JP2009116759A - Method and device for learning control model in process line, and production method of steel plate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧延ライン、冷却ラインなどのプロセスラインにおける学習制御方法および装置、ならびに鋼板の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a learning control method and apparatus in process lines such as a rolling line and a cooling line, and a steel plate manufacturing method.
圧延ライン、冷却ラインなどのプロセスラインにおいては、計算機制御のためのモデルは一般に理論式あるいは実験式に基づいて構築されている。しかしながら、プロセスラインでの現象を完全に表現するモデルの構築は不可能に近いため、前回までにプロセスラインで処理したデータに基づいてモデルを修正して制御を行う方法、即ち、学習制御方法が行われている。例えば、圧延ラインにおける圧延荷重の予測、冷却ラインにおける温度降下量の予測モデルは、その代表的な例である。 In a process line such as a rolling line or a cooling line, a model for computer control is generally constructed based on a theoretical formula or an experimental formula. However, since it is almost impossible to build a model that completely represents the phenomenon in the process line, there is a method for performing control by correcting the model based on data processed in the process line until the last time, that is, a learning control method. Has been done. For example, the prediction model of the rolling load in the rolling line and the prediction model of the temperature drop amount in the cooling line are typical examples.
プロセスラインで計測される実績値と制御モデル出力値との誤差(ズレ)は、上述したように、プロセスラインでの現象が制御モデルに完全に表現されていないために生じている。 As described above, the error (deviation) between the actual value measured in the process line and the control model output value occurs because the phenomenon in the process line is not completely expressed in the control model.
この完全に表現されていない理由としては、(1)現象そのものが未解明であること、(2)現象は解明されているが制御モデルの表現が複雑になり過ぎオンラインでの計算に間に合わないため、簡略化していること、(3)制御モデルの計算に必要なデータの採取が不完全なことなどが挙げられる。 The reason why this is not completely expressed is that (1) the phenomenon itself is unclear, and (2) the phenomenon is elucidated, but the expression of the control model is too complex to be in time for online calculations. (3) Incomplete collection of data necessary for control model calculation.
上記課題に対処するため、例えば、下記のような一次遅れフィルタが学習値の算出に用いられている。 In order to deal with the above problem, for example, a first-order lag filter as described below is used for calculating a learning value.
yk = (1-α)*yk-1 + α*uk-1 (1)
yk:次回学習値
yk-1:今回使用した学習値
uk-1:今回の実績値と制御モデル出力値との誤差(ズレ)
α:係数
αが“1”に近いと実績値と制御モデル出力値との誤差が早期に学習値に反映される(追従性が高い)が、ノイズが存在すると不要な設定変動を引き起こすことになり安定性が低下する(耐ノイズ性が低い)。一方、αが“0”に近いと耐ノイズ性は向上するが、誤差に対する追従性が低下するといった問題がある。
y k = (1-α) * y k-1 + α * u k-1 (1)
y k : Next learning value
y k-1 : Learning value used this time
u k-1 : Error (deviation) between actual value and control model output value
α: When the coefficient α is close to “1”, an error between the actual value and the control model output value is reflected in the learning value early (high followability), but if noise exists, it causes unnecessary setting fluctuations. Stability is reduced (noise resistance is low). On the other hand, when α is close to “0”, noise resistance is improved, but there is a problem that followability with respect to errors is lowered.
上記課題に対処するため、例えば、特許文献1に開示された技術では、モデルと現象との不一致を、(a)設備あるいは環境の変化によるプロセスラインの時系列的な変動と、(b)プロセスラインで処理される材料の種類、処理パターンの違いに起因するグループ別の変動との2種類の変動に分離して対処する方法が提案されている。即ち、グループ別学習係数の変化分を考慮して時系列学習係数を求め、相互の特徴を活かす学習方法が提案されている。
In order to deal with the above problem, for example, in the technique disclosed in
また、特許文献2に開示された技術では、層別テーブルの区分および構造を制御モデル誤差の挙動に対して各々独立となるように複数に分割して、優先順位をつけて学習を行うことにより、制御モデル誤差の残余の部分を早期に吸収する学習方法が提案されている。
しかしながら、上述した特許文献1に開示された技術では、グループ別学習の学習速度と学習の安定性および学習の均一的な効果を得るための方策は記述されておらず、実操業で蓄積される学習の偏りや不均一性に基づく制御モデル予測精度の悪化を防止することはできない。
However, in the technique disclosed in
また、上述した特許文献2に開示された技術では、制御モデル誤差に対して各々独立となる因子を抽出する必要があるものの、実績値と制御モデル予測値との誤差の原因が、上述したように(1)現象そのものが未解明、あるいは、(3)制御モデルの計算に必要なデータの採取が不完全な場合などでは、そもそも因子の抽出が困難であるといった根本的な問題がある。
Further, although the technique disclosed in
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、追従性の高い学習方式と耐ノイズ性の高い学習方式を併用することにより課題を解決する、プロセスラインにおける制御モデル学習方法および装置、ならびに鋼板の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and a control model learning method and apparatus in a process line, and a steel plate, which solves the problem by using a learning method with high followability and a learning method with high noise resistance. It aims at providing the manufacturing method of.
