JP3085858B2 - 圧延機制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、タンデム圧延機の各
スタンド間に配置されたルーパの角度と圧延材のスタン
ド間張力とを制御する圧延機制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】熱間圧延や冷間圧延における最終製品の
評価基準の一部に板厚及び板幅がある。このうち板厚に
対して自動板厚制御（以後ＡＧＣ：Automatic Gauge Co
ntrolと略記する）が行われ、板幅に対して自動板幅制
御が行われる。一方、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、張力制御も行われている。

【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。
この破断を防止する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ープの発生とな
って事故を引き起こすことがある。そこで熱間圧延機で
はとくにルーパ装置が設けられ、このルーパ装置によっ
て張力制御が行われ、また材料の通板性を良くする観点
からルーパの角度制御が行われる。

【０００４】かかる圧延材張力及びルーパ角度制御装置
において、圧延材張力からルーパ角度への干渉とルーパ
の回転速度から張力への干渉とがある。従来からの張力
制御には、それらの干渉を抑えることなくＰＩＤ制御に
より圧延材張力及びルーパ角度を制御する方法と、これ
らの干渉を抑えるような非干渉化補償装置を付加して圧
延材張力とルーパ角度とを独立に制御する非干渉制御方
法と、ルーパと圧延材張力の干渉系を多変数系としてと
らえ、最適制御理論（Linear Quadratic）、Ｈ∞制御、
ＩＬＱ制御を適用する方法などがあり、それぞれ実機に
適用されている。さらに各スタンド出側板厚とスタンド
間張力との干渉系を多変数系としてとらえ、非干渉化す
る板厚・張力の多変数制御（例えば、特開平６−５２６
号公報に記載の「連続熱間圧延機の制御装置」）も適用
されている。

【０００５】上記のようなルーパ、張力、板厚の制御に
適用されている制御理論のうち、ロバスト安定性と外乱
抑制の指標を持ったものとして一般的なものがＨ∞制御
理論である。ロバスト安定性とは、制御対象プロセスが
何らかの原因で変化したり、制御対象プロセスとそのモ
デルとの差がある場合でもコントローラを含む制御系全
体が安定である度合いをいう。一般的にはロバスト安定
性の大きな制御系が望ましい。Ｈ∞制御はこのロバスト
安定性の指標を持ち、ロバスト安定性を考慮してコント
ローラを設計できることが特徴である。また同時に外乱
抑制の指標も持っており、ロバスト安定性と外乱抑制の
トレードオフによって制御系の性能を設計することがで
きる。

【０００６】これに対して、最適制御理論は、下記
（１）式に示す評価関数Ｊを最小にするような制御ゲイ
ンを見い出す方法である。

【０００７】

【数１】 ｕ＝−Ｋｘ （２） ここで、ｘは制御対象プロセスの状態量、ｕはコントロ
ーラが制御対象プロセスに与える操作量であり、ｘ^T は
ｘの転置、ｕ^T はｕの転置を表す。Ｋは制御ゲインであ
る。

【０００８】具体的な設計方法は（１）式中の重み行列
Ｑ，Ｒを決めることであるが、Ｑ，Ｒは数値の行列であ
り、この中にロバスト安定性の指標を見い出すのは難し
いが、外乱抑制性能は一般に制御ゲインが大きくなる方
向にＱ，Ｒを設定することによって得られる。ただし
Ｑ，Ｒを見い出すのに多くの試行錯誤を繰り返す必要が
ある。

【０００９】ＩＬＱ制御理論は、最適制御理論の逆問題
を解くことによって、直接応答を指定し、試行錯誤を減
らすことができるという制御理論である。またリカッチ
方程式を数値的に解く必要がなく、制御ゲインが指定応
答と制御対象プロセスのパラメータを含んだ数式で表さ
れることが特徴である。しかし最適制御理論と同様にロ
バスト安定性の指標はなく、外乱抑制の指標は制御ゲイ
ンを大きくすることで得られる。

【００１０】また多品種少量生産への対応の必要性か
ら、１本の圧延材の圧延中に板厚または板幅を変更する
いわゆる走間板厚変更、走間板幅変更、走間板厚・板幅
変更（以後これらをまとめて走間変更という）が行われ
る。さらに圧延材の先尾端品質劣化を防ぎ、極薄厚材の
圧延が可能にするために、複数の圧延材を接合して１本
の圧延材とするいわゆるエンドレス圧延がある。エンド
レス圧延においても接合部分の前後で走間変更が行われ
ることがある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上述した走間変更で
は、走間変更前の材料の板厚・板幅と走間変更後の材料
の板厚・板幅が異なるため、走間変更前後でルーパ、張
力、板厚制御における制御パラメータを変更する必要が
ある。この場合、従来から制御パラメータの変更タイミ
ングは、走間変更前の材料の圧延中に走間変更後の制御
パラメータに事前に変更しておくか、走間変更は走間変
更前の制御パラメータを使用し、走間変更終了後に走間
変更後の制御パラメータに変更していた。このため走間
変更前後で板厚、板幅が大きく異なる場合、さらに異な
る鋼種を接合した場合には接合部分の前後で変形抵抗な
どが大きく異なるため、走間変更前後で安定なルーパ、
張力、板厚の制御を実施できるとは限らない。

【００１２】また熱間圧延におけるエンドレス圧延の技
術はまだ確立された技術ではなく、接合の方法もいろい
ろある。圧延を先行して行っている材料（先行材）の尾
端とその次に圧延される材料（後行材）の先端とを突合
わせて加熱し、さらに、外力によって相互に押しつけて
接合する方法がある。この場合は接合部分の温度が高く
なったり、押しつける外力を加えるために材料を押さえ
る機構が必要なために押さえつけた部分の材料温度が下
降することがある。接合部分の強度が不十分である場
合、これらの温度変化や接合部分前後の変形抵抗の違い
によって、タンデム圧延機内で過度の張力を圧延材に作
用させることになり、接合部分の破断を招くこともあ
る。このため接合部分に過度の張力を印加することを避
ける必要がある。

