JP2005028435A - Strip width control method for continuous rolling mill - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enable a strip width control with a superior stability and accuracy. <P>SOLUTION: In the strip width control method of a continuous rolling mill with a plurality of rolling stands, a plurality of strip width estimation models are prepared. At least one out of the plurality of strip width estimation models is selected taking account of an entry tension, and then a delivery strip width on the stand is calculated based on the selected strip width estimation model. An evaluation function taking the calculated delivery strip width as a parameter is established, and the entry tension of the stand at each estimation time is calculated so as to minimize the evaluation function through the entire estimation period. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、連続圧延機の板幅制御方法に関するものである。   The present invention relates to a sheet width control method for a continuous rolling mill.

従来から、薄鋼板等の圧延材は、加熱されたスラブを連続圧延機に導入して、複数の圧延スタンドで連続的に圧延することで製造されており、各スタンド間には、スタンド入側での張力を調整するためのルーパ等が備えられており、このルーパにより張力を調整することで、圧延材の板幅等を制御するようにしていた(張力制御系)。
このような張力制御系は、それ自体複雑であると共に、板厚制御系等と相互に連携し複雑な制御系を構成していた。ゆえに、従来から、張力制御系をコントロールして板幅等を制御する際にはPID制御法や最適制御法等の手法が用いられていた。
Conventionally, a rolled material such as a thin steel plate has been manufactured by introducing a heated slab into a continuous rolling mill and continuously rolling it with a plurality of rolling stands. A looper or the like for adjusting the tension in the sheet is provided, and the sheet width or the like of the rolled material is controlled by adjusting the tension with the looper (tension control system).
Such a tension control system is complex per se and forms a complex control system in cooperation with the plate thickness control system. Therefore, conventionally, techniques such as the PID control method and the optimal control method have been used to control the plate width and the like by controlling the tension control system.

例えば、特許文献1に記載の板幅制御方法は、粗圧延後の圧延材の板幅時系列データと、仕上げ圧延後の板幅時系列データと、単一の動的モデルに基づいて、それら時系列データ及び動的モデルに対する評価関数が最小となるように仕上げ圧延の圧延条件を設定するものとなっていた。
特許第3175560号公報 (第2〜5頁、図1)
For example, the sheet width control method described in Patent Document 1 is based on the sheet width time series data of the rolled material after rough rolling, the sheet width time series data after finish rolling, and a single dynamic model. The rolling conditions for finish rolling are set so that the evaluation function for the time series data and the dynamic model is minimized.
Japanese Patent No. 3175560 (Pages 2-5, FIG. 1)

しかしながら、圧延スタンドで圧延される圧延材においては、板幅変動と張力変動との間には、例えば、圧延荷重と板厚との関係に見られる線形性はなく、強い非線形関係があることが周知となっている。
ゆえに、特許文献1のように、単一のモデルを用いて、連続圧延機の板幅制御を行おうとしても、非線形性の強い部分において、その精度が非常に悪いものとなり、板幅を安定して制御することが困難であった。
また、複数のモデルつまり複数の制御手段を用意し、これを切り換えて使用することも考えられるが、それぞれのモデルを統一的に取り扱うことができず、前記複数のモデルを切り換えたときに板幅制御が不安定となることがあった。
However, in a rolled material rolled on a rolling stand, there is no linearity seen in the relationship between the rolling load and the plate thickness, for example, between the plate width variation and the tension variation, and there may be a strong nonlinear relationship. It is well known.
Therefore, as in Patent Document 1, even if the sheet width control of the continuous rolling mill is performed using a single model, the accuracy is very poor in a portion where the nonlinearity is strong, and the sheet width is stabilized. It was difficult to control.
It is also conceivable to prepare a plurality of models, that is, a plurality of control means, and use them by switching them. However, each model cannot be handled uniformly, and the plate width is changed when the plurality of models are switched. Control could become unstable.

そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、非線形性の強い圧延材の張力変動と板幅変動との関係を複数の板幅予測モデルを用いて表現し、かかる複数の板幅制御モデルを用いることで安定で且つ精度のよい板幅制御を可能とする連続圧延機の板幅制御方法を提供することを目的とする。   Therefore, in view of the above problems, the present invention expresses the relationship between tension fluctuation and sheet width fluctuation of a highly nonlinear rolled material using a plurality of sheet width prediction models, and uses such a plurality of sheet width control models. It is an object of the present invention to provide a sheet width control method for a continuous rolling mill that enables stable and accurate sheet width control.

