JP2839814B2 - 連続熱間圧延機の張力制御方法 - Google Patents

連続熱間圧延機の張力制御方法

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JP2839814B2
JP2839814B2 JP5055474A JP5547493A JP2839814B2 JP 2839814 B2 JP2839814 B2 JP 2839814B2 JP 5055474 A JP5055474 A JP 5055474A JP 5547493 A JP5547493 A JP 5547493A JP 2839814 B2 JP2839814 B2 JP 2839814B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、タンデム圧延機の各ス
タンドにおける各スタンド間の張力および各スタンド間
に配置されたル−パ高さを制御する連続熱間圧延機制御
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】圧延中の材料にかかる張力は板厚や板幅
に影響するため、張力をある値に保つ制御が行われてい
る。
【0003】とくに熱間圧延における圧延材料は加熱処
理されて高温となり圧延材料の変形抵抗が小さくなって
おり、張力が大きいと材料の破断を起こしやすくなる。
この破断を防止すべく張力を小さく設定すると外乱や誤
設定により無張力の状態となることがあり、その状態が
続くと圧延機スタンド間での大きなル−プの発生となっ
て事故を引き起こすことがある。
【0004】このため圧延材張力およびル−パ高さにつ
いて、比例・積分制御により圧延材張力の制御のために
ル−パを操作し、ル−パ高さを制御するために圧延機駆
動電動機を操作する従来からの方法で制御が行われてい
る。また圧延材張力とル−パ高さとの相互干渉を抑える
ような非干渉化補償装置を付加して圧延材張力とル−パ
高さとを独立に制御する非干渉制御方法も行われてい
る。
【0005】また特願平3−159877号に示す様に
鋼板圧延時に、圧延材料の張力を計測する張力計,圧延
材を上下させるル−パの角度計及び角速度計から検出さ
れる圧延材の張力,ル−パ角度,ル−パ角速度より、中
央演算処理装置でミルモ−タの回転速度修正量及びル−
パトルク又はル−パモ−タ回転速度修正量を算出する
際、ロ−ル周速変更による張力制御分と、ル−パ角度変
更による張力制御分を適切な周波数域で分割するための
周波数重みフィルタを用い、H∞制御理論により状態フ
ィ−ドバックゲインを決定してロ−ル周速及びル−パモ
−タトルクを変更することを特徴とする熱間圧延制御方
法がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従来技術の課題として
は、 (1) 単純にル−パの機械的作用によって制御する方法で
は、低い周波数帯域(0〜1〜2〔rad/s〕程度)
の鋼板板速度外乱に対しては、ル−パの機械的作用によ
り、ロ−ル周速変更による張力成分とル−パ角度変更に
よる張力成分とがうまく打ち消し合い、それらの和とし
て表れる張力変動が小さくできるが、鋼板板速外乱の周
波数が高くなると、先の2つの成分がうまく打ち消し合
うことができず、張力変動が残ってしまうという問題が
ある。
【0007】(2) 非干渉制御やLQ制御の様な多変数制
御理論に基づく方法でも張力を操作するための2つの操
作量であるロール周速とルーパ角度とをうまく協調でき
ず効率的に張力を制御することができないという問題が
ある。
【0008】(3) ロール周速変更による張力成分とルー
パ角度変更による張力成分を適切な周波数域で分割する
方法では、高域を担うルーパモータ側の応答が十分でな
い場合があり、ミルモータの応答の方が速い場合には十
分に効果を発揮させられないという問題がある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、従来技術の課
