电路707。
差分电路701输出控制干扰dACT与干扰指令值dREF的偏差即干扰偏差的差分。具体地说，差分电路701具备使干扰偏差延迟单位时间(例如在控制干扰dACT周期地变化的情况下，为其周期)的延迟电路711，将原来的干扰偏差减去通过延迟电路711延迟了的信号所得的值作为干扰偏差的差分输出。
正滤波电路702在从差分电路701输出的差分具有正的值的情况下，输出该差分。负滤波电路703在从差分电路701输出的差分具有负的值的情况下，输出该差分。
乘法器704将正侧修正增益G+作为修正增益乘以从正滤波电路702输出的差分并输出。乘法器705将负侧修正增益G-作为修正增益乘以从负滤波电路703输出的差分并输出。乘法器706将控制增益GFF乘以来自乘法器704的输出信号与来自乘法器705的输出信号的和并将其输出。
积分电路707对来自乘法器706的输出信号进行积分，作为前馈控制输出SFFNEW输出。
在以上的动作中，通过偏移修正装置612计算出正侧修正增益G+和负侧修正增益G-，设定到乘法器704和705中。通过适当地设定正侧修正增益G+和负侧修正增益G-，能够修正状态量所产生的偏移。
图17是用于说明偏移修正的原理的图。图17在图2的(b)所示的响应(控制结果)中，变更了状态量实绩xFB的时间变化为正的情况下的FF控制装置522的控制增益。如图17所示，在第一区域A中，将控制增益设为正，在第二区域B中，将控制增益设为负。
在第一区域A中，状态量实绩xFB增大，然后，成为状态量实绩xFB在正侧偏移的状态，在第二区域B中，状态量实绩xFB减小，然后，成为状态量实绩xFB在负侧偏移的状态。
这样在前馈控制中，如果在状态量实绩xFB的时间变化为正的情况和负的情况下，变更控制增益，则不改变状态量实绩xFB的波形成为峰值的位置，即不使状态量实绩xFB的相位变化，就能够调整偏移位置。
利用上述原理，偏移修正装置612根据状态量实绩xFB计算偏移量，计算正侧修正增益G+和负侧修正增益G-使得抑制该偏移量，由此计算出正侧修正增益G+和负侧修正增益G-使得状态量实绩xFB的振幅的最大值与最小值的中间(中央值)为零。
图18是表示偏移修正装置612的一个例子的图。图18所示的偏移修正装置612具备状态量偏移测定装置801、修正增益计算装置802。
状态量偏移测定装置801求出一定期间(例如控制干扰dACT的一个周期)中的状态量实绩xFB与作为目标值的状态量指令值xREF的偏差的正的峰值即最大值x+、负的峰值即最小值x-。状态量偏移测定装置801根据该最大值x+和最小值x-，计算出状态量实绩xFB的中央值(最大值x+和最小值x-的中点)的偏向ΔxDIFF＝x+-|x-|。
修正增益计算装置802根据通过状态量偏移测定装置801计算出的中央值的偏向ΔxDIFF、控制干扰dACT的振幅ΔdACT，计算正侧修正增益G+和负侧修正增益G-。
具体地说，修正增益计算装置802首先在将把控制干扰dACT的振幅ΔACT变换为中央值的偏向ΔxDIFF的变换增益设为β的情况下，根据α＝|ΔxDIFF|/|β×ΔdACT|计算出修正增益的变化量α。此外，前馈控制是对已知的控制干扰的控制，因此能够预先计算出控制干扰的振幅，还能够预测控制干扰dACT与状态量的关系。因此，能够预先计算出变换增益β。
接着，修正增益计算装置802根据变化量α，计算出正侧修正增益G+和负侧修正增益G-。
具体地说，在偏向ΔxDIFF为正的情况下，修正增益计算装置802使正侧修正增益G+大于1，使负侧修正增益G-小于1，使得抑制向正方向的控制输出，增大向负方向的控制输出。具体地说，修正增益计算装置802设为正侧修正增益G+＝1-α，将负侧修正增益G-设为G-＝1+α。
