JP2014094395A

JP2014094395A - Tension control system

Info

Publication number: JP2014094395A
Application number: JP2012247266A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Suzuki; 敦鈴木
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2012-11-09
Filing date: 2012-11-09
Publication date: 2014-05-22
Anticipated expiration: 2032-11-09
Also published as: JP5846102B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a tension control system capable of suppressing fluctuation in tension of a material to be rolled by suppressing an adverse effect of a dynamically varying disturbance factor while reducing a cost and labor required to model and adjust parameters.SOLUTION: A tension control system of the present invention includes: motor control means 10 that controls a torque of a reel motor which drives a reel about which a material to be rolled is wound; a tension controller ATR that calculates a torque reference value τof the reel motor on the basis of a target value Tof a tension and a measured value Tof tension measuring means; and disturbance torque estimation means that estimates a disturbance which adversely affects tension control, as a disturbance torque which acts on the reel motor, on the basis of the torque reference value τto be given to the motor control means 10 and the measured value Tof the tension measuring means. The torque reference value τcalculated by the tension controller ATR is compensated with the disturbance torque ^τestimated by the disturbance torque estimation means, and given to the motor control means 10.

Description

本発明は、リールに巻き取られる被圧延材に作用する張力を制御する張力制御システムに関する。 The present invention relates to a tension control system that controls tension acting on a material to be rolled that is wound on a reel.

圧延機における最終スタンドを通過した被圧延材をリールに巻き取る場合、被圧延材に一定の張力を付加した状態で巻き取りが行われる。この張力により、被圧延材の蛇行を防止し、通板を安定化させる。また、圧延荷重を低減して圧延そのものを成立させるためにも、この張力は必要不可欠である。そのため、リールを駆動するリールモータのトルクを操作することによって、張力制御が行われている。圧延機の起動、加減速、停止、ロール偏心、入側板厚変化、タンデム圧延機におけるカローゼルリールの公転、巻き取ったコイルの偏心などの外乱要素に引き起こされる非定常状態では張力変動が生じやすく、その結果、圧延荷重が変動して板厚や形状の変動が大きくなってしまう。したがって、張力変動を防止しながら圧延を行うことが品質を保つ上で重要となる。通常の張力制御であるＡＴＲ（ＡＵＴＯＴＥＮＳＩＯＮＲＥＧＵＬＡＴＯＲ）では、張力センサから得た値と目標張力との差分にＰＩ制御を施している。しかしながら、安定性の制限から各ゲインを大きく設定することができず、ロール偏心や入側板厚変動などの突発的な外乱要素による張力変動に素早く対応することができないという問題がある。 When the material to be rolled that has passed through the final stand in the rolling mill is wound on a reel, the material is wound with a certain tension applied to the material to be rolled. This tension prevents the material to be rolled from meandering and stabilizes the plate. Also, this tension is indispensable in order to reduce the rolling load and establish the rolling itself. Therefore, tension control is performed by manipulating the torque of the reel motor that drives the reel. Fluctuation in tension is likely to occur in unsteady states caused by disturbance factors such as rolling mill start-up, acceleration / deceleration, stop, roll eccentricity, entry side plate thickness change, carousel reel revolution in tandem rolling mill, and eccentricity of wound coil As a result, the rolling load fluctuates and the variation in thickness and shape increases. Therefore, it is important to perform rolling while preventing fluctuations in tension in order to maintain quality. In ATR (AUTO TENSION REGULATOR) which is normal tension control, PI control is performed on the difference between a value obtained from a tension sensor and a target tension. However, each gain cannot be set large due to stability limitations, and there is a problem that it is impossible to quickly cope with tension fluctuations due to sudden disturbance elements such as roll eccentricity and entry side plate thickness fluctuations.

張力制御の外乱を補償する方法として、特許文献１の発明では、コイル偏心による張力変動を防ぐために、巻き取ったコイルの外径測定器を用いて各回転位置での偏心量にあわせてモータ回転数を補正している。また、特許文献２の発明では、１パス目において各回転位置でのロール偏心量を圧延荷重の変動から同定して、２パス目以降でロール偏心量を補正している。また、特許文献３には、外乱要素を含まない制御対象のモデル応答を作成し、実機の応答値とモデルの応答値との差分から補償値を作成して、外乱抑制および振動抑制を行う電動機の速度制御装置が開示されている。 As a method of compensating for disturbances in tension control, in the invention of Patent Document 1, in order to prevent fluctuations in tension due to coil eccentricity, motor rotation is performed in accordance with the amount of eccentricity at each rotational position using an outer diameter measuring device of the wound coil. The number is corrected. In the invention of Patent Document 2, the roll eccentricity at each rotational position is identified from the fluctuation of the rolling load in the first pass, and the roll eccentricity is corrected in the second and subsequent passes. Patent Document 3 discloses an electric motor that creates a model response of a control target that does not include a disturbance element, creates a compensation value from the difference between the response value of the actual machine and the response value of the model, and suppresses disturbance and vibration. A speed control apparatus is disclosed.