本発明の請求項1に係る発明は、プロセスラインでの実績値に基づいて制御モデルを修正して制御を行う学習制御方法において制御モデルの学習を行う、プロセスラインにおける制御モデル学習方法であって、実績値と制御モデル出力値との誤差に基づいて、追従性の高い学習方式と耐ノイズ性の高い学習方式とのそれぞれの出力に重みを付けて合成し、制御モデルに対する新たな学習値を算出することを特徴とするプロセスラインにおける制御モデル学習方法である。
The invention according to
また本発明の請求項2に係る発明は、請求項1に記載のプロセスラインにおける制御モデル学習方法において、前記追従性の高い学習方式を、遅れフィルタによって実現することを特徴とするプロセスラインにおける制御モデル学習方法である。 According to a second aspect of the present invention, in the control model learning method in the process line according to the first aspect, the learning method with high followability is realized by a delay filter. This is a model learning method.
また本発明の請求項3に係る発明は、請求項1または請求項2に記載のプロセスラインにおける制御モデル学習方法において、前記耐ノイズ性の高い学習方式を、過去の複数時点における前記誤差を用いる回帰モデルによって実現することを特徴とするプロセスラインにおける制御モデル学習方法
である。
According to a third aspect of the present invention, in the control model learning method in the process line according to the first or second aspect, the highly noise-resistant learning method uses the error at a plurality of past time points. A control model learning method in a process line characterized by being realized by a regression model.
また本発明の請求項4に係る発明は、請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載のプロセスラインにおける制御モデル学習方法において、プロセスラインで処理する材料の種類・サイズ、操業条件、および処理パターンなどのグループ毎に処理を行うことを特徴とするプロセスラインにおける制御モデル学習方法である。
The invention according to
また本発明の請求項5に係る発明は、プロセスラインでの実績値に基づいて制御モデルを修正して制御を行う学習制御装置において制御モデルの学習を行う、プロセスラインにおける制御モデル学習装置であって、前記実績値に基づき制御モデルを用いて制御モデル出力値を計算する制御モデル計算器と、前記実績値と前記制御モデル出力値との誤差を求める比較器と、前記誤差に遅れフィルタを用いて出力1を計算する高応答追従性学習器と、前記誤差に平滑化処理を行い出力2を計算する高耐ノイズ学習器と、前記誤差が急変しているかどうか判別を行うための急変重みを算出する誤差挙動監視器と、前記急変重みに基づき出力1と出力2を合成して、制御モデルに対する新たな学習値を算出する合成器と、を備えることを特徴とするプロセスラインにおける制御モデル学習装置である。
さらに本発明の請求項6に係る発明は、請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載
のプロセスラインにおける制御モデル学習方法を用いて鋼板の処理を行うことを特徴とする鋼板の製造方法である。
Further, the invention according to claim 5 of the present invention is a control model learning apparatus in a process line, in which a control model is learned in a learning control apparatus that performs control by correcting the control model based on the actual value in the process line. A control model calculator that calculates a control model output value using a control model based on the actual value, a comparator that calculates an error between the actual value and the control model output value, and a delay filter for the error A high-response follow-up learner that calculates
Furthermore, the invention according to claim 6 of the present invention is a method for manufacturing a steel sheet, wherein the steel sheet is processed using the control model learning method in the process line according to any one of
本発明は、追従性の高い学習方式と耐ノイズ性の高い学習方式を併用し、実績値と制御モデル出力値との誤差挙動に応じて学習値を算出するようにしたので、誤差に対する高い追従性と高い耐ノイズ性を両立することができるようになった。その結果、設定に対する信頼性が高まり、オペレータの監視負荷が軽減されると共に、安定操業の実現と高品質の製品製造が可能となった。 In the present invention, the learning value is calculated according to the error behavior between the actual value and the control model output value by using the learning method with high followability and the learning method with high noise resistance. And high noise resistance can be achieved at the same time. As a result, the reliability of the setting has increased, the monitoring load on the operator has been reduced, and stable operation and high-quality product manufacturing have become possible.