前記目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
すなわち、本発明における課題解決のための技術的手段は、複数の圧延スタンドで圧延材に張力をかけながら圧延する連続圧延機で、当該スタンドの出側板幅の実績値と目標値との偏差をなくすように、当該スタンドの入側張力を制御する連続圧延機の板幅制御方法において、当該スタンドの出側板幅と入側張力とをパラメータとする板幅予測モデルを入力張力レベルに応じて複数設定し、この複数の板幅予測モデルから入側張力に応じて少なくとも1つを選択し、選択された板幅予測モデルを用いて、将来の複数の予測時刻における当該スタンドの出側板幅を算出し、前記算出された出側板幅をパラメータとする評価関数を設定して、予測時間全体に亘って当該評価関数が最小となるように、各予測時刻における当該スタンドの入側張力を算出し、前記算出された入側張力を当該スタンドの入側張力とすることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention takes the following technical means.
That is, the technical means for solving the problems in the present invention is a continuous rolling mill that performs rolling while applying tension to the rolled material at a plurality of rolling stands, and the deviation between the actual value and the target value of the exit side plate width of the stand is calculated. In the sheet width control method of the continuous rolling mill for controlling the entry side tension of the stand so as to eliminate, a plurality of sheet width prediction models using the exit side sheet width and the entry side tension of the stand as parameters are set according to the input tension level. Set and select at least one of the plurality of plate width prediction models according to the entry side tension, and calculate the exit side plate width of the stand at a plurality of future prediction times using the selected plate width prediction model Then, by setting an evaluation function using the calculated exit side plate width as a parameter, the entry side tension of the stand at each prediction time is set so that the evaluation function is minimized over the entire prediction time. Out, the calculated entry side tension, characterized in that the inlet side tension of the stand.

この技術的手段によれば、連続圧延機において、従来のように複数の制御手段(モデル)を切り換えることなく、入側張力に応じて複数の板幅予測モデルの1つを選択し、それを用いて将来の複数の予測時刻における当該スタンドの出側板幅を算出し、この出側板幅をパラメータとする評価関数が最小となるように求められた入側張力を当該圧延スタンドの入側張力とすることで、安定で且つ精度のよい板幅制御を行うことが可能となる。
詳しくは、圧延中に入側張力のレンジが変化した場合であっても、入側張力に応じた板幅予測モデルを使用して出側板幅及び入側張力を予測するため、常に安定且つ応答性の高い板幅制御が実現できるようになる。
According to this technical means, in a continuous rolling mill, one of a plurality of sheet width prediction models is selected according to the entry side tension without switching a plurality of control means (models) as in the prior art. Using this, the exit side plate width of the stand at a plurality of predicted times in the future is calculated, and the entry side tension obtained so that the evaluation function with the exit side plate width as a parameter is minimized is defined as the entry side tension of the rolling stand. This makes it possible to perform stable and accurate plate width control.
Specifically, even if the range of the inlet side tension changes during rolling, the plate width prediction model corresponding to the inlet side tension is used to predict the outlet side plate width and the inlet side tension. It is possible to realize highly efficient plate width control.

また、本発明における課題解決のための技術的手段は、前記評価関数は、出側板幅の予測値と目標値との偏差の二乗積分をパラメータとして有していることを特徴とする。
この技術的手段によれば、出側板幅の予測値と目標値との偏差の二乗積分をパラメータとした評価関数を設定し、この評価関数が最小となるように、各予測時刻における当該スタンドの入側張力を算出することで、安定で且つ精度のよい板幅制御を行うことが可能となる。
また、本発明における課題解決のための技術的手段は、前記板幅予測モデルに、現時刻での出側板幅と入側張力とを入力することで、複数の予測時刻における当該スタンドの出側板幅を算出することを特徴とする。
Further, the technical means for solving the problems in the present invention is characterized in that the evaluation function has a square integral of a deviation between a predicted value of the delivery side plate width and a target value as a parameter.
According to this technical means, an evaluation function is set with the square integral of the deviation between the predicted value of the exit side plate width and the target value as a parameter, and the stand of each stand at each predicted time is minimized so that this evaluation function is minimized. By calculating the entry side tension, it is possible to perform stable and accurate plate width control.
Further, the technical means for solving the problem in the present invention is that the exit side plate of the stand at a plurality of prediction times is input to the plate width prediction model by inputting the exit side plate width and the entrance side tension at the current time. The width is calculated.

この技術的手段によれば、現時刻での出側板幅と入側張力とを基にして、当該スタンドの出側板幅を予測することができるようになる。
また、本発明における課題解決のための技術的手段は、前記予測された入側張力のうち、次時刻における入力張力を当該スタンドの入力張力とすることを特徴とする。
この技術的手段によれば、予測された入側張力時系列データ中、次時刻の入側張力を圧延スタンドの入側張力として採用することで、安定で且つ精度のよい板幅制御を行うことが可能となる。
According to this technical means, the exit side plate width of the stand can be predicted based on the exit side plate width and the entry side tension at the current time.
The technical means for solving the problems in the present invention is characterized in that, among the predicted entry side tensions, an input tension at the next time is set as an input tension of the stand.
According to this technical means, by adopting the incoming side tension at the next time as the incoming side tension of the rolling stand in the predicted incoming side tension time-series data, stable and accurate plate width control can be performed. Is possible.

また、本発明における課題解決のための技術的手段は、当該スタンドにおける入力張力と出側板幅変化量の関係を線形近似することで得られる近似直線の傾き量を算出して、前記板幅予測モデルを当該傾き量をパラメータとして有する線形式とすることを特徴とする。
この技術的手段によれば、板幅予測モデルを、当該スタンドにおける入力張力と出側板幅変化量の関係を反映した線形式とすることができる。
Further, the technical means for solving the problems in the present invention calculates the inclination amount of an approximate straight line obtained by linearly approximating the relationship between the input tension and the exit side plate width change amount in the stand, and predicts the plate width. The model is characterized in that it has a linear form having the amount of inclination as a parameter.
According to this technical means, the plate width prediction model can be in a line format reflecting the relationship between the input tension and the exit side plate width change amount in the stand.