実開平４−４３４０５号公報Japanese Utility Model Publication No. 4-43405 国際公開第ＷＯ２００６／１２３３９４号パンフレットInternational Publication No. WO2006 / 123394 Pamphlet 特開昭６０−２５４２０１号公報JP 60-254201 A

しかしながら、特許文献１および２の発明では、動的に変動する外乱要素の影響を抑圧することは困難である。また、特許文献１の発明では、高精度の外径測定器が必要となり、コストが高くなる。また、特許文献２の発明では、２パス目以降で偏心量が変動した場合には、その変動に対処することができない。また、特許文献３の発明を応用する場合には、調整が必要なパラメータ数が多く、特に制御対象のモデルの慣性モーメントの調整が難しいために、設備更新などでの短時間での調整は、熟練した調整員でなければ実装することができないという課題がある。 However, in the inventions of Patent Documents 1 and 2, it is difficult to suppress the influence of a dynamically changing disturbance element. Further, the invention of Patent Document 1 requires a highly accurate outer diameter measuring instrument, which increases the cost. Further, in the invention of Patent Document 2, when the amount of eccentricity varies after the second pass, the variation cannot be dealt with. In addition, when applying the invention of Patent Document 3, the number of parameters that need to be adjusted is large, and in particular, adjustment of the moment of inertia of the model to be controlled is difficult. There is a problem that it cannot be implemented unless it is a skilled coordinator.

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、パラメータのモデリングおよび調整に要するコストや労力を軽減しつつ、動的に変動する外乱要素の影響を抑圧し、被圧延材の張力の変動を抑制することのできる張力制御システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and reduces the influence of dynamically changing disturbance elements while reducing the cost and labor required for parameter modeling and adjustment. It is an object of the present invention to provide a tension control system that can suppress fluctuations in tension.

本発明に係る張力制御システムは、圧延機のロールにより圧延された被圧延材を巻き取るリールを駆動するリールモータのトルクを、与えられたトルク基準値に基づいて制御するモータ制御手段と、被圧延材の張力を計測する張力計測手段と、張力の目標値と、張力計測手段の計測値との偏差に基づいて、リールモータのトルク基準値を算出する張力制御器と、モータ制御手段に与えられるトルク基準値と、張力計測手段の計測値とに基づいて、張力制御に影響する外乱を、リールモータに作用する外乱トルクとして推定する外乱トルク推定手段と、を備え、張力制御器により算出されたトルク基準値を、外乱トルク推定手段により推定された外乱トルクにて補償して、モータ制御手段に与えるものである。 A tension control system according to the present invention includes a motor control means for controlling the torque of a reel motor that drives a reel that winds up a material rolled by a roll of a rolling mill, based on a given torque reference value, A tension measuring means for measuring the tension of the rolled material, a tension controller for calculating the torque reference value of the reel motor based on the deviation between the target value of the tension and the measured value of the tension measuring means, and the motor control means Disturbance torque estimating means for estimating a disturbance affecting the tension control as a disturbance torque acting on the reel motor on the basis of the torque reference value obtained and the measured value of the tension measuring means, and is calculated by the tension controller. The torque reference value is compensated by the disturbance torque estimated by the disturbance torque estimating means and given to the motor control means.

本発明によれば、パラメータのモデリングおよび調整に要するコストや労力を軽減しつつ、動的に変動する外乱要素の影響を抑圧し、被圧延材の張力の変動を抑制することが可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to suppress the influence of the disturbance element which fluctuates dynamically and to suppress the fluctuation | variation of the tension | tensile_strength of a to-be-rolled material, reducing the cost and labor which parameter modeling and adjustment require.

本発明の実施の形態１における圧延機設備を示す構成図である。It is a block diagram which shows the rolling mill equipment in Embodiment 1 of this invention. ＰＩ制御を用いたリールモータによる張力制御系のブロック線図である。It is a block diagram of the tension control system by the reel motor using PI control. 本発明の実施の形態１の張力制御システムにおける規範モデルのブロック線図である。It is a block diagram of the reference | standard model in the tension control system of Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態１の張力制御システムにおける外乱オブザーバを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the disturbance observer in the tension control system of Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態１の張力制御システムにおける外乱オブザーバの内部構成を示す図である。It is a figure which shows the internal structure of the disturbance observer in the tension control system of Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態１の張力制御システムを示すブロック線図である。It is a block diagram which shows the tension control system of Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態１の張力制御システムによるシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result by the tension control system of Embodiment 1 of this invention. 比較例のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of a comparative example. 本発明の実施の形態２の張力制御システムを示すブロック線図である。It is a block diagram which shows the tension control system of Embodiment 2 of this invention.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において共通する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the element which is common in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted.

