JP2004283918A - プロファイル制御方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
タンデム圧延機における圧延材の圧延後プロファイルを目的プロファイルにオンラインにて高精度に制御する。
【解決手段】
被圧延材を圧延する圧延機（以下、スタンドという。）が被圧延材の移動方向に複数設けられると共に、被圧延材のプロファイルを修正するスタンド対応に被圧延材の幅方向のプロファイルを修正するプロファイル操作部が設けられたタンデム圧延機のプロファイル制御で、被圧延材の幅方向の領域のうちプロファイル修正を行う領域を各スタンド対応に重ならないように、且つ、或るスタンドにて修正できる領域で次段のスタンドにて修正できる領域を除いた領域を当該スタンドにて修正する専用領域として分割し、スタンド毎に割り当てられた夫々の専用領域Ｂ１，Ｂ２，…におけるプロファイルが目的プロファイルとなるように各スタンド対応のプロファイル制御部の操作量を求める。
【選択図】図４

Description

本発明はタンデム圧延機の最終スタンド出側での板プロファイルを目標プロファイルに制御するプロファイル制御方法及び装置に係り、特に、各スタンドのシフト量をオンラインで計算でき高精度にプロファイルを制御するのに好適なプロファイル制御方法及びその装置に関する。

圧延材を生成する圧延機では、従来から、圧延方向の板厚を均一にする板厚制御が行われている。しかし、この板厚制御は、幅方向における或る制御点での板厚を制御量として制御しているため、幅方向のこの制御点における長手方向の板厚は良好に制御されるが、幅方向の板厚の均一性は必ずしも良好でない。そこで、幅方向の板厚を制御する方法の一つとしてクラウン制御が行われている。特に、近年の冷間圧延では、圧延材のクラウンと共に、板幅方向の端部での板厚減少（エッジドロップ）を抑制するエッジドロップ制御が重要になってきている。以下、このような幅方向の板厚制御と長手方向の板厚制御を含めた板厚制御をプロファイル制御と呼ぶ。

プロファイル制御における幅方向の板厚制御は、冷延プロセスでは特にエッジドロップ制御を中心に検討・開発されているので、エッジドロップ制御をメインとして簡単に述べる。板の幅方向のプロファイルは、幅方向のロールに働く圧延荷重の分布や、ワークロールのプロファイルに依存するワークロール間の間隙の分布によって生成される。これは、ワークロール間の間隙分布により荷重分布も変化するが、圧延材とワークロールの平衡する荷重分布，板厚分布により決定され、最終的に出側の板厚プロファイルが決まる。

ここで、ワークロールのプロファイルは、ワークロール自身を削ること（テーパを付けるなど）によりプロファイルを変更することができ、荷重分布はワークロールや中間ロールのベンディング力，バックアップロールのドライブサイドやオペサイドの荷重レベリングなどにより変更することができる。

例えば、特許公報第２５００１３３号には、圧延機の出側にエッジドロップ計を設置し、このエッジドロップ計により板材端部の板幅方向板厚分布を検出し、検出板厚と目標板厚との差の２乗値の和を、ワークロールシフト量の変化に対する板厚変化を考慮しながら各幅方向位置について求め、その和が最小値となるように、テーパ付きワークロールを板材幅方向にシフトさせることが記載されている。

しかし、通常のタンデム圧延機の場合、全スタンドの各入側と各出側のプロファイルを計測する装置はなく、第１スタンド入側の板プロファイルと最終スタンドの出側の板プロファイルだけを計測するのが一般的である。そして、最終スタンドの出側でのプロファイルを制御する場合に、入側の板プロファイル変化量を計測して、その影響を抑えるようなワークロールプロファイル変更，幅方向の荷重分布変更のための操作量を計算するフィードフォワード制御や、最終の出側板プロファイルを計測し、目標プロファイルとの偏差を打ち消すようなワークロールプロファイル変更，幅方向の荷重分布変更のための操作量を計算するフィードバック制御を行うことが有効な制御であると考えられる。

また、タンデム圧延機は、スタンドと呼ばれる圧延機が複数設けられて成り、各スタンドでプロファイル制御を行うことができる。そこで、これらを有効に用い、単体の圧延スタンドの制御よりも有効にエッジドロップやプロファイルを制御することが可能となる。

しかし、計測できるプロファイルは第１スタンドの入側と最終スタンドの出側だけであり、中間スタンドでは板プロファイルを計測できない。このため、板プロファイル制御を行うには、入側板プロファイル変化量を打ち消すフィードフォワード操作量をどのスタンドにどの程度割り当てるか、また最終スタンド出側の目標プロファイルと板プロファイルの誤差を除去するためのフィードバック操作量をどのスタンドにどれだけ割り当てるかが問題となる。つまり、複数のスタンドの操作をどのように協調させて制御させるかが重要となる。

このような問題に対し、従来は、「鉄と鋼」Vol.79,No.3,p388-394“冷延圧延における形状・エッジドロップ制御技術の開発”に記載されているように、最終スタンド出側でのエッジドロップと目標エッジドロップ量との差を各スタンドに予め決められた一定の割合で配分し、その配分されたエッジドロップ量を修正するように各スタンド毎でワークロールシフト量を計算している。また、特許公報第２５０５９９０号に記載されている従来技術では、各スタンドの操作による幅方向のある点における最終スタンド出側のエッジドロップ量の影響係数の比率で最終出側のエッジドロップ量を各スタンドに割り当てている。

特許第２５００１３３号公報 特許第２５０５９９０号公報 「鉄と鋼」Vol.79,No.3,p388-394"冷延圧延における形状・エッジドロップ制御技術の開発"

上述した従来技術のように、最終スタンド出側のエッジドロップ量の誤差を予め決められた一定の割合（例えば、各スタンドの操作と最終スタンドのエッジドロップ量との間の影響係数の比率）で各スタンドに配分し、その配分されたエッジドロップ量を修正するように各スタンド毎にワークロールシフト量を計算することで、エッジドロップ量を低減化する操作量を計算できる。