本発明によれば、非線形性の強い圧延材の張力変動と板幅変動との関係を複数の板幅予測モデルを用いて表現し、かかる板幅制御モデルを用いることで、安定で且つ精度のよい板幅制御が可能となる。   According to the present invention, the relationship between the tension fluctuation and the board width fluctuation of a rolled material with strong nonlinearity is expressed using a plurality of board width prediction models, and by using such a board width control model, stable and accurate Good board width control is possible.

以下、本発明にかかる連続圧延機の板幅制御方法を、薄鋼板の熱間連続圧延機を例示して説明する。
薄鋼板等の圧延材は、加熱されたスラブ材をまず粗圧延スタンドに導入し、その後、連続圧延機である仕上げ圧延スタンドに導入することにより製造される。
各圧延スタンド間には、圧延材の長手方向の張力(以下、張力と呼ぶ)を調整するためのルーパ(張力調整手段)等が備えられいる。この張力調整手段により張力を調整することで、圧延材の板幅等を制御するようになっている。
Hereinafter, a sheet width control method for a continuous rolling mill according to the present invention will be described by exemplifying a hot continuous rolling mill for thin steel sheets.
A rolled material such as a thin steel plate is manufactured by first introducing a heated slab material into a rough rolling stand and then introducing it into a finishing rolling stand which is a continuous rolling mill.
Between each rolling stand, a looper (tension adjusting means) for adjusting the longitudinal tension (hereinafter referred to as tension) of the rolled material is provided. By adjusting the tension by this tension adjusting means, the sheet width of the rolled material is controlled.

図1は、連続圧延機1の構成の一部を示したものである。圧延スタンドAで圧延された圧延材2は、圧延材2の長手方向下流側に配置された圧延スタンドB(当該スタンド)でさらに圧延を施されるようになっており、両圧延スタンドA,B間には張力調整手段3であるルーパが設けられている。
ルーパ3には、圧延材2に接するルーパロール4が片持ち状に設けられており、その支点を中心として、ルーパロール4が圧延材2を持ち上げる方向に動くことが可能となっている。ルーパロール4が圧延材2を持ち上げて押圧することで、圧延材2の張力が増加することになり、ルーパ3は圧延材2の張力を調整可能となっている。
FIG. 1 shows a part of the configuration of the continuous rolling mill 1. The rolled material 2 rolled by the rolling stand A is further rolled by a rolling stand B (the corresponding stand) arranged on the downstream side in the longitudinal direction of the rolled material 2, and both rolling stands A, B A looper as the tension adjusting means 3 is provided between them.
The looper 3 is provided with a looper roll 4 in contact with the rolled material 2 in a cantilevered manner, and the looper roll 4 can move in the direction of lifting the rolled material 2 around its fulcrum. When the looper roll 4 lifts and presses the rolled material 2, the tension of the rolled material 2 increases, and the looper 3 can adjust the tension of the rolled material 2.

また、このルーパ3には荷重計や加速度計が取り付けてあり(図示せず)、これらからデータをもとに、現在の圧延スタンドB入側での張力すなわち入側張力を計測することが可能となっている。
圧延スタンドBの出側には、出側板幅を計測するための板幅計5が設置してあり、その計測データすなわち出側実績板幅は、連続圧延機1に設けられた制御手段6に入力され、後述の板幅制御方法に基づいて、次制御周期における入側張力を予測し、張力調整手段3を介して圧延スタンドBの入側張力とするようになっている。
In addition, a load meter and an accelerometer are attached to the looper 3 (not shown), and based on data from these, it is possible to measure the current tension on the entrance side of the rolling stand B, that is, the entrance side tension. It has become.
On the exit side of the rolling stand B, a sheet width meter 5 for measuring the sheet width on the exit side is installed, and the measurement data, that is, the actual sheet width on the exit side is stored in the control means 6 provided in the continuous rolling mill 1. Based on the plate width control method described later, the entry side tension in the next control cycle is predicted, and the entry side tension of the rolling stand B is set via the tension adjusting means 3.

前記制御手段6の中で処理される連続圧延機の板幅制御方法について、図2のブロック図、図3,図4のフローチャートに基づいて説明する。
図2に示す如く、本実施形態の板幅制御方法は、大きく、予測機能と張力決定機能とに分かれている。前記予測機能は、現在の出側板幅と、現在の入側張力と、将来の入側張力の時系列データとを入力とし、入側張力レベルに応じた複数の板幅予測モデル(詳細は後述)を用いて、将来の出側板幅の時系列データを求めるものである。
前記張力決定機能とは、前記複数の板幅予測モデルを用いて、前記予測された出側板幅をパラメータとした評価関数が最小になるように、将来の入側張力の時系列データを求めるものである。
The sheet width control method of the continuous rolling mill processed in the control means 6 will be described based on the block diagram of FIG. 2 and the flowcharts of FIGS.
As shown in FIG. 2, the plate width control method of the present embodiment is largely divided into a prediction function and a tension determination function. The prediction function receives a current exit side width, a current entry side tension, and time-series data of a future entry side tension, and inputs a plurality of sheet width prediction models according to the entry side tension level (details will be described later). ) To obtain time-series data of the future width of the delivery side plate.
The tension determination function is to obtain time-series data of the future entry side tension using the plurality of sheet width prediction models so that the evaluation function using the predicted exit side plate width as a parameter is minimized. It is.