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における圧延機設備を示す構成図である。図１に示すように、本実施形態における圧延機設備は、圧延機の最終スタンドのロール１と、ロール１により圧延された被圧延材５を巻き取るリール６と、リール６を駆動するリールモータ７と、リール６の回転速度を検出する回転速度センサ８と、ロール１とリール６との間で被圧延材５に接触して回転する送りロール２と、送りロール２の回転速度を検出する回転速度センサ４と、被圧延材５に作用する張力を計測する張力計測手段としての張力センサ３とを備えている。被圧延材５は、リール６に巻き取られることによりコイル９を形成する。送りロール２の前方の被圧延材５と、送りロール２の後方の被圧延材５とは、角度をなしている。このため、送りロール２には、被圧延材５に作用する張力に応じた荷重が作用する。張力センサ３は、送りロール２に作用する荷重を計測することにより、被圧延材５の張力を計測することができる。 Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a configuration diagram showing rolling mill equipment in Embodiment 1 of the present invention. As shown in FIG. 1, the rolling mill equipment in this embodiment includes a roll 1 of a final stand of the rolling mill, a reel 6 that winds up a material 5 rolled by the roll 1, and a reel motor that drives the reel 6. 7, a rotational speed sensor 8 that detects the rotational speed of the reel 6, a feed roll 2 that rotates in contact with the material to be rolled 5 between the roll 1 and the reel 6, and a rotational speed of the feed roll 2. A rotation speed sensor 4 and a tension sensor 3 as a tension measuring means for measuring the tension acting on the material to be rolled 5 are provided. The material 5 to be rolled is wound on a reel 6 to form a coil 9. The material 5 to be rolled in front of the feed roll 2 and the material 5 to be rolled behind the feed roll 2 form an angle. For this reason, a load corresponding to the tension acting on the material to be rolled 5 acts on the feed roll 2. The tension sensor 3 can measure the tension of the material to be rolled 5 by measuring the load acting on the feed roll 2.

ここで、以下の説明で用いる記号の意味を表１にまとめて示す。なお、表１および図面において文字の上に＾（ハット）が付された記号については、本明細書中では、文字の前に＾を付して表記する。 Here, the meanings of symbols used in the following description are summarized in Table 1. In Table 1 and the drawings, symbols in which ^ (hat) is added on the letters are indicated by adding ^ before the letters in this specification.

図２は、ＰＩ制御を用いたリールモータ７による張力制御系のブロック線図である。まず、図２を参照して、ＰＩ制御を用いたリールモータ７による張力制御系について説明する。被圧延材５の張力Ｔと、コイル９を含むリール６の周速ｖ_rと、スタンド（ロール１）の出口の被圧延材５の速度ｖ_outと、リール６とスタンド（ロール１）との間の距離Ｌ_rと、被圧延材５のヤング率Ｅとの間には、応力とひずみの関係から、次式が成り立つ。 FIG. 2 is a block diagram of a tension control system by the reel motor 7 using PI control. First, a tension control system using a reel motor 7 using PI control will be described with reference to FIG. The tension T of the material 5 to be rolled, the peripheral speed v _{r of the} reel 6 including the coil 9, the speed v _{out of the} material 5 to be rolled at the exit of the stand (roll 1), and the reel 6 and the stand (roll 1). Between the distance L _r and the Young's modulus E of the material 5 to be rolled, the following equation is established from the relationship between stress and strain.

張力制御器ＡＴＲは、張力センサ３により計測された張力計測値Ｔ^resと、張力の目標値Ｔ^cmdとの偏差に基づいて、ＰＩ制御の演算を行い、リールモータ７のトルク基準値（トルク指令値）τ_r ^refを算出する。モータ制御手段１０は、リールモータ７が発揮するトルクτ_rが、与えられたトルク基準値τ_r ^refに一致するように、リールモータ７を制御する。 The tension controller ATR calculates PI control based on the deviation between the tension measurement value ^Tres measured by the tension sensor 3 and the tension target value ^Tcmd, and the torque reference value (torque command) of the reel motor 7 is calculated. Value) τ _r ^ref is calculated. The motor control means 10 controls the reel motor 7 so that the torque τ _r exerted by the reel motor 7 matches the given torque reference value τ _r ^ref .

