JP2006043726A - Method for controlling thickness in rolling mill - Google Patents

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英治 住谷
Akio Kurata
晃郎 蔵田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a control method of thickness in a rolling mill by which the steady-state deviation of thickness is reduced even to ramp-type disturbance such as the increase of thermal expansion of a roll and the increase or decrease of rolling speed in the thickness controlling method in the rolling mill by which the screw down location of the rolling roll or the rolling speed of a preceding stand is adjusted by measuring the thickness after rolling and feeding back the measured value of thickness. <P>SOLUTION: This method is a control method of thickness in the rolling mill by which the transfer function K<SB>C</SB>of control action for operating the screw down location of the roll on the basis of thickness deviation consists of K<SB>C</SB>(1+T<SB>C</SB>S)/S<SP>2</SP>substantially. Where, K<SB>C</SB>is a proportional constant, Tc is a time constant and S is a Laplace operator. By selecting an angular frequency ω<SB>C</SB>where the phase lag between the transfer function G<SB>P</SB>of a screw down device and a frequency transfer function (G<SB>P</SB>×G<SB>h</SB>(jω)) of the feed-back transfer function G<SB>h</SB>is ≤30° and making it as T<SB>C</SB>≥3/ω<SB>C</SB>, a proportional constant K<SB>C</SB>is determined so the gain of an open-loop frequency transfer function at ω=ω<SB>C</SB>is approximately 1. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、圧延後の板厚を測定し、板厚測定値をフィードバックして圧延のロール圧下位置や前スタンドの圧延速度を調整する圧延機の板厚制御方法に関するものである。   The present invention relates to a sheet thickness control method for a rolling mill that measures a sheet thickness after rolling and feeds back a measured value of the sheet thickness to adjust a rolling roll reduction position and a rolling speed of a front stand.

一般に、板圧延においては、圧延製品全長にわたって板厚を制御する自動板厚制御AGC(Automatic Gage Control)が実施されている。自動板厚制御方法としては、圧延後の板厚を測定してロール圧下位置にフィードバックするモニターAGC、測定した圧延荷重とミル定数とからロール圧下位置を調整するゲージメータAGC、これらを組み合わせた制御などが採用される。モニターAGCにおいては、フィードバックに用いる板厚値として圧延機出側厚み計検出値を用いるので、無駄時間が大きく高応答の制御系を構成することが困難であるが、一方で板厚の絶対精度を得るためにはモニターAGCによるフィードバック制御が必須である(非特許文献1)。   In general, in sheet rolling, automatic sheet thickness control AGC (Automatic Gage Control) for controlling the sheet thickness over the entire length of the rolled product is performed. The automatic sheet thickness control method includes a monitor AGC that measures the sheet thickness after rolling and feeds it back to the roll reduction position, a gauge meter AGC that adjusts the roll reduction position from the measured rolling load and mill constant, and a combination control of these. Etc. are adopted. In the monitor AGC, the value detected by the rolling mill outlet side thickness gauge is used as the plate thickness value used for feedback, so it is difficult to construct a highly responsive control system with a large dead time. Therefore, feedback control by the monitor AGC is essential (Non-patent Document 1).

モニターAGCは、鉄鋼、アルミ、銅などのストリップを圧延する熱間圧延機や冷間圧延機において、図1に示すように圧延機ロールスタンド2の出側に設置された板厚検出器4を用いて圧延後の板厚実績hと板厚設定値hの差(板厚偏差Δh)検出し、ここで検出された板厚偏差がゼロになるように、制御装置5によって圧延機のロール圧下位置又は前スタンドの圧延速度を修正することによって、圧延後の板厚が板厚設定値に一致するように制御するフィードバック板厚制御方法である。図1(a)は操作量としてロール圧下位置を用いる場合を示す図であり、図1(b)は操作量として前スタンドの圧延速度Uを用いる場合を示す図である。 The monitor AGC is a hot rolling mill or a cold rolling mill for rolling a strip of steel, aluminum, copper or the like, and a plate thickness detector 4 installed on the exit side of the rolling mill roll stand 2 as shown in FIG. used to detect differences in thickness results h and the plate thickness set value h a after rolling (thickness deviation Delta] h), the here detected the thickness deviation so becomes zero, the roll of the rolling mill by the control unit 5 This is a feedback plate thickness control method in which the plate thickness after rolling is controlled to match the plate thickness set value by correcting the rolling position or the rolling speed of the front stand. FIG. 1A is a diagram illustrating a case where the roll reduction position is used as the operation amount, and FIG. 1B is a diagram illustrating a case where the rolling speed U of the front stand is used as the operation amount.

圧延の進行に伴ってロールの熱膨張やロールの摩耗が進行する。特許文献1においては、ゲージメータAGCを主体とし圧延後の板厚測定を併用する板厚制御において、ゲージメータAGCで用いるロール圧下位置(ロールギャップ)オフセット量を設定し、圧延中に測定した板厚を用いてロール圧下位置オフセット量を推定し、この推定値を次の圧延に反映する方法が記載されている。ロールの熱膨張やロールの摩耗に伴ってロール圧下位置オフセット量が修正されるが、推定値を次回圧延に反映するのみなので、1枚の板を圧延する中で進行するロールの熱膨張に対応して板厚制御を行うことはできない。   As the rolling proceeds, roll thermal expansion and roll wear progress. In Patent Document 1, in sheet thickness control using a gauge meter AGC as a main component and measuring a sheet thickness after rolling, a roll rolling position (roll gap) offset amount used in the gauge meter AGC is set, and a sheet measured during rolling A method is described in which the roll rolling position offset amount is estimated using the thickness and this estimated value is reflected in the next rolling. Roll offset position offset is corrected with roll thermal expansion and roll wear, but the estimated value is only reflected in the next rolling, so it corresponds to roll thermal expansion that progresses while rolling one sheet. Thus, the plate thickness cannot be controlled.

一方、モニターAGCであれば、圧延中に板厚測定値をフィードバックして板厚制御を行っているので、たとえ圧延中に進行するロール熱膨張によって圧延板厚に影響を及ぼすような場合においても、熱膨張に追従して板厚を制御することが可能である。   On the other hand, in the case of the monitor AGC, the plate thickness control is performed by feeding back the measured thickness value during rolling, so even in the case where the rolled plate thickness is affected by roll thermal expansion that proceeds during rolling. It is possible to control the plate thickness following the thermal expansion.

従来のモニターAGCにおいては、検出された板厚偏差を用いて圧延機のロール圧下位置又は圧延速度の修正目標値を定めるに際し、制御動作要素として積分要素が用いられていた。制御動作要素として積分要素を用いることにより、ステップ状の外乱が発生した場合においても板厚の定常偏差を生じることなく板厚制御を行うことができるとともに、ランプ状の外乱が発生しても追従して板厚制御を行うことができる。制御動作要素として積分要素を用いた場合、制御系のゲインが過大になった場合に不安定な状態になるが、制御系のゲインが過小になった場合は不安定になることはない。このためゲインを決める際にゲインの大きさに余裕をみて少し小さめのゲインを選ぶことによって、常に安定した制御を容易に実現できるという利点がある。   In the conventional monitor AGC, an integral element is used as a control operation element when determining the correction target value of the roll reduction position or rolling speed of the rolling mill using the detected thickness deviation. By using an integral element as a control operation element, it is possible to control the plate thickness without causing a steady deviation of the plate thickness even when a step-like disturbance occurs, and to follow even if a ramp-like disturbance occurs. Thus, the plate thickness can be controlled. When an integral element is used as a control operation element, an unstable state occurs when the gain of the control system becomes excessive, but it does not become unstable when the gain of the control system becomes excessive. For this reason, when determining the gain, there is an advantage that stable control can be easily realized at all times by selecting a slightly smaller gain with an allowance for the magnitude of the gain.

特開平8−155515号公報JP-A-8-155515 「第4版鉄鋼便覧3−1巻、7・6・5ダイナミック制御」平成14年7月、社団法人日本鉄鋼協会発行"Fourth Edition Steel Handbook 3-1, 7/6/5 Dynamic Control" issued by Japan Iron and Steel Institute, July 2002

モニターAGCを採用した圧延において、圧延の進行と共にロール熱膨張が進行し、圧延板厚の定常偏差が増大することがある。また、圧延開始直後に圧延速度を加速する過程及び圧延終了前に圧延速度を順次低減していく過程において、やはり圧延板厚の定常偏差が増大することがある。   In rolling using the monitor AGC, roll thermal expansion may proceed with the progress of rolling, and the steady deviation of the rolled sheet thickness may increase. Further, in the process of accelerating the rolling speed immediately after the start of rolling and the process of sequentially reducing the rolling speed before the end of rolling, the steady deviation of the rolled sheet thickness may also increase.

