JP2010120047A - Method and device for controlling tension between rolling mills - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の圧延機の間にルーパを具備する圧延プロセスにおける圧延機間で通板する板材の張力制御に関し、特にプロセスの状態変化や通板材料の特性変化による制御特性の劣化を防止し、安定的に圧延操業を継続させる圧延機間張力制御方法及び装置に関するものである。 The present invention relates to tension control of a plate material passed between rolling mills in a rolling process having a looper between a plurality of rolling mills, and particularly prevents deterioration of control characteristics due to process state changes and characteristic changes of sheet passing material. In addition, the present invention relates to a rolling mill tension control method and apparatus for stably continuing the rolling operation.
例えば、鉄鋼業の熱延プロセスにおいては、仕上げ圧延機間にルーパを配置し、当該ルーパ角度及び圧延機速度の制御により圧延機間の通板材の張力や板厚を制御するシステムにおいては、張力とルーパ角度の制御が互いに干渉することが広く知られており、これらの相互干渉の影響により通板材の寸法精度が悪化するという問題が生じる。 For example, in the hot rolling process of the steel industry, a looper is arranged between finish rolling mills, and in a system that controls the tension and thickness of the sheet material between rolling mills by controlling the looper angle and rolling mill speed, It is widely known that the control of the looper angle interferes with each other, and there arises a problem that the dimensional accuracy of the sheet passing material deteriorates due to the influence of these mutual interferences.
これら相互干渉による問題を解決する方法としては、特許文献1に開示されているように、隣り合う圧延機及びその間に設置されたルーパのシステムを最適レギュレータ問題として構成する制御方法が知られている。この最適レギュレータ問題を解く際の制御モデルは、圧延速度等の稼動状態が一定であるという仮定の下で構成されている。そのために、圧延速度等の稼動条件が変更されると、想定された性能が得られず、場合によっては制御が不安定になるケースもある。
As a method for solving these problems due to mutual interference, as disclosed in
この問題に対し、特許文献2に開示されているように、圧延時に想定される複数の圧延速度におけるフィードバックゲインを、最適レギュレータ問題を解いて予め求めておき、圧延実施時にはこれら予め求めた複数のフィードバックゲインのなかから、実際の圧延速度に応じたものを選択して使用する制御方法もある。しかしながら、この制御方法では、圧延速度以外の操業状態の変化(プロセスの特性の変化)や、通板材料の特性の変化が生じた場合、その制御性能が劣化してしまう問題がある。 For this problem, as disclosed in Patent Document 2, feedback gains at a plurality of rolling speeds assumed at the time of rolling are obtained in advance by solving the optimal regulator problem, and a plurality of these obtained at the time of rolling are obtained. There is also a control method that selects and uses a feedback gain according to the actual rolling speed. However, in this control method, there is a problem that the control performance deteriorates when a change in operation state other than the rolling speed (change in process characteristics) or a change in the characteristics of the sheet passing material occurs.
また、通板材料の特性の変化に対応する方法として、特許文献3に開示されているように、ニューラルネットワーク法を活用して学習により制御目標値を操作することで前記特性の変化によっても制御性能を低下させないという手法があるが、この学習の精度を上げるにはある程度の時間が必要であるため、突発的な外乱等の変化には対応できないという問題がある。 Further, as disclosed in Patent Document 3, as a method corresponding to the change in the characteristics of the sheet material, control is performed by changing the characteristic by operating the control target value by learning using the neural network method. Although there is a technique that does not reduce the performance, it takes a certain amount of time to increase the accuracy of this learning, and there is a problem that it cannot cope with a sudden change such as disturbance.
以上のような従来技術の問題点に鑑みて、本発明は、複数の圧延機の間にルーパを配設した圧延プロセスにおける圧延機間での通板材料の張力制御において、プロセスの特性変化や材料の特性変化による制御特性の劣化を防止し、安定的に圧延操業を継続させる方法及び装置を提供することを課題とする。 In view of the problems of the prior art as described above, the present invention provides a process characteristic change in the tension control of the sheet passing material between rolling mills in a rolling process in which a looper is disposed between a plurality of rolling mills. It is an object of the present invention to provide a method and an apparatus for preventing deterioration of control characteristics due to a change in material characteristics and stably continuing a rolling operation.