【００１３】この発明は上記の問題点を解決するために
なされたものであり、走間変更前後においてタンデム圧
延機のルーパ・張力制御を実施する場合、又は、板厚・
張力の多変数制御を実施する場合、走間変更前後の制御
系のロバスト安定性と外乱抑制性能を考慮して最適な制
御を可能にする圧延機制御装置を提供することを目的と
する。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の圧延機
制御装置は、タンデム圧延機の各スタンド間に配置され
たルーパの角度とこのルーパが配置されたスタンド間の
圧延材張力とを制御するルーパ制御装置を有するとき、
圧延中に圧延材板厚及び／又は板幅を変更する走間変更
時に、走間変更前の圧延パススケジュールに適合するル
ーパ制御装置の制御パラメータを、当該スタンド間で走
間変更を開始する前に、走間変更前、変更中、及び変更
後の各圧延条件に最適になるようにロバスト安定性の指
標を設定して演算すると共に指定し、走間変更後は走間
変更後の圧延パススケジュールに適合するルーパ制御装
置の制御パラメータを指定する制御パラメータ設定手段
を備えたことを特徴としている。

【００１５】請求項２に記載の圧延機制御装置は、タン
デム圧延機の各スタンド間に配置されたルーパの角度と
このルーパが配置されたスタンド間の圧延材張力とを制
御するルーパ制御装置を有するとき、先行材尾端と後行
材先端とを接合した圧延材を圧延する場合に、接合部分
の接合強度に応じて、接合部分前後の外乱によって生じ
る張力変動により接合部分が破断しないように外乱抑制
指標を大きく設定するか、あるいは外乱抑制指標よりも
ロバスト安定性の指標を大きく設定するかを決定し、決
定された指標で制御パラメータを演算してルーパ制御装
置の制御パラメータとする制御パラメータ設定手段を備
えたことを特徴としている。

【００１６】請求項３に記載の圧延機制御装置は、タン
デム圧延機の各スタンド間の圧延材張力と各スタンド出
側板厚との多変数制御を実施する板厚張力制御装置を有
するとき、圧延中に圧延材板厚及び／又は板幅を変更す
る走間変更時に、走間変更前の圧延パススケジュールに
適合する板厚張力制御装置の制御パラメータを、当該ス
タンド間で走間変更を開始する前に、走間変更前、変更
中、及び変更後の各圧延条件に最適になるようにロバス
ト安定性の指標を設定して演算すると共に指定し、走間
変更後は走間変更後の圧延パススケジュールに適合する
板厚張力制御装置の制御パラメータを指定する制御パラ
メータ設定手段を備えたことを特徴としている。

【００１７】請求項４に記載の圧延機制御装置は、タン
デム圧延機の各スタンド間の圧延材張力と各スタンド出
側板厚との多変数制御を実施する板厚張力制御装置を有
するとき、先行材尾端と後行材先端とを接合した圧延材
を圧延する場合に、接合部分の接合強度に応じて、接合
部分前後の外乱によって生じる張力変動により接合部分
が破断しないように外乱抑制指標を大きく設定するか、
あるいは外乱抑制指標よりもロバスト安定性の指標を大
きく設定するかを決定し、決定された指標で制御パラメ
ータを演算して板厚張力制御装置の制御パラメータとす
る制御パラメータ設定手段を備えたことを特徴としてい
る。

【００１８】請求項５に記載の圧延機制御装置は、タン
デム圧延機の各スタンド間の圧延材張力をフィードバッ
ク制御する張力フィードバック制御器を有するとき、先
行材尾端と後行材先端とを接合した圧延材を圧延する場
合に、接合部分の温度変化及び接合部分前後の変形抵抗
の変化に基いて圧延材速度の変化を推定する外乱予測手
段と、この外乱予測手段の出力を用いて張力変動を抑え
るような操作量を演算する張力フィードフォワード制御
器とを備え、この張力フィードフォワード制御器の出力
を張力フィードバック制御器の出力に加えて操作量とす
ることを特徴としている。

【００１９】

【作用】請求項１に記載の圧延機制御装置においては、
制御パラメータ設定手段において、走間変更点が当該ス
タンド間に入る前に、走間変更前の圧延パススケジュー
ルと、走間変更前から走間変更後に移行するときの圧延
状態と、走間変更後の圧延パススケジュールとに対して
最適になるようなロバスト安定性の指標を設定して制御
パラメータを演算し、ルーパ制御装置の制御パラメータ
を指定し、そして、走間変更点が当該スタンド間を通過
した後は走間変更後の圧延パススケジュールに適合する
ルーパ制御装置の制御パラメータを指定する。

【００２０】請求項２に記載の圧延機制御装置において
は、制御パラメータ設定手段において、先行材尾端と後
行材先端とを接合した圧延材を圧延する場合に、接合部
分の接合強度が弱い場合には、張力変動により接合部分
が破断しないことを最優先として、外乱抑制指標を大き
く設定した制御パラメータを演算してルーパ制御装置の
制御パラメータを指定する。接合部分の接合強度が強い
場合には、外乱抑制指標よりも接合部分の前後での圧延
条件に最適になるようにロバスト安定性の指標を大きく
設定して制御パラメータを演算してルーパ制御装置の制
御パラメータを指定する。

【００２１】請求項３に記載の圧延機制御装置において
は、制御パラメータ設定手段において、走間変更点が当
該スタンド間に入る前に、走間変更前の圧延パススケジ
ュールと、走間変更前から走間変更後に移行するときの
圧延状態と、走間変更後の圧延パススケジュールとに対
して最適になるようなロバスト安定性の指標を設定して
制御パラメータを演算し、板厚張力制御装置の制御パラ
メータを指定する。走間変更点が当該スタンド間を通過
した後は走間変更後の圧延パススケジュールに適合する
板厚張力制御装置の制御パラメータを指定する。