另一方面，在偏向ΔxDIFF为负的情况下，修正增益计算装置802使正侧修正增益G+小于1，使负侧修正增益G-大于1，使得增大向正方向的控制输出，抑制向负方向的控制输出。具体地说，修正增益计算装置802设为正侧修正增益G+＝1+α，将负侧修正增益G-设为G-＝1-α。
通过修正增益计算装置802计算出的正侧修正增益G+和负侧修正增益G-被输出到FF控制装置31，设定到乘法器704和705。
图19和图20是表示模拟的控制装置601的控制结果的一个例子的图。在图19和图20中，表示出控制干扰dACT和状态量实绩xFB(具体地说，为状态量实绩xFB与状态量指令值xREF的偏差)。
图19的(a)表示不进行控制装置601的控制的情况下的控制干扰dACT和状态量实绩xFB。在此，状态量实绩xFB相对于控制干扰dACT，到2.5秒为止向负侧偏移，在2.5秒以后向正侧偏移。
图19的(b)表示图11的(b)所示的现有的控制装置501的只进行前馈控制的情况下的控制干扰dACT和状态量实绩xFB。在该情况下，状态量实绩xFB的振幅减小，但残留状态量实绩xFB的偏移。
图20的(a)表示图11的(b)所示的现有的控制装置501的进行前馈控制和积分控制的双方的情况下的控制干扰dACT和控制对象的状态量实绩xFB。在该情况下，状态量实绩xFB的偏移减轻，但状态量实绩xFB的振幅增大。
图20的(b)表示图15所示的本实施例的控制装置601的实施控制的情况下的控制干扰dACT和状态量实绩xFB。在该情况下，状态量实绩xFB的振幅和偏移减小，进而状态量实绩xFB的正的峰值和负的峰值为大致相同的值。
在设状态量实绩的上限允许值为+0.5、下限允许值为-0.5的情况下，在现有的控制装置501中，如图20的(a)的箭头所示，状态量实绩xFB若干次都超过允许值，但在本实施例的控制装置601中，如图20的(b)的箭头所示，状态量实绩xFB超过允许值只有判明状态量实绩xFB的最大值x+和最小值x-之前的一次。因此，在本实施例的控制装置601中，控制效果比现有技术高。
根据本实施例，作为与干扰偏差相乘的修正增益，FF控制装置611在干扰偏差向使状态量实绩xFB增加的正方向变化的情况下，将干扰偏差乘以正方向修正增益，在干扰偏差向使状态量实绩xFB减小的负方向变化的情况下，将干扰偏差乘以负方向修正增益。由此，不进行包含积分控制的反馈控制，就能够修正偏移误差，因此能够在抑制前馈控制的控制效果的降低的同时，减小偏移误差。
另外，根据本实施例，偏移修正装置612根据状态量实绩xFB与作为目标值的状态量指令值xREF的偏差的中央值，调整修正增益。由此，能够减轻状态量实绩xFB的偏向。
另外，根据本实施例，在中央值为正的情况下，使正方向修正增益小于1，并且使负方向修正增益大于1，在中央值为负的情况下，使正方向修正增益大于1，并且使负方向修正增益小于1。由此，能够适当地减轻状态量实绩xFB的偏向。
另外，根据本实施例，偏移修正装置612调整修正增益使得中央值为零。由此，能够更适当地减轻状态量实绩xFB的偏向。
[实施例2]
图21是表示本发明的实施例2的工厂设备控制装置的图。图21所示的工厂设备控制装置900具备图15所示的控制装置601、控制装置901、选择装置902。
控制装置901是具有与图11的(b)所示的现有的控制装置501相同的功能的第二控制部。具体地说，控制装置901使用将干扰偏差乘以控制增益所得的控制输出，实施控制对象工厂设备600进行的加工处理的前馈控制，并且使用对状态量实绩xFB与状态量指令值xREF的偏差进行积分所得的控制输出，实施控制对象工厂设备600进行的加工处理的积分控制。
选择装置902根据干扰偏差，使控制装置601和901的任意一个执行控制对象工厂设备600进行的加工处理的控制。