本発明の圧延機間張力制御方法は、板材を圧延材料とする第1の圧延機とその下流の第2の圧延機とを含む複数の圧延機、及びそれらのうち隣接する2つの圧延機の間に配設されたルーパ装置を有する圧延設備について、最適レギュレータを用いて圧延機間の張力を制御する圧延機間張力制御方法であって、連続的に入力される、前記第1の圧延機の圧延機出側板速度と前記第2の圧延機の圧延機入側板速度との差分である板速度差実績値、及び前記第1及び第2の圧延機間の張力実績値に基づき、前記圧延材料の張力発生機構を記述するところの予め設定した張力発生系ノミナルモデルを用いて、圧延中の前記圧延材料に対するモデルパラメータであるヤング率及び張力フィードバック係数を算出して推定する工程と、前記推定されたヤング率及び張力フィードバック係数を用いてILQ設計法によって、前記第1及び第2圧延機間の張力、及び前記ルーパ装置の角度を制御する際の最適フィードバックゲインを算出する工程と、を有し、前記圧延中の圧延材料の特性変化及びプロセスの特性変化に応じて前記最適フィードバックゲインを調整しながら圧延することを特徴とする。
本発明の圧延機間張力制御装置は、板材を圧延材料とする第1の圧延機とその下流の第2の圧延機とを含む複数の圧延機、及びそれらのうち隣接する2つの圧延機の間に配設されたルーパ装置を有する圧延設備について、最適レギュレータを用いて圧延機間の張力を制御する圧延機間張力制御装置であって、連続的に入力される、前記第1の圧延機の圧延機出側板速度と前記第2の圧延機の圧延機入側板速度との差分である板速度差実績値、並びに前記第1及び第2の圧延機間の張力実績値に基づき、前記圧延材料の張力発生機構を記述するところの予め設定した張力発生系ノミナルモデルを用いて、圧延中の前記圧延材料に対するモデルパラメータであるヤング率E´及び張力フィードバック係数K10´を算出して推定するルーパ張力発生系モデル同定器と、前記推定されたヤング率及び張力フィードバック係数を用いてILQ設計法によって、前記第1及び第2圧延機間の張力、及び前記ルーパ装置の角度を制御する際の最適フィードバックゲインを算出する最適制御ゲイン演算部と、を具備し、圧延中の圧延材料の特性変化及びプロセスの特性変化に応じて前記最適フィードバックゲインを調整することを特徴とする。
又、本発明の圧延機間張力制御装置は、前記において、前記ルーパ張力発生系モデル同定器は、連続的に入力される、前記板速度差実績値を入力値として、前記張力発生系ノミナルモデルを用いて張力ノミナル値を算出し、該張力ノミナル値、及び前記第1及び第2の圧延機間の張力実績値それぞれの前記板速度差実績値との位相差に基づき、前記張力発生系ノミナルモデルのヤング率En及び張力フィードバック係数K10nを用いて張力発生系時定数T´を算出する修正ノミナルモデル演算部と、該修正ノミナルモデル演算部で算出された張力発生系時定数T´を用いた張力発生系修正ノミナルモデルを用いて、前記板速度差実績値から張力修正ノミナル値を得て、さらに該張力修正ノミナル値の予め設定した期間における最大値と最小値との差であるPP値を演算し、又、前記第1及び第2の圧延機間の張力実績値の予め設定した期間における最大値と最小値との差であるPP値を算出し、該算出された張力修正ノミナル値のPP値と張力実績値のPP値とに基づいて、圧延中の前記圧延材料に対するモデルパラメータであるヤング率E´及び張力フィードバック係数K10´を算出して推定する張力発生系モデルパラメータ演算部と、を具備することを特徴とする。
The tension control method between rolling mills of the present invention includes a plurality of rolling mills including a first rolling mill using a plate material as a rolling material and a second rolling mill downstream thereof, and two adjacent rolling mills among them. A rolling mill tension control method for controlling a tension between rolling mills using an optimum regulator for a rolling facility having a looper device disposed therebetween, wherein the first rolling mill is continuously inputted. Based on a plate speed difference actual value which is a difference between a rolling mill exit side plate speed of the second rolling mill and a rolling mill entry side plate speed of the second rolling mill, and the actual tension value between the first and second rolling mills, the rolling Calculating and estimating a Young's modulus and a tension feedback coefficient, which are model parameters for the rolled material during rolling, using a preset tension generating nominal model describing the tension generation mechanism of the material, and the estimation Yang Calculating an optimum feedback gain for controlling the tension between the first and second rolling mills and the angle of the looper device by an ILQ design method using a rate and a tension feedback coefficient, and The rolling is performed while adjusting the optimum feedback gain according to a change in characteristics of the rolled material and a change in process characteristics during rolling.
The tension control device between rolling mills of the present invention includes a plurality of rolling mills including a first rolling mill using a plate material as a rolling material and a second rolling mill downstream thereof, and two adjacent rolling mills among them. A rolling mill tension control device for controlling a tension between rolling mills using an optimum regulator for a rolling facility having a looper device disposed therebetween, wherein the first rolling mill is continuously input. Based on the actual plate speed difference value that is the difference between the rolling mill exit side plate speed of the second rolling mill and the rolling mill entry side plate speed of the second rolling mill, and the actual tension value between the first and second rolling mills, the rolling A Young's modulus E ′ and a tension feedback coefficient K 10 ′, which are model parameters for the rolling material during rolling, are calculated and estimated using a preset tension generation nominal model that describes the tension generation mechanism of the material. Looper tension generation An optimum feedback gain for controlling the tension between the first and second rolling mills and the angle of the looper device is determined by an ILQ design method using a model identifier and the estimated Young's modulus and tension feedback coefficient. An optimum control gain calculating unit for calculating, and adjusting the optimum feedback gain in accordance with a change in characteristics of a rolled material and a change in process characteristics during rolling.