しかし、エッジドロップを含むプロファイル制御を考えた場合、各スタンド毎にワークロールの間隙分布を変更する手段や板幅方向の荷重分布を変更する手段が複数存在ししかも夫々の手段の操作量によるプロファイル修正効果が異なるタンデム圧延機では、圧延材幅方向の制御点が多くなればなるほど、各操作量に対する各点の単純な影響係数によって最終スタンド出側のプロファイル誤差を分配することは、演算に膨大な時間がかかり困難になる。制御点を多くすればそれだけ高精度のプロファイル制御が可能になるが、オンライン制御で可能となる演算時間を考慮すると、制御点を多くとることができないという問題が生じる。

本発明の目的は、各スタンドのシフト量をオンラインで計算でき高精度にプロファイルを制御するのに好適なプロファイル制御方法及びその装置を提供することにある。

上記目的は、被圧延材を圧延する圧延機（以下、スタンドという。）が前記被圧延材の移動方向に複数設けられると共に、前記被圧延材のプロファイルを修正するスタンド対応に前記被圧延材の幅方向のプロファイルを修正するプロファイル操作部が設けられたタンデム圧延機のプロファイル制御において、前記被圧延材の幅方向の領域のうちプロファイル修正を行う領域を前記各スタンド対応に重ならないように、且つ、或るスタンドにて修正できる領域で次段のスタンドにて修正できる領域を除いた領域を当該スタンドにて修正する専用領域として分割し、前記スタンド毎に割り当てられた夫々の専用領域におけるプロファイルが目的プロファイルとなるように各スタンド対応のプロファイル制御部の操作量を求めることで、達成される。

本発明では、複数のスタンドでプロファイル修正を行うときに各スタンド毎に受け持つ領域が互いに重ならないよう分割し、自身が受け持つ領域についてだけのプロファイル修正を行うべき操作量を、他の領域への影響まで考慮せず（その影響に対しては、影響を受ける領域を担当するスタンドで考慮する。）に算出する構成のため、制御点を多くとっても圧延機の制御中にオンラインで各スタンドにおける操作量の計算ができ、高精度の圧延が可能となる。

また、本発明の実施の形態として、被圧延材を圧延する圧延機（以下、スタンドという。）が前記被圧延材の移動方向に複数設けられると共に、前記被圧延材のプロファイルを修正するスタンド対応に前記被圧延材の幅方向のプロファイルを修正するプロファイル操作部が設けられたタンデム圧延機のプロファイル制御方法において、前記被圧延材の幅方向の領域のうちプロファイル修正を行う領域を前記各スタンド対応に重ならないように、且つ、或るスタンドにて修正できる領域で次段のスタンドにて修正できる領域を除いた領域を当該スタンドにて修正する専用領域として分割し、前記スタンド毎に割り当てられた夫々の専用領域（このように決められた領域を専用領域の好ましい例とする）におけるプロファイルが目的プロファイルとなるように各スタンド対応のプロファイル制御部の操作量を求めることを特徴とするプロファイル制御方法と構成される。

同様に、被圧延材を圧延する圧延機（以下、スタンドという。）が前記被圧延材の移動方向に複数設けられると共に、前記被圧延材のプロファイルを修正するスタンド対応に前記被圧延材の幅方向のプロファイルを修正するプロファイル操作部が設けられたタンデム圧延機のプロファイル制御装置において、前記被圧延材の幅方向の領域のうちプロファイル修正を行う領域を前記各スタンド対応に重ならないように且つ或るスタンドにて修正できる領域で次段のスタンドにて修正できる領域を除いた領域を当該スタンドにて修正する専用領域として分割しておき前記スタンド毎に割り当てられた夫々の専用領域（このように決められた領域を専用領域の好ましい例とする）におけるプロファイルが目的プロファイルとなるように各スタンド対応のプロファイル制御部の操作量を求める手段を備えることを特徴とするプロファイル制御装置と構成される。

本発明によれば、各スタンドで受け持つ領域を決めて制御を行うため、オンラインにより制御演算を行うことができ、しかも高精度のプロファイル制御が可能となる。

以下、本発明の一実施形態を図面を参照して説明をする。

図１は、本発明の第１実施形態に係るタンデム圧延機のプロファイル制御装置の構成図である。図１において、制御対象とするタンデム圧延機１００はスタンドと呼ばれる複数の圧延機（１０１−１〜１０１−ｎ）で構成されている。各スタンドの圧延機１０１には、各スタンドでの出側プロファイルを変更するプロファイル操作部（１０２−１〜１０２−ｎ）が装備されている。また、タンデム圧延機１００の入側と出側には、幅方向の板プロファイルを計測するプロファイル計測手段２０１，２０２が設置され、タンデム圧延機１００の入側と出側で板プロファイルが夫々計測される。

図１に示す実施形態では、フィードバック制御によるプロファイル制御の場合を示している。フィードバック制御型のプロファイル制御装置は、最終スタンドの出側のプロファイル計測手段２０２で計測される出側板プロファイルと予め設定されている目標プロファイルとの誤差を計算する誤差演算部４００と、誤差演算部４００で計算されたプロファイル誤差を入力として第１スタンドのプロファイル操作部１０２−１の操作量とその操作量によって変化する出側板プロファイル誤差の予測値を出力する第１フィードバック(ＦＢ)制御部３００−１と、前のスタンドに関するＦＢ制御部で予測した板プロファイル誤差予測値を入力としてプロファイル操作部１０２の操作量とその操作量によって変化する出側板プロファイル誤差の予測値を出力する各スタンドのフィードバック(ＦＢ)制御部３００−２〜３００−ｎと、材料の同一点が通過するタイミングで各フィードバック制御部300−１〜ｎの演算結果である操作量を出力するように各操作量の出力タイミングを図る制御タイミング調整手段２０００から構成される。操作量の出力タイミングは、材料の同一点に関して操作を行うように、圧延速度から材料の各点が現在どこにあるかを計算することで行われる。これは、圧延制御の分野でトラッキングと呼ばれている技術により達成される。