例如，在如轧制的硬度不均那样，控制干扰相对于其他干扰频率分量非常大，通过现有的控制方法，状态量实绩难以收敛于允许范围内的情况下，理想的是控制装置601的控制，在通过现有的控制方法，状态量实绩也充分收敛于允许范围的情况下，也可以进行控制装置901的控制。因此，选择装置902也可以根据控制干扰的频率和振幅的至少一方，使控制装置601和901的任意一个执行控制。
如以上说明的那样，在本实施例中，能够使用适当的控制装置控制控制对象工厂设备600。
上述的本发明的实施方式是用于说明本发明的示例，并不是要将本发明的范围只限定于这些实施方式。本技术领域的技术人员能够不脱离本发明的范围地以其他各种实施例实施本发明。
此外，本发明能够适用于实施例的连轧机100。另外，本发明能够适用于连轧机100以外的特别是控制干扰大、需要前馈控制的工厂设备。例如，本发明还能够适用于热轧机的板厚控制、钢铁生产线的张力控制等其他工厂设备。

Claims (8)

1.一种工厂设备控制装置，其基于与使关于控制对象的状态量变动的变动因素有关的因素值，实施上述控制对象进行的处理的控制，
其特征在于，
上述工厂设备控制装置具备：
第一控制部，其使用将上述因素值乘以修正增益所得的控制输出，实施上述处理的前馈控制；以及
修正部，其基于上述状态量，调整上述修正增益，
作为上述修正增益，在上述因素值向使上述状态量增加的正方向变化的情况下，上述第一控制部将上述因素值乘以正方向修正增益，在上述因素值向使上述状态量减小的负方向变化的情况下，上述第一控制部将上述因素值乘以负方向修正增益，
其中，所述变动因素是控制干扰源产生的对所述控制对象的干扰即控制干扰，所述因素值是所述控制干扰与干扰指令值的偏差即干扰偏差。
2.根据权利要求1所述的工厂设备控制装置，其特征在于，
上述修正部基于上述状态量相对于目标值的偏差的中央值，调整上述修正增益。
3.根据权利要求2所述的工厂设备控制装置，其特征在于，
在上述中央值为正的情况下，上述修正部使上述正方向修正增益小于1且使上述负方向修正增益大于1，在上述中央值为负的情况下，上述修正部使上述正方向修正增益大于1且使上述负方向修正增益小于1。
4.根据权利要求2所述的工厂设备控制装置，其特征在于，
上述修正部调整上述修正增益以使得上述中央值为零。
5.根据权利要求1所述的工厂设备控制装置，其特征在于，
上述工厂设备控制装置具备：
第二控制部，其使用将上述因素值乘以控制增益所得的控制输出，实施上述处理的前馈控制，并且使用对上述状态量与目标值之间的偏差进行积分所得的控制输出，实施上述处理的积分控制；以及
选择部，其基于上述因素值，使上述第一控制部和上述第二控制部中的任意一个执行上述处理的控制。
6.根据权利要求5所述的工厂设备控制装置，其特征在于，
上述选择部基于上述因素值的频率和振幅中的至少一方，使上述第一控制部和上述第二控制部中的任意一个执行上述处理的控制。
7.根据权利要求1所述的工厂设备控制装置，其特征在于，
上述控制对象是通过轧制来加工被轧制材料的轧制机，
上述状态量是上述被轧制材料的板厚和施加到上述被轧制材料的张力中的至少一方，
上述处理是轧制上述被轧制材料的轧制处理。
8.一种工厂设备控制方法，其基于与使关于控制对象的状态量变动的变动因素有关的因素值，实施上述控制对象进行的处理的控制，
其特征在于，
上述工厂设备控制方法包括：
使用将上述因素值乘以修正增益所得的控制输出，实施上述处理的前馈控制；
基于上述状态量，调整上述修正增益；
在上述前馈控制的实施中，作为上述修正增益，在上述因素值向使上述状态量增加的正方向变化的情况下，将上述因素值乘以正方向修正增益，在上述因素值向使上述状态量减小的负方向变化的情况下，将上述因素值乘以负方向修正增益，
其中，所述变动因素是控制干扰源产生的对所述控制对象的干扰即控制干扰，所述因素值是所述控制干扰与干扰指令值的偏差即干扰偏差。
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