圧延中におけるロールの熱膨張量の増加や圧延速度の増減は、ランプ状関数として制御対象に与えられる外乱である。モニターAGCにおいて制御動作要素として積分要素を用いる場合、このようなランプ状の外乱に対して外乱への追従は可能である。ただし、このような制御ではランプ状の外乱に対して板厚の定常偏差をゼロにすることはできない。   An increase in the thermal expansion amount of the roll and an increase / decrease in the rolling speed during rolling are disturbances given to the controlled object as a ramp function. When an integral element is used as a control operation element in the monitor AGC, it is possible to follow the disturbance against such a ramp-shaped disturbance. However, with such control, the steady deviation of the plate thickness cannot be made zero with respect to the ramp-like disturbance.

最近のアルミ缶材に使用されるアルミニウム板の圧延においては、板厚精度に対する要求がますます厳しくなっている。このように板厚精度の厳しい材料の圧延においては、圧延速度の増減時に発生する板厚の定常偏差はもとより、一定速度で圧延中に生じるロールの熱膨張によって発生する定常偏差も板厚不良を引き起こす原因となってきている。   In the rolling of aluminum plates used in recent aluminum cans, the demand for plate thickness accuracy has become increasingly severe. Thus, in rolling materials with strict sheet thickness accuracy, not only the steady-state deviation of the sheet thickness that occurs when the rolling speed increases or decreases, but also the steady-state deviation that occurs due to the thermal expansion of the roll during rolling at a constant speed, It has become a cause.

モニターAGCにおいて制御動作要素として2階積分要素を用いることとすれば、ランプ状の外乱に対して板厚の定常偏差を限りなくゼロに近づけることが可能となる。しかし、制御動作要素として2階積分要素を用いると、制御系のゲインが過大になった場合に制御系が不安定になるだけでなく、ゲインが過小になった場合でも不安定になる。つまり安定性に乏しい系となるため、従来はモニターAGCの制御動作要素として2階積分要素が用られることはなかった。   If a second-order integration element is used as a control operation element in the monitor AGC, the steady thickness deviation can be made as close to zero as possible with respect to a ramp-like disturbance. However, when a second order integral element is used as the control operation element, not only the control system becomes unstable when the gain of the control system becomes excessive, but also it becomes unstable even when the gain becomes too small. In other words, since the system is poor in stability, the second order integration element has not been used as a control operation element of the monitor AGC.

本発明は、圧延後の板厚を測定し、板厚測定値をフィードバックして圧延のロール圧下位置又は前スタンドの圧延速度(以下「ロール圧下位置等」ともいう。)を調整する圧延機の板厚制御方法において、ロールの熱膨張量の増加や圧延速度の低減のようなランプ状の外乱に対しても、板厚の定常偏差を低減することができる圧延機の板厚制御方法を提供することを目的とする。   The present invention is a rolling mill that measures the thickness after rolling and feeds back the measured thickness value to adjust the rolling roll reduction position of the rolling or the rolling speed of the front stand (hereinafter also referred to as “roll reduction position etc.”). In the sheet thickness control method, a sheet thickness control method for a rolling mill that can reduce the steady deviation of the sheet thickness against ramp-like disturbances such as an increase in the thermal expansion of the roll and a reduction in the rolling speed is provided. The purpose is to do.

即ち、本発明の要旨とするところは以下の通りである。
(1)圧延後の板厚を測定し、板厚測定値をフィードバックして圧延のロール圧下位置を調整する圧延機の板厚制御方法において、板厚偏差に基づいてロール圧下位置を操作する制御動作の伝達関数GCが、実質的にKC(1+TCS)/S2からなることを特徴とする圧延機の板厚制御方法。
ここで、KCは比例定数、TCは時定数、Sはラプラス演算子である。
(2)ロール圧下位置を操作量、圧延板厚を制御量とする制御対象の伝達関数をGP、フィードバック部分の伝達関数をGhとおき、GPとGhの周波数伝達関数(GP・Gh(jω))の位相遅れが30°以下となる角周波数ωCを選択し、α≧3となる定数αを用いてTC=α/ωCとし、ω=ωCにおける一巡周波数伝達関数(GC・GP・Gh(jω))のゲインが略1となるように比例定数KCを定めることを特徴とする上記(1)に記載の圧延機の板厚制御方法。
ここで、jは虚数、ωは角周波数である。
(3)ロール圧下位置と圧延板厚との間の比例定数をKPとし、
C0=ωC 2/(KP・√(1+α2))
なるKC0を定め、KCを0.8×KC0〜1.2×KC0の範囲内とすることを特徴とする上記(2)に記載の圧延機の板厚制御方法。
(4)制御対象の伝達関数GPがKP/(1+TPS)、フィードバック部分の伝達関数Ghがe-LSで表されることを特徴とする上記(3)に記載の圧延機の板厚制御方法。
ここで、TPは圧下制御装置の時定数、eは自然対数の底、Lは板厚検出の際に生じる無駄時間である。
(5)ロール圧下位置に代えて、制御の操作量を前スタンドの圧延速度とすることを特徴とする上記(1)乃至(4)のいずれかに記載の圧延機の板厚制御方法。
That is, the gist of the present invention is as follows.
(1) In a sheet thickness control method for a rolling mill that measures the sheet thickness after rolling and feeds back the measured value of the sheet thickness to adjust the roll roll reduction position of the rolling mill, control for operating the roll reduction position based on the sheet thickness deviation A sheet thickness control method for a rolling mill, characterized in that the transfer function G C of operation substantially consists of K C (1 + T C S) / S 2 .
Here, K C is a proportionality constant, T C is a time constant, and S is a Laplace operator.
(2) roll pressing position operation amount G P a transfer function of the controlled object to the rolled plate thickness control amount, the transfer function of the feedback portion G h Distant, frequency transfer function of G P and G h (G P Select an angular frequency ω C at which the phase lag of G h (jω)) is 30 ° or less, use a constant α such that α ≧ 3, and set T C = α / ω C, and a round frequency at ω = ω C The sheet thickness control method for a rolling mill as described in (1) above, wherein the proportionality constant K C is determined so that the gain of the transfer function (G C · G P · G h (jω)) is approximately 1.
Here, j is an imaginary number and ω is an angular frequency.
(3) The proportional constant between the roll reduction position and the rolled sheet thickness is K P ,
K C0 = ω C 2 / (K P · √ (1 + α 2 ))
K C0 is determined, and K C is set in the range of 0.8 × K C0 to 1.2 × K C0 .
(4) The transfer function G P to be controlled is represented by K P / (1 + T P S), and the transfer function G h of the feedback portion is represented by e −LS . Plate thickness control method.
Here, T P is the time constant of the rolling control device, e is the base of the natural logarithm, and L is the dead time that occurs when detecting the plate thickness.
(5) The thickness control method for a rolling mill according to any one of (1) to (4), wherein the control operation amount is set to the rolling speed of the front stand instead of the roll reduction position.

本発明は、圧延後の板厚を測定し、板厚測定値をフィードバックして圧延のロール圧下位置等を調整する圧延機の板厚制御方法(モニターAGC)において、板厚偏差に基づいてロール圧下位置を操作する制御動作の伝達関数GCが、実質的にKC(1+TCS)/S2からなる。これにより、ロールの熱膨張量の増加や圧延速度の増減のようなランプ状の外乱が発生した場合においても、板厚の定常偏差を低減することができる。 The present invention relates to a roll thickness control method (monitor AGC) for measuring the thickness of a rolled sheet and feeding back the measured thickness value to adjust the rolling roll reduction position and the like. The transfer function G C of the control operation for manipulating the reduction position substantially consists of K C (1 + T C S) / S 2 . Thereby, even when a ramp-like disturbance such as an increase in the thermal expansion amount of the roll or an increase or decrease in the rolling speed occurs, the steady thickness deviation can be reduced.

図2にはモニターAGCを行う制御方法のブロック線図を示す。板厚検出器4で圧延後の板厚hと板厚目標値hとの差をΔhとして測定し、制御装置5において制御操作の伝達関数がGCである制御動作を行った上で操作量修正目標値ΔCを算出する。操作量としてはロール圧下位置又は前スタンドの圧延速度が用いられる。 FIG. 2 shows a block diagram of a control method for performing monitor AGC. The difference between the plate thickness h and the plate thickness target value h a after rolling by the plate thickness detector 4 is measured as Delta] h, an operation on the transfer function of the control operations in the control device 5 has performed the control operations is G C An amount correction target value ΔC a is calculated. As the operation amount, the roll reduction position or the rolling speed of the front stand is used.