第１ＦＢ制御部３００−１は、誤差演算部４００からのプロファイル誤差に基づき第１スタンド１０１−１のプロファイル操作手段１０２−１で修正可能な幅方向の領域を取り出す領域分割手段３０１−１と、領域分割手段３０１−１で取り出した修正可能領域でのプロファイル誤差を修正するための第１スタンドプロファイル操作部１０２−１の操作量を演算する第１スタンド操作量演算手段３０２−１と、第１スタンド操作量演算手段302−１で演算した操作量を入力として第１スタンドのプロファイル操作部１０２−１を操作した場合に最終スタンド出側で得られる出側板プロファイルの変化を予測するモデル303−１と、モデル３０３−１で推定した板プロファイル変化量と誤差演算部４００で演算したプロファイル誤差から新たな板プロファイル誤差を予測する予測手段３０４−１から構成される。

第１ＦＢ制御部３００−１の予測手段３０４−１で演算された板プロファイル誤差は、第２ＦＢ制御部３００−２に送られる。第２ＦＢ制御部３００−２も第１ＦＢ制御部300−１と同様に、第１ＦＢ制御部３００−１で演算された板プロファイル誤差から第２スタンドプロファイル操作部１０２−２で修正可能な幅方向のプロファイル誤差を取り出す領域分割手段３０１−２と、取り出した修正可能な幅方向のプロファイル誤差を修正するための第２スタンドプロファイル操作部１０２−２の操作量を演算する第２スタンド操作量演算手段３０２−２と、第２スタンド操作量演算手段３０２−２で演算した操作量を入力として第２スタンドのプロファイル操作部１０２−２を操作した場合に最終スタンド出側で得られる出側板プロファイルの変化を予測するモデル３０３−２と、モデル３０３−２で推定した板プロファイル変化量と第１ＦＢ制御部３００−１の予測手段３０４−１で演算された板プロファイル誤差から新たな板プロファイル誤差を予測する予測手段３０４−２から構成される。以下、第３…第ｎＦＢ制御部３００−３〜３００−ｎも同様の構成である。

以上のように、領域分割手段３０１と、操作量演算手段３０２と、モデル３０３と、予測手段３０４で構成され各ＦＢ制御部３００は、前のスタンドのＦＢ制御部３００で予測された最終出側のプロファイル誤差を入力とし、各スタンドのプロファイル操作部１０２の各操作量と各スタンドより上流側のプロファイル操作部１０２を操作した場合に得られる最終スタンド出側の板プロファイル誤差を出力する。

図２は、本発明の第２実施形態に係るプロファイル制御装置の構成図である。この実施形態では、フィードフォワード制御によりプロファイル制御を行う。フィードフォワード制御型のプロファイル制御装置は、圧延前の第１スタンドの入側のプロファイル計測手段２０１により、ある時間周期で計測される入側板プロファイルに関し、１周期前に計測された板プロファイルとの変化量を計算する変化量演算部６００と、変化量演算部６００で計算されたプロファイル変化量を入力として最終スタンドの出側における板プロファイル誤差を予測する最終プロファイル予測手段７００と、最終プロファイル予測手段７００で予測したプロファイル誤差を入力として第１スタンドのプロファイル操作部１０２−１の操作量とその操作量によって変化する出側板プロファイル誤差の予測値を出力する第１フィードフォワード（ＦＦ）制御部５００−１と、前のスタンドに関するＦＦ制御部で予測した板プロファイル誤差予測値を入力としてプロファイル操作部１０２の操作量とその操作量によって変化する出側板プロファイル誤差の予測値を出力する各スタンドのフィードフォワード（ＦＦ）制御部５００−２〜ｎと、材料の同一点が通過するタイミングで各フィードフォワード制御部５００−１〜ｎの演算結果である操作量を出力するように操作量の出力タイミングを図る制御タイミング調整手段２０００から構成される。

第１ＦＦ制御部５００−１は、最終プロファイル予測手段７００からのプロファイル誤差から第１スタンドのプロファイル操作手段１０２−１で修正可能な幅方向の領域を取り出す領域分割手段５０１−１と、領域分割手段５０１−１で取り出した修正可能領域でのプロファイル誤差を修正するための第１スタンドプロファイル操作部１０２−１の操作量を演算する第１スタンド操作量演算手段５０２−１と、第１スタンド操作量演算手段502−１で演算した操作量を入力として第１スタンドのプロファイル操作部１０２−１を操作した場合に最終スタンド出側で得られる出側板プロファイルの変化を予測するモデル503−１と、モデル５０３−１で推定した板プロファイル変化量と最終プロファイル予測手段７００で演算したプロファイル誤差から新たな板プロファイル誤差を予測する予測手段
５０４−１により構成される。

第１ＦＦ制御部５００−１の予測手段５０４−１で演算された板プロファイル誤差は、第２ＦＦ制御部５００−２に送られる。第２ＦＦ制御部５００−２も第１ＦＦ制御部500−１と同様に第１ＦＦ制御部５００−１で演算された板プロファイル誤差から第２スタンドプロファイル操作部１０２−２で修正可能な幅方向のプロファイル誤差を取り出す領域分割手段５０１−２と、取り出した修正可能な幅方向のプロファイル誤差を修正するための第２スタンドプロファイル操作部１０２−２の操作量を演算する第２スタンド操作量演算手段５０２−２と、第２スタンド操作量演算手段５０２−２で演算した操作量を入力として第２スタンドのプロファイル操作部１０２−２を操作した場合に最終スタンド出側で得られる出側板プロファイルの変化を予測するモデル５０３−２と、モデル５０３−２で推定した板プロファイル変化量と第１ＦＦ制御部５００−１の予測手段５０４−１で演算された板プロファイル誤差から新たな板プロファイル誤差を予測する予測手段５０４−２から構成される。以下、第３…第ｎＦＦ制御部５００−３〜５００−ｎも同様の構成である。