以下、図面を参照しながら、本発明を具体的に説明してゆく。図1は、本発明に係るプロセスラインにおける制御モデル学習装置の一構成例を示す図である。図中、1はプロセス、10は制御装置、20は制御モデル計算器、30は比較器、40は高追従性学習器、50は高耐ノイズ学習器、60は誤差挙動監視器、70は合成器、および80はデータベースをそれぞれ表す。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a control model learning apparatus in a process line according to the present invention. In the figure, 1 is a process, 10 is a control device, 20 is a control model calculator, 30 is a comparator, 40 is a high follow-up learner, 50 is a high noise tolerance learner, 60 is an error behavior monitor, and 70 is a composition. And 80 represent databases.
通常の学習制御方法で行われる、種類、および処理パターンの違いなどに起因したグループ毎の学習制御を例として、以下説明する。なお、実績値と制御モデル計算値の誤差については、両者の差を用いることもできるが、両者の比を用いるものとして説明する。全体の処理フローをまず概説し、その後個々の処理を詳説していく。 An example of learning control for each group caused by a difference in type and processing pattern performed by a normal learning control method will be described below. In addition, about the difference | error of a performance value and a control model calculation value, although both can also be used, it demonstrates as what uses both ratio. The overall process flow is first outlined, and then each process is described in detail.
材料が製造されると、プロセス1から出力される実績値yact(i)と制御モデル計算器20から出力される計算値ycal(i)との誤差E(i)を比較器30において算出し、算出した誤差E(i)を高応答追従性学習器40、高耐ノイズ学習器50、および誤差挙動監視器60へ入力し、誤差挙動監視装置60からの出力に基づいて、高応答追従性学習器40からの出力zrp(i)と高耐ノイズ学習器50からの出力znz(i)を合成器70において合成することにより、次材に対する学習値L(i)を算出して、データベース80へ格納する。
When the material is manufactured, the comparator 30 calculates an error E (i) between the actual value y act (i) output from the
そして、次材の製造が決定すると、データベース80から次材学習値L(i)を取り出して、制御装置10へ入力し、制御装置10では次材学習値L(i)に基づいた制御指令値を演算しプロセス1に送り次材設定へ反映させる、という全体処理フローをとる。
When the production of the next material is determined, the next material learning value L (i) is extracted from the
制御モデル計算器20では、次式に示すように、プロセスからの実績情報(因子1、因子2、・・・)に基づいて制御モデルを用いて、計算値ycal(i)の計算を行う。
The
ycal(i)=f(因子1、因子2、・・・) (1)
f : 制御モデル
比較器30では、以下のように実績値yact(i)と計算値ycal(i)との誤差E(i)を算出する。
y cal (i) = f (
f: Control model The comparator 30 calculates an error E (i) between the actual value y act (i) and the calculated value y cal (i) as follows.