In the rolling mill tension control device according to the present invention, the looper tension generation system model identifier is continuously input, and the tension generation system nominal model is input with the sheet speed difference actual value as an input value. Is used to calculate the tension nominal value, and based on the phase difference between the tension nominal value and the actual tension value between the first and second rolling mills, the actual plate speed difference actual value. A corrected nominal model calculation unit that calculates a tension generation system time constant T ′ using the Young's modulus E n and the tension feedback coefficient K 10n of the model, and a tension generation system time constant T ′ calculated by the correction nominal model calculation unit Using the tension generation system correction nominal model used, a tension correction nominal value is obtained from the plate speed difference actual value, and the maximum value and the minimum value of the tension correction nominal value in a preset period are obtained. The PP value which is the difference is calculated, and the PP value which is the difference between the maximum value and the minimum value in the preset period of the actual tension value between the first and second rolling mills is calculated and calculated. Based on the PP value of the tension correction nominal value and the PP value of the actual tension value, the generation of tension is estimated by calculating the Young's modulus E ′ and the tension feedback coefficient K 10 ′, which are model parameters for the rolled material being rolled. And a system model parameter calculation unit.
本発明の張力制御方法及び装置によれば、最適レギュレータを用いる圧延機間張力の制御方法及び制御装置において、張力発生系ノミナルモデル及び張力実績値に基づいて、圧延中の圧延材料に対してヤング率及び張力フィードバック係数を推定し、実圧延操業中の制御対象の特性変化に追従して最適フィードバックゲインを切り替えることができるため、プロセスの特性変化や材料の特性変化による制御特性の劣化を防止し、安定的に圧延操業を継続させることができる。 According to the tension control method and apparatus of the present invention, in the control method and control apparatus for the tension between rolling mills using the optimum regulator, the Young is applied to the rolling material during rolling based on the tension generation system nominal model and the actual tension value. Rate and tension feedback coefficient can be estimated and the optimum feedback gain can be switched following the change in the characteristics of the controlled object during the actual rolling operation, preventing deterioration of the control characteristics due to process characteristic changes and material characteristic changes. The rolling operation can be continued stably.
以下では、本発明の圧延機間張力制御方法及び装置を実施するための一形態として、圧延機間張力制御装置25の例を、図面を参照して説明する。
図1には、複数の圧延機で構成された熱延プロセスの一部の一例を示しており、圧延設備としては、互いに隣接するi(iは自然数)番目の圧延機(Fi圧延機:第1の圧延機とする)1及びi+1番目の圧延機(Fi+1圧延機:第2の圧延機とする)2、当該2基の圧延機(Fi圧延機、Fi+1圧延機)1、2の中間位置に設置されたルーパ3、Fi圧延機(回転)駆動用モータ4、Fi+1圧延機(回転)駆動用モータ5、ルーパ角度θを変更するためにルーパ3を駆動するルーパ駆動用モータ6、及び当該各駆動用モータ4〜6を速度制御するASR装置7〜9を備えている。
Hereinafter, an example of the rolling mill
FIG. 1 shows an example of a part of a hot rolling process composed of a plurality of rolling mills. As rolling equipment, i-th (i is a natural number) neighboring rolling mills ( Fi rolling mills: 1 and i + 1-th rolling mill ( Fi + 1 rolling mill: second rolling mill) 2, the two rolling mills ( Fi rolling mill, Fi + 1 rolling) machine) looper 3 installed in an intermediate position of the 1, 2, F i mill (rotation)
ルーパ3の角度(ルーパ角度θ)は、ルーパ角度検出器24にて測定され、各圧延機1、2のロール回転速度は圧延機を駆動するモータ4、5に取り付けられた速度検出器(図示せず)により連続的に測定され、圧延機間張力は、ASR装置8の制御によってルーパ3を駆動するルーパモータ6の電流値を用いて圧延機間張力演算器23により推定される。なお、圧延機間張力については、ルーパ3に張力計測器を取付け、直接的に実績値を検出しても良い。
The angle of the looper 3 (looper angle θ) is measured by the
前記のASR装置7、8への速度指令は、圧延機間張力及びルーパ角度制御器10より出力される。具体的には、Fi圧延機1を駆動するFi圧延機(回転)駆動用モータ4を制御するASR装置7には、圧延機間張力及びルーパ角度制御器10の制御出力と、別途設定されたFi圧延機速度基準値とが加算された操作入力値が入力される。又、Fi+1圧延機2は、別途設定されたFi+1圧延機速度基準値がASR装置9に入力され、そのFi+1圧延機速度基準値に基づいて制御される。一方、ルーパ角度θを制御するために、別途設定された目標ルーパ角度値と、ルーパ角度検出器24で測定されたルーパ角度実績値との偏差が圧延機間張力及びルーパ角度制御器10に入力され、その制御出力(ルーパ角速度指令)がASR装置8に入力される。
The speed command to the
なお、前記の圧延機間張力とは、i番目とi+1番目の圧延機間において鋼板に作用している、ひっぱられ方向(圧延方向)の力を意味し、ルーパ角度θとはルーパ3のアームと水平方向とのなす角度である。
また、図1はi番目及びi+1番目の圧延機間についてのみ示した図となっているが、以下で説明する圧延機間張力制御装置25は、図示していないそれ以外の圧延機間にも同様に適用しても良い。
The tension between the rolling mills means a force in the pulling direction (rolling direction) acting on the steel plate between the i-th and i + 1-th rolling mills, and the looper angle θ is the arm of the looper 3. And the horizontal direction.
