JP2007196270A

JP2007196270A - 圧延主機モータの速度制御方法

Info

Publication number: JP2007196270A
Application number: JP2006019392A
Authority: JP
Inventors: Atsuki Naka; 篤起仲; Ichiro Yoshizawa; 一郎吉沢
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2006-01-27
Filing date: 2006-01-27
Publication date: 2007-08-09
Anticipated expiration: 2026-01-27
Also published as: JP4700505B2

Abstract

【課題】直流モータと交流モータとを併用したタンデム圧延機の圧延主機モータについて、揃速性と高応答性とを同時に満足することができる圧延主機モータの速度制御方法を提供する。
【解決手段】タンデム圧延機のスタンドを駆動する圧延主機モータ１の速度制御方法であって、ライン全体の速度基準となるＭＲＨ回路４のモータ速度指令の出力段に、理想応答補正回路５を設ける。理想応答補正回路５は制御対象モデルの速度応答と理想応答モデルの速度応答との誤差ベクトルを最小にする重み行列を備え、ＭＲＨ回路４のモータ速度指令を理想応答補正回路５を通して補正したうえでモータの速度指令とすることにより、モータの揃速性を一定とすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、鋼板を冷間圧延するタンデム圧延機の圧延主機モータの速度制御方法に関するものである。

鋼板のタンデム圧延機は、各スタンドの圧延ロールを個別の圧延主機モータにより駆動している。圧延主機モータは、ライン全体の速度基準となるＭＲＨ回路のモータ速度指令及び板厚制御用のＡＧＣ指令を受けて駆動されるのであるが、鋼板がスタンドを通過することによる板変形に応じて後段ほど高速回転させる必要があり、スタンド毎に速度差が設定されて運転されている。そしてＭＲＨ回路によりライン全体の圧延速度を加減速させたときにもこのスタンド間の速度差を守りながら運転する必要があるが、各スタンドの圧延主機モータの応答性が同一でないと（揃速性に違いがあると）、スタンド間の速度差に狂いが生じてスタンド間張力が変動し、目標板厚から偏差を生じさせる。また、最悪の場合には板破断を起こす可能性さえある。

タンデム圧延機の圧延主機モータとしては、これまで主として直流モータが用いられてきた。直流モータは交流モータに比較して応答性に劣るが、全スタンドの圧延主機モータが直流モータであれば、揃速性のバラツキは生じない。ところが近年、直流モータが絶縁寿命となり交流モータへの更新が実施されている。更新は設備休止との兼ね合いから、単スタンド毎となるケースが多く、この場合、直流モータと交流モータとが混在する状況が発生する。

この状況下では交流モータを直流モータと同等の応答（低応答）に調整して揃速性を保つのが従来の考え方である。このように交流モータを直流モータと同等に調整する行為は、交流モータの本来持つ応答性を犠牲にするものであり、板厚制御上、設備スペック通りの能力が出せない原因となる。しかし、交流モータの圧延主機モータのみを高応答性とすると、揃速性のバラツキが生じて圧延速度を加減速させたときにスタンド間張力が変動するという問題を生じる。

このような直流モータと交流モータとの応答性の差を改善するため、ＡＧＣ応答性＝Ｇａｃ(s)／Ｇｄｃ(s)×Ｇｄｃ(s) ＝Ｇａｃ(s)の式で示される基本的な考え方により交流モータの応答性を直流モータに揃える方法が開発され、特許文献１，２に開示されている。ここでＧａｃ(s)は交流モータの応答、Ｇｄｃ(s)は直流モータの応答を意味する。

ところがこの方法は厳密な意味では応答を可変化することができず、応答を抑制させる方向に使うときのみ効果を発揮する。なぜならば、（１）むだ時間等の非線形成分があるため、Ｇｄｃ(s)を正確に求めることができない、（２）逆関数を使用するため微分成分を含み、（１）のモデル化誤差がある状態で応答を向上させると、ノイズ起因で不安定となるからである。
特開平２‐２９９００３号公報特開平５‐１５８５０５号公報

本発明は上記した従来の問題点を解決して、直流モータと交流モータとを併用したタンデム圧延機の圧延主機モータについて、揃速性と高応答性とを同時に満足することができ、圧延速度を加減速させたときのスタンド間張力変動を抑制し、かつ板厚制御能力を向上させることができる圧延主機モータの速度制御方法を提供することを目的とするものである。