E(i)=yact(i)/ycal(i) (2)
そして、高追従性学習器40では、例えば一次遅れフィルタを用いて出力zrp(i)を計算する。なお、高次遅れフィルタを用いるようにしても良い。
E (i) = y act (i) / y cal (i) (2)
The high follow-up
zrp(i)=(1-α)*zrp(i-1) + α* E(i-1) (3)
α : 時定数パラメータ
zrp(i-1) : 同一区分における前回出力
また、高耐ノイズ学習器50では、平滑化処理を行う。図2は、平滑化処理の一例を示す図である。過去のn点の誤差{E(i-1)、E(i-2)、・・・、E(i-n)}を一次式で回帰して、次式に示すように出力znz(i)を計算する。
z rp (i) = (1-α) * z rp (i-1) + α * E (i-1) (3)
α: Time constant parameter z rp (i-1): Previous output in the same segment The high
znz(i)=p1*(i) + p2 (4)
p1 : 一次式で回帰した時の係数
p2 : 一次式で回帰した時の係数(切片)
なお、上記回帰式には高次式を用いてもよい。また、高耐ノイズ学習器50として、時定数パラメータを小さくした一次遅れフィルタを採用してもよい。回帰式方式では、一次遅れフィルタ方式よりも位相遅れを改善できる効果がある。
z nz (i) = p1 * (i) + p2 (4)
p1: Coefficient when regressed with linear equation
p2: Coefficient (intercept) when regressing with linear equation
A high-order equation may be used as the regression equation. Further, as the high
誤差挙動監視器60では、誤差が急変しているかどうか判別を行うために、急変重みwkを算出する。図3は、急変重みの算出例を示す図である。まず、図に示すように、誤差の変化量{E(i)-E(i-1)}を算出して、変化量に応じて“+変化”(=1)、“変化なし”(=0)、“−変化”(=1)と分類する。次に、図4(a)に示すパターンと相関をとることにより、急変部を判別することができる。 The error behavior monitor 60 calculates a sudden change weight wk in order to determine whether or not the error has changed suddenly. FIG. 3 is a diagram illustrating an example of calculating the sudden change weight. First, as shown in the figure, an error change amount {E (i) −E (i−1)} is calculated, and “+ change” (= 1) and “no change” (= 0) and “-change” (= 1). Next, the sudden change portion can be determined by correlating with the pattern shown in FIG.
wk={ m(1)*“変化なし“
+m(2)*(”+変化“+”−変化“)
+m(3)*“変化なし”}/3 (5)
上記例では、(i)点と(i-1)点の2点を用いて説明したが、同様に3点以上を用いて傾きを算出し、点数に応じて図4に相当するパターン(例えば3点の場合は、図4(b))との照合を取ってもよい。また、2点、3点、などの複数の判別手段を準備しておき、それらを複合して判別に用いてもよい。
wk = {m (1) * "No change"
+ M (2) * ("+ change" + "-change")
+ M (3) * “No change”} / 3 (5)
In the above example, description has been made using two points (i) and (i-1). Similarly, a slope is calculated using three or more points, and a pattern corresponding to FIG. In the case of three points, it may be checked with FIG. 4 (b)). Also, a plurality of discriminating means such as two points, three points, etc. may be prepared and combined for use in discrimination.
合成器70では、重み判定に基づき高追従性学習器40の出力zrp(i)と高耐ノイズ学習器50の出力znz(i)を合成して、次材学習値L(i)を次式に示すように算出する。但し、2つの出力の合成に当っては、高耐ノイズ学習器では、過去のn点の誤差の中に急変点が存在すると、次材学習値の精度が低下するため、急変点からn点までは高追従性学習出力を採用するなどの処置を行うようにすると良い。
The
L(i)=wk*zrp(i) +(1−wk)*znz(i) (6)
算出した次材学習値L(i)は、データベース80内の当該材が属するグループ区分に格納する。グループ区分には、材料の種類、サイズ、操業条件(加熱温度など)、処理パターン(通過する工程による)などの区分を適宜選択するようにすればよい。
L (i) = wk * z rp (i) + (1-wk) * z nz (i) (6)
The calculated next material learning value L (i) is stored in the group classification to which the material belongs in the
制御装置10では、当該材のグループ区分を算出して、データベースに格納されている学習値L(i)を取り出し、制御モデル計算値に学習値を掛け算して、以降の処理へ適用する。
The
実施例として、低炭材の熱間圧延における圧延荷重予測に本発明を適用した事例を示す。図5は、本発明を適用した熱間圧延の最終スタンド(7スタンド)を示す図である。7スタンドでの圧延荷重実績値を制御モデル学習装置に取り込み、圧延荷重学習値を演算して制御装置に渡す様子を示している。 As an Example, the example which applied this invention to the rolling load prediction in the hot rolling of a low carbon material is shown. FIG. 5 is a diagram showing a final stand (7 stands) of hot rolling to which the present invention is applied. The figure shows how the rolling load actual value at 7 stands is taken into the control model learning device, the rolling load learning value is calculated and passed to the control device.
そして、図6は、本発明を適用した実施例の結果の一例を示す図である。図6(a)は、高追従性を求めた一次遅れフィルタのみを使用した場合であり、これに対して図6(b)は、本発明に係る追従性の高い学習方式と耐ノイズ性の高い学習方式を併用した場合であり、それぞれに実績値と制御モデル出力値との誤差および学習値を示している。 And FIG. 6 is a figure which shows an example of the result of the Example to which this invention is applied. FIG. 6 (a) shows a case where only a first-order lag filter for which high followability is obtained, whereas FIG. 6 (b) shows a learning method with high followability and noise resistance according to the present invention. This is a case where a high learning method is used in combination, and each shows an error between the actual value and the control model output value and the learning value.