以上のようにして、領域分割手段５０１と、操作量演算手段５０２と、モデル５０３と、予測手段５０４で構成される各スタンドに対応するＦＦ制御部５００は、前のスタンドのＦＦ制御部５００で予測された最終出側のプロファイル誤差を入力とし、各スタンドのプロファイル操作部１０２の各操作量と各スタンドより上流側のプロファイル操作部102を操作した場合に得られる最終スタンド出側の板プロファイル誤差を出力する。

図３は、本発明の第３実施形態に係るプロファイル制御装置の構成図である。本実施形態は、図１，図２に示した２つの実施形態を融合させたものであり、フィードフォワード制御とフィードバック制御によりプロファイル制御を行う。このプロファイル制御装置は、図１に示すフィードバック制御型のプロファイル制御装置と、図２に示すフィードフォワード制御型のプロファイル制御装置の両者を両方備えると共に、更に、両方の操作量を融合させる演算手段８００−１〜ｎと、各フィードバック制御部３００−１〜ｎと各フィードフォワード制御部５００−１〜ｎで演算した操作量を、材料の同一点が通過するタイミングで、出力するように操作量の出力タイミングを図る制御タイミング調整手段2000から構成される。

次に、最終スタンド出側における板プロファイルの予測について述べる。

先ず、あるスタンドの入側板プロファイルと出側板プロファイルの関係は、次の数１で記述できる。

このとき、上記の関係をまとめると、第１スタンドの入側プロファイルと最終スタンドの出側プロファイルの関係は次の数２のように記述できる。

以上のモデルにおいて、各スタンドのプロファイル操作部１０２を操作した場合、ワークロール間隔分布Ｓ（ｚ）が変化したり、圧延荷重分布Ｐ（ｚ）が変化して最終スタンドの出側プロファイルが変化する。

例えば、プロファイル操作部でベンディング力を変更すると、荷重分布が変化し、ワークロールの形を変更すると、ワークロール間隔分布が変化する。従って、プロファイル操作部１０２の操作とワークロール間隔分布と圧延荷重分布の変化を予めモデル化しておけばよい。つまり各スタンド毎に次のような数３の関係を予め調べておけばよい。

上記のモデルを用いれば、最終スタンドの出側プロファイルが予測できる。例えば、入側プロファイルが変化し、そのときプロファイル操作部１０２で操作をしない場合の出側プロファイル誤差は、次の数４のモデルで予測される。

また、入側プロファイル変化がなく、第ｉスタンドのプロファイル操作部１０２−ｉのみ操作した場合の最終スタンド出側プロファイル誤差は次の数５で示されるモデルで計算できる。

図４は、上述した実施形態における領域分割手段の役割についての説明図である。図４には、板中央から板幅方向の端部までのプロファイル断面を示している。圧延プロセスでは、複数のスタンドで順次圧延していくため、各スタンドでの圧延材の板厚や硬さは各スタンド毎に異なり、これに伴い、圧延状態も異なる。このため、各スタンドのプロファイル操作部１０２を操作することで板プロファイルを変化させることが可能な範囲（領域）が異なる。例えば、図４に示すように、第１スタンドを通過するときの材料の板厚はまだ厚く、加工硬化（加圧すると材料が硬化する。）の影響が小さい。この段階では、プロファイル操作部１０２−１を操作して板プロファイルを修正できる領域は、板端から比較的板中央付近までとなる。つまり、図４の上側に示したように、第１スタンドでのプロファイル修正可能領域Ａ１としてかなり広い領域が存在する。

これに対し、後ろのスタンドほど、板厚が薄くなりしかも加工硬化による影響が進むため、プロファイル操作部１０２をいくら操作しても板中央付近のプロファイルは修正できず、板端部でのプロファイルしか修正できない。従って、第２スタンドのプロファイル操作部１０２−２が修正できる領域Ａ２は、図２の上段に示す様に、第１スタンド修正可能領域Ａ１よりも板端側に狭くなっている。同様に、第ｎスタンドでは更にプロファイル修正可能領域Ａｎは板端側に狭くなる。このように、出側のスタンドになるに従い、プロファイル操作部１０２により修正できる領域は板端側に遍在してくるため、板中央に近い領域を修正するには、入側のスタンドで修正する必要がある。

そこで、本実施形態では、第１スタンドでのプロファイル操作部１０２−１でしかプロファイル修正ができない領域（図４の下段の領域Ｂ１）については、その領域を第１スタンドの専用修正領域とし、第１スタンドの操作演算手段はこの領域Ｂ１のみのプロファイル制御だけを考慮して演算を行い操作量を求める。この場合、第１スタンドの操作によりプロファイル制御を行うと、当然のことながら、実際にプロファイルが修正されるのは専用修正領域Ｂ１だけでなく、第１スタンドの修正可能領域Ａ１全体に影響が生じる。そこで、修正領域Ｂ１以外の領域（Ａ１−Ｂ１）については、第１スタンドの操作により生じるプロファイルの変化を考慮して、第２スタンド以下で修正するように、各スタンドの操作量を演算して求める。即ち、第２スタンドでは、第１スタンド修正可能領域Ａ１を除き、第２スタンドでのプロファイル操作部１０２−２でしかプロファイル修正ができない領域Ｂ２について、その領域を第２スタンドの専用修正領域とし、第２スタンドの操作演算手段は、詳細は後述するように、この領域Ｂ２のみのプロファイル制御の操作量を求める。この場合、第１スタンドによるプロファイル修正の影響を考慮してこの領域Ｂ１における第２スタンドの操作量を求める。以下、第３〜第ｎスタンドでも同様に夫々の専用の修正領域Ｂ３〜Ｂｎを割り当てて、夫々の操作量を求める。

図５は、図１に示したフィードバック制御型のプロファイル制御装置における処理手順を示すフローチャートである。この実施形態の場合、ある時間周期毎に操作を行う離散時間制御であり、先ず、ある時間タイミングで制御演算を開始する（Ｓ−ＦＢ０）。制御演算を開始すると、先ず、最終スタンドに設置されている板プロファイル計測装置から送られて来るプロファイルデータを取り込む（Ｓ−ＦＢ１）。プロファイルデータの計測が終わると、最終スタンド出側での目標プロファイルと実際に計測されたプロファイルデータとの偏差を計算する（Ｓ−ＦＢ２）。次に、対象とするスタンド番号を“１”に設定する（Ｓ−ＦＢ３）。