【００２２】請求項４に記載の圧延機制御装置において
は、制御パラメータ設定手段において、先行材尾端と後
行材先端とを接合した圧延材を圧延する場合に、接合部
分の接合強度が弱い場合には、張力変動により接合部分
が破断しないことを最優先とし、外乱抑制指標を大きく
設定した制御パラメータを演算して板厚張力制御装置の
制御パラメータを指定する。接合部分の接合強度が強い
場合には、外乱抑制指標よりも接合部分の前後での圧延
条件に最適になるようにロバスト安定性の指標を大きく
設定して制御パラメータを演算して板厚張力制御装置の
制御パラメータを指定する。

【００２３】請求項５に記載の圧延機制御装置において
は、先行材尾端と後行材先端とを接合する場合に、外乱
予測手段によって接合部周辺の温度変化及び異鋼種を接
合することによる接合部分前後の変形抵抗の変化によっ
て生じる張力変動を抑えるために、温度変化と変形抵抗
の変化から圧延材速度の変化を推定する。張力フィード
フォワード制御器では、外乱予測手段で予測した外乱を
用いて、張力変動を抑えるような操作量を演算し、その
値を張力フィードバック制御器の出力に加えて操作量と
する。

【００２４】

【実施例】以下、図示した実施例に基づいて、本発明を
詳細に説明する。図１は請求項１に記載の圧延機制御装
置に対応する実施例の構成を示すブロック図である。図
１において、圧延材１は第１スタンド圧延機２ａから第
７スタンド圧延機２ｇの順で圧延される。ここではタン
デム圧延機の全スタンド数を７としているが、４〜７ス
タンドが一般的である。また以下の説明において、各ス
タンドあるいはスタンド間は同様の構成であるため、た
とえば圧延機に付加した参照符号２ａ，２ｂ，…，２ｇ
を単に２と記し、圧延機以外の要素に付加した参照符号
ｎａ，ｎｂ，…，ｎｇを単にｎと記す。

【００２５】板厚は自動板厚制御装置（ＡＧＣ）３によ
って圧下開度が計算され、圧下装置４に設定される。圧
延ロールは圧延機駆動用電動機（以下主機という）５に
よって駆動され、主機５の速度制御は主機速度制御装置
６（主機ＡＳＲという）によって行われる。圧延機スタ
ンド間にはルーパ７が設けられ、ルーパロールが受ける
圧延材の張力が張力計１１で検出され、ルーパアームの
角度（ルーパ角度という）がルーパ角度計１０で検出さ
れる。このルーパを駆動するルーパ電動機８の速度は、
ルーパ電動機速度制御装置９（ルーパＡＳＲという）で
制御される。なお主機、ルーパ電動機の速度検出器、電
流制御系などの記載は省略している。

【００２６】ルーパ制御装置１２では、張力計１１によ
る検出値と与えられた張力目標値との偏差を小さくする
ように、かつルーパ角度計１０と与えられたルーパ角度
目標値との偏差を小さくするように、主機速度指令値と
ルーパ電動機速度指令値を計算し、それぞれ主機ＡＳＲ
６とルーパＡＳＲ９に出力する。

【００２７】制御パラメータ設定手段１３は、制御パラ
メータ指定部１４と、走間変更前の圧延パススケジュー
ル（Ａスケジュールと言う）１５と、走間変更後の圧延
パススケジュール（Ｂスケジュールと言う）１７とを有
している。Ａ，Ｂスケジュールは予め与えられるものと
する。さらにＡ，Ｂスケジュールを両方カバーするよう
なロバスト安定指標１６を持ち、走間変更のタイミング
によってＡスケジュール１５、ロバスト安定指標１６、
Ｂスケジュール１７を切り替えて制御パラメータの演算
を行い、それぞれの制御パラメータを使用する。

【００２８】以下にルーパ制御装置１２と制御パラメー
タ設定手段１３の具体的な実現方法を説明する。まずル
ーパ制御装置１２に使用される制御方法は、従来からＰ
Ｉ制御、非干渉制御、最適制御、Ｈ∞制御、ＩＬＱ制御
等が適用されている。Ｈ∞制御はロバスト安定性と外乱
抑制の明確な指標を持つものであるが、他の制御は明確
なロバスト安定性の指標は持っていない。しかし外乱抑
制の指標とロバスト安定性の指標はトレードオフ（一方
を大きくすると他方は小さくなる）でほぼ決まり、Ｈ∞
制御以外の方法でも概略の指標は持つことができる。し
かしここでは説明の便宜上Ｈ∞制御をルーパ制御装置１
２に適用するものとして考える。

【００２９】図２は任意の連続する２スタンド間のルー
パ角度と張力の制御対象プロセスモデルと制御器のブロ
ック図を示したものである。なお図２では各記号の前に
△を付加しており、図２は線形モデルで表しているため
その記号の変化分で変数を表示している。張力目標値Δ
ｔ_frefと張力検出値Δｔ_f との偏差ｅ_t を小さくするよ
うにＨ∞制御器１８はロール周速変更量の指令値ΔＶ
_RREFを操作し、Ｈ∞制御器１９はルーパ電動機速度の指
令値ω_LREFを操作する。ルーパ角度目標値Δθ_{re f} とル
ーパ角度検出値Δθとの偏差ｅ_h を小さくするようにＨ
∞制御器２０はロール周速変更量の指令値ΔＶ_RREFを操
作し、Ｈ∞制御器２１はルーパ電動機速度の指令値ω
_LREFを操作する。