リールモータ７には、被圧延材５の張力による負荷トルクが作用する。この張力によるリールモータ負荷トルクは、被圧延材５の板幅Ｂ_outおよび板厚ｈと、コイル９を含むリール６の半径Ｒ_rとを用いて、Ｂ_outｈＲ_rＴ^resとして表される。リールモータ７のトルクτ_rと、張力によるリールモータ負荷トルクＢ_outｈＲ_rＴ^resとの差が、リール６およびコイル９に対する回転力として作用し、コイル９を含むリール６の慣性モーメントＪ_rに応じて、リール６の回転速度が変化する。 A load torque due to the tension of the material to be rolled 5 acts on the reel motor 7. The reel motor load torque due to this tension is expressed as B _out hR _r T ^res using the sheet width B _out and sheet thickness h of the material to be rolled 5 and the radius R _{r of the} reel 6 including the coil 9. The difference between the torque τ _r of the reel motor 7 and the reel motor load torque B _out hR _r T ^res due to the tension acts as a rotational force on the reel 6 and the coil 9, and the inertia moment J _r of the reel 6 including the coil 9 Accordingly, the rotation speed of the reel 6 changes.

図２に示すように、このような張力制御系には、ロール１の速度（ロール１の周速ｖ_Roll）およびロール１における先進率ｆの影響が、外乱として作用する。そして、ロール周速ｖ_Rollおよび先進率ｆは、ロール１の偏心、入側板厚変化、タンデム圧延機におけるカローゼルリールの公転、巻き取ったコイル９の偏心などの種々の外乱要素によって変動してしまう。このため、従来、これらの外乱の値を予測して補償することは非常に難しい。 As shown in FIG. 2, the influence of the speed of the roll 1 (the peripheral speed v _Roll of the roll 1) and the advance rate f of the roll 1 acts as a disturbance in such a tension control system. The roll peripheral speed v _Roll and the advance rate f fluctuate due to various disturbance factors such as the eccentricity of the roll 1, the change in the entry side plate thickness, the revolution of the carousel reel in the tandem rolling mill, and the eccentricity of the coil 9 wound up. End up. For this reason, conventionally, it is very difficult to predict and compensate for these disturbance values.

図３は、本実施形態の張力制御システムにおける規範モデルのブロック線図である。図３に示すように、本実施形態の張力制御システムでは、ロール周速ｖ_Rollの影響、先進率ｆの影響、および張力によるリールモータ負荷トルクの影響を規範モデルから除外しており、ロール１の偏心、入側板厚変化、タンデム圧延機におけるカローゼルリールの公転、巻き取ったコイル９の偏心などの外乱要素に基づく、ロール周速ｖ_Rollおよび先進率ｆの変動の影響、並びに、張力によるリールモータ負荷トルクの影響を、リールモータ７のトルクτ_rに作用する一つの外乱トルクτ_disの影響であると解釈する。これにより、実装の際にモデリングと調整が必要なパラメータの数を極力減らすことができ、パラメータのモデリングおよび調整に要する労力やコストを軽減することができる。 FIG. 3 is a block diagram of a reference model in the tension control system of the present embodiment. As shown in FIG. 3, in the tension control system of the present embodiment, the influence of the roll peripheral speed v _Roll , the influence of the advanced rate f, and the influence of the reel motor load torque due to the tension are excluded from the reference model. Effect of fluctuations in roll peripheral speed v _Roll and advance rate f based on disturbance factors such as eccentricity of the sheet, change in the thickness of the entry side, revolution of the carousel reel in the tandem rolling mill, eccentricity of the coil 9 wound, and tension The influence of the reel motor load torque is interpreted as the influence of one disturbance torque τ _dis acting on the torque τ _r of the reel motor 7. As a result, the number of parameters that need to be modeled and adjusted during mounting can be reduced as much as possible, and the labor and cost required for parameter modeling and adjustment can be reduced.

また、コイル９を含むリール６の慣性モーメントＪ_rは、被圧延材５が巻き取られるにつれて変化する。本実施形態では、この慣性モーメントＪ_rの変化の影響を上記外乱トルクτ_disに含めて、一括して補償することもできる。このため、パラメータのモデリングおよび調整に要する労力やコストを更に軽減することができる。 Further, the moment of inertia J _r of the reel 6 including the coil 9 changes as the material to be rolled 5 is wound. In the present embodiment, the effects of changes in the moment of inertia J _r included in the disturbance torque tau _dis, can be compensated collectively. For this reason, the labor and cost required for parameter modeling and adjustment can be further reduced.