次に、ステップＳ−ＦＢ２で求めたプロファイル偏差データから、第１スタンドのプロファイル修正領域Ｂ１におけるプロファイル偏差データを取り出す（Ｓ−ＦＢ４）。そして、修正領域Ｂ１でのプロファイル偏差を取り除くような第１スタンドのプロファイル操作量を計算する（Ｓ−ＦＢ５）。

ここでの操作量の計算は、例えば、先ほど示したプロファイル予測モデルを用い、次の数６を満足する操作量を求めればよい。

次に、第１スタンドのプロファイル操作量の計算をした後、その操作量でプロファイル操作した場合に最終スタンド出側における板プロファイル誤差を予測し、その予測したプロファイル誤差とステップＳ−ＦＢ２で演算したプロファイル偏差データから、第１スタンドのプロファイル操作をした場合に生じる最終スタンド出側での目標プロファイルに対するプロファイル偏差を計算する（Ｓ−ＦＢ６）。そして、このステップＳ−ＦＢ６で計算したプロファイル偏差を新たなプロファイル偏差データとする（Ｓ−ＦＢ７）。以上までが第１スタンドに関する演算で、次にスタンド番号ｉをインクリメントして第２スタンドの演算に移る（Ｓ−ＦＢ９）。

以上の手順を繰り返すことで、第１スタンドから最終スタンドまでのプロファイル操作量を全て計算し、最終スタンドの計算が終わると、再び次の制御演算開始のタイミングまで待ち、再びこの手順を繰り返し行う（Ｓ−ＦＢ８）。

図６は、図２に示したフィードフォワード制御型のプロファイル制御装置における処理手順を示すフローチャートである。この実施形態の場合も、ある時間周期毎に操作を行う離散時間制御であり、先ず、ある時間タイミングで制御演算を開始する（Ｓ−ＦＦ０）。制御演算が開始すると、第１スタンド入側に設置されている板プロファイル計測装置から送られてきるプロファイルデータを取り込む（Ｓ−ＦＦ１）。プロファイルデータの計測が終わると、前の周期で計測したプロファイルデータとステップＳ−ＦＦ１で今回に計測されたプロファイルデータの変化量を計算する（Ｓ−ＦＦ２）。そして、ステップＳ−
ＦＦ２で計算した変化量が存在した場合の、最終スタンド出側のプロファイル誤差を予測する（Ｓ−ＦＦ３）。そして、この予測を行ってから、最初に第１スタンドの操作量を計算すべく、スタンド番号ｉを“１”にする（Ｓ−ＦＦ４）。

次に、先程述べたように、第１スタンドのプロファイルを行う修正領域Ｂ１のプロファイル偏差データを取り出す（Ｓ−ＦＦ５）。そして、前ステップで取り出したプロファイル偏差を取り除くような第１スタンドのプロファイル操作量を計算する（Ｓ−ＦＦ６）。ここでの操作量は、先程示したフィードバック制御型のプロファイル操作量と同じように計算することができる。

第１スタンドのプロファイル操作量の計算をした後、その操作量でプロファイル操作した場合の最終スタンド出側における板プロファイル誤差を予測し、その予測したプロファイル誤差とステップＳ−ＦＦ３で予測したプロファイル変化量とから、第１スタンドのプロファイル操作をした場合に生じる最終スタンド出側での目標プロファイルに対するプロファイル偏差を計算する（Ｓ−ＦＦ７）。そして、ステップＳ−ＦＦ７で計算したプロファイル偏差を新たなプロファイル偏差データとする（Ｓ−ＦＦ８）。以上までが第１スタンドに関する演算であり、次にステップＳ−ＦＦ１０に進み、スタンド番号ｉをインクリメントして第２スタンドにおける演算に進む。

以上の手順を繰り返すことで、第１スタンドから最終スタンドまでのプロファイル操作量を全て計算し、最終スタンドの計算が終わると、再び次の制御演算開始のタイミングまで待ち、この手順を繰り返し行う（Ｓ−ＦＦ９）。なお、各操作量の出力タイミングは、各スタンドを材料の同一点が通過するタイミングで行う。

図７は、フィードバック制御部の別実施形態における構成図である。この実施形態におけるフィードバック制御部３００−ｉは、領域分割手段３０１−ｉと、第ｉスタンド操作量演算手段３０２−ｉと、モデル３０３−ｉと、予測手段３０４−ｉとに加え、操作量判定手段３０５−ｉを設けている。この操作量判定手段３０５−ｉは、前のスタンドの制御部３００−（ｉ−１）からプロファイル操作部に出力された操作量と、自スタンドの制御のために演算した操作量との差を求めこの差が制限値以上あるか否かを判定し、制限値以上のときは演算した操作量をこの制限値に制限した値を実際の操作量として出力する。モデル３０３−ｉは、この制限された新たな操作量をもとに予測する。

図８は、フィードフォワード制御部の別実施形態における構成図である。この実施形態におけるフィードフォワード制御部５００−ｉは、領域分割手段５０１−ｉと、第ｉスタンド操作量演算手段５０２−ｉと、モデル５０３−ｉと、予測手段５０４−ｉとに加え、操作量判定手段５０５−ｉを設けている。この操作量判定手段５０５−ｉは、前のスタンドの制御部５００−（ｉ−１）からプロファイル操作部に出力された操作量と、自スタンドの制御のために演算した操作量との差を求めこの差が制限値以上あるか否かを判定し、制限値以上のときは演算した操作量をこの制限値に制限した値を実際の操作量として出力する。モデル５０３−ｉは、この制限された新たな操作量をもとに予測する。