【００３０】図２において２２〜３４は制御対象プロセ
スであり、図１において参照符号１，２，５〜９を付し
た要素に相当する。このうち２２は主機速度制御系であ
り、図１における主機５、主機ＡＳＲ６で構成される速
度制御系を１つのブロックとして表したものである。２
３は主機速度から圧延材料速度への影響係数ブロック
（ｆは先進率）、２４は張力発生プロセスにおける張力
発生ゲイン及び積分器、２５は張力発生プロセスのフィ
ードバックゲインであり、ブロック２４，２５で張力発
生機構をモデル化している。

【００３１】また２６はルーパ電動機速度から圧延材料
速度への影響係数、２７は張力からルーパ電動機トルク
への影響係数である。２８はルーパ角度からルーパ電動
機トルクへのゲイン、３１はルーパ電動機トルク定数、
３２はルーパ電動機におけるトルクから回転速度への伝
達関数、３３はルーパ電動機の回転速度からルーパ角度
への伝達関数、３４はルーパダンピング係数である。２
９はルーパ速度制御器で、図１におけるルーパＡＳＲ９
に相当する。また３０はルーパ電流制御系を示すブロッ
クであるが、一般に速度制御に比べて非常に速い応答で
あるので、ブロック３０はゲイン１として、動特性を考
慮しなくてもよいものである。図２のブロック２８〜３
４が図１のルーパ電動機８とルーパＡＳＲに相当する。

【００３２】ここで、図２中の変数の意味をまとめると
以下のようになる。 ｔ_f ：前方張力 θ ：ルーパ角度 ｇ_L ：ルーパとルーパ電動機との間のギア比 Ｊ ：ルーパ電動機慣性能率 Ｋ₁₀：張力フィードバック係数 Ｅ ：圧延材のヤング率 Ｌ ：スタンド間距離 Ｖ_R ：主機速度 Ｚ ：ルーパダンピング係数 ｆ ：先進率 φ ：ルーパ電動機トルク定数 ω_L ：ルーパ回転速度 Ｔ_v ：主機速度制御系時定数 Ｆ₁ ：ルーパ角度からルーパトルクへのゲイン（材料重
量・ルーパ自重分による負荷トルク） Ｆ₂ ：ルーパ回転速度から圧延材料速度への影響係数 Ｆ₃ ：張力からルーパ電動機トルクへの影響係数 添字ＲＥＦ：その記号の指令値を表す。

【００３３】図２におけるブロック３５〜３８は、Ｈ∞
制御設計の時に使用する重み関数であり、以下にＨ∞制
御について簡単に説明する。Ｈ∞制御では、張力目標値
Δｔ_frefから制御偏差ｅ_t までの伝達関数（これを張力
系の感度関数という）を規定するための重み関数Ｗ
₁₁（３５）、ルーパ角度目標値Δθ_ref から制御偏差ｅ
_h までの伝達関数（これをルーパ角度系の感度関数とい
う）を規定するための重み関数Ｗ₁₂（３６）、張力目標
値Δｔ_frefから張力Δｔ_f までの伝達関数（これを張力
系の相補感度関数という）を規定するための重み関数Ｗ
₂₁（３７）、ルーパ角度目標値Δθ_ref からルーパ角度
Δθまでの伝達関数（これをルーパ角度系の相補感度関
数という）を規定するための重み関数Ｗ₂₂（３８）を設
計する。Ｈ∞制御による設計では、それぞれの感度関数
と相補感度関数の応答を所望の応答とするように重み関
数を設計し、それを満たすコントローラＧ_c11 ，
Ｇ_c21 ，Ｇ_c12 ，Ｇ_c22 （ブロック１８〜２１）を求め
ることが目的となる。

【００３４】Ｈ∞コントローラの形は、図２に示すよう
な出力フィードバックによる構成と、制御対象プロセス
の状態を検出してフィードバックする状態フィードバッ
クによる構成との２つの構成方法が実現できる。ここで
は状態フィードバックによる構成は省略する。

【００３５】図３は図２におけるルーパ多変数系におけ
る重み関数の決め方の一例である。図３（ａ）には張力
系の感度関数を規定するための重み関数Ｗ₁₁の逆関数Ｗ
₁₁ ^-1と張力系の相補感度関数を規定するための重み関数
Ｗ₂₁の逆関数Ｗ₂₁ ^-1と、それらにより設計したＨ∞コン
トローラを含んだ閉ループ伝達関数を示す。閉ループ伝
達関数は、張力目標値から張力への伝達関数Ｇ_T1と張力
目標値からルーパ角度への伝達関数Ｇ_H2を示す。図３
（ｂ）にはルーパ角度系の感度関数を規定するための重
み関数Ｗ₁₂の逆関数Ｗ₁₂ ^-1とルーパ角度系の相補感度関
数を規定するための重み関数Ｗ₂₂の逆関数Ｗ₂₂ ^-1と、そ
れらにより設計したＨ∞コントローラを含んだ閉ループ
伝達関数を示す。閉ループ伝達関数は、ルーパ角度目標
値からルーパ角度への伝達関数Ｇ_H1とルーパ角度目標値
から張力への伝達関数Ｇ_T2を示す。

【００３６】図３に示すように一般的に感度関数は低周
波数領域でゲインを小さくし、相補感度関数は高周波数
領域でゲインを小さくするようにそれぞれの重み関数を
設定する。この理由は以下に述べるとおりである。 Ａ．（感度関数）＋（相補感度関数）＝１という制約が
あり、すべての周波数領域にわたって感度関数と相補感
度関数をもとに小さくすることはできない。 Ｂ．一般的に感度関数は主に制御系の速応性に関係す
る。 Ｃ．相補感度関数は主に制御系のロバスト安定性に関係
する。