題を有利に解決するものであって、複数のスタンドを一
連に配置しスタンド間にル−パを備えた連続熱間圧延機
の制御方法において、圧延材料のスタンド間張力を計測
する張力計,圧延材を上下させるル−パの角度計から検
出される圧延材の張力,ル−パの角度より制御演算装置
によりミルモ−タの回転速度補正指令及びル−パモ−タ
の回転速度指令又はル−パモ−タトルク指令を算出する
際、鋼板速度外乱に対してのロ−ル周速変更による張力
変化分と、ル−パ角度変更に対しての張力変化分との位
相をちょうど180°ずらして打ち消し合わせH∞制御
理論を用いて鋼板速度外乱に対する張力変動を抑制する
制御演算することを特徴とする熱間圧延張力制御方法で
ある。
【0010】以下図面に基づいて本発明を説明する。
【0011】
【実施例】図1には、本発明を実施するに好適な熱間圧
延制御装置と、それを用いた熱間圧延制御方法の例を示
す。図1において、1は圧延材、2は第i−1番圧延機
(以下、上流側圧延機と称する)、3は第i番圧延機
(以下、下流側圧延機と称する)、4はルーパロール、
5はルーパアーム、6はルーパ駆動用モータ、7はCP
U、8は上流側ミルモータ系、9は下流ミルモータ系で
あり、圧延材1は上流側圧延機から下流側圧延機へと流
れている。
【0012】図1および図2において、 Hi :i番圧延機入側板厚(mm) Vi :i番圧延機入側速度(mm/sec) hi :i番圧延機出側板厚(mm) vi :i番圧延機出側速度(mm/sec) Hi-1 :i−1番圧延機入側板厚(mm) Vi-1 :i−1番圧延機入側速度(mm/sec) hi-1 :i−1番圧延機出側板厚(mm) vi-1 :i−1番圧延機出側速度(mm/sec) ΔVRi-1 :i−1番圧延機周速変更量(mm/sec) VRLP :ルーパーモータ速度指令またはトルク指令(m
m/sec or Kg/mm2) である。
【0013】図2は、本発明を実施するルーパ多変数制
御系のブロック図である。先ず、張力目標と角度目標が
外部から設定され、それぞれ鋼板張力実積(ハ)及びル
ーパ角度実積(ニ)と比較され、角度の差分が「角度か
ら張力変換係数」10に入力される。この出力がルーパ
角度変化にともなう張力変化成分でこれをルーパ張力成
分(ロ)と称する。ルーパー張力成分(ロ)と先の張力
の差分との差はミル速度変化に伴う張力変化に相当し、
これをミル張力成分(イ)と称する。この様に鋼板張力
を(イ),(ロ)という二つの成分に分離することが本
発明の一つの特徴である。
【0014】更に、ルーパー張力成分(ロ)をダイナミ
ック補償演算器11,13に入力し、ミル張力成分
(イ)を同じくダイナミック補償演算器12,14に入
力する。なお各係数については以下の通りである。
【0015】S:ラプラス変数 ai,bi,ci,di :ダイナミック補償演算用コント
ロールパラメータ。 更に、ダイナミック補償演算器1
1,12の出力の和がルーパーモーター速度指令(ヘ)
となり、ダイナミック補償器13,14の出力の和がミ
ルモータ速度補正指令(ホ)となる。
【0016】次に制御対象と操作端について説明する。
符号15は圧延ミル速度制御系の応答を二次系で近似し
たものであり、この圧延ミル速度制御系15の出力は、
スタンド間ロール周速の速度差に対応し、板速外乱W
(ケ)及び張力変化による板速へのフィードバック項
(ト)をひいた信号(チ)を積分16したものがスタン
ド間のループ長(リ)となり、それにヤング率Eをかけ
スタンド間距離Lで割ったものがミル張力成分実積
(ヌ)となる。
【0017】またルーパモータ速度指令(ヘ)とルーパ
モータ速度実積(ル)との差分をルーパモータ速度コン
トローラ18へ入力し、その出力がルーパモータ電圧指
令(ヲ)となり、ルーパモータトルク定数Φ20の出力
であるルーパモータトルク(ワ)からミル張力成分実積
(ヌ)に張力からトルクへの変換係数β21をかけた信