操作量としてロール圧下位置を用いる場合、ロールスタンド2においては圧下制御装置3に上記操作量目標値としてロール圧下位置修正目標値ΔCaが与えられ、ロール圧下位置修正実績値ΔCが定まる。圧下制御装置3において、ΔCaとΔCの間の伝達関数をGP1と表す。ロール圧下位置修正実績値ΔCに基づいて、圧延後の板厚hが定まる。ΔCの変化によって板厚hが変化する関係は比例関係として把握することができ、その比例定数をここではKPとおく。GP1とKPを合わせてGPと表す。板厚検出器4で検出した板厚偏差Δhを制御装置5にフィードバックする際における伝達関数をGhとおく。 When the roll reduction position is used as the operation amount, in the roll stand 2, the roll reduction position correction target value ΔC a is given to the reduction control device 3 as the operation amount target value, and the roll reduction position correction actual value ΔC is determined. In the reduction control device 3, a transfer function between ΔC a and ΔC is expressed as G P1 . Based on the roll reduction position correction actual value ΔC, the sheet thickness h after rolling is determined. The relationship in which the plate thickness h changes due to the change in ΔC can be grasped as a proportional relationship, and the proportionality constant is set as K P here. G P1 and K P are collectively expressed as G P. The transfer function when the plate thickness deviation Δh detected by the plate thickness detector 4 is fed back to the control device 5 is set to G h .

圧延装置のミル剛性係数をM、塑性係数をQとおくと、ゲージメータAGCを採用していない圧延装置においては、
P=M/(M+Q) (1)
と定めることができる。また、ゲージメータAGCを採用している圧延装置においては、ゲージメータAGCの正帰還率をβ(≦1)とおいて、
P=M/(M+Q(1−β)) (2)
と定めることができる。通常はβとして0.7前後の値が用いられる。
If the mill rigidity coefficient of the rolling device is M and the plasticity coefficient is Q, in a rolling device that does not employ a gauge meter AGC,
K P = M / (M + Q) (1)
Can be determined. Further, in a rolling machine employing a gauge meter AGC, the positive feedback rate of the gauge meter AGC is set to β (≦ 1),
K P = M / (M + Q (1-β)) (2)
Can be determined. Usually, a value around 0.7 is used as β.

図2において、ロール圧下位置目標値ΔCaとロール圧下位置実績値ΔCとの間の伝達関数GP1については、ロール圧下制御装置3の遅れを考慮して
P1=1/(1+TPS) (3)
と近似的に記述することができる。TPは圧下制御装置を一次遅れ要素に近似した場合の時定数である。GP=KP・GP1であるから、
P=KP/(1+TPS) (4)
と表すことができる。
In FIG. 2, regarding the transfer function G P1 between the roll roll down position target value ΔC a and the roll roll down position actual value ΔC, G P1 = 1 / (1 + T P S) in consideration of the delay of the roll roll down control device 3. (3)
Can be described approximately. T P is a time constant when the reduction control device is approximated to a first-order lag element. Since G P = K P · G P1 ,
G P = K P / (1 + T P S) (4)
It can be expressed as.

またフィードバック部分の伝達関数Ghについては、通常は板厚測定の際に生じる無駄時間Lの要素のみからなり、
h=e-LS (5)
と記述することができる。
As for the transfer function G h of the feedback portion normally comprises only dead time element L occurring during thickness measurement,
G h = e -LS (5)
Can be described.

圧延ロールから板厚測定装置までの距離をX、圧延速度をVとおくと、無駄時間Lは
L=X/V (6)
のように定めることができる。
When the distance from the rolling roll to the plate thickness measuring device is X and the rolling speed is V, the dead time L is L = X / V (6)
It can be determined as follows.

従来、モニターAGCを採用する圧延機の板厚制御方法において、制御装置5における制御動作要素として積分要素が用いられていた。このため、ロールの熱膨張量の増加や圧延速度の増減のようなランプ状の外乱が発生した場合において、板厚の定常偏差をゼロにすることができなかった。制御動作要素として2階積分を用いれば板厚の定常偏差を限りなくゼロに近づけることがわかっているが、この場合には制御の安定性を確保することが困難となるので、現実には採用されていなかった。   Conventionally, in a sheet thickness control method for a rolling mill that employs a monitor AGC, an integral element has been used as a control operation element in the control device 5. For this reason, when a ramp-like disturbance such as an increase in the thermal expansion amount of the roll or an increase or decrease in the rolling speed occurs, the steady thickness deviation cannot be made zero. It is known that if the second-order integral is used as a control operation element, the steady-state deviation of the plate thickness will approach zero as much as possible. However, in this case, it is difficult to ensure the stability of the control, so it is actually used. Was not.

本発明においては、板厚偏差に基づいてロール圧下位置等を操作する制御動作の伝達関数GCとして、実質的にKC(1+TCS)/S2を用いることにより、安定した板厚制御を実現することができ、併せてランプ状の外乱が発生した場合においても、板厚の定常偏差を低減することを可能にした。ここで、KCは比例定数、TCは時定数、Sはラプラス演算子である。伝達関数GCがKC(1+TCS)/S2のみからなる場合、下記(7)式のように記載することができる。
C=KC(1+TCS)/S2 (7)
In the present invention, stable plate thickness control is achieved by substantially using K C (1 + T C S) / S 2 as the transfer function G C of the control operation for manipulating the roll reduction position based on the plate thickness deviation. In addition, even when a ramp-like disturbance occurs, it is possible to reduce the steady deviation of the plate thickness. Here, K C is a proportionality constant, T C is a time constant, and S is a Laplace operator. When the transfer function G C consists only of K C (1 + T C S) / S 2, it can be expressed as the following equation (7).
G C = K C (1 + T C S) / S 2 (7)

上記本発明における制御動作の伝達関数GCの分母にS2が登場し、これが2階積分を意味するので、ランプ状の外乱が発生しても板厚の定常偏差をゼロにすることが可能である。また、伝達関数GCの分子に(1+TCS)が登場する。以後、この項について、「一次進み要素」ということがある。伝達関数に一次進み要素を含ませ、一次進み要素の時定数TCを適切に設定し、さらに伝達関数の比例定数KCを適切に選択することにより、伝達関数が2階積分要素を含むにもかかわらず、制御系を安定に保持することが可能となる。 Since S 2 appears in the denominator of the transfer function G C of the control operation in the present invention, which means a second order integral, it is possible to make the steady thickness deviation zero even if a ramp-like disturbance occurs. It is. In addition, (1 + T C S) appears in the numerator of the transfer function G C. Hereinafter, this term may be referred to as “primary advance element”. By including a first-order advance element in the transfer function, appropriately setting the time constant T C of the first-order advance element, and appropriately selecting a proportional constant K C of the transfer function, the transfer function includes a second-order integral element. Nevertheless, the control system can be kept stable.

上記本発明においては、制御動作の伝達関数GCが実質的にKC(1+TCS)/S2であればよい。従って、本発明の効果が損なわれるような大きな悪影響を及ぼさない範囲において、伝達関数GCにはKC(1+TCS)/S2以外の要素が含まれていてもかまわない。 In the present invention, the transfer function G C of the control operation may be substantially K C (1 + T C S) / S 2 . Therefore, elements other than K C (1 + T C S) / S 2 may be included in the transfer function G C as long as the effects of the present invention are not adversely affected.

次に、上記本発明において制御系を安定に保持するための、時定数TCと比例定数KCの好ましい定め方について説明する。ここで、ロール圧下位置を操作量、圧延板厚を制御量とする制御対象の伝達関数をGP、フィードバック部分の伝達関数をGhとおく。 Next, a preferred method for determining the time constant T C and the proportional constant K C for stably maintaining the control system in the present invention will be described. Here, G P is a transfer function to be controlled with the roll reduction position as the operation amount, and the rolled plate thickness as the control amount, and G h is the transfer function of the feedback portion.

フィードバック制御系において、ループの1点で回路を開いたとき、一巡周波数伝達関数はGC・GP・Gh(jω)と表現することができる。ここで、jは虚数、ωは角周波数である。以下、特に断らない限り、一巡伝達関数は開いた回路における一巡伝達関数を示す。 In the feedback control system, when the circuit is opened at one point of the loop, the round-trip frequency transfer function can be expressed as G C · G P · G h (jω). Here, j is an imaginary number and ω is an angular frequency. Hereinafter, unless otherwise specified, the round transfer function indicates a round transfer function in an open circuit.