【００３７】Ｂの目的を達成するためには、全周波数帯
域にわたって感度関数のゲインを小さくすればよく、ま
たＣの目的を達成するためには、全周波数帯域にわたっ
て相補感度関数のゲインを小さくすればよいことは明ら
かである。しかし制約条件としてＡがあるため、この２
つを同時に全周波数帯域にわたって満たすことは不可能
である。したがって、目標値に制御量を追従させるのは
低周波数領域だけでよく、このため感度関数のゲインを
低周波数領域で小さくする。また対雑音性などの観点か
ら高周波数領域では目標値から制御量までのゲインを小
さくして、ロバスト安定性を向上させるため、高周波数
領域で相補感度関数のゲインを小さくする。

【００３８】上記のように感度関数および相補感度関数
は、重み関数を設定しコントローラを設計した後の閉ル
ープ系の応答であり、張力制御に関係する感度関数およ
び相補感度関数は、重み関数Ｗ₁₁，Ｗ₂₁によって決めら
れ、ルーパ角度制御に関係する感度関数および相補感度
関数は、重み関数Ｗ₁₂，Ｗ₂₂によって決められる。

【００３９】また速応性の指標は感度関数が−３ｄｂ近
辺となる周波数であり、図３においては張力制御の応答
は交差角周波数にしてほぼ５ｒａｄ／ｓとなる。ロバス
ト安定性の指標は相補感度関数と重み関数の逆数とのゲ
イン差となり、図３における張力制御系のロバスト安定
性の指標は、Ｗ₂₁ ^-1とＧ_T1との差である約２０〜４０ｄ
ｂとなる。この意味はたとえば実際のプロセスとモデル
との誤差が約２０〜４０ｄｂ（＝１０〜２０倍）あった
としても安定性は保たれるということである。

【００４０】ロバスト安定性を大きく設計することは、
制御対象プロセスが広範囲に変化しても制御系としては
安定ということであり、１つのコントローラゲインによ
って広範囲の圧延状態に対応できることになる。このた
め図１におけるＡスケジュール１５とＢスケジュール１
７とをカバーするようなロバスト安定指標１６を設定す
れば、走間変更前、変更中、変更後を１つの制御パラメ
ータで安定に制御することができる。

【００４１】図４は、参考までに示した図１に対応する
従来装置の構成を示すブロック図である。制御パラメー
タ設定手段１３ａは、走間変更前のＡスケジュール用の
制御パラメータと変更後のＢスケジュール用の制御パラ
メータのみを切り替えて使用している。

【００４２】図５にＡ，Ｂスケジュール用とロバスト安
定指標による制御パラメータの選択を示す。図５（ａ）
は本実施例による制御パラメータの切り替え方法であ
る。横軸は走間変更点の位置の移動を示し、たとえばａ
点においては、Ａスケジュール用制御パラメータは不使
用、ロバスト安定指標による制御パラメータを使用、Ｂ
スケジュール用制御パラメータは不使用という意味を表
している。図５（ａ）では走間変更点がｉスタンドに入
る前にＡスケジュール用制御パラメータをロバスト安定
指標による制御パラメータに変更し、走間変更点がｉ＋
１スタンドを通過した後にＢスケジュール用制御パラメ
ータに変更する。こうすることにより、ｉ〜ｉ＋１スタ
ンド間を走間変更点が通過する前後で安定な制御が可能
となる。

【００４３】図５（ｂ）と図５（ｃ）は従来の切り替え
方法であり、図５（ｂ）は走間変更点がｉスタンドに入
る前にＡスケジュール用からＢスケジュール用制御パラ
メータに変更する方法であり、図５（ｃ）は走間変更点
がｉ＋１スタンドを通過してからＡスケジュール用から
Ｂスケジュール用制御パラメータに変更する方法であ
る。図５（ａ）の方法では、走間変更前の材料の一部と
走間変更中の圧延を走間変更後のスケジュールであるＢ
スケジュールで制御することになり、その間の制御は制
御精度が悪くなったり、安定性は保証されないことにな
る。また図５（ｃ）の方法では、走間変更後の材料の一
部と走間変更中の圧延を走間変更前のスケジュールであ
るＡスケジュールで制御することになり、制御精度の悪
化、安定性は保証されないことになる。

【００４４】以上の説明から明らかなように、図１に示
した圧延機制御装置によれば、走間変更前後における圧
延パススケジュールの変化に影響されないルーパ制御装
置の制御パラメータの設定が可能となり、走間変更前後
での安定な制御が可能となる。

【００４５】図６は請求項２に記載の圧延機制御装置に
対応する実施例の構成を示すブロック図である。図６に
おける参照符号１〜１１を付した要素はそれぞれ図１に
示したものと同一の要素である。また制御パラメータ設
定手段３９（１４，４０，４１を含む）は第３スタンド
と第４スタンドとの間にのみ設けたように示されている
が、他のスタンド間にも同様の手段を備えており、図面
の簡単化のためにそれらの記載を省略したものである。

【００４６】接合部分を有する圧延材をタンデム圧延機
で圧延する場合、最も重要な課題は接合部分を破断する
ことなく圧延するということである。接合部分の破断の
大きな原因は、接合部分が他の部分より引っ張り力に弱
く、圧延中に過大な張力がかかることである。過大な張
力をかけずに圧延することは、接合部分以外の定常の部
分であれば印加される外乱が比較的少なく、容易なこと
である。しかし、接合部分は接合するために加熱した圧
延材の部分と、接合するために先行材と後行材とを外力
により押しつけるために材料を押さえつけ温度が下がっ
ている圧延材の部分とがある。また異なる鋼種を接合す
る場合は、変形抵抗が異なるため圧延特性が接合部を境
にがらりと変化する。さらに先行材と後行材の目標板
厚、板幅が異なる場合は、接合部分を中心にして、ある
いはその前後で走間変更が行われ、ロールギャップ開度
の急激な変更などが行われる。このため張力制御系に加
わる外乱は非常に大きい。