Further, FIG. 1 shows only between the i-th and i + 1-th rolling mills, but the
次に、12は、本発明の圧延機間張力制御装置の中核部分を構成するルーパ張力発生系モデル同定器であり、修正ノミナルモデル演算部13と張力発生系モデルパラメータ演算部14とを備えて構成されている。最適制御ゲイン演算部11は、当該張力発生系モデルパラメータ演算部14にて推定演算されたモデルパラメータの値を用いて、前記の圧延機間張力及びルーパ角度制御器10の最適制御ゲイン(最適フィードバックゲイン)を求める。
Next, 12 is a looper tension generation system model identifier constituting the core part of the rolling mill tension control device of the present invention, and includes a corrected nominal
(ルーパ張力発生系モデル同定器12の説明)
図2は、ルーパ張力発生系モデル同定器12内の修正ノミナルモデル演算部13の内部のブロック構成の一例を示している。ここで、ノミナルモデルとは、一般的な制御系設計手法において用いられる、制御対象(本発明では圧延設備)の平均的な挙動をモデル化した基準モデルである。基準モデル(ノミナルモデル)にて使用されるパラメータの値を各パラメータのノミナル値と呼ぶ。なお、従来のルーパ制御系においては、圧延機間張力の挙動を張力発生系ノミナルモデルとしてまず定義し、それを用いて制御用パラメータを設計する手法が一般的である。
(Description of looper tension generation system model identifier 12)
FIG. 2 shows an example of a block configuration inside the modified nominal
図2において張力発生系ノミナルモデル演算部15は、Fi圧延機1(回転)駆動用モータ4に取り付けられた速度検出器によって連続的に測定された、Fi圧延機1のロール回転速度実績値(Fi圧延機圧延機速度実績値)に、圧延機出側板速度を算出するための先進率補正係数(1+fi)を掛けた値と、同様に測定されたFi+1圧延機2におけるロール回転速度実績値(Fi+1圧延機圧延機速度実績値)に、圧延機入側板速度を算出するための後進率補正係数(1-bi)を掛けた値との差を板速度差実績値として入力し、その作用により発生する張力値(ノミナル張力と定義する)を出力値として出力する。なお、先進率fi及び後進率biは、操業条件に基づいて予め定数として設定される。
Tensioning system nominal
ここで、張力発生系ノミナルモデル演算部15で用いられる張力発生系ノミナルモデルPn(s)は、前記板速度差実績値を入力値とし、その作用により発生する圧延機間張力を出力とした入出力関係式として、ラプラス演算子sを用いた一次遅れ系の伝達関数の形で以下の式(1)にて定義される。式(1)において、圧延材料のヤング率及び張力FBK(フィードバック)係数のノミナル値をそれぞれEnおよびK10nとし、Fi圧延機1及びFi+1圧延機2間の距離をLとする。
Here, the tension generation nominal model Pn (s) used in the tension generation nominal
ここで、Tnは圧延機設備における張力発生系ノミナルモデルPn(s)の時定数である。
図2における第1入出力位相差演算部16は、前述の張力発生系ノミナルモデルPn(s)への入力値である板速度差実績値と、張力発生系ノミナルモデル演算部15から出力されたノミナル張力の信号との位相差(ここでは時間差)を、ノミナルモデルにおける入出力位相差tdn(ノミナル入出力位相差と定義する)として計算する。
Here, T n is the time constant of the tension generation nominal model Pn (s) in the rolling mill equipment.
The first input / output phase
また、図2における第2入出力位相差演算部17は、連続して測定される前述の板速度差実績値の信号と、実際のFi圧延機1とFi+1圧延機2との間における鋼板の張力実績値の信号とを入力信号として、それらの位相差tdr(実入出力位相差と定義する)を演算する。
Further, the second input / output phase
なお、実際の圧延機設備における張力発生系システムの張力実システム(以下では張力発生系実システムとも記す)Pr(s)は、圧延材料のヤング率および張力FBK係数の真値をそれぞれEおよびK10として、ラプラス演算子sを用いた一次遅れ系の伝達関数の形で以下の式(2)にて定義される。 In addition, the actual tension system Pr (s) of the tension generation system in the actual rolling mill equipment (hereinafter also referred to as the tension generation system actual system) Pr (s) is the true value of the Young's modulus and tension FBK coefficient of the rolled material, respectively. 10 is defined by the following equation (2) in the form of a transfer function of a first-order lag system using the Laplace operator s.
ここで、Tは、前記実際の圧延機設備における張力発生系実システムPr(s)の時定数である。 Here, T is the time constant of the actual tension generation system Pr (s) in the actual rolling mill equipment.
前記ノミナル入出力位相差tdnと実入出力位相差tdrとの差は、式(1)及び式(2)で記述される一次遅れシステムにおける時定数の差によって生じると言えるため、実際の圧延操業時における張力発生系システムの時定数Tは次式(3)を用いて推定値T´として求めることができる。 The difference between the nominal input / output phase difference tdn and the actual input / output phase difference tdr is caused by the difference in the time constant in the first-order lag system described by the equations (1) and (2). The time constant T of the tension generating system at the time can be obtained as an estimated value T ′ using the following equation (3).