以下、図3に基づいて、予測機能の処理手順について述べる。
まず、圧延スタンドBにおいて、現時刻(t=0)での出側実績板幅w(0)を板幅計5から、現時刻での入側実績張力σ(0)を張力調整手段3から取得する。(S31)
取得したw(0)とσ(0)とを基に、張力σ(0)に応じた板幅予測モデルを選択した上でそれを用い、1制御周期先すなわち次時刻(t=1)の出側予測板幅w(1)を算出するようにする。(S32)
ここで、制御周期は任意時間を採用することが可能であり、例えば、数十msecとするとよい。
Hereinafter, the processing procedure of the prediction function will be described based on FIG.
First, in the rolling stand B, the delivery side actual sheet width w (0) at the current time (t = 0) is obtained from the sheet width meter 5, and the entry side actual tension σ (0) at the current time is obtained from the tension adjusting means 3. get. (S31)
Based on the acquired w (0) and σ (0), a plate width prediction model corresponding to the tension σ (0) is selected and used, and one control cycle ahead, that is, the next time (t = 1). The exit predicted plate width w (1) is calculated. (S32)
Here, an arbitrary time can be adopted as the control cycle, and it may be set to several tens of milliseconds, for example.

前記処理ステップS31で使用した複数の板幅予測モデルは、[数1]の(1)〜(3)に示される3つの数式モデルであり、圧延スタンドBの出側板幅と入力張力とをパラメータ(変数)として含んでいる。[数1]の各式はそれぞれ、一つの状態方程式(x(t+1)=・・・)と出力方程式(w(t)=・・・)とから構成されている。   The plurality of sheet width prediction models used in the processing step S31 are three mathematical models shown in (1) to (3) of [Equation 1], and the exit side sheet width and input tension of the rolling stand B are parameters. It is included as (variable). Each equation of [Equation 1] is composed of one state equation (x (t + 1) =...) And an output equation (w (t) =...).

Figure 2005028435
Figure 2005028435

ここで、σは入側張力(kg/mm)、wは出側板幅(mm)、xは状態変数である。A1〜A3,b1〜b3,c1〜c3は係数行列であり、tは時刻である。
なお、係数bは、図5に示された近似直線(線形化モデル)の傾き量を示すものである。
図5は、圧延材の温度、板厚、移送速度を一定とした場合における、圧延スタンドで圧延される圧延材2の入力張力σ(t)と、板幅減少量Δw(t)との関係を示したものである。図からわかるように、両者は曲線で示される関係すなわち非線形関係を有しており、入側張力を増加させると出側板幅への影響が大きくなるようになっている。
Here, σ is the entry side tension (kg / mm), w is the exit side plate width (mm), and x is a state variable. A1 to A3, b1 to b3, c1 to c3 are coefficient matrices, and t is time.
The coefficient b indicates the amount of inclination of the approximate straight line (linearized model) shown in FIG.
FIG. 5 shows the relationship between the input tension σ (t) of the rolled material 2 rolled on the rolling stand and the plate width reduction amount Δw (t) when the temperature, thickness, and transfer speed of the rolled material are constant. Is shown. As can be seen from the figure, the two have a relationship indicated by a curve, that is, a non-linear relationship, and when the entry side tension is increased, the influence on the exit side plate width is increased.

本実施形態の場合、この曲線を3つの直線(線形化モデル1〜3)で近似し、各直線の傾きをb1,b2,b3としている。
板幅予測モデルを用いて計算を行う際は、入側張力の値σ(0)のレンジに応じて、[数1]の(1)〜(3)のいずれか一つを用いるようにする。例えば、入側張力σ(0)が1.3(kg/mm)以下である場合は、[数1]の(1)を用いるようにする。
なお、S31の処理ステップでは、状態変数x(0)は適切に設定するものとする。
次に、圧延スタンドBにおける、2制御周期先(次々時刻、t=2)の出側予測板幅w(2)を算出するようにする。(S33)
現段階では、将来の入側張力の時系列データが求まっていないため、入側張力σ(1)としては任意且つ現実的な値を設定する。この任意の入側張力σ(1)と前段の処理ステップ(S31)で求められたw(1)を用いて、σ(1)の値に応じた板幅予測モデルを基に、t=2での出側予測板幅w(2)を算出する。
In the case of the present embodiment, this curve is approximated by three straight lines (linearization models 1 to 3), and the inclination of each straight line is b1, b2, and b3.
When performing the calculation using the plate width prediction model, any one of (1) to (3) of [Equation 1] is used according to the range of the entry side tension value σ (0). . For example, when the entry side tension σ (0) is 1.3 (kg / mm) or less, (1) of [Equation 1] is used.
In the processing step of S31, the state variable x (0) is set appropriately.
Next, the exit predicted plate width w (2) of two control periods ahead (second time, t = 2) in the rolling stand B is calculated. (S33)
At this stage, since the time-series data of the future entry side tension has not been obtained, an arbitrary and realistic value is set as the entry side tension σ (1). Using this arbitrary entry side tension σ (1) and w (1) obtained in the previous processing step (S31), t = 2 based on the plate width prediction model corresponding to the value of σ (1). The exit side predicted plate width w (2) at is calculated.