号、及びルーパ角速度(ル)にルーパのダンピング係数
μT22をかけた信号、及びルーパ角度(ニ)にルーパ
角度からトルクへの影響係数MT23をかけた信号を差
し引いた信号をルーパの慣性モーメントで割り、積分2
4した信号がルーパ角速度(ル)となり、更に積分25
した信号がルーパ角度信号(ニ)となる。そして、それ
にルーパ角度から張力への変換係数26をかけたものが
ルーパ張力成分実積(力)である。そしてこのルーパ張
力成分実積(力)とミル張力成分実積(ヌ)とを加えた
ものが鋼板張力実積(ハ)となる。なお、各係数につい
ては次の通りである。
【0018】プロセスパラメータ(主機AC化後、ルー
パー現状通り)力の単位はNを用いている。
【0019】JT [kg・m2] :ルーパ全慣性モーメン
ト(モータ軸換算) GLL :ルーパ減速比 Φ [N・m/A] :ルーパモータトルク定数 RAm [Ω] :ルーパ電動機電機子抵抗 TA [sec] :ル−パ電動機電気時定数(=LAm
Am) LAm:電機子インダクタンス[H] KE [V/rad/s] :ル−パ電動機誘起電圧係数 MT [kg・m2/s2] :板重分・ル−パ自重分負荷トルク発
生関数 [N・m] μT [kg・m2s] :ル−パダンピング係数 kg・m2/S2
(rad/s) [N・m・s] 速度に比例して働く力 力(この場合トル
ク)/速度(角速度) E [N/mm2] :鋼板のヤング率 LSTD[mm] :スタンド間距離 f :先進率 ξm :ミルモ−タ速度制御系減衰係数 ωm :ミルモ−タ速度制御系角周波数(rad/
s) α :F2(θ)ル−パ角度からループ量
への変換関数 β :F3(θ)張力から負荷トルクへの
変換関数 KTF :張力フィードバック係数 図3は、本発明のポイントとなるダイナミック補償演算
器11,12,13,14の設計方法に関する説明であ
る。
【0020】本制御の特徴は、外乱W(ケ)によるミル
張力成分変動(ヌ)とル−パ張力成分変動(カ)とがお
互いの位相をちょうど180°ずらすことによりうまく
打ち消し合わせることをねらいとしている。従って外乱
W(ケ)からミル張力成分実積(ヌ)までの位相と同じ
く、外乱W(ケ)からル−パ張力成分実積(カ)までの
位相ができるだけ高い周波数帯域まで180°ずれるよ
うにダイナミック補償演算器11,12,13,14に
よってループを閉じることにより実現すればよい。その
ための方法として、よく知られたH∞制御理論を用い
る。よく知られている様にH∞理論では外部入力,操作
量,観測量,評価出力,及び周波数重み関数を定めれ
ば、例えば市販ソフトウェアMATLAB等を使って、
解としてダイナミック補償演算器11〜14を求めるこ
とができる。ここで図3が正に解を求めるために定める
べき外部入力,操作量,観測量,評価出力及び周波数重
み関数を示している。
【0021】まず、外部入力は外乱W(ケ)とする。次
に操作量はル−パ速度指令(ヘ)及びミル速度指令
(ホ)とする。次に観測量は鋼板張力(ハ)及びル−パ
角度(ニ)とする。次に評価出力は周波数重み関数W1
(27),W2(28),W3(29),W4(30),
5(31)の出力であるZ1,Z2,Z3,Z4,Z
5とする。最後に周波数重み関数W1(27),W2(2
8),W3(29)は図4の様にそれぞれ積分器(1/
S)+比例ゲイン(K1,K2,K3)の様に定め、 W1=K1/S,W2=K2/S,W3=K3/S とする。
【0022】ここで K1=K23≫K1,K2
とする。
【0023】またW1は省略可能である。またW4(3
0),W5(31)はミル速度やル−パ速度の操作量の
操作レンジ等に応じて決定するものとする。
【0024】図5,図6は先の設計法により設計した場
合の外乱W(ケ)からミル張力成分実積(ヌ)とル−パ
張力成分実積(カ)までの位相がねらい通り180°ず
れている(正反対の符号となっている)ことを示したも
のである。まず図5は、ル−パの機械的な構造により定
まる特性を示している。横軸は外乱Wの周波数[rad/