張力発生系修正ノミナルモデル演算部18では、式(3)を使用して、実圧延操業における張力発生系システムの時定数Tの推定値T´を例えば10msec程度の短周期で演算して出力する。
図3は、ルーパ張力発生系モデル同定器12内の張力発生系モデルパラメータ演算部14のブロック構成の一例を示している。
図3における張力発生系修正ノミナルモデル演算部19で用いられる張力発生系修正ノミナルモデルの張力修正ノミナル値Pn2(s)は、前述の実システムの時定数の推定値T´を用い、少なくとも実際の張力発生系の時定数と一致した時定数を持った一次遅れ系の伝達関数として以下の式(4)にて定義される。
The tension generation system correction nominal
FIG. 3 shows an example of a block configuration of the tension generation system model
The tension generation nominal value Pn 2 (s) of the tension generation system correction nominal model used in the tension generation system correction nominal
この張力発生系修正ノミナルモデルPn2(s)は、Fi圧延機1のロール回転速度実績値(Fi圧延機圧延機速度実績値)に、圧延機出側板速度を算出するための先進率補正係数(1+fi)を掛けた値と、Fi+1圧延機2のロール回転速度実績値(Fi+1圧延機圧延機速度実績値)に、圧延機入側板速度を算出するための後進率補正係数(1-bi)を掛けた値との差を板速度差実績値として入力し、その作用により発生する圧延機間張力値(修正ノミナル張力値と定義)を演算して出力する。
The tensioning system modified nominal model Pn 2 (s) is, F i roll rotation speed actual value of the rolling
図3に示した、ルーパ張力発生系モデル同定器12内の修正ノミナル張力PP(Peak to Peak)値演算部20は、前記のようにして連続的に演算された修正ノミナル張力値の信号について、予め設定した任意の期間Tpp間における最大値と最小値の差を修正ノミナル張力PP値ppnとして演算する。もう一方の張力実績PP値演算部21は、実際の張力実績値(圧延機間張力実績値)の同じく任意の期間Tpp間における信号の最大値と最小値の差を張力実績PP値pprとして演算する。それらを除算器で除して以下の式(5)のようにこれらの比である張力PP値比αを演算する。
The corrected nominal tension PP (Peak to Peak)
なお、任意の期間Tppは、入力信号である板速度差実績値の変動周期に応じて決定する値であり、例えば、当該入力信号の主要な周期変動成分の周期の1〜2倍程度の値とすると良い。 Note that the arbitrary period Tpp is a value determined according to the fluctuation period of the plate speed difference actual value that is the input signal, for example, a value of about 1 to 2 times the period of the main cyclic fluctuation component of the input signal. And good.
次に、張力発生系モデルパラメータ推定部22は、前記の張力PP値比αを用いて下記のようにして、モデルパラメータである圧延材料の張力FBK係数の推定値K10´、及び圧延材料のヤング率の推定値E´を演算して出力する。すなわち、式(2)、式(4)及び式(5)を用いて得られる張力PP値比αについては、以下の式(6)の関係が成立することになる。
Next, the tension generation system model
したがって、張力発生系モデルパラメータ推定部22は、以下の式(7)にて圧延材料の張力FBK係数の推定値K10´を演算することが出来る。
Therefore, the tension generation system model
また、張力発生系モデルパラメータ推定部22は、当該圧延材料の張力FBK係数の推定値K10´及び式(3)より圧延材料のヤング率の推定値E´を以下の式(8)で演算することが可能である。
Further, the tension generation system model
(最適コントロールゲイン演算部11の説明)
図1における最適制御ゲイン演算部11は、ルーパ張力発生系モデル同定部にて前記方法にて算出された圧延材料の張力FBK係数の推定値K10´及びヤング率の推定値E´を用いて、これらモデルパラメータに対して最適な制御ゲインを、広く公知の最適制御ゲイン設計手法であるILQ(Inverse Linear Quadratic)設計法を用いることにより、例えば10msec程度の周期で時々刻々と算出し、モデルパラメータの変化に応じて圧延機間張力及びルーパ角度制御器10の制御ゲインを圧延操業中にチューニングする。
(Explanation of optimal control gain calculation unit 11)
1 uses the estimated value K 10 ′ of the tension FBK coefficient of the rolled material and the estimated value E ′ of the Young's modulus calculated by the above method by the looper tension generation system model identifying unit. By using the ILQ (Inverse Linear Quadratic) design method, which is a widely known optimum control gain design method, the optimal control gain for these model parameters is calculated from time to time, for example, at a cycle of about 10 msec. According to the change of the above, the tension between rolling mills and the control gain of the
以上のようにして、ルーパ張力発生系モデル同定部12及び最適コントロールゲイン演算部11を具備する圧延機間張力制御装置25により、従来、制御系を設計する際に、圧延操業中は固定値として簡略化して扱ってきた、張力発生系システムにおける張力FBK係数K10およびヤング率E(圧延操業中における張力発生系モデルパラメータ)を、ルーパ張力系モデル同定部12において時々刻々と推定演算し、最適制御ゲイン演算部11にて当該圧延操業の状態における最適制御ゲインを時々刻々と演算してチューニングすることにより、被圧延材の硬度変動や温度変化等、従来の手法では対応できなかった、実圧延操業中に制御対象の特性変化が発生しても、制御性能を低下させることなく安定的な圧延機の制御方法を実施し、又、装置を実現することが可能となる。
As described above, when a control system is conventionally designed by the rolling mill