以下、同様の処理手順を踏むことにより、t=Tとなるまで、任意の入側張力σ(t−1)を与え、このσ(t−1)と前段の処理ステップで求められたw(t−1)を用いて、σ(t−1)の値に応じた板幅予測モデルを基に、予測時刻tでの出側予測板幅w(t)を算出する。(S34)
以上の処理を繰り返し行うことで、t=1〜Tまで、すなわち将来に亘る複数時刻での出側予測板幅w(t)を算出するできる。
次に、図4に示すステップに基づいて、算出された出側予測板幅w(1)〜w(T)から、最適制御の考え方に基づき、将来の複数時刻における入側張力σ(1)〜σ(T)を求める(張力決定機能)。
Thereafter, by following the same processing procedure, an arbitrary entry side tension σ (t−1) is given until t = T, and this σ (t−1) and w ( Based on the plate width prediction model corresponding to the value of σ (t−1), the exit side predicted plate width w (t) at the prediction time t is calculated using t−1). (S34)
By repeatedly performing the above processing, it is possible to calculate the outgoing predicted plate width w (t) from t = 1 to T, that is, at a plurality of times in the future.
Next, based on the calculated predicted delivery side widths w (1) to w (T) based on the steps shown in FIG. 4, the incoming side tension σ (1) at a plurality of future times based on the concept of optimal control. ˜σ (T) is determined (tension determination function).

まず、圧延スタンドBの出側板幅と入側張力とをパラメータとする板幅予測モデル[数1]を1つにまとめて、等価変形し、[数2]を導出する。   First, the plate width prediction model [Equation 1] using the exit side plate width and the entry side tension of the rolling stand B as parameters is combined into one, and equivalent deformation is performed to derive [Equation 2].

Figure 2005028435
Figure 2005028435

ここで、A,B1〜B3,C,D1〜D3,E1〜E5は係数行列であり、dはバイナリ変数、zは連続値補助変数である。バイナリ変数dとは、0又は1の値を取る変数であり、d=0の場合は、それが乗じられている項は無いものとなる。すなわち、[数1]における「if σ<1.3(σが1.3未満であれば)」等に対応するものである。
この[数2]に対して、[数3]の評価関数を導入する。この評価関数Jは、各予測時刻における出側板幅w(t)とその目標値w1(waim)との差の二乗をt=0からT−1まで加えた(積分した)ものを、パラメータ(変数)として有している。
Here, A, B1 to B3, C, D1 to D3, and E1 to E5 are coefficient matrices, d is a binary variable, and z is a continuous value auxiliary variable. The binary variable d is a variable that takes a value of 0 or 1. When d = 0, there is no term multiplied by it. That is, it corresponds to “if σ <1.3 (if σ is less than 1.3)” in [Equation 1] and the like.
For this [Equation 2], an evaluation function of [Equation 3] is introduced. This evaluation function J is obtained by adding (integrating) the square of the difference between the exit side plate width w (t) and the target value w1 (waim) at each prediction time from t = 0 to T−1, and using the parameter ( Variable).

Figure 2005028435
Figure 2005028435

ここで,Tは、何ステップ先まで予測するかを決定づける値であり、Q1〜Q5は、重み行列であり、添え字1のついた値は目標値である。‖x‖Qは、xT・Q・xを意味する。
この評価関数Jが最小値を取るような制約条件の下で、[数2]を解くことにより、将来の複数時刻における最適な入側張力の時系列データ、すなわち目標値との誤差が将来にわたって最も小さくなる入側張力σ(1)〜σ(T)を求めることができる。(S41)
具体的には、[数2]と[数3]とを連立させ整理すると、[数4]を導出できる。この[数4]を解くことで入力張力時系列σ(1)〜σ(T)を予測することができる。
Here, T is a value that determines how many steps ahead are predicted, Q1 to Q5 are weight matrices, and a value with a subscript 1 is a target value. ‖X‖ Q refers to the x T · Q · x.
By solving [Equation 2] under the constraint condition that the evaluation function J takes the minimum value, the time-series data of the optimum entry side tension at a plurality of times in the future, that is, the error from the target value will continue in the future. The smallest entry side tensions σ (1) to σ (T) can be obtained. (S41)
Specifically, [Equation 4] can be derived by simultaneously combining [Equation 2] and [Equation 3]. By solving this [Equation 4], the input tension time series σ (1) to σ (T) can be predicted.