図４は、本実施形態の張力制御システムにおける外乱オブザーバを説明するための図である。図４に示すように、本実施形態の張力制御システムにおける外乱オブザーバ１３の入力は、モータ制御手段１０に与えられるトルク基準値τ_r ^refと、規範モデルにおけるコイル９を含むリール６の周速の推定値^ｖ_m ^resである。^ｖ_m ^resは、張力センサ３により計測された張力計測値Ｔ^resを不完全微分器１１にて不完全微分した値に、ゲイン補償器１２にて、リール６とスタンドとの間の距離Ｌ_rを乗算して被圧延材５のヤング率の推定値^Ｅで除算することによって得る。外乱オブザーバ１３によって推定された外乱トルク^τ_disを、張力制御器ＡＴＲにより算出されたトルク基準値τ_r ^refにフィードフォワード補償することによって、外乱トルクτ_disを相殺（キャンセリング）することが可能である。 FIG. 4 is a diagram for explaining a disturbance observer in the tension control system of the present embodiment. As shown in FIG. 4, the input of the disturbance observer 13 in the tension control system of the present embodiment includes the torque reference value τ _r ^ref given to the motor control means 10 and the peripheral speed of the reel 6 including the coil 9 in the reference model. Estimated value ^ v _m ^res . ^ v _m ^res is a distance L between the reel 6 and the stand by the gain compensator 12 to a value obtained by incomplete differentiation of the tension measurement value T ^res measured by the tension sensor 3 by the incomplete differentiator 11. Obtained by multiplying _r and dividing by the estimated value of Young's modulus ^ E of the material 5 to be rolled. Disturbance torque τ _dis can be canceled (cancelled) by feedforward compensation of disturbance torque ^ τ _dis estimated by disturbance observer 13 to torque reference value τ _r ^ref calculated by tension controller ATR. It is.

本実施形態の張力制御システムでは、外乱トルクτ_disの推定をできるだけ速く行うことが重要であるため、制御周期のサンプリングタイムｓｔができるだけ小さいことが望まれる。本実施形態では、リールモータ７のドライブ装置の内部に張力制御システムを実装することにより、サンプリングタイムｓｔを例えば１ｍｓｅｃ程度の十分小さい周期にすることが可能である。また、本実施形態では、被圧延材５のヤング率の推定値^Ｅを得るモデルが必要となるが、そのモデル誤差の影響も含めて外乱オブザーバ１３が補償するため、精度の高いモデルを必要としない。本実施形態では、このような点からも、モデリングのコストを削減することができる。 In the tension control system of the present embodiment, it is important to estimate the disturbance torque τ _dis as fast as possible. Therefore, it is desirable that the sampling time st of the control cycle be as small as possible. In this embodiment, by mounting a tension control system inside the drive device of the reel motor 7, the sampling time st can be set to a sufficiently small cycle of, for example, about 1 msec. In this embodiment, a model for obtaining an estimated value of the Young's modulus ^ E of the material to be rolled 5 is required. However, since the disturbance observer 13 compensates for the effect of the model error, a highly accurate model is required. And not. In this embodiment, the cost of modeling can be reduced also from such a point.

図５は、本実施形態の張力制御システムにおける外乱オブザーバ１３の内部構成を示す図である。図５に示すように、外乱オブザーバ１３は、変換器１５と、ブロック１６と、１次のローパスフィルタ１７とを有している。変換器１５は、コイル９を含むリール６の周速の推定値^ｖ_m ^resを、回転速度に変換する。この変換の際、コイル９を含むリール６の半径Ｒ_rの値が必要になる。コイル９を含むリール６の半径Ｒ_rは、回転速度センサ４により検出される送りロール２の回転速度ｎ_dと、回転速度センサ８により検出されるリール６の回転速度ｎ_rを用いて求めることができる。コイル９を含むリール６の周速ｖ_rと、送りロール２の回転速度ｎ_dと、送りロール２の半径ｒと、リール６の回転速度ｎ_rと、リール半径Ｒ_rとの間には、次式が成り立つ。 FIG. 5 is a diagram showing an internal configuration of the disturbance observer 13 in the tension control system of the present embodiment. As shown in FIG. 5, the disturbance observer 13 includes a converter 15, a block 16, and a primary low-pass filter 17. Converter 15, the peripheral speed of the estimate of the reel 6 including the coil 9 ^ to v _m ^res, converted to rotational speed. In this conversion, the value of the radius R _r of the reel 6 including the coil 9 is required. The radius R _{r of the} reel 6 including the coil 9 is obtained using the rotation speed n _d of the feed roll 2 detected by the rotation speed sensor 4 and the rotation speed n _r of the reel 6 detected by the rotation speed sensor 8. Can do. And the peripheral speed v _r of the reel 6 including the coil 9, and the rotational speed n _d of the feed roll 2, and the radius r of the feed roll 2, and the rotational speed n _r of the reel 6, is provided between the reel radius R _r, The following equation holds.

上記式（２）より、コイル９を含むリール６の半径の推定値^Ｒ_rは、次式により算出することができる。 From the above equation (2), the estimated value ^ R _r of the radius of the reel 6 including the coil 9 can be calculated by the following equation.