【００４７】またタンデム圧延の前段スタンドでは、接
合してからの時間的経過が少なく、またスタンド間の水
冷による効果も現れにくいため、接合部分が破断しやす
い場合がある。これに対して後段スタンド間では、温度
変化部分の温度勾配は緩やかになっている場合が多い。
また同じ鋼種を接合する場合は、異鋼種を接合する場合
に比べて外乱は少ない。したがって外乱を抑制して接合
部を破断させないことを優先するのか、制御の安定性を
優先するのかは、圧延条件、接合条件、スタンド間によ
って異なってくる。

【００４８】図６に示すように、制御パラメータ設定手
段３９は、外乱抑制とロバスト安定性のどちらを優先す
べきかを圧延条件、接合条件、スタンド間によって決定
し、どちらかの指標を制御パラメータ指定部１４に与
え、制御パラメータ指定部１４はルーパ制御装置１２に
制御パラメータを設定する。

【００４９】ロバスト安定の指標の与え方はすでに説明
したので、ここでは外乱抑制指標の与え方を説明する。
外乱抑制指標は、Ｈ∞制御で明確に与えられる他、ＰＩ
制御、非干渉制御、最適制御、ＩＬＱ制御等でも速応性
を大きく設計することで達成できる。ここではＨ∞制御
について説明する。

【００５０】図３において、外乱抑制特性を大きくする
ためには、感度関数を小さくするように重み関数
Ｗ₁₁ ^-1，Ｗ₁₂ ^-1を設定する。感度関数は前述の如く、目
標値から制御偏差までの伝達関数であり、この感度関数
のゲインを小さくすれば、制御偏差が小さくなる、すな
わち制御量である張力やルーパ角度が目標値から外れに
くくなることを意味している。感度関数を小さくする重
み関数Ｗ₁₁ ^-1，Ｗ₁₂ ^-1は、重み関数と０ｄｂラインを区
切る点を高周波数領域に移したり、低周波数領域で重み
関数を急な傾きにすることで達成できる。

【００５１】かくして、図６に示した実施例によれば、
圧延条件、接合条件、スタンドの条件に応じたルーパ制
御装置の制御パラメータの設定が可能となり、接合部分
前後での安定で高精度のルーパ高さと張力との制御が可
能となる。

【００５２】図７は請求項３に記載の圧延機制御装置に
対応する実施例の構成を示すブロック図である。図７に
おける参照符号１，２，４〜１１を付した要素はそれぞ
れ図１に同一の参照符号を付した要素と同一のものであ
る。

【００５３】この実施例においては、板厚と張力を制御
するために、相互干渉のある板厚と張力のプロセスを多
変数系とみなし、多変数制御を適用し、板厚張力制御装
置４３は板厚・張力の多変数制御を実施するものであ
る。この場合ルーパに取り付けられた張力計１１を利用
するためにルーパ位置制御装置４２によってルーパの位
置制御を行う。圧延荷重検出器４４は、一般にロードセ
ルが用いられる。圧延荷重（Ｐ）の他にロールギャップ
開度設定値（Ｓ）を取り込んで、（３）式のゲージメー
タ式から各スタンドの板厚を求めることができる。 ｈ＝Ｓ＋Ｐ／Ｍ （３） ここで、ｈ：出側板厚、Ｍ：ミル定数

【００５４】図８は各スタンド出側板厚の検出方法が図
７とは異なるものである。図８においてはスタンド間に
設置された板厚計５０による測定値を遅延手段５１によ
り下流側直近のスタンドに到達するまで遅延させ、
（４）式のマスフロー一定則によりスタンド出側板厚ｈ
を検出するものである。 Ｈ・Ｖ・Ｂ＝ｈ・ｖ・ｂ （４） ここで、Ｈ：入側板厚、Ｖ：入側材料速度、Ｂ：入側
幅、ｖ：出側材料速度、ｂ：出側幅

【００５５】図７と図８の方法は、各スタンド毎に使い
分けるものであり、たとえば板厚計があるスタンドでは
図８の方法、板厚計のないスタンドでは図７の方法を用
いることができる。

【００５６】図９に板厚・張力の多変数制御のブロック
図を示す。ブロック５２〜５５は積分コントローラ、５
６〜５９は状態フィードバックコントローラである。ブ
ロック６０〜６３、２２〜２５は制御対象プロセスを示
す。ブロック６０は圧下装置の応答を示すものであり、
ブロック６１はロールギャップ開度から出側板厚への影
響係数、６２はロールギャップ開度から材料速度への影
響係数、６３は張力から出側板厚への影響係数を示して
いる。ブロック２２〜２５は図１と同じである。

【００５７】図９におけるコントローラ５２〜５９は、
最適制御、Ｈ∞制御、ＩＬＱ制御等の多変数制御理論を
使用して設計することができる。また図９では状態フィ
ードバックの構成で示しているが、図２に示したような
出力フィードバックの構成でも可能である。走間変更で
は板厚が大きく変更されることがあり、張力に対する外
乱となるが、板厚と張力を多変数系として扱うことによ
り、板厚と張力を良好に制御することができる利点があ
る。

【００５８】ここでは図１と同様の構成の制御パラメー
タ設定手段４５を備えている。すなわち板厚張力制御装
置４３におけるロバスト安定性を大きく設計することに
より、図７におけるＡスケジュール４７とＢスケジュー
ル４９とをカバーするようなロバスト安定指標４８を設
定すれば、走間変更前、変更中、変更後を１つの制御パ
ラメータで安定に制御することができる。

【００５９】従来の装置は図７のブロック４８がない構
成のものであり、走間変更前のＡスケジュール用の制御
パラメータと変更後のＢスケジュール用の制御パラメー
タのみを切り替えて使用している。

【００６０】しかるに、図７及び図８に示した実施例で
は、図５に用いて説明した如く、Ａ，Ｂスケジュール用
とロバスト安定指標による制御パラメータとを選択す
る。すなわち、図５（ａ）では走間変更点がｉスタンド
に入る前にＡスケジュール用制御パラメータをロバスト
安定指標による制御パラメータに変更し、走間変更点が
ｉ＋１スタンドを通過した後にＢスケジュール用制御パ
ラメータに変更する。こうすることにより、ｉ〜ｉ＋１
スタンド間を走間変更点が通過する前後で安定な制御が
可能となる。