Figure 2005028435
Figure 2005028435

ここで、S1〜S3,F1〜F3は、A,B1〜B3,C,D1〜D3,E1〜E5,Q1〜Q5から求まる係数行列であり、「’」のついた行列は転置行列である。[数4]中の「subj to」は、「このような制約条件において」を意味し、「minv」は、「この式において最小となるVを探す」を意味している。
[数4]を解くことは、数学における混合整数2次計画問題といわれるものであって、近年の研究成果から解を求めることが可能となっている。ゆえに、制御周期毎に[数4]を解き、Vの第1要素であるσ(t)を張力指令とすることにより、板幅予測モデル[数1]に対する評価関数Jを最小化する意味での最適制御入力が求まることとなる。
Here, S1 to S3, F1 to F3 are coefficient matrices obtained from A, B1 to B3, C, D1 to D3, E1 to E5, Q1 to Q5, and the matrix with “′” is a transposed matrix. . “Subj to” in [Expression 4] means “in such a constraint”, and “min v ” means “search for the minimum V in this equation”.
Solving [Equation 4] is called a mixed integer quadratic programming problem in mathematics, and it is possible to obtain a solution from recent research results. Therefore, by solving [Equation 4] for each control period and using σ (t), which is the first element of V, as a tension command, the evaluation function J for the plate width prediction model [Equation 1] is minimized. The optimum control input is obtained.

このようにして求められた入側予測張力の時系列データσ(1)〜σ(T)を圧延スタンドBに適用して板幅制御を行う。
本実施形態の場合は、前記入側予測張力の時系列データσ(1)〜σ(T)の内で、次時刻の入側予測張力σ(1)すなわち時系列データの最初のσを、圧延スタンドBの入側張力として適用する。(S42)
換言すれば、σ(1)を制御手段6より出力し、張力調整手段3に入力する。張力調整手段3は、圧延材2の入側張力が予測値σ(1)となるように、ルーパロール4の押圧力を調整する。
The sheet width control is performed by applying the time series data σ (1) to σ (T) of the predicted entry side tension thus obtained to the rolling stand B.
In the case of this embodiment, among the time-series data σ (1) to σ (T) of the incoming predicted tension, the incoming predicted tension σ (1) at the next time, that is, the first σ of the time-series data, This is applied as the entry side tension of the rolling stand B. (S42)
In other words, σ (1) is output from the control means 6 and input to the tension adjusting means 3. The tension adjusting means 3 adjusts the pressing force of the looper roll 4 so that the entry side tension of the rolled material 2 becomes the predicted value σ (1).

入側予測張力σ(1)を圧延スタンドBに適用した後、次の制御周期(t=1)での予測計算は、t=1を現時刻と考えて、将来にわたる複数の時刻における出側予測板幅w(2)〜w(T)を算出する。
その際、図6に示すように、当該張力決定のための繰り返し計算では、入力張力の初期値として、1つ前の制御周期で予測されたσ(1)〜σ(T)を採用すると共に、現在の出側板幅としては、1つ前の制御周期で予測されたw(1)を用いるようにする。その後、前述の処理ステップを順次行うことで、入側張力時系列データσ(2)〜σ(T)を予測することができ、入側予測張力σ(2)を圧延スタンドBに適用するようにする。
After applying the entry side predicted tension σ (1) to the rolling stand B, the prediction calculation in the next control cycle (t = 1) is considered to be the exit side at a plurality of times in the future, assuming t = 1 as the current time. Predicted plate widths w (2) to w (T) are calculated.
At that time, as shown in FIG. 6, in the iterative calculation for determining the tension, σ (1) to σ (T) predicted in the previous control cycle are adopted as the initial value of the input tension. As the current exit side plate width, w (1) predicted in the previous control cycle is used. Thereafter, by sequentially performing the above-described processing steps, the entry-side tension time series data σ (2) to σ (T) can be predicted, and the entry-side predicted tension σ (2) is applied to the rolling stand B. To.

同様に、次の制御周期(t=2)での予測計算は、入側張力の初期値として、1つ前の制御周期で予測されたσ(2)〜σ(T)を採用すると共に、現時刻での出側板幅としては、1つ前の制御周期で予測されたw(2)を初期値として用いるようにする。その後、前述の処理ステップを順次行うことで、入側張力時系列データσ(3)〜σ(T)を得ることができ、入側予測張力σ(3)を圧延スタンドBに適用するようにする。
制御周期毎に、これらデータシフト処理及び複数から選択された板幅予測モデルによる予測計算を順次繰り返すことにより、各制御周期における入側予測張力の時系列データが求まり、それぞれの時系列データでの最初の入側張力σを、圧延スタンドBの入側張力とするようにすることで、圧延スタンドBを制御するようにする。
Similarly, the prediction calculation in the next control cycle (t = 2) adopts σ (2) to σ (T) predicted in the previous control cycle as the initial value of the entry side tension, As the exit side plate width at the current time, w (2) predicted in the immediately preceding control cycle is used as the initial value. Thereafter, by sequentially performing the above-described processing steps, the entry-side tension time series data σ (3) to σ (T) can be obtained, and the entry-side predicted tension σ (3) is applied to the rolling stand B. To do.
For each control cycle, the data shift process and the prediction calculation by the plate width prediction model selected from a plurality are sequentially repeated to obtain time-series data of the input predicted tension in each control cycle. By setting the initial entry side tension σ to the entry side tension of the rolling stand B, the rolling stand B is controlled.