図９は、本発明の第４実施形態に係るプロファイル制御装置の構成図である。この実施形態は、フィードバック型であり、図１のプロファイル制御装置と同様に、最終スタンドの出側に設けたプロファイル計測手段２０２で計測した板の幅方向のプロファイルと目標プロファイルとの偏差を求める誤差演算部４００と、各スタンドのプロファイル操作部
１０２の操作量を演算するフィードバック制御部３００とを備えると共に、これに加え、誤差演算部４００で演算したプロファイル偏差を記憶するプロファイル記憶手段１１００と、各スタンドのフィードバック制御部３００で演算した操作量を記憶する操作量記憶手段１０００と、各操作量で操作した場合の最終スタンドにおけるプロファイル予測値から制御の善し悪しを判定し、フィードバック制御部３００を調整するプロファイル判定手段９００とを設けている。

プロファイル記憶手段１１００は、誤差演算部４００で演算されたプロファイルの偏差が記憶される。そして、この偏差をもとに、フィードバック制御部３００が操作量を演算する。最終スタンドまでの操作量がフィードバック制御部３００で演算されると、最終スタンドでのプロファイル偏差の予測値が得られる。プロファイル判定手段９００は、判定部９１０と、修正手段９２０と、演算制御手段９３０とを備える。判定部９１０は、最終スタンドプロファイル偏差予測値を入力とし、予測誤差が予め設定した許容値内にあるか否かを判定する。判定結果は演算制御手段９３０に送られ、プロファイル予測値が許容値内であれば、演算制御手段９３０が操作量記憶手段１０００に記憶されている操作量によってプロファイル操作部１０２を操作する。

一方、許容値内でないと判定されると、演算制御手段９１０は修正手段９２０に各フィードバック制御部３００の領域分割の範囲を変更させる。そして、プロファイル記憶手段１１００に記憶してあるプロファイル偏差値を用い、変更された分割領域のもとで、更にフィードバック制御部３００で操作量を計算させる。以上のことを繰り返し、プロファイル偏差予測値が許容値内になるまで操作量を計算する。このとき、修正手段９１０は、フィードバック制御部３００の分割領域の変更の他に、操作量の制限値（量）を変更することもできる。

図１０は、本発明の第５実施形態に係るプロファイル制御装置の構成図である。この実施形態は、フィードフォワード型であり、図２のプロファイル制御装置と同様に、第１スタンドの入側に設けたプロファイル計測手段２０１で計測した板幅方向のプロファイルの変化量を求める変化量演算部６００と、この変化量演算部６００の結果から最終スタンドの出側のプロファイルを予測する最終プロファイル予測手段７００と、各スタンドのプロファイル操作部１０２の操作量を演算するフィードフォワード制御部５００とを備えると共に、これらに加えて、各スタンドのフィードフォワード制御部５００で演算した操作量を記憶する操作量記憶手段１３００と、各操作量で操作した場合の最終スタンドにおけるプロファイル予測値から制御の善し悪しを判定しフィードフォワード制御部５００を調整するプロファイル判定手段１２００と設けている。

最終プロファイル予測手段７００には、変化量演算手段６００で演算されたプロファイル変化量が記憶される。そして、この予測手段７００に記憶されたプロファイル変化量をもとに、フィードフォワード制御部５００が操作量を演算する。最終スタンドまでの操作量がフィードフォワード制御部５００で演算されると、最終スタンドでのプロファイル偏差の予測値が得られる。プロファイル判定手段１２００は、判定部１２１０と、修正手段１２２０と、演算制御手段１２３０を備える。判定部１２１０では、最終スタンドプロファイル偏差予測値を入力とし、予測誤差が予め設定した許容値内にあるかを判定する。判定結果は、演算制御手段１２３０に送られ、プロファイル予測値が許容値内であれば、演算制御手段１２３０が、操作量記憶手段１３００に記憶されている操作量によってプロファイル操作部１０２を操作する。

一方、許容値内でないと判定されると、演算制御手段１２１０は、修正手段１２２０に、各フィードフォワード制御部５００の領域分割の範囲を変更させる。そして、最終プロファイル予測手段７００に記憶してあるプロファイル変化量を用い、変更された分割領域のもとで、更にフィードフォワード制御部５００で操作量を計算する。以上のことを繰り返し、プロファイル偏差予測値が許容値内になるまで操作量を計算する。このとき、修正手段１２１０は、フィードフォワード制御部５００の分割領域の変更の他に、操作量の制限値（量）を変更することもできる。

図１１は、図９に示したプロファイル制御装置の処理手順を示すフローチャートである。あるサンプリング間隔で制御を行うとすると、サンプリングのトリガーで最終スタンドの出側プロファイルを計測する（ＮＳ−ＦＢ１）。次に、計測した出側プロファイルと目標プロファイルとからプロファイル偏差を演算する（ＮＳ−ＦＢ２）。そして、まず、スタンド番号ｉを“１”として第１スタンドを指定し（ＮＳ−ＦＢ３）、前のステップＮＳ−ＦＢ２で得られたプロファイル偏差の中から、第１スタンドの修正領域Ｂ１における偏差データを切り出す（ＮＳ−ＦＢ４）。切り出した修正領域Ｂ１における偏差データに対して第１スタンドの操作量を計算する（ＮＳ−ＦＢ５）。次に、この計算された操作量とプロファイル偏差データとから最終スタンドでのプロファイルの変化値を予測し（ＮＳ−ＦＢ６）、予測したプロファイル偏差データを偏差データとする（ＮＳ−ＦＢ７）。