【００６１】図１０は請求項４に記載の圧延機制御装置
に対応する実施例の構成を示すブロック図である。図１
０に参照符号１，２，４〜１１，４２，４３を付した要
素はそれぞれ図７に同一の参照符号を付したものと同一
のものである。図１０は板厚検出の方法がゲージメータ
式による方法である。図１１は板厚検出の方法が板厚計
を用いる方法であり、図１１に参照符号１，２，４〜１
１，４２，４３，５０，５１を付した要素はそれぞれ図
８に同一の参照符号を付した要素と同一のものである。

【００６２】接合部分を有する圧延材をタンデム圧延機
で圧延する場合、接合部分を破断することなく圧延する
ことが課題であるが、接合部分の温度変化や異鋼種の接
合は板厚の変動も誘引し、その結果張力変動にもつなが
る。そこで板厚と張力を多変数制御し、かつ外乱抑制性
能を大きく設計することにより、接合部分に過張力が印
加されることを防ぎ、破断を防ぐことが可能となる。

【００６３】また図７または図８に示した実施例と同様
に、ロバスト安定性を優先するか、外乱抑制性能を優先
するかは、圧延条件、接合条件、スタンド間によって異
なってくるので、条件に応じて選択するものとする。

【００６４】図１２は請求項５に記載の圧延機制御装置
に対応する実施例の構成を示すブロック図であり、ブロ
ック２２〜２５は図２に示したものと同じものである。
そして、これ以外のブロック６８は張力のフィードバッ
ク型の制御器であり、ＰＩＤ制御、非干渉制御の張力制
御部分、最適制御、ＩＬＱ制御、Ｈ∞制御などを適用す
ることができる。

【００６５】ブロック６９は接合部の温度外乱ΔＴ、異
鋼種の接合による変形抵抗の差Δｋから材料速度変化Δ
Ｖ_d への影響を表す外乱プロセスである。外乱予測手段
７０では、温度外乱ΔＴの予測値ΔＴ^* 、異鋼種の接合
による変形抵抗の差Δｋの予測値Δｋ^* を用いて、材料
速度変化ΔＶ_d の予測値ΔＶ_d ^* を計算する。具体的な
ΔＶ_d ^* の計算は次式に従うものとする。

【００６６】

【数２】 ΔＴ^* ：接合部の温度変化 Δｋ^* ：接合部の変形抵抗の変化（設定計算値を用い
る） 接合部分の温度変化量は、接合のための加熱時間により
ある程度推測することができる。しかし実際には、温度
変化の詳細は未知であるため、接合部での条件を仮定し
て、温度変化を予測し、時間の経過とともに温度勾配が
変化することを考慮して材料長手方向の関数とし、テー
ブルなどに関数形、関数パラメータ等をおさめ、使用時
にはそのテーブルからピックアップする方式とする。

【００６７】変形抵抗の変化から材料速度への影響係数
は、板厚制御との関係があり、明確な値は求めにくい
が、各種条件によるゲインテーブルを作成し、実機デー
タの解析などによってゲインを決定する。

【００６８】外乱予測手段７０で予測した材料速度変化
ΔＶ_d ^* を補償するような主機速度の操作量を張力フィ
ードフォワード制御器７１で演算する。張力フィードフ
ォワード制御器７１は、単なる制御ゲインあるいは主機
速度制御系の応答遅れを補償するような動特性をもった
制御器とする。

【００６９】しかして、図１２に示した実施例によれ
ば、接合部分前後において、接合部分の温度変化や、異
鋼種接合による変形抵抗の変化による張力変動を抑制す
る制御が可能となり、これによって、接合部分前後で高
精度な板厚と張力制御が可能になる。

【００７０】なお、上記各実施例では、２重圧延機を制
御対象の圧延機としたが、この圧延機は、４重圧延機、
６重圧延機等、他の圧延機であっても同様に本発明を適
用することができる。

【００７１】またルーパ駆動方式は電動機を用いるもの
で説明したが、油圧駆動方式等、他の駆動方式のものに
も適用可能である。

【００７２】

【発明の効果】請求項１に記載の圧延機制御装置によれ
ば、走間変更前後における圧延パススケジュールの変化
に影響されないルーパ制御装置の制御パラメータの設定
が可能となり、走間変更前後での安定なルーパと張力の
制御が可能になる。

【００７３】請求項２に記載の圧延機制御装置によれ
ば、接合部分前後（走間変更部分を含むことも可能）に
おいて、圧延条件、接合条件、スタンドの条件に応じた
ルーパ制御装置の制御パラメータの設定が可能となり、
接合部分前後での安定で高精度なルーパと張力の制御が
可能になる。

【００７４】請求項３に記載の圧延機制御装置によれ
ば、走間変更前後における圧延パススケジュールの変化
に影響されない板厚と張力の多変数制御装置の制御パラ
メータの設定が可能となり、走間変更前後での安定な板
厚と張力の制御が可能になる。

【００７５】請求項４に記載の圧延機の制御装置によれ
ば、接合部分前後（走間変更部分を含むことも可能）に
おいて、圧延条件、接合条件、スタンドの条件に応じた
板厚と張力の多変数制御装置の制御パラメータの設定が
可能となり、接合部分前後での安定で高精度な板厚と張
力の制御が可能になる。

【００７６】請求項５に記載の圧延機制御装置によれ
ば、接合部分前後において、接合部分の温度変化や、異
鋼種接合による変形抵抗の変化による張力変動を抑制す
ることのできる張力制御が可能となり、接合部分前後で
の安定で高精度な張力制御が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１に記載の圧延機制御装置に対応する実
施例の概略構成を示すブロック図。