これにより、安定で且つ精度のよい板幅制御が可能となる。詳しくは、従来のように、それぞれの板幅予測モデル毎に制御手段を設計しておき、入側張力に応じて、制御手段を切り換えたり制御ゲインを変更する手法に比べて、格段に安定した制御が可能となる。
本実施形態では、前記制御方法を制御手段を通じて、オンラインで行っているが、オフライン計算をしておき、得られたデータに基づいて圧延スタンドを制御するようにしても何ら問題はない。
図7には、本実施形態にかかる板幅制御方法を圧延スタンドBに適用した際の、板幅実測値の一例を示している。
Thereby, stable and accurate plate width control is possible. Specifically, as in the conventional case, the control means is designed for each plate width prediction model, and it is much more stable than the method of switching the control means or changing the control gain according to the entry side tension. Control becomes possible.
In the present embodiment, the control method is performed online through the control means, but there is no problem even if offline calculation is performed and the rolling stand is controlled based on the obtained data.
FIG. 7 shows an example of the measured sheet width when the sheet width control method according to the present embodiment is applied to the rolling stand B.

この図の横軸は、板幅の減少量を示しており、縦軸は、例えば、予測板幅と制御後の実績板幅との偏差等から算出される板幅制御誤差を示している。
板幅減少量が2mm近傍で線形化された単一モデルを用いた場合、入側張力が増加し出側板幅減少量が増加するに従い(板幅減少量が4mmに近づくに従い)、板幅制御誤差が増加していることがわかる。
逆に、板幅減少量が4mm近傍で線形化された単一モデルを用いた場合、入側張力が減少し出側板幅減少量が少なくなるに従い(板幅減少量が2mmに近づくに従い)、板幅制御誤差が一旦は減少するものの再度増加していることがわかる。
In this figure, the horizontal axis indicates the reduction amount of the plate width, and the vertical axis indicates, for example, a plate width control error calculated from a deviation between the predicted plate width and the actual plate width after control.
When using a single model in which the plate width reduction amount is linearized in the vicinity of 2 mm, the plate width control increases as the entry side tension increases and the exit side plate width reduction amount increases (as the plate width reduction amount approaches 4 mm). It can be seen that the error has increased.
Conversely, when using a single model in which the plate width reduction amount is linearized in the vicinity of 4 mm, as the entry side tension decreases and the exit side plate width reduction amount decreases (as the plate width reduction amount approaches 2 mm), It can be seen that the plate width control error once decreases but increases again.

しかしながら、本実施形態にかかる板幅制御方法を用いると、いずれの場合でも単一モデルの場合より、板幅制御誤差の値が小さくなり、良好な制御が行われていることがわかる。
図8,図9には、本実施形態にかかる板幅制御方法を用いて、板幅制御のシミュレーションを行った際の結果例を示している。
シミュレーションの条件は、以下の通りである。
板幅予測モデルの条件は、複数(3つ)のモデルを用いた場合(3分割)、入側張力が1kg/mm近傍で最適なモデルを用いた場合(分割なし(I))、入側張力が3kg/mm近傍で最適なモデルを用いた場合(分割なし(II))の3パターンを考える。
However, when the plate width control method according to the present embodiment is used, it can be seen that in any case, the value of the plate width control error is smaller than in the case of a single model, and good control is performed.
FIG. 8 and FIG. 9 show examples of results when a simulation of plate width control is performed using the plate width control method according to the present embodiment.
The simulation conditions are as follows.
The conditions of the plate width prediction model are as follows: when multiple (three) models are used (three divisions), when the optimal model is used when the entry side tension is around 1 kg / mm (no division (I)), the entry side Consider three patterns when an optimal model is used at a tension of around 3 kg / mm (no division (II)).

板幅目標値としては、現在の目標板幅から2mm板幅を増やす場合(+2mmとした場合)と、現在の目標板幅から板幅をプラス4mmとする場合(+4mmとした場合)との2パターンを考えている。
これらのパターンを考えることで、入側張力のレベルが変わった場合、すなわち、[数1]の(1)〜(3)の全ての数式モデルを使用する場合で、板幅制御方法の効果の差が検討できることになる。
板幅目標値を+2mmとした場合、分割なし(II)のケースについて、目標値に近づく過程の制御において明らかなオーバシュートが見られると共に、板幅目標値を+4mmとした場合では、分割なし(I)のケースにおいて、同様な大きなオーバシュートが見られる。本実施形態の板幅制御方法ではいずれの場合であっても、オーバシュートなく、良好に板幅の制御が行われている。
The plate width target value is 2 when the plate width is increased by 2 mm from the current target plate width (when +2 mm) and when the plate width is +4 mm from the current target plate width (when +4 mm). Thinking about patterns.
By considering these patterns, the effect of the plate width control method can be achieved when the entry tension level changes, that is, when all the mathematical models of (1) to (3) in [Equation 1] are used. The difference can be examined.
When the plate width target value is +2 mm, in the case of no division (II), clear overshoot is observed in the control of the process approaching the target value, and when the plate width target value is +4 mm, there is no division ( In case I), a similar large overshoot is seen. In any case, the plate width control method according to the present embodiment controls the plate width satisfactorily without overshoot.