まず、GPとGhを合わせた周波数伝達関数(GP・Gh(jω))の位相遅れが30°以下となる角周波数ωCを選択する。一般に、制御対象の伝達関数GP、フィードバック部分の伝達関数Ghを一定の関数形として定め、これらの伝達関数についてBode線図を図3(a)に示すように作図することにより、GP・Gh(jω)の位相遅れが30°以下となる角周波数ωCを選択することが可能である。 First, select the angular frequency omega C the phase delay becomes 30 ° or less of the frequency transfer function of the combined G P and G h (G P · G h (jω)). In general, the transfer function G P of control object defines a transfer function G h feedback part as a fixed functional form, by drawing the Bode diagram as shown in FIG. 3 (a) These transfer functions, G P It is possible to select an angular frequency ω C at which the phase delay of G h (jω) is 30 ° or less.

次に、TC≧3/ωCとなるように時定数TCを選択する。このことは、α≧3となる定数αを用いて
C=α/ωC (8)
とすることと言い換えることができる。
Next, the time constant T C is selected so that T C ≧ 3 / ω C. This means that T c = α / ω C (8) using a constant α such that α ≧ 3.
In other words.

最後に図3(b)に示すように、ω=ωCにおける一巡周波数伝達関数(GC・GP・Gh(jωC))のゲインが略1となるように比例定数KCを定める。ゲインが略1とは、好ましくはゲインが0.8〜1.2の範囲内とする。より好ましくはゲインが0.9〜1.1の範囲内とする。 Finally, as shown in FIG. 3B, the proportionality constant K C is determined so that the gain of the cyclic frequency transfer function (G C · G P · G h (jω C )) at ω = ω C is approximately 1. . The gain of approximately 1 is preferably in the range of 0.8 to 1.2. More preferably, the gain is in the range of 0.9 to 1.1.

以上のようにして制御動作の伝達関数である上記(7)式における比例定数KC、時定数TCを定めることにより、本発明のモニターAGCによる圧延機の板厚制御を安定に実施することが可能となる。以下、その理由を具体的に説明する。 As described above, by determining the proportionality constant K C and the time constant T C in the above equation (7), which is a transfer function of the control operation, the plate thickness control of the rolling mill by the monitor AGC of the present invention can be stably performed. Is possible. The reason will be specifically described below.

図4に一般的な一巡周波数伝達関数のBode線図を示す。一巡周波数伝達関数の周波数特性において、ゲイン曲線が0dBの線を切る点をゲイン交点という。そして、ゲイン交点の角周波数において一巡周波数伝達関数の位相が−180°に対してどれほど余有があるかを示す値を位相余有という。位相余有が大きいほどその制御系が安定であることがわかっている。位相余有は30°以上が必要であるとされている。   FIG. 4 shows a Bode diagram of a general loop frequency transfer function. The point where the gain curve cuts the 0 dB line in the frequency characteristic of the round-trip frequency transfer function is called a gain intersection. A value indicating how much the phase of the circular frequency transfer function has a margin with respect to −180 ° at the angular frequency of the gain intersection is called a phase margin. It is known that the control system is more stable as the phase margin is larger. The phase margin is said to be 30 ° or more.

一巡周波数伝達関数の周波数特性において、位相曲線が−180°の線を切る点を位相交点という。そして、位相交点の角周波数において一巡周波数伝達関数のゲインが1に対してどれほど余有があるかを示す値をゲイン余有という。ゲイン余有が大きいほどその制御系が安定であることがわかっている。ゲイン余有は−8dB以下が望ましいといわれている。   The point at which the phase curve cuts the −180 ° line in the frequency characteristic of the round-trip frequency transfer function is called a phase intersection. A value indicating how much the gain of the one-round frequency transfer function is 1 with respect to the angular frequency at the phase intersection is referred to as a gain margin. It is known that the control system is more stable as the gain margin is larger. It is said that the gain margin is desirably -8 dB or less.

制御系が安定して動作するためには、上記位相余有とゲイン余有の両方が安定条件を満足していることが必要である。以下にこの点について説明する。   In order for the control system to operate stably, both the phase margin and the gain margin must satisfy the stability condition. This point will be described below.

まず、位相余有について説明する。   First, the phase margin will be described.

制御動作の伝達関数である上記(7)式において、2階積分(1/S2)の要素については図3(c)に示すように位相遅れが180°であって一定である。また、一次進み(1+TCS)の要素については図3(d)に示すようになり、角周波数ωCにおける位相進み角度φCがφC=tan-1(ωCC)と表される。TC=α/ωCであるからφC=tan-1(α)となり、α≧3であるから、φC≧71°であることがわかる。 In the above equation (7), which is a transfer function of the control operation, the second order integral (1 / S 2 ) has a constant phase delay of 180 ° as shown in FIG. Further, the element of the primary advance (1 + T C S) is as shown in FIG. 3D, and the phase advance angle φ C at the angular frequency ω C is expressed as φ C = tan −1C T C ). The Since T C = α / ω C , φ C = tan −1 (α), and since α ≧ 3, it can be seen that φ C ≧ 71 °.

以上のとおり、角周波数ω=ωCにおいて、制御動作の伝達関数GC(jωC)の位相遅れは、180°−71°=109°以下であることがわかる。また、前述のごとく、GP・Gh(jωC)の位相遅れが30°以下となるように角周波数ωCを選択している。従って、一巡周波数伝達関数GC・GP・Gh(jωC)の位相遅れは、109°+30°=139°以下となっている。 As described above, it can be seen that the phase delay of the transfer function G C (jω C ) of the control operation is 180 ° −71 ° = 109 ° or less at the angular frequency ω = ω C. Further, as described above, the angular frequency ω C is selected such that the phase delay of G P · G h (jω C ) is 30 ° or less. Therefore, the phase delay of the round-trip frequency transfer function G C · G P · G h (jω C ) is 109 ° + 30 ° = 139 ° or less.

上記本発明においては、ω=ωCにおいて一巡周波数伝達関数のゲインが略1となるように比例定数KCを定めているので、即ち角周波数ω=ωCの近傍がゲイン交点となっている。そして上述のとおり、角周波数ωCにおける一巡周波数伝達関数の位相遅れが139°以下であるように定めているのであるから、即ち位相余有は41°以上である。従って、本発明は十分に良好な位相余有を有している。 In the above-described present invention, since the gain of the open-loop frequency transfer function in omega = omega C is determined proportionality constant K C so as to be substantially 1, that is, the vicinity of the angular frequency omega = omega C has a gain crossover . As described above, the phase delay of the circular frequency transfer function at the angular frequency ω C is determined to be 139 ° or less, that is, the phase margin is 41 ° or more. Therefore, the present invention has a sufficiently good phase margin.

次に、本発明においては、以上のようにして制御動作の伝達関数GC=KC(1+TCS)/S2における比例定数KC、時定数TCを定めることにより、一巡周波数伝達関数のゲイン余有を常に良好な範囲に維持できることがわかっている。以下に具体的に説明を行う。 Next, in the present invention, by determining the proportional constant K C and the time constant T C in the transfer function G C = K C (1 + T C S) / S 2 of the control operation as described above, the one-round frequency transfer function It has been found that the gain margin can always be maintained within a good range. A specific description will be given below.

ロール圧下装置における伝達関数GPは、近似的に前記(4)式で表すことができる。また、フィードバック部分の伝達関数Ghについては、前述のとおり(5)式で記述することができ、無駄時間Lの大きさは(6)式によって求めることができる。このとき、角周波数ωにおける周波数伝達関数GP(jω)の位相∠GP(jω)と周波数伝達関数Gh(jω)の位相∠Gh(jω)は、それぞれ以下のように表すことができる。
∠GP(jω)=−tan-1(ωTP) (9)
∠Gh(jω)=−ωL=−180ωL/π(°) (10)
The transfer function GP in the roll reduction device can be approximately expressed by the above equation (4). Further, the transfer function G h of the feedback part can be described by the equation (5) as described above, and the size of the dead time L can be obtained by the equation (6). At this time, the phase ∠G h phase ∠G P of the frequency transfer function G P at angular frequency ω (jω) (jω) and the frequency transfer function G h (jω) (jω) is that each expressed as follows it can.
∠G P (jω) = − tan −1 (ωT P ) (9)
∠G h (jω) = − ωL = −180 ωL / π (°) (10)

本発明においては前述のとおり、GP・Gh(jω)の位相遅れが30°以下となる角周波数ωCを選択する。このとき、上記のようにして算出した∠GP(jω)と∠Gh(jω)を足し合わせて∠GP・Gh(jω)を求め、この∠GP・Gh(jω)が−30°以上、即ち位相遅れが30°以下となるωを定め、このωをωCとする。 In the present invention, as described above, the angular frequency ω C at which the phase delay of G P · G h (jω) is 30 ° or less is selected. At this time, seek ∠G P · G h (jω) by adding the ∠G was calculated as described above P (j [omega]) and ∠G h (j [omega]), the ∠G P · G h (jω) is Ω that is −30 ° or more, that is, the phase delay is 30 ° or less is determined, and this ω is set to ω C.