前記した各部及び各機器を備える圧延機間張力制御装置25は、例えばFA用コンピュータやPLCを用いて構成することができる。その際、Fi圧延機(回転)駆動用モータ4、Fi+1圧延機(回転)駆動用モータ5に取り付けられた速度検出器で測定された速度の実績値や、ルーパ角度検出器24で測定されたルーパ角度θの実績値等を入力し、又、各ASR装置7〜9に制御信号を出力するためのI/Oボード、並びに、制御のための前記の各設定値等を入力するためのキーボード等の入力手段、及び制御状態をオペレータに提示するためのディスプレー等の表示手段を圧延機間張力制御装置25に具備させる。そして、前記の各部及び各機器での信号処理及びデータ処理を実行させるコンピュータプログラムを作成し、当該FA用コンピュータにロードして実行する。
The rolling mill
なお、前記の本実施形態の説明では、圧延機間張力制御において、圧延機間の張力及びルーパ角度の2つの制御対象について最適レギュレータ制御を適用して制御する際に本発明の制御技術を適用した例について詳細に説明した。しかしながら、当該分野以外においても、例えば連続的に被加工材を加工するものであって、製造条件の変動が起こる製造プロセスにおいて、プロセスの特性が1次遅れとゲイン(入力が一定量である時の入力に対する出力の比率)にて表現される場合に2つの制御変数について最適レギュレータ制御を適用する制御装置に対して、当該製造プロセスのノミナルモデルを構築することにより、本発明の制御技術を実行することが可能である。 In the description of the present embodiment, the control technology of the present invention is applied when controlling the two regulators of the tension between the rolling mills and the looper angle by applying the optimal regulator control in the tension control between the rolling mills. The example has been described in detail. However, even outside the field, for example, in a manufacturing process in which a workpiece is continuously processed and manufacturing conditions fluctuate, the characteristics of the process are first order lag and gain (when the input is a constant amount). The control technique of the present invention is implemented by constructing a nominal model of the manufacturing process for a control device that applies optimal regulator control for two control variables when expressed by the ratio of output to input of Is possible.
以上説明した圧延機間張力制御方法により実際に圧延操業中の被圧延材料の特性変化を推定する実験を行った。
図4に、実際の熱延ラインにおける圧延操業中において、5番目圧延機と6番目圧延機との間の張力について、本発明の手法を実際に適用して張力発生系システムにおける張力FBK係数K10及びヤング率Eを時々刻々と推定した実験結果を示す。主な操業条件としては、被圧延材の4番目圧延機の出側板厚は2.2mm、通板速度は約400mpmであり、推定演算の周期は25msとした。なお、本推定例においては、本発明の手法の一例であるルーパ張力系モデル同定部12のみを適用しており、制御ゲインの圧延操業中のチューニングは実施していない。なお、図中の点線は、当該圧延条件におけるヤング率および張力FBK係数のノミナル値であり、それぞれ、1500及び25としている。
An experiment was conducted to estimate the change in characteristics of the material to be rolled during the rolling operation by the above-described tension control method between rolling mills.
FIG. 4 shows the tension FBK coefficient K in the tension generation system by actually applying the method of the present invention to the tension between the fifth and sixth rolling mills during the rolling operation in the actual hot rolling line. 10 and the experimental results of estimating Young's modulus E every moment are shown. The main operating conditions were a strip thickness of 2.2 mm for the fourth rolling mill of the material to be rolled, a plate feed speed of about 400 mpm, and an estimation calculation period of 25 ms. In this estimation example, only the looper tension system
図4より、従来、圧延操業中は一定値として仮定していたヤング率及び張力FBK係数が、時間の経過と共に変化しており、本発明の手法の一例を用いることにより圧延操業中に発生した材料の特性変化を推定できていることが分かる。なお、時刻33秒時点より張力FBK係数が急激に変化して、最終的にはノミナル値である25の2倍以上の値にまで変化しているが、実際の操業時においては、前記のヤング率及び張力FBK係数を固定値と仮定して設計された従来の制御方式にて制御を実施したため、圧延機張力が大きく変動してしまい、通板トラブルに至ってしまった。 From FIG. 4, the Young's modulus and the tension FBK coefficient, which were conventionally assumed as constant values during the rolling operation, have changed over time, and occurred during the rolling operation by using an example of the method of the present invention. It turns out that the characteristic change of material can be estimated. It should be noted that the tension FBK coefficient has changed abruptly since the time of 33 seconds, and has finally changed to a value that is at least twice the nominal value of 25. However, during actual operation, the Young Since the control was carried out by the conventional control system designed assuming that the rate and tension FBK coefficient were fixed values, the rolling mill tension fluctuated greatly, which led to a threading trouble.