以上のことを最終スタンドまで繰り返し、全部のスタンドの操作量を計算する。全スタンドの操作量を計算すると、求めた操作量による最終スタンドでのプロファイル偏差予測値を計算する（ＮＳ−ＦＢ１０）。このプロファイル偏差予測値が予め設定したプロファイル偏差許容値以内である場合は、求めた操作量で制御を行い（ＮＳ−ＦＢ１３）、ステップＮＳ−ＦＢ０に戻る。ここで、プロファイル偏差予測値が許容値内でない場合は、各スタンドの操作量を演算するときに、分割する領域の範囲を変更したり、各スタンドの操作量制限値を変更する（ＮＳ−ＦＢ１２）。そして、ステップＮＳ−ＦＢ３に戻って最初のスタンドから操作量を計算する。以上を繰り返し、予測プロファイル偏差が許容値内に納まるような操作量を決定する。但し、予め操作量制限の最大値を決めておき、最大値以上の場合は、強制的に繰り返しループから抜け、記憶してある操作量でプロファイル操作部を操作する。各プロファイル操作部を操作するタイミング、即ち、同一制御周期で計算した各スタンドの操作量の出力タイミングは、材料の同一点が各スタンドを通過するタイミングとする。尚、この手順と同様の手順により、図１０に示すフィードフォワード型の制御も行うことができる。

図１２は、制御タイミング調整手段２０００による各スタンドへの操作タイミングの様子を示した模式図である。予め各スタンドの操作量は計算されており、フィードフォワード制御部５００の場合は、入側プロファイル計測手段２０１で計測した制御点が第１スタンドに到達するタイミングで第１スタンドのフィードフォワード操作量で操作手段を制御する。この制御点は、圧延速度に応じた移送時間後に第２スタンドに到達するので、そのタイミングで第２スタンド操作量を出力する。このようにして、スタンド間の移送時間を考慮して制御タイミング調整手段が各スタンドに対応する操作量を出力する。

図１３は、制御タイミング調整手段２０００による各スタンドへの操作タイミングの別の様子を示した模式図である。ここでは、操作手段の応答遅れを考慮して予見制御の要領で制御点が各スタンドに到達する前から各スタンドの操作量を出力する。この操作量の出力タイミングは、例えば、操作手段の応答遅れ分に相当する時間だけ早めにする。これにより、操作手段の応答の特性を考慮して最適な操作を行うことができる。

このように、上述した実施形態では、各スタンドが受け持つプロファイル修正領域が互いに重ならないよう分割し、各スタンドは自身が担当する領域のプロファイル修正についてだけを考慮してその操作量を算出し、その操作量による他の領域への影響については影響を受ける領域を担当するスタンド側で考慮する構成としたため、オンラインでの制御演算が可能となる。

本発明の第１実施形態に係るフィードバック型のプロファイル制御装置の構成図である。 本発明の第２実施形態に係るフィードフォワード型のプロファイル制御装置の構成図である。 本発明の第３実施形態に係るフィードバック型および＋フィードフォワード型の両方の機能を備えるプロファイル制御装置の構成図である。 領域分割の働きを説明する図である。 図１に示すプロファイル制御装置の処理手順を示すフローチャートである。 図２に示すプロファイル制御装置の処理手順を示すフローチャートである。 図１に示すフィードバック制御部の別実施形態に係る内部構成概略図である。 図２に示すフィードフォワード制御部の別実施形態に係る内部構成概略図である。 本発明の第４実施形態に係るフィードバック型のプロファイル制御装置の構成図である。 本発明の第５実施形態に係るフィードフォワード型のプロファイル制御装置の構成図である。 図９に示すプロファイル制御装置の処理手順を示すフローチャートである。 制御タイミング調整手段による各スタンドへの制御タイミングの説明図である。 制御タイミング調整手段による各スタンドへの制御タイミングの別実施形態の説明図である。

符号の説明

１００…タンデム圧延機、１０１…各スタンドの圧延機、２０１，２０２…プロファイル計測手段、１０２…プロファイル操作部、３００…各スタンドのフィードバック制御部、３０１，５０１…領域分割手段、３０２，５０２…操作量演算手段、３０３，５０３…モデル、３０４，５０４…予測手段、４００…誤差演算部、５００…各スタンドのフィードフォワード制御部、６００…変化量演算部、７００…最終プロファイル予測手段、800…演算手段、９００，１２００…プロファイル判定手段、１０００，１３００…操作量記憶手段、２０００…制御タイミング調整手段。

Claims (12)