無駄時間Lの大きさは前記(6)式によって求めることができるが、一般的にTPの値に比較して大きな値となるため、角周波数ωCは主に上記(10)式の影響を受けて定まり、Lに反比例しかつ比較的小さな値となる。その結果、角周波数ωC近傍の伝達関数GPのゲインは近似的に定数KPとおくことができる。また、Gh=e-LSのゲインはすべての角周波数において1である。 Although the size of the dead time L can be obtained by the above equation (6), it is generally larger than the value of T P , so the angular frequency ω C is mainly influenced by the above equation (10). And is in inverse proportion to L and a relatively small value. As a result, the gain of the transfer function G P near the angular frequency ω C can be approximately set to a constant K P. The gain of G h = e −LS is 1 at all angular frequencies.

以上のような前提のもと、ω=ωCにおける一巡周波数伝達関数(GC・GP・Gh(jωC))のゲインが1である場合の比例定数KCを特にKC0とおいたとき、KC0を以下のように定めることができる。
|GC・GP・Gh(jωC)|
=|KC0・((1+jαωC/ωC)/(jωC2)・KP|=1 (11)
この式をKC0について解くことができ、
C0=ωC 2/(KP・√(1+α2)) (12)
が得られる。つまり、ω=ωCにおける一巡周波数伝達関数のゲインが1である場合の比例定数KCは、上記(12)式のKC0で表されることとなる。
Based on the above assumption, the proportionality constant K C when the gain of the round-frequency transfer function (G C · G P · G h (jω C )) at ω = ω C is 1 is set as K C0 in particular. Then, K C0 can be determined as follows.
| G C・ G P・ G h (jω C ) |
= | K C0 · ((1 + jαω C / ω C ) / (jω C ) 2 ) · K P | = 1 (11)
This equation can be solved for K C0
K C0 = ω C 2 / (K P · √ (1 + α 2 )) (12)
Is obtained. That is, the proportionality constant K C when the gain of the round-trip frequency transfer function at ω = ω C is 1 is represented by K C0 in the above equation (12).

次に、上記(12)式、(5)式、GP=KPを用いて一巡周波数伝達関数(GC・GP・Gh(jω))を表すと、
(GC・GP・Gh(jω))
=[ωC 2・(1+jαω/ωC)・KP]/[KP・√(1+α2)・(jωC2]e-jωL
={[ωC 2・(1+jαω/ωC)]/[√(1+α2)・(jωC2]}・e-jωL (13)
となる。この式にα≧3の条件を考慮すると、(13)式のω=ωC近傍のゲインはωに反比例する。また、ω=ωCでゲインが1(0dB)であるから、一巡周波数伝達関数のゲインがゲイン余有として必要な−8dB(0.398倍)となる角周波数ωは、
ω=ωC×(1/0.398)≒2.51×ωC (14)
になる。
Next, using the above equations (12) and (5), G P = K P , the round-trip frequency transfer function (G C · G P · G h (jω)) is expressed as follows:
(G C , G P , G h (jω))
= [Ω C 2 · (1 + jαω / ω C ) · K P ] / [K P · √ (1 + α 2 ) · (jω C ) 2 ] e −jωL
= {[Ω C 2 · (1 + jαω / ω C )] / [√ (1 + α 2 ) · (jω C ) 2 ]} · e −jωL (13)
It becomes. When the condition of α ≧ 3 is considered in this expression, the gain in the vicinity of ω = ω C in the expression (13) is inversely proportional to ω. Further, since ω = ω C and the gain is 1 (0 dB), the angular frequency ω at which the gain of the one-cycle frequency transfer function is −8 dB (0.398 times) necessary as a gain margin is
ω = ω C × (1 / 0.398) ≈2.51 × ω C (14)
become.

次に、ω=2.51×ωCにおけるゲインが−8dB以下で同時に位相遅れが180°未満であり、従って位相交点(位相遅れが180°)におけるゲイン余有が−8dB以下であることを確認する。ここでは、角周波数ωが上述のωCよりも大きな周波数領域に入っているので、ロール圧下制御の伝達関数GPも定数ではなく、以下のような時定数TPの一次遅れ伝達関数を用いることとする。
P=KP/(1+TPS) (4)
Next, it is confirmed that the gain at ω = 2.51 × ω C is −8 dB or less and the phase lag is less than 180 ° at the same time, and therefore the gain margin at the phase intersection (phase lag is 180 °) is −8 dB or less. Check. Here, since the angular frequency ω is in a frequency range larger than the above-described ω C , the transfer function GP of the roll reduction control is not a constant, but the following first-order lag transfer function of the time constant T P is used. I will do it.
G P = K P / (1 + T P S) (4)

一般的な例として、ロールスタンドから板厚検出器までの距離Xを2m、TP=0.07秒、α=3を用いて、圧延速度Vを200m/分から2000m/分まで変化させた場合について検討を行った。表1には、各圧延速度における無駄時間L、ωC、ω=2.51×ωCにおけるゲイン及び位相遅れ角度を示す。 As a general example, when the rolling speed V is changed from 200 m / min to 2000 m / min using a distance X from the roll stand to the plate thickness detector of 2 m, T P = 0.07 sec, α = 3 Was examined. Table 1 shows the gain and phase delay angle at the dead time L, ω C , ω = 2.51 × ω C at each rolling speed.

Figure 2006043726
Figure 2006043726

表1に示すように、圧延速度Vを200〜2000m/秒と大幅に変化させた場合でも、圧延速度毎にωCを決めることによって、ω=2.51×ωCにおけるゲインが−8dB以下で位相遅れは略173°未満であり、180°までには余裕があることがわかる。このことは、位相遅れが180°になる角周波数ではゲインはさらに低下することを示しており、従って、上記本発明において十分なゲイン余有を確保できることが明らかである。 As shown in Table 1, even when the rolling speed V is significantly changed to 200 to 2000 m / sec, the gain at ω = 2.51 × ω C is −8 dB or less by determining ω C for each rolling speed. Thus, it can be seen that the phase lag is less than about 173 ° and there is a margin up to 180 °. This indicates that the gain further decreases at the angular frequency where the phase lag is 180 °, and therefore it is clear that a sufficient gain margin can be secured in the present invention.

以上のとおりであるから、制御動作の伝達関数GC=KC(1+TCS)/S2における比例定数KC、時定数TCを本発明のように定めることにより、一巡周波数伝達関数のゲイン余有と位相余有をともに良好な範囲とすることができ、フィードバック制御において安定性を確保することができる。即ち、制御動作に2階積分要素をもたせることによってランプ状の外乱に対しても定常偏差を有することなく板厚制御が可能であり、さらに2階積分要素を有するにもかかわらず安定した板厚制御を実施することが可能となる。 As described above, by setting the proportionality constant K C and the time constant T C in the transfer function G C = K C (1 + T C S) / S 2 of the control operation as in the present invention, Both the gain margin and the phase margin can be in a favorable range, and stability can be ensured in feedback control. That is, by providing a second order integral element in the control operation, it is possible to control the plate thickness without having a steady deviation against a ramp-like disturbance, and a stable plate thickness despite having a second order integral element. Control can be performed.

上記本発明において、時定数TCを定めるに際してTC=α/ωCとし、さらにα≧3としている。α≧3としたのは、種々の周波数成分を有する外乱に対する板厚の変化の大きさを計算によって求めた結果、αの大きさは3以上とすることが望ましいことを見出したからである。特に、ωCよりも角周波数が高い外乱に対して板厚変化を助長する弊害が現れやすいが、α≧3とすればこのような弊害を防止できることが明らかになった。 In the present invention, when determining the time constant T C , T C = α / ω C and α ≧ 3. The reason why α ≧ 3 is that, as a result of calculating the magnitude of the change in the plate thickness with respect to the disturbance having various frequency components, it has been found that the magnitude of α is desirably 3 or more. In particular, the adverse effect of promoting the change in the plate thickness with respect to the disturbance having an angular frequency higher than ω C tends to appear, but it has become clear that such an adverse effect can be prevented by setting α ≧ 3.

また、本発明においてω=ωCにおける一巡周波数伝達関数(GC・GP・Gh(jωC))のゲインを略1となるように比例定数KCを定めるに際し、前述のように好ましくはゲインを0.8〜1.2の範囲内とする。ゲインを0.8以上とすることにより、ゲイン余有を本発明の良好な範囲に保持することができる。またゲインを1.2以下とすることにより、位相余有を本発明の良好な範囲に保持することができる。より好ましくはゲインが0.9〜1.1の範囲内とする。 Further, in the present invention, when the proportionality constant K C is determined so that the gain of the cyclic frequency transfer function (G C · G P · G h (jω C )) at ω = ω C is substantially 1, it is preferable as described above. The gain is in the range of 0.8 to 1.2. By setting the gain to 0.8 or more, it is possible to keep the gain margin within the favorable range of the present invention. Further, by setting the gain to 1.2 or less, it is possible to maintain the phase margin within the preferable range of the present invention. More preferably, the gain is in the range of 0.9 to 1.1.