また、図5には、図4における圧延操業の状態と同様の条件を計算機シミュレータにて再現させ、5番目圧延機と6番目圧延機との間の鋼板についてその材料特性が大きく変化した場合において、従来手法つまり圧延操業中の制御ゲインを固定して制御した場合と、本発明の方法を用いてパラメータ変動を推定し、それに応じて制御ゲインを時々刻々と調整した場合における張力制御性をシミュレーションにて比較した結果を示す。シミュレーションにおいては、模擬的に張力発生系システムにおけるけるモデルパラメータである圧延材料の張力FBK係数K10及びヤング率Eを、図4に示した実験によって推定した値を用いて時系列的に変化させた。本発明の手法の効果の確認においては、当該パラメータの変動は未知として、本発明の手法によりパラメータ変化を推定した上で、最適制御ゲインを25msec周期で演算し、実際に制御ゲインのチューニングを行わせた。図5より、張力FBK係数が急激に変化し始める30秒付近より、従来の制御手法では圧延機間張力の変動が非常に大きくなり、最大変動時には張力が0以下になるルーパ3と鋼板との非接触状態が発生しており、不安定な操業状態となっている。これに対し、本発明の手法を使用することにより、このような状況下における張力変動幅が抑えられており、材料特性の変化を考慮せずに制御した従来手法を適用した場合よりも安定的な制御が実現できることが分かる。 FIG. 5 shows a case where the same conditions as the rolling operation state in FIG. 4 are reproduced by a computer simulator, and the material properties of the steel plate between the fifth rolling mill and the sixth rolling mill change greatly. Simulation of tension controllability in the conventional method, that is, when the control gain is fixed during rolling operation, and when the parameter fluctuation is estimated using the method of the present invention and the control gain is adjusted every moment accordingly. Results of comparison are shown. In the simulation, the simulated in the rolled material are model parameters takes the tension generating systems tension FBK coefficient K 10 and Young's modulus E, chronologically changing with the value estimated by the experiment shown in FIG. 4 It was. In confirming the effect of the method of the present invention, assuming that the change of the parameter is unknown, the parameter change is estimated by the method of the present invention, the optimal control gain is calculated at a 25 msec period, and the control gain is actually tuned. I let them. From FIG. 5, from around 30 seconds when the tension FBK coefficient starts to change suddenly, the fluctuation of the tension between the rolling mills becomes very large in the conventional control method, and the tension between the looper 3 and the steel sheet, where the tension is 0 or less at the maximum fluctuation. A non-contact state has occurred and the operation is unstable. In contrast, by using the method of the present invention, the tension fluctuation range under such circumstances is suppressed, which is more stable than the case where the conventional method controlled without considering the change in material properties is applied. It can be seen that simple control can be realized.
尚、以上説明した本発明の実施形態は、コンピュータがプログラムを実行することによって実現することができる。また、プログラムをコンピュータに供給するための手段、例えばかかるプログラムを記録したCD−ROM等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体、又はかかるプログラムを伝送する伝送媒体も本発明の実施の形態として適用することができる。また、前記プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体などのプログラムプロダクトも本発明の実施の形態として適用することができる。前記のプログラム、コンピュータ読み取り可能な記録媒体、伝送媒体及びプログラムプロダクトは、本発明の範疇に含まれる。
また、以上説明した本発明の実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
The embodiment of the present invention described above can be realized by a computer executing a program. Further, a means for supplying the program to the computer, for example, a computer-readable recording medium such as a CD-ROM recording such a program, or a transmission medium for transmitting such a program may be applied as an embodiment of the present invention. it can. A program product such as a computer-readable recording medium that records the program can also be applied as an embodiment of the present invention. The programs, computer-readable recording media, transmission media, and program products are included in the scope of the present invention.
In addition, the embodiments of the present invention described above are merely examples of implementation in carrying out the present invention, and the technical scope of the present invention should not be construed as being limited thereto. Is. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from the technical idea or the main features thereof.
1 Fi圧延機(i番目)
2 Fi+1圧延機(i+1番目)
3 ルーパ
4 Fi圧延機駆動モータ
5 Fi+1圧延機駆動モータ
6 ルーパ駆動用モータ
7 Fi圧延機駆動モータのASR装置
8 ルーパ駆動用モータのASR装置
9 Fi+1圧延機駆動モータのASR装置
10 圧延機間張力およびルーパ角度制御器
11 最適制御ゲイン演算部
12 ルーパ張力発生系モデル同定部
13 修正ノミナルモデル演算部
14 張力発生系モデルパラメータ演算部
15 張力発生系ノミナルモデル演算部
16 第1入出力位相差演算部
17 第2入出力位相差演算部
18 張力発生系修正ノミナルモデル演算部
19 張力発生系修正ノミナルモデル
20 修正ノミナル張力PP値演算部
21 張力実績PP値演算部
22 張力発生系モデルパラメータ推定部
23 圧延機間張力演算器
24 ルーパ角度検出器
25 圧延機間張力制御装置
1 F i rolling mill (i-th)
2 F i + 1 rolling mill (i + 1)
3 Looper 4 F i rolling mill drive motor 5 F i + 1 rolling mill drive motor 6 Looper driving motor 7 F i rolling mill drive
Claims (3)
連続的に入力される、前記第1の圧延機の圧延機出側板速度と前記第2の圧延機の圧延機入側板速度との差分である板速度差実績値、及び前記第1及び第2の圧延機間の張力実績値に基づき、前記圧延材料の張力発生機構を記述するところの予め設定した張力発生系ノミナルモデルを用いて、圧延中の前記圧延材料に対するモデルパラメータであるヤング率及び張力フィードバック係数を算出して推定する工程と、
前記推定されたヤング率及び張力フィードバック係数を用いてILQ設計法によって、前記第1及び第2圧延機間の張力、及び前記ルーパ装置の角度を制御する際の最適フィードバックゲインを算出する工程と、を有し、
前記圧延中の圧延材料の特性変化及びプロセスの特性変化に応じて前記最適フィードバックゲインを調整しながら圧延することを特徴とする圧延機間張力制御方法。 A rolling machine having a plurality of rolling mills including a first rolling mill using a plate material as a rolling material and a second rolling mill downstream from the first rolling mill, and a looper device disposed between two adjacent rolling mills. About equipment, it is a tension control method between rolling mills to control the tension between rolling mills using an optimal regulator,
The sheet speed difference actual value which is a difference between the rolling mill exit side plate speed of the first rolling mill and the rolling mill entry side plate speed of the second rolling mill, and the first and second continuously input. Based on the actual tension value between the rolling mills, using the preset tension generation system nominal model describing the tension generation mechanism of the rolling material, the Young's modulus and tension are model parameters for the rolling material during rolling. Calculating and estimating a feedback coefficient;
Calculating an optimum feedback gain when controlling the tension between the first and second rolling mills and the angle of the looper device by an ILQ design method using the estimated Young's modulus and tension feedback coefficient; Have
A rolling mill tension control method, wherein rolling is performed while adjusting the optimum feedback gain in accordance with a change in characteristics of a rolling material and a change in process characteristics during the rolling.