なお、本発明にかかる連続圧延機の板幅制御方法は、上記実施の形態に限定されるものではない。
すなわち、薄鋼板の熱間連続圧延を例示して説明を行ったが、厚鋼板でもよく、冷間圧延であってもよい。
また、張力調整手段3としてルーパを用いるのではなく、圧延スタンドA,Bのワークロールの回転速度に差をつけることで、圧延材2の張力(入側張力)を調整するようにしてもよい。
In addition, the board width control method of the continuous rolling mill concerning this invention is not limited to the said embodiment.
That is, the hot continuous rolling of a thin steel plate has been described as an example, but a thick steel plate or cold rolling may be used.
Further, instead of using a looper as the tension adjusting means 3, the tension (incoming side tension) of the rolled material 2 may be adjusted by making a difference in the rotation speed of the work rolls of the rolling stands A and B. .

本発明にかかる板幅制御方法は、圧延材における張力と板幅のような非線形性の強い制御対象に有効であると共に、他の非線形性の強い制御対象にも適用可能である。   The sheet width control method according to the present invention is effective for a control object having a strong nonlinearity such as a tension and a sheet width in a rolled material, and can also be applied to another control object having a strong nonlinearity.

本実施形態が適用される連続圧延機の構成を示した図である。It is the figure which showed the structure of the continuous rolling mill to which this embodiment is applied. 本実施形態のブロック図である。It is a block diagram of this embodiment. 予測機能のフローチャートである。It is a flowchart of a prediction function. 張力決定機能のフローチャートである。It is a flowchart of a tension | tensile_strength determination function. 入側張力と出側板幅減少量の関係を線形化することを示す図である。It is a figure which shows linearizing the relationship between an entrance side tension | tensile_strength and an exit side board width reduction amount. 予測された入側張力の時系列データを次時刻の予測に用いることを示す図である。It is a figure which shows using the time series data of the predicted entrance tension for the prediction of the next time. 本実施形態の結果の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the result of this embodiment. 本実施形態の結果の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the result of this embodiment. 本実施形態の結果の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the result of this embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 連続圧延機
2 圧延材
3 張力調整手段
6 制御手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Continuous rolling mill 2 Rolled material 3 Tension adjusting means 6 Control means

Claims (5)

複数の圧延スタンドで圧延材に張力をかけながら圧延する連続圧延機で、当該スタンドの出側板幅の実績値と目標値との偏差をなくすように、当該スタンドの入側張力を制御する連続圧延機の板幅制御方法において、
当該スタンドの出側板幅と入側張力とをパラメータとする板幅予測モデルを入力張力レベルに応じて複数設定し、この複数の板幅予測モデルから入側張力に応じて少なくとも1つを選択し、選択された板幅予測モデルを用いて、将来の複数の予測時刻における当該スタンドの出側板幅を算出し、前記算出された出側板幅をパラメータとする評価関数を設定して、予測時間全体に亘って当該評価関数が最小となるように、各予測時刻における当該スタンドの入側張力を算出し、前記算出された入側張力を当該スタンドの入側張力とすることを特徴とする連続圧延機の板幅制御方法。
Continuous rolling mill that controls the entry side tension of the stand so as to eliminate the deviation between the actual value and the target value of the exit side plate width of the stand in a continuous rolling mill that rolls while rolling the rolled material with multiple rolling stands. In the plate width control method of the machine,
A plurality of plate width prediction models using the exit side plate width and the entry side tension of the stand as parameters are set according to the input tension level, and at least one is selected from the plurality of plate width prediction models according to the entry side tension. Then, using the selected plate width prediction model, calculate the exit side plate width of the stand at a plurality of future prediction times, set an evaluation function using the calculated exit side plate width as a parameter, and set the entire prediction time The entrance side tension of the stand at each prediction time is calculated so that the evaluation function becomes the minimum over the continuous time, and the calculated entrance side tension is set as the entrance side tension of the stand. Machine width control method.
前記評価関数は、出側板幅の予測値と目標値との偏差の二乗積分をパラメータとして有していることを特徴とする請求項1に記載の連続圧延機の板幅制御方法。   2. The sheet width control method for a continuous rolling mill according to claim 1, wherein the evaluation function includes, as a parameter, a square integral of a deviation between the predicted value of the delivery side sheet width and the target value. 前記板幅予測モデルに、現時刻での出側板幅と入側張力とを入力することで、複数の予測時刻における当該スタンドの出側板幅を算出することを特徴とする請求項1又は2に記載の連続圧延機の板幅制御方法。   3. The exit side plate width of the stand at a plurality of prediction times is calculated by inputting the exit side plate width and the entry side tension at the current time into the plate width prediction model. The sheet width control method of the continuous rolling mill described. 前記予測された入側張力のうち、次時刻における入力張力を当該スタンドの入力張力とすることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の連続圧延機の板幅制御方法。   The strip width control method for a continuous rolling mill according to any one of claims 1 to 3, wherein an input tension at the next time among the predicted entry side tensions is set as an input tension of the stand. 当該スタンドにおける入力張力と出側板幅変化量の関係を線形近似することで得られる近似直線の傾き量を算出して、前記板幅予測モデルを、当該傾き量をパラメータとして有する線形式とすることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の連続圧延機の板幅制御方法。   By calculating the amount of inclination of an approximate straight line obtained by linearly approximating the relationship between the input tension and the exit side plate width change amount in the stand, the plate width prediction model is made into a linear form having the amount of inclination as a parameter. A sheet width control method for a continuous rolling mill according to any one of claims 1 to 4.
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