以上、比例定数KC、時定数TCの好ましい決定方法について説明を行った。逆に、GC=KC(1+TCS)/S2における比例定数KC、時定数TC、GP、Ghがそれぞれ定まっているときに、この制御系が本発明の範囲内にあるか否かを以下のように検証することができる。 The preferred determination method of the proportionality constant K C and the time constant T C has been described above. Conversely, when the proportionality constant K C , time constants T C , G P , and G h in G C = K C (1 + T C S) / S 2 are determined, this control system is within the scope of the present invention. Whether it exists or not can be verified as follows.

まず、一巡周波数伝達関数(GC・GP・Gh(jω))のゲインが1(0dB)となる角周波数ωを求め、ωCとおく。次に、ω=ωCにおけるGP・Gh(jω)の位相遅れが30°以下であることを確認する。さらにTC≧3/ωCとなっていることを確認する。これらの条件がすべて満足されていれば、このフィードバック制御系は本発明の好ましい範囲内にあり、安定して板厚制御が可能であることが証明される。 First, the angular frequency ω at which the gain of the round-frequency transfer function (G C · G P · G h (jω)) is 1 (0 dB) is obtained and set as ω C. Next, it is confirmed that the phase delay of G P · G h (jω) at ω = ω C is 30 ° or less. Further, it is confirmed that T C ≧ 3 / ω C. If all these conditions are satisfied, this feedback control system is within the preferable range of the present invention, and it is proved that the plate thickness can be controlled stably.

次に、ω=ωCにおいて一巡周波数伝達関数のゲインが略1となるように比例定数KCを定めるための本発明の好ましい方法について説明する。 Next, a preferred method of the present invention for determining the proportionality constant K C so that the gain of the cyclic frequency transfer function is approximately 1 at ω = ω C will be described.

前述のとおり、ω≒ωCの領域においては伝達関数GPのゲインは近似的に定数KPとおくことができ、Gh=e-LSのゲインはすべての角周波数において1であるという前提のもと、ω=ωCにおける一巡周波数伝達関数(GC・GP・Gh(jωC))のゲインが1である場合の比例定数KCを特にKC0とおいたとき、KC0を(12)式のように定めることができる。
C0=ωC 2/(KP・√(1+α2)) (12)
つまり、ω=ωCにおける一巡周波数伝達関数のゲインが1である場合の比例定数KCは、上記(12)式のKC0で表されることとなる。
As described above, in the region of ω≈ω C , the gain of the transfer function G P can be approximately set to the constant K P, and the gain of G h = e −LS is 1 at all angular frequencies. the original, when the gain of the open-loop frequency transfer function at ω = ω C (G C · G P · G h (jω C)) is placed especially K C0 the constant of proportionality K C when it is 1, the K C0 It can be determined as shown in equation (12).
K C0 = ω C 2 / (K P · √ (1 + α 2 )) (12)
That is, the proportionality constant K C when the gain of the round-trip frequency transfer function at ω = ω C is 1 is represented by K C0 in the above equation (12).

従って、本発明において比例定数KCを上記KC0にほぼ近い値とすることにより、ω=ωCにおける一巡周波数伝達関数のゲインを略1とすることができることとなる。 Therefore, by setting the proportionality constant K C to a value substantially close to K C0 in the present invention, the gain of the round-trip frequency transfer function at ω = ω C can be made substantially 1.

即ち、本発明において好ましくは、上記(12)式を用いてKC0を定め、次にKCを0.8×KC0〜1.2×KC0の範囲内として定める。これにより、ω=ωCにおける一巡周波数伝達関数(GC・GP・Gh(jωC))のゲインを自動的に略1とすることができる。KCを0.8×KC0以上とすることにより、ゲイン余有を本発明の良好な範囲に保持することができる。またKCを1.2×KC0以下とすることにより、位相余有を本発明の良好な範囲に保持することができる。KCを0.9×KC0〜1.1×KC0の範囲内とするとより好ましい。 That is, in the present invention, preferably, K C0 is determined using the above equation (12), and then K C is determined within the range of 0.8 × K C0 to 1.2 × K C0 . As a result, the gain of the one-cycle frequency transfer function (G C · G P · G h (jω C )) at ω = ω C can be automatically set to about 1. By setting K C to 0.8 × K C0 or more, it is possible to maintain the gain margin within the favorable range of the present invention. In addition, by setting K C to 1.2 × K C0 or less, the phase margin can be maintained within the favorable range of the present invention. The K C and more preferably in the range of 0.9 × K C0 ~1.1 × K C0 .

本発明においては例えば、KC
C=ωC 2/(α・KP) (15)
のように定めることができる。このとき、α≧3であるから、KCが0.8×KC0〜1.2×KC0の範囲内に入っているからである。
In the present invention, for example, K C is changed to K C = ω C 2 / (α · K P ) (15)
It can be determined as follows. At this time, since α ≧ 3, K C is in the range of 0.8 × K C0 to 1.2 × K C0 .

本発明において、制御対象の伝達関数GPをKP/(1+TPS)、フィードバック部分の伝達関数Ghをe-LSで表すこととすると好ましい。ここで、TPは圧下制御装置の時定数、eは自然対数の底、Lは板厚検出の際に生じる無駄時間である。この場合において、GPとGhの周波数伝達関数(GP・Gh(jω))の位相遅れが30°以下となる角周波数ωCを選択する方法を具体的に説明する。 In the present invention, it is preferable that the transfer function G P to be controlled is represented by K P / (1 + T P S), and the transfer function G h of the feedback part is represented by e −LS . Here, T P is the time constant of the rolling control device, e is the base of the natural logarithm, and L is the dead time that occurs when detecting the plate thickness. In this case, specifically described how to select the angular frequency omega C the phase delay becomes 30 ° or less of the frequency transfer function of G P and G h (G P · G h (jω)).

圧延ロールから板厚測定装置までの距離をX、圧延速度をVとおくと、無駄時間Lは前記(6)式のように定めることができる。即ち、圧延速度Vが変わると無駄時間Lは変化するので、角周波数ωCについても圧延速度Vに応じて定める必要がある。圧延速度Vが速くなるほど、角周波数ωCは大きな値となる。 When the distance from the rolling roll to the plate thickness measuring device is X and the rolling speed is V, the dead time L can be determined as in the above equation (6). That is, since the dead time L changes when the rolling speed V changes, the angular frequency ω C also needs to be determined according to the rolling speed V. As the rolling speed V increases, the angular frequency ω C increases.

周波数伝達関数GP(jω)=KP/(1+jωTP)は一次遅れ要素を有するので、角周波数ωにおけるゲインと位相は以下のように表すことができる。
|GP(jω)|=20log10(KP/√(1+(ωTP2))(dB) (16)
∠GP(jω)=−tan-1(ωTP) (9)
Since the frequency transfer function G P (jω) = K P / (1 + jωT P ) has a first-order lag element, the gain and phase at the angular frequency ω can be expressed as follows.
| G P (jω) | = 20 log 10 (K P / √ (1+ (ωT P ) 2 )) (dB) (16)
∠G P (jω) = − tan −1 (ωT P ) (9)

また、伝達関数Gh(jω)=e-jωLは無駄時間要素であるから、ゲインはωに関係なく1である。従って、
|Gh(jω)|=0dB (17)
∠Gh(jω)=−ωL=−180ωL/π(°) (10)
となる。
Further, since the transfer function G h (jω) = e −jωL is a dead time element, the gain is 1 regardless of ω. Therefore,
| G h (jω) | = 0 dB (17)
∠G h (jω) = − ωL = −180 ωL / π (°) (10)
It becomes.

このようにして算出した∠GP(jω)と∠Gh(jω)を足し合わせて∠GP・Gh(jω)を求め、この∠GP・Gh(jω)が−30°以上、即ち位相遅れが30°以下となるωを定め、このωをωCとする。前述のとおり、圧延速度Vに応じて角周波数ωCは変化するので、圧延速度毎に角周波数ωCを求める必要がある。 Thus seek ∠G P · G h (jω) were combined by adding the ∠G P which is calculated by (j [omega]) and ∠G h (jω), the ∠G P · G h (jω) is -30 ° or more That is, ω at which the phase delay is 30 ° or less is determined, and this ω is defined as ω C. As described above, since the angular frequency ω C changes according to the rolling speed V, it is necessary to obtain the angular frequency ω C for each rolling speed.