変換器１５は、上記式（３）により算出したコイル９を含むリール６の半径の推定値^Ｒ_rを用いて回転速度を算出する。ブロック１６は、変換器１５により算出された回転速度に完全微分を施すとともにコイル９を含むリール６の慣性モーメントＪ_rを乗ずることにより、トルクの次元［Ｎ・ｍ］の値に変換する。この値と、トルク基準値τ_r ^refとの差分を求めることにより、前述したような各種の外乱要素を、トルクの次元［Ｎ・ｍ］を有する外乱トルクとして抽出することができる。本実施形態の外乱オブザーバ１３では、この抽出した外乱トルクに含まれる高周波のノイズを除去するため、この抽出した外乱トルクをローパスフィルタ１７に通した値を外乱トルクの推定値^τ_disとする。 The converter 15 calculates the rotational speed using the estimated value ^ R _r of the radius of the reel 6 including the coil 9 calculated by the above equation (3). The block 16 converts the rotational speed calculated by the converter 15 into a value of the torque dimension [N · m] by multiplying the rotational moment calculated by the converter 15 and multiplying by the inertia moment J _r of the reel 6 including the coil 9. By ^obtaining a difference between this value and the torque reference value τ _r ^ref , various disturbance elements as described above can be extracted as a disturbance torque having a torque dimension [N · m]. In the disturbance observer 13 of the present embodiment, in order to remove high-frequency noise included in the extracted disturbance torque, a value obtained by passing the extracted disturbance torque through the low-pass filter 17 is set as an estimated value of the disturbance torque ^ τ _dis .

図６は、本実施形態の張力制御システムを示すブロック線図である。図６に示す本実施形態の張力制御システムでは、ブロック１６における完全微分演算を回避するために、上述した外乱オブザーバ１３に代えて、外乱オブザーバ１３を等価的に変形した、微分演算器を含まない外乱オブザーバ１８を用いている。それ以外の点については、これまでの説明と同様である。図６に示す本実施形態の張力制御システムでは、外乱オブザーバ１８、ゲイン補償器１２および不完全微分器１１により、外乱トルク推定手段が構成されている。 FIG. 6 is a block diagram showing the tension control system of the present embodiment. The tension control system according to the present embodiment shown in FIG. 6 does not include a differential operation unit that is equivalently modified to the disturbance observer 13 in place of the above-described disturbance observer 13 in order to avoid the complete differential calculation in the block 16. A disturbance observer 18 is used. Other points are the same as described above. In the tension control system of this embodiment shown in FIG. 6, the disturbance observer 18, the gain compensator 12, and the incomplete differentiator 11 constitute disturbance torque estimating means.

次に、図６に示す張力制御システムの動作について説明する。張力センサ３による張力計測値Ｔ^resと、張力目標値Ｔ^cmdとの偏差が張力制御器ＡＴＲにてＰＩ制御される。また、サンプリング毎に、外乱オブザーバ１８によって、外乱トルクの推定値^τ_disが逐次計算され、張力制御器ＡＴＲにて算出されたトルク基準値τ_r ^refが外乱トルクの推定値^τ_disにて補償される。この補償されたトルク基準値τ_r ^refがモータ制御手段１０に与えられ、リールモータ７のトルクτ_rが制御される。前述したように、本実施形態の張力制御システムにおいて推定される外乱トルクには、ロール１の偏心、入側板厚変化、タンデム圧延機におけるカローゼルリールの公転、巻き取ったコイル９の偏心などの外乱要素に基づく、ロール周速ｖ_Rollおよび先進率ｆの変動の影響、並びに、張力によるリールモータ負荷トルクの影響が包含されている。このため、本実施形態の張力制御システムによれば、諸々の外乱要素の影響を確実に抑制することができ、被圧延材５の張力Ｔの変動を確実に抑制することができる。また、本実施形態の張力制御システムによれば、ロール周速ｖ_Rollの影響、先進率ｆの影響、および張力によるリールモータ負荷トルクの影響をモデルから除外しているため、実装の際にモデリングと調整が必要なパラメータの数を極力減らすことができ、パラメータのモデリングおよび調整に要する労力やコストを軽減することができる。 Next, the operation of the tension control system shown in FIG. 6 will be described. The deviation between the tension measurement value T ^res by the tension sensor 3 and the tension target value T ^cmd is PI-controlled by the tension controller ATR. For each sampling, the disturbance observer 18 sequentially calculates the estimated value of the disturbance torque ^ τ _dis , and the torque reference value τ _r ^ref calculated by the tension controller ATR is the disturbance torque estimated value ^ τ _dis . Compensated. This compensated torque reference value τ _r ^ref is given to the motor control means 10 to control the torque τ _r of the reel motor 7. As described above, the disturbance torque estimated in the tension control system of the present embodiment includes the eccentricity of the roll 1, the change in sheet thickness of the entry side, the revolution of the carousel reel in the tandem rolling mill, the eccentricity of the coil 9 that has been wound up, and the like. The influence of fluctuation of the roll peripheral speed v _Roll and the advance rate f based on the disturbance factor, and the influence of the reel motor load torque due to the tension are included. For this reason, according to the tension control system of this embodiment, the influence of various disturbance elements can be suppressed reliably, and the fluctuation | variation of the tension | tensile_strength T of the to-be-rolled material 5 can be suppressed reliably. Further, according to the tension control system of the present embodiment, the influence of the roll peripheral speed v _Roll , the influence of the advanced rate f, and the influence of the reel motor load torque due to the tension are excluded from the model. The number of parameters that need to be adjusted can be reduced as much as possible, and the labor and cost required for parameter modeling and adjustment can be reduced.