【図２】図１に示した実施例の詳細な構成を示すブロッ
ク図。

【図３】図１に示した実施例の重み関数の決定方法を説
明するためのボード線図。

【図４】図１に示した実施例と比較するために、参考的
に示した従来の圧延機制御装置の構成を示すブロック
図。

【図５】図１に示した実施例の動作を図４に示した従来
装置の動作と併せて示したタイムチャート。

【図６】請求項２に記載の圧延機制御装置に対応する実
施例の概略構成を示すブロック図。

【図７】請求項３に記載の圧延機制御装置に対応する実
施例の概略構成を示すブロック図。

【図８】請求項３に記載の圧延機制御装置に対応する他
の実施例の概略構成を示すブロック図。

【図９】図７又は図８に示した実施例の詳細な構成を示
すブロック図。

【図１０】請求項４に記載の圧延機制御装置に対応する
実施例の概略構成を示すブロック図。

【図１１】請求項４に記載の圧延機制御装置に対応する
他の実施例の概略構成を示すブロック図。

【図１２】請求項５に記載の圧延機制御装置に対応する
実施例の概略構成を示すブロック図。

【符号の説明】

２ 圧延機 ３ 自動板厚制御装置 ４ 圧下装置 ５ 圧延機駆動用電動機 ６ 主機速度制御装置 ７ ルーパ ８ ルーパ電動機 ９ ルーパ電動機速度制御装置 １０ ルーパ角度計 １１ 張力計 １２ ルーパ制御装置 １３，３９，４５，６４ 制御パラメータ設定手段 １４，４６，６５ 制御パラメータ指定部 １５，４７ Ａスケジュール １６，４０，４８，６６ ロバスト安定指標 １７，４９ Ｂスケジュール ４１，６７ 外乱抑制指標 ６８ 張力フィードバック制御器 ６９ 外乱プロセス ７０ 外乱予測手段 ７１ 張力フィードフォワード制御器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B21B 37/26 B21B 37/48 - 37/52

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】タンデム圧延機の各スタンド間に配置され
   たルーパの角度とこのルーパが配置されたスタンド間の
   圧延材張力とを制御するルーパ制御装置を有する圧延機
   制御装置において、圧延中に圧延材板厚及び／又は板幅
   を変更する走間変更時に、走間変更前の圧延パススケジ
   ュールに適合する前記ルーパ制御装置の制御パラメータ
   を、当該スタンド間で走間変更を開始する前に、走間変
   更前、変更中、及び変更後の各圧延条件に最適になるよ
   うにロバスト安定性の指標を設定して演算すると共に指
   定し、走間変更後は走間変更後の圧延パススケジュール
   に適合する前記ルーパ制御装置の制御パラメータを指定
   する制御パラメータ設定手段を備えたことを特徴とする
   圧延機制御装置。
2. 【請求項２】タンデム圧延機の各スタンド間に配置され
   たルーパの角度とこのルーパが配置されたスタンド間の
   圧延材張力とを制御するルーパ制御装置を有する圧延機
   制御装置において、先行材尾端と後行材先端とを接合し
   た圧延材を圧延する場合に、接合部分の接合強度に応じ
   て、接合部分前後の外乱によって生じる張力変動により
   接合部分が破断しないように外乱抑制指標を大きく設定
   するか、あるいは外乱抑制指標よりもロバスト安定性の
   指標を大きく設定するかを決定し、決定された指標で制
   御パラメータを演算して前記ルーパ制御装置の制御パラ
   メータとする制御パラメータ設定手段を備えたことを特
   徴とする圧延機制御装置。
3. 【請求項３】タンデム圧延機の各スタンド間の圧延材張
   力と各スタンド出側板厚との多変数制御を実施する板厚
   張力制御装置を有する圧延機制御装置において、圧延中
   に圧延材板厚及び／又は板幅を変更する走間変更時に、
   走間変更前の圧延パススケジュールに適合する前記板厚
   張力制御装置の制御パラメータを、当該スタンド間で走
   間変更を開始する前に、走間変更前、変更中、及び変更
   後の各圧延条件に最適になるようにロバスト安定性の指
   標を設定して演算すると共に指定し、走間変更後は走間
   変更後の圧延パススケジュールに適合する前記板厚張力
   制御装置の制御パラメータを指定する制御パラメータ設
   定手段を備えたことを特徴とする圧延機制御装置。
4. 【請求項４】タンデム圧延機の各スタンド間の圧延材張
   力と各スタンド出側板厚との多変数制御を実施する板厚
   張力制御装置を有する圧延機制御装置において、先行材
   尾端と後行材先端とを接合した圧延材を圧延する場合
   に、接合部分の接合強度に応じて、接合部分前後の外乱
   によって生じる張力変動により接合部分が破断しないよ
   うに外乱抑制指標を大きく設定するか、あるいは外乱抑
   制指標よりもロバスト安定性の指標を大きく設定するか
   を決定し、決定された指標で制御パラメータを演算して
   前記板厚張力制御装置の制御パラメータとする制御パラ
   メータ設定手段を備えたことを特徴とする圧延機制御装
   置。
5. 【請求項５】タンデム圧延機の各スタンド間の圧延材張
   力をフィードバック制御する張力フィードバック制御器
   を有する圧延機制御装置において、先行材尾端と後行材
   先端とを接合した圧延材を圧延する場合に、接合部分の
   温度変化及び接合部分前後の変形抵抗の変化に基いて圧
   延材速度の変化を推定する外乱予測手段と、この外乱予
   測手段の出力を用いて張力変動を抑えるような操作量を
   演算する張力フィードフォワード制御器とを備え、この
   張力フィードフォワード制御器の出力を前記張力フィー
   ドバック制御器の出力に加えて操作量とすることを特徴
   とする圧延機制御装置。