以上のように、本発明においては圧延速度毎に角周波数ωCを求める必要がある。このとき、本発明において好ましくは前述のとおり比例定数KCを前記(12)式のKC0近傍の値として定める。これにより、たとえ圧延速度が変化して角周波数ωCの値を変更したとしても、一巡周波数伝達関数のωCにおけるゲインを常に自動的に略1に維持することができる。このように、ωCを変更して位相進み時定数TCを変更した場合、これと連動して制御装置のゲイン(比例定数KC)も変化するように互いに関係を持たせることによって、常に安定性を維持保証することが可能となった。 As described above, in the present invention, it is necessary to obtain the angular frequency ω C for each rolling speed. At this time, in the present invention, preferably, the proportionality constant K C is determined as a value in the vicinity of K C0 in the equation (12) as described above. As a result, even if the rolling speed is changed and the value of the angular frequency ω C is changed, the gain at ω C of the round frequency transfer function can always be automatically maintained at about 1. In this way, when ω C is changed and the phase advance time constant T C is changed, the gain (proportional constant K C ) of the control device is also changed so as to change in conjunction therewith. It became possible to maintain and guarantee stability.

以上の説明においては、板厚制御のための操作量としてロール圧下量を用いる場合のみについて説明してきた。一方、板厚制御においては、操作量として前スタンドの圧延速度を用いることもできる。以下、板厚制御の操作量として前スタンドの圧延速度を用いる場合について説明する。   In the above description, only the case where the roll reduction amount is used as the operation amount for the plate thickness control has been described. On the other hand, in the plate thickness control, the rolling speed of the front stand can be used as the operation amount. Hereinafter, the case where the rolling speed of the front stand is used as the operation amount of the plate thickness control will be described.

前スタンドの圧延速度を調整して板厚制御を行う場合においても、本発明はそのまま適用することができる。唯一相違する点は、比例定数KPの決め方である。 Even when the plate thickness control is performed by adjusting the rolling speed of the front stand, the present invention can be applied as it is. The only difference is how to determine the proportionality constant K P.

ロール圧下量を操作して板厚制御を行う前述の方法においては、ロール圧下位置と圧延板厚との間の比例定数をKPとして用いた。そしてこの定数KPの値は、前述のとおり、ゲージメータAGCを採用していない圧延装置においては前記(1)式、ゲージメータAGCを採用している圧延装置においては、ゲージメータAGCの正帰還率をβ(≦1)とおいて前記(2)式と定めることができる。 In the above-described method in which the sheet thickness control is performed by manipulating the roll reduction amount, a proportional constant between the roll reduction position and the rolled sheet thickness is used as K P. As described above, the value of the constant K P is the above formula (1) in a rolling apparatus that does not employ a gauge meter AGC, and the positive feedback of the gauge meter AGC in a rolling apparatus that employs a gauge meter AGC. The rate can be defined as the equation (2) with β (≦ 1).

前スタンド2bの圧延速度Uを操作して板厚制御を行う方法においては、前スタンド2bの圧延速度をUと板厚hとの間の比例定数をKPとして定義できる。そしてこの定数KPの値は、当該スタンド2aの圧延前板厚(=前スタンド2bの圧延後板厚)をHとして、
P=H/U (18)
のように定めることができる。
In the method of controlling the plate thickness by operating the rolling speed U of the front stand 2b, the proportionality constant between U and the plate thickness h can be defined as K P for the rolling speed of the front stand 2b. And, the value of this constant K P is that the thickness before rolling of the stand 2a (= thickness after rolling of the front stand 2b) is H,
K P = H / U (18)
It can be determined as follows.

以上の点以外については、操作量としてロール圧下量を用いる場合も前スタンドの圧延速度を用いる場合もまったく同様に処理を行えばよい。   Except for the above points, the same processing may be performed when the roll reduction amount is used as the operation amount and when the rolling speed of the front stand is used.

2スタンドタンデム圧延機を用いるアルミニウム板の冷間圧延において本発明を適用した。原板板厚0.81mm、仕上板厚0.32mm、板幅1087mmのアルミストリップを2スタンドタンデム圧延機により圧延する。板厚誤差の許容値は±1%(±3.2μm P−P)である。圧延速度は150〜900m/分の間で変化している。圧下制御装置の時定数TPは0.07秒、ミル剛性係数Mは440ton/mmである。 The present invention was applied in the cold rolling of an aluminum plate using a two-stand tandem rolling mill. An aluminum strip having an original plate thickness of 0.81 mm, a finished plate thickness of 0.32 mm, and a plate width of 1087 mm is rolled by a 2-stand tandem rolling mill. The allowable value of the plate thickness error is ± 1% (± 3.2 μm PP). The rolling speed varies between 150 and 900 m / min. Constant T P 0.07 seconds when the pressure control device, the mill stiffness coefficient M is 440ton / mm.

板厚制御はモニターAGCのみを用い、図1(a)に示すように第2スタンドであるロールスタンド2から2000mmの位置に板厚検出器4を設け、この板厚検出器4で測定した板厚を制御装置5にフィードバックすることによって板厚制御を行った。板厚制御の操作量として圧延のロール圧下位置を用いた。塑性係数Qについては、
Q=P/[2(H−h)]
のようにして定める。ここで、H:ロールスタンド入側の板厚、h:ロールスタンド出側板厚、P:圧延荷重である。
Thickness control uses only the monitor AGC, and a plate thickness detector 4 is provided at a position 2000 mm from the roll stand 2 as the second stand as shown in FIG. The plate thickness was controlled by feeding back the thickness to the control device 5. The rolling roll reduction position was used as the operation amount for controlling the plate thickness. For plasticity factor Q,
Q = P / [2 (H−h)]
Determine as follows. Here, H: plate thickness on the roll stand entrance side, h: roll stand exit side plate thickness, P: rolling load.

本発明法の板厚制御においては、制御動作の伝達関数GC=KC(1+TCS)/S2とし、TC=α/ωC、α=3とし、KC=ωC 2/(KP・√(1+α2))とした。 In the plate thickness control according to the present invention, the transfer function G C = K C (1 + T C S) / S 2 of the control operation is set, T C = α / ω C , α = 3, and K C = ω C 2 / (K P · √ (1 + α 2 )).

まず、上記のように求めたQを用い、KP=M/(M+Q)としてKPを定める。また、板厚測定の無駄時間Lは圧延速度VからL=X/Vのように定める。 First, using a Q obtained as described above, determining the K P = M / (M + Q) as K P. Further, the dead time L of the plate thickness measurement is determined from the rolling speed V as L = X / V.

次に、周波数伝達関数GP(jω)=KP/(1+jωTP)と周波数伝達関数Gh(jω)=e-jωLについてBode線図を作図し、∠GP・Gh(jω)を求め、この∠GP・Gh(jω)が−30°以上、即ち位相遅れが30°以下となるωを定め、このωをωCとする。このようにしてωCが定まれば、制御動作の伝達関数が確定する。 Next, a Bode diagram is drawn for the frequency transfer function G P (jω) = K P / (1 + jωT P ) and the frequency transfer function G h (jω) = e −jωL , and ∠G P · G h (jω) is calculated . The ω G P · G h (jω) is −30 ° or more, that is, the phase delay is 30 ° or less is determined, and this ω is set to ω C. If ω C is determined in this way, the transfer function of the control operation is determined.

図5に圧延速度を2000m/分として圧延している場合の一巡周波数伝達関数のBode線図を示す。角周波数ωC=4.03においてゲインが1となっており、即ち角周波数ωCがゲイン交点であり、この角周波数における位相余有は41°であって安定領域を確保している。また、角周波数12.8において位相遅れが180°であり、即ちこの角周波数が位相交点であり、この角周波数におけるゲイン余有は10.8dBであって安定領域を確保している。これからも、本発明法の制御伝達関数を用いることによって安定な制御が可能であることがわかる。 FIG. 5 shows a Bode diagram of a circular frequency transfer function when rolling at a rolling speed of 2000 m / min. At the angular frequency ω C = 4.03, the gain is 1, that is, the angular frequency ω C is the gain intersection, and the phase margin at this angular frequency is 41 °, and a stable region is secured. In addition, the phase delay is 180 ° at the angular frequency 12.8, that is, this angular frequency is the phase intersection, and the gain margin at this angular frequency is 10.8 dB, thus ensuring a stable region. From this, it can be seen that stable control is possible by using the control transfer function of the method of the present invention.

従来法の板厚制御においては、制御要素を積分要素のみとした。   In the plate thickness control of the conventional method, the control element is only the integral element.