s]をたて軸は位相遅れ[度]である。はWからミル
張力成分実積(ヌ)までの位相遅れを表している。−
はWからル−パ張力成分実積(カ)までの位相遅れに1
80°加えたものを表している。+はWから(ヌ)
までの位相遅れとWから(カ)までの位相遅れを加えた
ものを表している。ここで+が1[rad/s]程度ま
で0°となっているのは、1[rad/s]程度までは
(ヌ)と(カ)がうまく打ち消し合って張力変動(ハ)
をうまく抑制できていることを示している。
【0025】次に図6は、本発明による制御を行なった
場合の位相特性を示している。,−,+の示す
ものは図5と同様である。この場合には10[rad/s]
程度まで+が0°となっており、先ほどの場合より
10倍程度外乱を抑制する周波数帯域がひろがっている
ことを示している。
【0026】図7,図8は本発明の効果をシミュレーシ
ョンによって示したものである。まず図7は、従来制
御,つまりル−パの機械的作用にのみ依存して張力制御
を行なった場合のシミュレーション結果を示している。
シミュレーションの条件は2秒程度の周期で板速外乱が
印加された場合の張力制御状況を表わしている。はミ
ル張力成分実積(ヌ)を、はル−パ張力成分実積
(カ)をはそれらの和である鋼板張力(ハ)を表して
いる。この場合はとがうまく打ち消し合えていない
ためその和で張力は大きな変動として残っている。
【0027】一方、図8は本発明による制御を行なった
場合のシミュレーション結果を示している。,,
の示す量及びシミュレーション条件は図7と同様であ
る。この場合、のミル張力成分実積(ヌ)とのル−
パ張力成分実積(カ)とがちょうどうまく打ち消し合っ
てその和であるのトータル張力実積(ハ)が十分小さ
く抑制されていることを示している。
【0028】
【発明の効果】従来技術の課題を有利に解決した。
【図面の簡単な説明】
【図1】 、本発明を実施するに好適な熱間圧延制御装
置を示すブロック図である。
【図2】 本発明を実施するル−パ多変数制御系のブロ
ック図である。
【図3】 本発明のポイントとなるダイナミック補償演
算器11,12,13,14の設計方法に関する説明図
である。
【図4】 周波数重み関数W1(27),W2(28),
3(29)を示すグラフである。
【図5】 外乱W(ケ)からミル張力成分実積(ヌ)と
ル−パ張力成分実積(カ)までの位相がねらい通り18
0°ずれている(正反対の符号となっている)ことを示
すグラフである。
【図6】 本発明による制御を行なった場合の位相特性
を示すグラフである。
【図7】 本発明による制御を行なった場合のシミュレ
ーション結果を示すグラフである。
【図8】 本発明による制御を行なった場合のシミュレ
ーション結果を示すグラフである。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数のスタンドを一連に配置しスタンド
    間にル−パを備えた連続熱間圧延機の制御方法におい
    て、 圧延材料のスタンド間張力を計測する張力計,圧延材を
    上下させるル−パの角度計から検出される圧延材の張
    力,ル−パの角度より制御演算装置によりミルモ−タの
    回転速度補正指令及びル−パモ−タの回転速度指令又は
    ル−パモ−タトルク指令を算出する際、鋼板速度外乱に
    対してのロ−ル周速変更による張力変化分と、ル−パ角
    度変更に対しての張力変化分との位相をちょうど180
    °ずらして打ち消し合わせH∞制御理論を用いて鋼板速
    度外乱に対する張力変動を抑制する制御演算することを
    特徴とする熱間圧延張力制御方法。
JP5055474A 1993-03-16 1993-03-16 連続熱間圧延機の張力制御方法 Expired - Lifetime JP2839814B2 (ja)

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