図6(a)では、40本目前後における変化に対する追従性は良いものの、その他の圧延材に対しては誤差に追従しすぎて学習値が頻繁に変更されている。一方、図6(b)では、急変時は一次遅れフィルタの高い追従性を選択して追従性を確保すると共に、その他の領域(特に図中に矢印で示した領域で、耐ノイズフィルタ比率〈図右軸〉が1.0)では高耐ノイズフィルタが選択されていることにより、学習値の変動を抑制できていることが分かる。 In FIG. 6 (a), although the followability with respect to the change around the 40th is good, the learning value is frequently changed for other rolled materials because the error follows too much. On the other hand, in FIG. 6B, at the time of sudden change, the high followability of the first-order lag filter is selected to ensure followability, and the noise resistance filter ratio < In the figure (right axis) is 1.0), it can be seen that the fluctuation of the learning value can be suppressed by selecting the high noise resistance filter.
1 プロセス
10 制御装置
20 制御モデル計算器
30 比較器
40 高追従性学習器
50 高耐ノイズ学習器
60 誤差挙動監視器
70 合成器
80 データベース
1
Claims (6)
実績値と制御モデル出力値との誤差に基づいて、追従性の高い学習方式と耐ノイズ性の高い学習方式とのそれぞれの出力に重みを付けて合成し、制御モデルに対する新たな学習値を算出することを特徴とするプロセスラインにおける制御モデル学習方法。 A control model learning method in a process line, in which a control model is learned in a learning control method in which a control model is modified and controlled based on actual values in the process line,
Based on the error between the actual value and the control model output value, weighting and synthesizing the outputs of the learning method with high tracking performance and the learning method with high noise resistance to calculate a new learning value for the control model A control model learning method in a process line characterized by:
前記追従性の高い学習方式を、
遅れフィルタによって実現することを特徴とするプロセスラインにおける制御モデル学習方法。 The control model learning method in the process line according to claim 1,
The learning method with high followability
A control model learning method in a process line, which is realized by a delay filter.
前記耐ノイズ性の高い学習方式を、
過去の複数時点における前記誤差を用いる回帰モデルによって実現することを特徴とするプロセスラインにおける制御モデル学習方法。 In the control model learning method in the process line according to claim 1 or 2,
The learning method with high noise resistance,
A control model learning method in a process line, which is realized by a regression model using the error at a plurality of past time points.
プロセスラインで処理する材料の種類・サイズ、操業条件、および処理パターンなどのグループ毎に処理を行うことを特徴とするプロセスラインにおける制御モデル学習方法。 In the control model learning method in the process line according to any one of claims 1 to 3,
A method for learning a control model in a process line, characterized in that processing is performed for each group such as the type / size of the material processed in the process line, operating conditions, and processing patterns.
前記実績値に基づき制御モデルを用いて制御モデル出力値を計算する制御モデル計算器と、
前記実績値と前記制御モデル出力値との誤差を求める比較器と、
前記誤差に遅れフィルタを用いて出力1を計算する高応答追従性学習器と、
前記誤差に平滑化処理を行い出力2を計算する高耐ノイズ学習器と、
前記誤差が急変しているかどうか判別を行うための急変重みを算出する誤差挙動監視器と、
前記急変重みに基づき出力1と出力2を合成して、制御モデルに対する新たな学習値を算出する合成器と、
を備えることを特徴とするプロセスラインにおける制御モデル学習装置。 A control model learning device in a process line that learns a control model in a learning control device that performs control by correcting the control model based on the actual value in the process line,
A control model calculator for calculating a control model output value using a control model based on the actual value;
A comparator for obtaining an error between the actual value and the control model output value;
A high-response follow-up learner that calculates an output 1 using a delay filter for the error;
A high noise proof learner that smoothes the error and calculates output 2;
An error behavior monitor for calculating a sudden change weight for determining whether or not the error is suddenly changed;
A synthesizer that synthesizes the output 1 and the output 2 based on the sudden change weight and calculates a new learning value for the control model;
A control model learning device in a process line, comprising:
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