(実施例1)
ロールを交換した直後の圧延において、従来の方式によって板厚を制御した場合と本発明によって制御した場合の定常誤差を比較した。ロール交換直後であるため、圧延中にロールの熱膨張が進行し、ランプ状の外乱が付加されている状況である。
Example 1
In rolling immediately after replacing the roll, the steady state error was compared between the case where the sheet thickness was controlled by the conventional method and the case where it was controlled by the present invention. Since it is immediately after the roll exchange, the thermal expansion of the roll proceeds during rolling, and a lamp-like disturbance is added.

図6(a)は従来の方式で制御した場合の板厚誤差を示しており、約−0.2μmの定常誤差が発生しており、ロールの熱膨張によるランプ状の外乱に対して定常偏差が発生していることがわかる。一方図6(b)は本発明による方式で制御した場合で、定常誤差の発生は極めて小さく−0.02μmであった。即ち、本発明の板厚制御方法を適用することにより、ロールの熱膨張によるランプ状の外乱に対して定常偏差の発生を抑制できていることが明らかである。   FIG. 6A shows a plate thickness error in the case of control by the conventional method. A steady error of about −0.2 μm is generated, and the steady deviation with respect to the lamp-like disturbance due to the thermal expansion of the roll. It can be seen that has occurred. On the other hand, FIG. 6B shows the case where the control according to the present invention is used, and the occurrence of steady-state error is extremely small, −0.02 μm. That is, it is apparent that the application of the plate thickness control method of the present invention can suppress the occurrence of a steady deviation against a lamp-like disturbance due to the thermal expansion of the roll.

(実施例2)
ミル減速に伴う板厚誤差の状況を比較する。一般に、圧延速度を減速すると、ストリップの塑性係数が大きくなり、これに伴い板厚が増加する。即ち、圧延速度の減速は板厚制御においてランプ状の外乱要因となる。
(Example 2)
Compare the situation of plate thickness error due to mill deceleration. In general, when the rolling speed is reduced, the plastic coefficient of the strip increases, and the thickness increases accordingly. That is, the reduction of the rolling speed becomes a ramp-like disturbance factor in the plate thickness control.

圧延速度を750mpmから直線的に減速し、停止した場合の板厚誤差について、板厚制御に従来法を用いた場合と本発明法を用いた場合の比較を行った。図7(a)は従来の方式で板厚を制御しながら減速を行った場合の板厚誤差を示す。図7(b)は本発明による方式で、前記と同様な減速を行った場合の板厚誤差を示している。   The plate thickness error when the rolling speed was linearly reduced from 750 mpm and stopped was compared between the case where the conventional method was used for the plate thickness control and the case where the method of the present invention was used. FIG. 7A shows a plate thickness error in the case where deceleration is performed while controlling the plate thickness by the conventional method. FIG. 7 (b) shows the plate thickness error when the same deceleration as described above is performed in the system according to the present invention.

図7(a)と図7(b)を比較してわかるように、本発明によって板厚を制御した場合、板厚誤差の発生が大幅に抑制されている。なお、上記の圧延における、減速時に許容値を超える誤差が発生したストリップの長さは従来方式では約54mであったが、本発明による方式では18mとなり、本発明による板厚制御により、ミル減速時の板厚精度不良ストリップ長さを約1/3にすることができた。   As can be seen by comparing FIG. 7 (a) and FIG. 7 (b), when the plate thickness is controlled by the present invention, the occurrence of a plate thickness error is greatly suppressed. In the above rolling, the length of the strip in which an error exceeding the allowable value occurred during deceleration was about 54 m in the conventional method, but 18 m in the method according to the present invention. The strip length with poor plate thickness accuracy at that time could be reduced to about 1/3.

モニターAGCを用いた圧延機を示す概略図であり、(a)は操作量としてロール圧下位置を用いた場合、(b)は操作量として前スタンドの圧延速度を用いた場合を示す。It is the schematic which shows the rolling mill using monitor AGC, (a) shows the case where the rolling reduction position of a front stand is used as an operation amount, when the roll reduction position is used as an operation amount. モニターAGCの制御ブロック線図を示す図である。It is a figure which shows the control block diagram of monitor AGC. 本発明の好適な制御条件を定めるために用いるBode線図を示す図である。It is a figure which shows the Bode diagram used in order to define the suitable control conditions of this invention. 一般的な一巡周波数伝達関数のBode線図を示す図である。It is a figure which shows the Bode diagram of a general cyclic frequency transfer function. 本発明を用いた一巡周波数伝達関数のBode線図の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the Bode diagram of a round frequency transfer function using this invention. 実施例1における板厚実績値の時間変化を示す図であり、(a)は従来法を用いた場合、(b)は本発明法を用いた場合である。It is a figure which shows the time change of the plate | board thickness actual value in Example 1, (a) is a case where a conventional method is used, (b) is a case where this invention method is used. 実施例2における板厚実績値の時間変化を示す図であり、(a)は従来法を用いた場合、(b)は本発明法を用いた場合である。It is a figure which shows the time change of the plate | board thickness actual value in Example 2, (a) is a case where the conventional method is used, (b) is a case where this invention method is used.

符号の説明Explanation of symbols

1 被圧延板
2 ロールスタンド
3 ロール圧下制御装置
4 板厚検出器
5 制御装置
6 駆動電動機
7 速度制御装置
8 巻き取り機
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rolled sheet 2 Roll stand 3 Roll reduction control apparatus 4 Sheet thickness detector 5 Control apparatus 6 Drive motor 7 Speed control apparatus 8 Winding machine

Claims (5)

圧延後の板厚を測定し、板厚測定値をフィードバックして圧延のロール圧下位置を調整する圧延機の板厚制御方法において、板厚偏差に基づいてロール圧下位置を操作する制御動作の伝達関数GCが、実質的にKC(1+TCS)/S2からなることを特徴とする圧延機の板厚制御方法。
ここで、KCは比例定数、TCは時定数、Sはラプラス演算子である。
In the sheet thickness control method of a rolling mill that measures the sheet thickness after rolling and feeds back the measured thickness value to adjust the roll roll reduction position of the rolling mill. A thickness control method for a rolling mill, wherein the function G C substantially consists of K C (1 + T C S) / S 2 .
Here, K C is a proportionality constant, T C is a time constant, and S is a Laplace operator.
ロール圧下位置を操作量、圧延板厚を制御量とする制御対象の伝達関数をGP、フィードバック部分の伝達関数をGhとおき、
PとGhの周波数伝達関数(GP・Gh(jω))の位相遅れが30°以下となる角周波数ωCを選択し、
α≧3となる定数αを用いてTC=α/ωCとし、
ω=ωCにおける一巡周波数伝達関数(GC・GP・Gh(jω))のゲインが略1となるように比例定数KCを定めることを特徴とする請求項1に記載の圧延機の板厚制御方法。
ここで、jは虚数、ωは角周波数である。
The transfer function of the controlled object with the roll reduction position as the manipulated variable and the rolled sheet thickness as the controlled variable is G P , and the transfer function of the feedback part is G h .
Phase lag of the frequency transfer function G P and G h (G P · G h (jω)) selects the angular frequency omega C to be 30 ° or less,
T C = α / ω C using a constant α such that α ≧ 3,
2. The rolling mill according to claim 1, wherein the proportionality constant K C is determined so that the gain of the round-trip frequency transfer function (G C · G P · G h (jω)) at ω = ω C is approximately unity. Thickness control method.
Here, j is an imaginary number and ω is an angular frequency.
ロール圧下位置と圧延板厚との間の比例定数をKPとし、
C0=ωC 2/(KP・√(1+α2))
なるKC0を定め、KCを0.8×KC0〜1.2×KC0の範囲内とすることを特徴とする請求項2に記載の圧延機の板厚制御方法。
The proportional constant between the roll reduction position and the rolled sheet thickness is K P ,
K C0 = ω C 2 / (K P · √ (1 + α 2 ))
The thickness control method for a rolling mill according to claim 2, wherein K C0 is determined and K C is set in a range of 0.8 × K C0 to 1.2 × K C0 .
制御対象の伝達関数GPがKP/(1+TPS)、フィードバック部分の伝達関数Ghがe-LSで表されることを特徴とする請求項3に記載の圧延機の板厚制御方法。
ここで、TPは圧下制御装置の時定数、eは自然対数の底、Lは板厚検出の際に生じる無駄時間である。
The sheet thickness control method for a rolling mill according to claim 3, wherein the transfer function G P to be controlled is represented by K P / (1 + T P S), and the transfer function G h of the feedback portion is represented by e -LS. .
Here, T P is the time constant of the rolling control device, e is the base of the natural logarithm, and L is the dead time that occurs when detecting the plate thickness.
ロール圧下位置に代えて、制御の操作量を前スタンドの圧延速度とすることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の圧延機の板厚制御方法。   The thickness control method for a rolling mill according to any one of claims 1 to 4, wherein a control operation amount is set to a rolling speed of the front stand instead of the roll reduction position.
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