上記の課題を解決するためになされた本発明は、ライン全体の速度基準となるＭＲＨ回路のモータ速度指令及び板厚制御用のＡＧＣ指令を受けて、タンデム圧延機のスタンドを駆動する圧延主機モータの速度制御方法であって、上記のＭＲＨ回路のモータ速度指令の出力段とＡＧＣ指令の出力段の一方または双方に、制御対象モデルの速度応答と理想応答モデルの速度応答との誤差ベクトルを最小にするよう適応させた理想応答補正回路を設け、この理想応答補正回路を通した出力をモータへの速度指令とすることにより、モータの揃速性を一定とすることを特徴とするものである。

本発明の圧延主機モータの速度制御方法は、ＭＲＨ回路のモータ速度指令の出力段とＡＧＣ指令の出力段の一方または双方に設けた理想応答補正回路を通した出力をそのモータの速度指令とすることにより、制御対象モデルの速度応答と理想応答モデルの速度応答とをほぼ一致させることができる。このため直流モータと交流モータとを併用したタンデム圧延機においても、揃速性を確保することができ、圧延速度を加減速させたときのスタンド間張力変動を抑制することができる。

しかもこの理想応答補正回路は制御対象モデルの速度応答と理想応答モデルの速度応答との誤差ベクトルを最小にする重み行列からなるものであり、むだ時間等の非線形成分や微分成分を含まない。このため誤差ベクトルが収束しておれば、応答を向上させてもモデル差起因のノイズを生ずることがなく、揃速性と高応答性とを同時に満足することができる。また例えば板厚制御用のＡＧＣ指令は、理想応答補正回路を通さずモータへの速度指令とすれば、ＡＧＣ指令に対する応答をＭＲＨ回路のモータ速度指令とは切り離すことができるので、スタンド間張力変動を抑制しながら、最終スタンドの圧延主機モータの応答性を上げることにより板厚制御能力を向上させることが可能である。

図１は本発明の実施形態を概念的に示すブロック図であり、実際の冷間圧延用のタンデム圧延機は例えば６スタンドであるが、図１には３スタンドのみが示されている。１は各スタンドの圧延ロールを駆動する圧延主機モータであり、それぞれ速度制御装置２と速度センサ３とを備えている。４はライン全体の速度基準となるＭＲＨ回路であり、従来はそのモータ速度指令は各圧延主機モータ１の速度制御装置２に直接入力されていたのであるが、本発明ではＭＲＨ回路４のモータ速度指令の出力段に理想応答補正回路５を設け、この理想応答補正回路５を通した出力をその圧延主機モータ１への速度指令とする。

理想応答補正回路５は、制御対象モデルの速度応答と理想応答モデルの速度応答とを一致させるための回路であり、理想応答モデル６と制御対象モデルとの誤差ベクトルを同定し、誤差ベクトルを最小にするようにＭＲＨ回路４のモータ速度指令の出力を補正する。

図２は理想応答補正回路５のブロック図であり、Ｒ_１(s)は応答補正要素、Ｇ_３(s)は目標とする理想応答モデル、Ｇ_４(s)は制御対象モデルである。理想応答モデルは例えば直流モータであり、制御対象モデルは例えば交流モータである。図２に示すようにＲ_１(s)とＧ_４(s)とを直列に接続し、またＧ_３(s)を並列に接続して、例えばインパルス信号のような入力Ｎrefを与える。そして両者の誤差ベクトルを同定器７により求め、得られた誤差ベクトルを最小にするようなインパルス列である重み行列を求める。

具体例を示すと、制御対象モデル（交流モータ）の応答が図３の上段のとおりであり、理想応答モデル（直流モータ）の応答が図３の下段のとおりであった場合（応答を抑制するケース）、両者の誤差ベクトルの二乗和の推移は図４の上段のようになり、これを最小にする重み行列は図４の下段のようになる。このような重み行列を備えた理想応答補正回路５に図５の上段のようなステップ入力を通すと、ステップ入力は図５の２段目のように修正され、これを受けた制御対象モデルの応答は図５の３段目のようになり、４段目の理想応答モデルの応答とほぼ一致することが分かる。