連続的に入力される、前記第1の圧延機の圧延機出側板速度と前記第2の圧延機の圧延機入側板速度との差分である板速度差実績値、並びに前記第1及び第2の圧延機間の張力実績値に基づき、前記圧延材料の張力発生機構を記述するところの予め設定した張力発生系ノミナルモデルを用いて、圧延中の前記圧延材料に対するモデルパラメータであるヤング率E´及び張力フィードバック係数K10´を算出して推定するルーパ張力発生系モデル同定器と、
前記推定されたヤング率及び張力フィードバック係数を用いてILQ設計法によって、前記第1及び第2圧延機間の張力、及び前記ルーパ装置の角度を制御する際の最適フィードバックゲインを算出する最適制御ゲイン演算部と、を具備し、
圧延中の圧延材料の特性変化及びプロセスの特性変化に応じて前記最適フィードバックゲインを調整することを特徴とする圧延機間張力制御装置。 A rolling machine having a plurality of rolling mills including a first rolling mill using a plate material as a rolling material and a second rolling mill downstream from the first rolling mill, and a looper device disposed between two adjacent rolling mills. About equipment, it is a tension control device between rolling mills that controls the tension between rolling mills using an optimum regulator,
Continuously input sheet speed difference actual value which is a difference between the rolling mill exit side plate speed of the first rolling mill and the rolling mill entry side plate speed of the second rolling mill, and the first and second Based on the actual tension value between the rolling mills, a Young's modulus E ′, which is a model parameter for the rolling material during rolling, using a preset tension generation system nominal model that describes the tension generation mechanism of the rolling material. And a looper tension generation system model identifier for calculating and estimating a tension feedback coefficient K 10 ′,
The optimum control gain for calculating the optimum feedback gain when controlling the tension between the first and second rolling mills and the angle of the looper device by the ILQ design method using the estimated Young's modulus and the tension feedback coefficient. An arithmetic unit,
A tension control device between rolling mills, wherein the optimum feedback gain is adjusted in accordance with a change in characteristics of a rolled material and a change in process characteristics during rolling.
連続的に入力される、前記板速度差実績値を入力値として、前記張力発生系ノミナルモデルを用いて張力ノミナル値を算出し、
該張力ノミナル値、及び前記第1及び第2の圧延機間の張力実績値それぞれの前記板速度差実績値との位相差に基づき、前記張力発生系ノミナルモデルのヤング率En及び張力フィードバック係数K10nを用いて張力発生系時定数T´を算出する修正ノミナルモデル演算部と、
該修正ノミナルモデル演算部で算出された張力発生系時定数T´を用いた張力発生系修正ノミナルモデルを用いて、前記板速度差実績値から張力修正ノミナル値を得て、さらに該張力修正ノミナル値の予め設定した期間における最大値と最小値との差であるPP値を演算し、又、前記第1及び第2の圧延機間の張力実績値の予め設定した期間における最大値と最小値との差であるPP値を算出し、
該算出された張力修正ノミナル値のPP値と張力実績値のPP値とに基づいて、圧延中の前記圧延材料に対するモデルパラメータであるヤング率E´及び張力フィードバック係数K10´を算出して推定する張力発生系モデルパラメータ演算部と、を具備することを特徴とする請求項2に記載の圧延機間張力制御装置。 The looper tension generation system model identifier is:
Continuously input, the plate speed difference actual value as an input value, using the tension generation system nominal model to calculate a tension nominal value,
The tension nominal value, and based on the phase difference between the plate speed difference actual value of the respective tension actual value between the first and second rolling mill, the Young's modulus E n and tension feedback coefficient of the tensioning system nominal model A modified nominal model calculation unit for calculating a tension generation system time constant T ′ using K 10n ;
Using the tension generation system correction nominal model using the tension generation system time constant T ′ calculated by the correction nominal model calculation unit, a tension correction nominal value is obtained from the plate speed difference actual value, and the tension correction nominal The PP value which is the difference between the maximum value and the minimum value in a preset period of the value is calculated, and the maximum and minimum values in the preset period of the actual tension value between the first and second rolling mills The PP value that is the difference between
Based on the calculated PP value of the tension correction nominal value and the PP value of the actual tension value, the Young's modulus E ′ and the tension feedback coefficient K 10 ′, which are model parameters for the rolled material being rolled, are calculated and estimated. The tension control device between rolling mills according to claim 2, further comprising: a tension generation system model parameter calculation unit that performs the operation.
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