1. 各々が圧延材の幅方向のプロファイルを修正するプロファイル操作部を有する複数の圧延機（以下、各圧延機をスタンドという。）と、最終スタンド出側のプロファイルを計測するプロファイル計測手段と、該プロファイル計測手段による計測値と目標プロファイルとの差を演算する誤差演算部と、該誤差演算部で演算したプロファイルの差を入力として或るスタンドのプロファイル操作部の操作量および該操作量による最終スタンド出側のプロファイル誤差予測値を出力する第１のフィードバック制御部と、該第１のフィードバック制御部で予測した最終スタンド出側のプロファイル誤差予測値を入力として前記の或るスタンドの次段のスタンドのプロファイル操作部の操作量および該操作量による最終スタンド出側のプロファイル誤差予測値を出力する第２のフィードバック制御部と、前記第１および第２の該フィードバック制御部から出力される操作量の出力タイミングを調整する制御タイミング調整手段とを備えることを特徴とするプロファイル制御装置。
2. 各々が圧延材の幅方向のプロファイルを修正するプロファイル操作部を有する複数の圧延機（以下、各圧延機をスタンドという。）と、最初のスタンド入側のプロファイルを計測するプロファイル計測手段と、該プロファイル計測手段による計測値からある時間毎の変化量を計算する変化量演算部と、該変化量演算部で演算した入側のプロファイル変化量を入力として最終スタンドの出側でのプロファイル変化量の予測値を演算する最終プロファイル予測手段と、該最終プロファイル予測手段で演算した最終スタンド出側のプロファイル変化量を入力として或るスタンドのプロファイル操作部の操作量および該操作量による最終スタンド出側のプロファイル変化量予測値を出力する第１のフィードフォワード制御部と、該第１のフィードフォワード制御部で予測した最終スタンド出側のプロファイル変化量を入力として前記の或るスタンドの次段のスタンドのプロファイル操作部の操作量および該操作量による最終スタンド出側のプロファイル変化量予測値を出力する第２のフィードフォワード制御部と、前記第１および第２のフィードフォワード制御部から出力される操作量の出力タイミングを調整する制御タイミング調整手段とを備えることを特徴とするプロファイル制御装置。
3. 請求項１記載の構成と、請求項２記載の構成の両方を備えることを特徴とするプロファイル制御装置。
4. 請求項１において、前記各フィードバック制御部は、前記誤差演算部で演算された最終スタンド出側のプロファイル誤差量または前のスタンドのフィードバック制御部から出力される最終スタンド出側のプロファイル誤差予測値を入力とし、該プロファイル誤差の幅方向の誤差データから各スタンド毎の専用領域における誤差データを取り出す領域分割手段と、該領域分割手段で取り出した誤差データを修正するために当該専用領域に対応するスタンドの前記プロファイル操作部の操作量を演算する操作量演算手段と、該操作量演算手段によって演算した前記操作量を入力とし該操作量による最終スタンド出側で修正されるプロファイルを計算するモデルと、前記モデルで計算された修正プロファイルと前段のスタンドにおけるフィードバック制御部が出力する最終スタンド出側のプロファイル誤差とを入力として最終スタンド出側のプロファイル誤差を予測する予測手段とを備えることを特徴とするプロファイル制御装置。
5. 請求項２において、前記各フィードフォワード制御部は、最終プロファイル予測手段で演算された最終スタンド出側のプロファイル変化量予測値または前のスタンドのフィードフォワード制御部が出力する最終スタンド出側のプロファイル変化量予測値を入力とし、プロファイル誤差の幅方向の誤差データから各スタンド毎の専用領域における誤差データを取り出す領域分割手段と、該領域分割手段で取り出した誤差データを修正するための当該専用領域に対応するスタンドのプロファイル操作部の操作量を演算する操作量演算手段と、該操作量演算手段によって演算した操作量を入力とし該操作量による最終スタンド出側で修正されるプロファイル量を計算するモデルと、該モデルで計算された修正プロファイル量と前段のスタンドのフィードバック制御部から出力される最終スタンド出側のプロファイル誤差を入力として最終スタンド出側のプロファイル誤差を予測する予測手段とを備えることを特徴とするプロファイル制御装置。
6. 請求項３におけるフィードバック制御部およびフィードフォワード制御部が、それぞれ、請求項４記載のフィードバック制御部、請求項５記載のフィードフォワード制御部であることを特徴とするプロファイル制御装置。
7. 圧延材の幅方向のプロファイルを各々がプロファイル操作部を有する複数の圧延機（以下、各圧延機をスタンドという。）で修正し、最終スタンド出側のプロファイルをプロファイル計測手段で計測するタンデム圧延機のプロファイル制御方法において、最終スタンド出側のプロファイル計測値と目標プロファイルとの誤差を演算し、該演算したプロファイル誤差を取り除くように或るスタンドのプロファイル操作部の操作量を演算し、該操作量で前記或るスタンドのプロファイル操作部を操作した場合の最終スタンド出側のプロファイル誤差の予測値を計算し、該予測した最終スタンド出側のプロファイル誤差予測値を取り除くように前記の或るスタンドの次段のスタンドのプロファイル操作部の操作量を演算し、該操作量で前記次段のプロファイル操作部を操作した場合の最終スタンド出側のプロファイル誤差予測値を計算するという処理を最終スタンドまで行うことを特徴とするプロファイル制御方法。
8. 圧延材の幅方向のプロファイルを各々がプロファイル操作部を有する複数の圧延機（以下、各圧延機をスタンドという。）で修正し、最初のスタンド入側のプロファイルをプロファイル計測手段で計測するタンデム圧延機のプロファイル制御方法において、最初のスタンドの入側のプロファイル計測値からある時間毎の変化量を計算し、該演算した入側のプロファイル変化量により生じる最終スタンド出側でのプロファイル変化量の予測値を演算し、該演算した最終スタンド出側のプロファイル変化量を打ち消すような或るスタンドのプロファイル操作部の操作量を演算し、該操作量によって生じる最終スタンド出側のプロファイル変化量予測値を演算し、該予測した最終スタンド出側のプロファイル変化量を打ち消すような前記の或るスタンドの次段のスタンドのプロファイル操作部の操作量を演算し、該操作量によって生じる最終スタンド出側のプロファイル変化量予測値を演算するという処理を最終スタンドまで行うことを特徴とするプロファイル制御方法。
9. 請求項７記載のプロファイル制御方法と請求項８記載のプロファイル制御方法の両方を行うことを特徴とするプロファイル制御方法。
10. 請求項７乃至請求項９のいずれかにおいて、各スタンドでの操作量の演算では、演算された最終スタンド出側のプロファイル誤差量または前のスタンドで演算した最終スタンド出側のプロファイル誤差予測値の幅方向のデータから、各スタンド毎の専用領域における誤差データを取り出し、前記専用領域における誤差データを修正するための操作量を演算し、該操作量で操作した場合に最終スタンド出側で得られるプロファイル予測値を計算し、該計算したプロファイル予測値と前のスタンドで演算されたあるいは計測した最終スタンド出側のプロファイル誤差から最終スタンド出側のプロファイル誤差を予測することを特徴とするプロファイル制御方法。
11. 請求項４乃至請求項６のいずれかにおいて、フィードバック制御部およびフィードフォワード制御部で演算した各操作量のもとでの最終スタンド出側のプロファイルの予測値と目標プロファイルの誤差を再判定し予測誤差が許容値である場合には前記演算した操作量で制御させる判定部と、該判定部の判定結果が許容値でない場合には前記各スタンド毎に分割された専用領域の範囲を修正する修正手段とを備えることを特徴とするプロファイル制御装置。
12. 請求項１０において、フィードバック制御およびフィードフォワード制御で演算した各操作量のもとでの最終スタンド出側のプロファイルの予測値と目標プロファイルの誤差を再判定し、予測誤差が許容値である場合には前記演算した操作量で制御させ、許容値でない場合には専用領域の範囲を修正し、再度操作量を演算することを特徴とするプロファイル制御方法。
    

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