また、逆に対象モデルとREFモデルを図６のように入れ替えた場合（応答を向上させるケース）、誤差ベクトルの二乗和の推移が図７の上段のとおりとなり、これを最小にする重み行列は図７の下段のようになる。この重み行列を備えた理想応答補正回路５に図８の上段のようなステップ入力を通すと、ステップ入力は図８の２段目のように修正され、これを受けた制御対象モデルの応答は図８の３段目のようになり、やはり４段目の理想応答モデルの応答とほぼ一致することが分かる。

このように、本発明によればＭＲＨ回路４のモータ速度指令を理想応答補正回路５で補正することによって、制御対象となる圧延主機モータ１の応答を理想応答モデルの応答と一致させることができるから、直流モータと交流モータとを併用したタンデム圧延機においても、各圧延主機モータ１の揃速性を確保することができ、ＭＲＨ回路４により圧延速度を加減速させたときのスタンド間張力変動を抑制することができる。

本発明はどのスタンドに適用することも可能であるが、特に最終スタンドの圧延主機モータ１を高応答の交流モータに置換し、その応答を他スタンドの直流モータの応答に揃える場合に効果がある。しかし最終スタンドの圧延主機モータ１は張力による板厚制御（ＡＧＣ）を行うためには本来の高応答特性を発揮させる必要がある。そのため、図９に示すようにＭＲＨ回路４のモータ速度指令は理想応答補正回路５に通して補正するが、板厚制御用のＡＧＣ指令は、理想応答補正回路５を通さずモータへの速度指令とすることが好ましい。このようにすれば、揃速性と高応答性とを同時に満足することができ、圧延速度を加減速させたときのスタンド間張力変動を抑制し、かつ板厚制御能力を向上させることができる利点がある。上述の最終スタンドに高応答モータを設置しないケースにおいてＭＲＨ応答とＡＧＣ応答を目的の応答にするためには、図１０に示すように、理想応答補正回路をＡＧＣ指令の出力段に入れても、ＭＲＨ回路のモータ速度指令の出力段とＡＧＣ指令の出力段の双方に入れることも可能である。

なお、ＭＲＨ速度応答は理論的にどのような応答波形でも実現可能である。本発明では複雑な制御系は必要とされず、単純なＦＩＲ信号処理器を用いることで、系全体の安定性を保つことができる。また各圧延主機モータ１の調整結果は単純なステップレスポンス波形のみあればよく、複雑なモデルの同定や簡易伝達関数モデル作成の必要がない。さらに各理想応答補正回路はオフラインの計算機で自動作成が可能であり、高度な制御理論などの知識を要しない。理想応答補正回路の生成には、オンライン信号を用いた手法のほか、計算精度および速度向上のため、擬似白色ノイズ信号を用いたオフライン手法を取ることも可能である。

本発明の実施形態を概念的に示すブロック図である。理想応答補正回路のブロック図である。制御対象モデルの応答と、理想応答モデルの応答を示すグラフである。誤差ベクトルの二乗和の推移と、重み行列を示すグラフである。ステップ入力、理想応答補正回路により修正されたステップ、制御対象モデルの応答、理想応答モデルの応答を示すグラフである。対象モデルとREFモデルを入れ替えた場合の、制御対象モデルの応答と、理想応答モデルの応答を示すグラフである。誤差ベクトルの二乗和の推移と、重み行列を示すグラフである。ステップ入力、理想応答補正回路により修正されたステップ、制御対象モデルの応答、理想応答モデルの応答を示すグラフである。ＭＲＨ指令とＡＧＣ指令の関係を示すブロック図である。各種ケースの制御系統図である。

符号の説明

１圧延主機モータ
２速度制御装置
３速度センサ
４ＭＲＨ回路
５理想応答補正回路
６理想応答モデル
７制御対象モデル

Claims

ライン全体の速度基準となるＭＲＨ回路のモータ速度指令及び板厚制御用のＡＧＣ指令を受けて、タンデム圧延機のスタンドを駆動する圧延主機モータの速度制御方法であって、上記のＭＲＨ回路のモータ速度指令の出力段とＡＧＣ指令の出力段の一方または双方に、制御対象モデルの速度応答と理想応答モデルの速度応答との誤差ベクトルを最小にするよう適応させた理想応答補正回路を設け、この理想応答補正回路を通した出力をモータへの速度指令とすることにより、モータの揃速性を一定とすることを特徴とする圧延主機モータの速度制御方法。