図７および図８は、それぞれ、本実施形態の張力制御システムの有効性を確認するために行ったシミュレーションの結果を示す図である。本シミュレーションでは、外乱要素として、ロール周速ｖ_Rollおよび先進率ｆをそれぞれ１０％程度ずつランダムに変化させ、張力目標値Ｔ^cmd＝２０ＭＰａのステップ入力を行った。図６に示す本実施形態の張力制御システムによる張力制御のシミュレーション結果を図７に示す。比較例として、図２に示すようなＰＩ制御を用いた張力制御系による張力制御のシミュレーション結果を図８に示す。図８に示すように、比較例の張力制御系では、ロール周速ｖ_Rollおよび先進率ｆの変化の影響により、主に破線の円で囲んだ箇所において、張力応答に変動が発生してしまうことが分かる。これに対し、図７に示すように、本実施形態の張力制御システムによれば、ロール周速ｖ_Rollおよび先進率ｆの変化の影響を外乱オブザーバ１８が補償することにより、比較例のシミュレーション結果に比べて、張力のゆらぎが確実に抑制されていることが分かる。 FIG. 7 and FIG. 8 are diagrams showing the results of simulations performed to confirm the effectiveness of the tension control system of the present embodiment, respectively. In this simulation, the roll peripheral speed v _Roll and the advance rate f were each randomly changed by about 10% as disturbance elements, and step input with a tension target value T ^cmd = 20 MPa was performed. FIG. 7 shows a simulation result of tension control by the tension control system of the present embodiment shown in FIG. As a comparative example, FIG. 8 shows a simulation result of tension control by a tension control system using PI control as shown in FIG. As shown in FIG. 8, in the tension control system of the comparative example, the tension response fluctuates mainly at a portion surrounded by a broken-line circle due to the influence of changes in the roll peripheral speed v _Roll and the advance rate f. I understand that. On the other hand, as shown in FIG. 7, according to the tension control system of the present embodiment, the disturbance observer 18 compensates for the influence of changes in the roll peripheral speed v _Roll and the advance rate f, so that the simulation results of the comparative example are obtained. It can be seen that the fluctuation of the tension is surely suppressed as compared with FIG.

実施の形態２．
次に、図９を参照して、本発明の実施の形態２について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同一部分または相当部分は同一符号を付し説明を省略する。図９は、本発明の実施の形態２の張力制御システムを示すブロック線図である。図９に示すように、本実施の形態２の張力制御システムは、実施の形態１の張力制御システムに比べて、不完全微分器１９と、ハイパスフィルタ２０と、ゲイン補償器２１とを更に備えている。 Embodiment 2. FIG.
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 9. The description will focus on the differences from the first embodiment described above, and the same or corresponding parts will be denoted by the same reference numerals. Is omitted. FIG. 9 is a block diagram showing a tension control system according to the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 9, the tension control system according to the second embodiment further includes an incomplete differentiator 19, a high-pass filter 20, and a gain compensator 21 as compared with the tension control system according to the first embodiment. ing.

実施の形態１では、外乱の影響を補償するための外乱トルク推定値^τ_disを外乱オブザーバ１８により作成しているが、張力センサ３による張力計測値Ｔ^resに含まれるノイズが大きい場合には、外乱オブザーバ１８内のローパスフィルタ１７のカットオフ周波数ｇ_disを高く設定することができず、その結果として、高周波の外乱を抑制することが困難な場合がある。本実施形態では、この問題を解決するために、図９に示すように、張力センサ３による張力計測値Ｔ^resを、不完全微分器１９にて、外乱オブザーバ１８内のローパスフィルタ１７のカットオフ周波数ｇ_disよりも高いカットオフ周波数ｇ_dmpで不完全微分し、その不完全微分した値を、外乱オブザーバ１８内のローパスフィルタ１７のカットオフ周波数ｇ_disに等しいカットオフ周波数ｇ_disを有するハイパスフィルタ２０に通し、その値にゲイン補償器２１にてダンピングゲインＫ_dmpを乗算してなるダンピング補償トルクτ_dmpを、トルク基準値τ_r ^refにネガティブフィードバックする。このような構成により、外乱オブザーバ１８内のローパスフィルタ１７のカットオフ周波数ｇ_dis以上の高周波領域にのみダンピング補償を施すことができる。このため、外乱オブザーバ１８の外乱推定に影響を与えることなく、外乱オブザーバ１８が補償しきれない高周波領域における外乱抑圧性能を改善させることが可能である。このダンピング補償トルクτ_dmpは、ネガティブフィードバックとして、トルク基準値τ_r ^refが小さくなるように作用する。そのため、ある程度のノイズの含有を許容するので、不完全微分器１９のカットオフ周波数ｇ_dmpを高く設定することが可能である。また、ゲイン補償器２１のダンピングゲインＫ_dmpを調整することによって、ダンピングの強弱を容易に調整することが可能である。 In the first embodiment, the disturbance torque estimated value ^ τ _dis for compensating for the influence of the disturbance is generated by the disturbance observer 18, but when the noise included in the tension measurement value T ^res by the tension sensor 3 is large. The cutoff frequency g _dis of the low-pass filter 17 in the disturbance observer 18 cannot be set high, and as a result, it may be difficult to suppress high-frequency disturbances. In this embodiment, in order to solve this problem, as shown in FIG. 9, the tension measurement value T ^res obtained by the tension sensor 3 is cut off by the incomplete differentiator 19 in the low-pass filter 17 in the disturbance observer 18. A high-pass filter having a cutoff frequency g _dis equal to the cutoff frequency g _dis of the low-pass filter 17 in the disturbance observer 18 is incompletely differentiated at a cutoff frequency g _dmp higher than the frequency g _dis. 20, a damping compensation torque τ _dmp obtained by multiplying the value by a damping gain K _dmp by the gain compensator 21 is negatively fed back to the torque reference value τ _r ^ref . With such a configuration, damping compensation can be performed only in a high frequency region that is _{equal to} or higher than the cutoff frequency g _dis of the low pass filter 17 in the disturbance observer 18. For this reason, it is possible to improve the disturbance suppression performance in the high frequency region where the disturbance observer 18 cannot compensate without affecting the disturbance estimation of the disturbance observer 18. This damping compensation torque τ _dmp acts as a negative feedback so that the torque reference value τ _r ^ref becomes small. Therefore, since a certain amount of noise is allowed, the cutoff frequency g _dmp of the incomplete differentiator 19 can be set high. Further, by adjusting the damping gain K _dmp of the gain compensator 21, it is possible to easily adjust the strength of damping.

１ロール、２送りロール、３張力センサ、４回転速度センサ、５被圧延材、６リール、７リールモータ、８回転速度センサ、９コイル、１０モータ制御手段、１１不完全微分器、１２ゲイン補償器、１３外乱オブザーバ、１５変換器、１６ブロック、１７ローパスフィルタ、１８外乱オブザーバ、１９不完全微分器、２０ハイパスフィルタ、２１ゲイン補償器 1 roll, 2 feed rolls, 3 tension sensor, 4 rotational speed sensor, 5 material to be rolled, 6 reel, 7 reel motor, 8 rotational speed sensor, 9 coil, 10 motor control means, 11 incomplete differentiator, 12 gain compensation 13 Disturbance Observer 15 Transformer 16 Block 17 Low Pass Filter 18 Disturbance Observer 19 Incomplete Differentiator 20 High Pass Filter 21 Gain Compensator

Claims

Motor control means for controlling the torque of a reel motor that drives a reel that winds up a rolled material rolled by a roll of a rolling mill, based on a given torque reference value;
Tension measuring means for measuring the tension of the material to be rolled;
A tension controller that calculates a torque reference value of the reel motor based on a deviation between the target value of the tension and a measured value of the tension measuring unit;
A disturbance torque estimating means for estimating a disturbance affecting the tension control as a disturbance torque acting on the reel motor based on a torque reference value given to the motor control means and a measured value of the tension measuring means;
With
A tension control system that compensates the torque reference value calculated by the tension controller with the disturbance torque estimated by the disturbance torque estimation means and supplies the compensated torque to the motor control means.

The disturbance torque estimating means includes a low-pass filter for removing high frequency noise included in the disturbance torque,
A means for compensating the torque reference value calculated by the tension controller with a compensation torque calculated using a value obtained by passing an incomplete differential value of the measured value of the tension measuring means through a high-pass filter. The tension control system according to 1.

The tension control system according to claim 1 or 2, wherein the disturbance torque estimated by the disturbance torque estimation means includes the influence of fluctuations in the peripheral speed of the roll.

The tension control system according to any one of claims 1 to 3, wherein the disturbance torque estimated by the disturbance torque estimation means includes an influence of a change in an advance rate of the roll.

The tension control according to any one of claims 1 to 4, wherein the disturbance torque estimated by the disturbance torque estimation means includes an influence of a change in load torque of the reel motor due to a tension of the material to be rolled. system.