JP3373449B2 - 線管材のループ位置制御方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、線管材のループ位置制御方法及
び装置に係り、特に、ペイオフモータにて回転駆動せし
められる繰出しケージ内に収容された線管材を、繰出し
ケージからループ状に繰り出して、抽伸機等の負荷機構
に供給せしめるに際して、線管材のループ位置を高い応
答性をもって且つ安定的に制御せしめて、線管材の振れ
を効果的に減少せしめることの出来る技術に関するもの
である。

【０００２】

【背景技術】従来より、ペイオフモータにて繰出しケー
ジを回転駆動せしめることによって、該繰出しケージ内
に収容された線管材を繰出しケージからループ状に繰り
出して、所定の負荷機構に供給せしめる装置の一つとし
て、図１に示されるような抽伸機１０が知られている。

【０００３】この抽伸機１０は、一般に、ペイオフモー
タ１２と、該ペイオフモータ１２により回転駆動せしめ
られる繰出しケージとしてのペイオフリール１４と、負
荷機構としてのダイボックス１６と、キャプスタンドラ
ム１８とを含んで構成されており、ペイオフモータ１２
の回転作動にてペイオフリール１４を回転駆動せしめる
ことにより、ペイオフリール１４の巻胴に巻き付けられ
て収容された線材又は管材２０（以下、単に線管材と呼
ぶこととする）をループ状に繰り出して、ダイボックス
１６に導いた後、キャプスタンドラム１８にて引張って
巻き取ることによって、所定の抽伸を行なうことが出来
るようになっている。なお、かかる抽伸機１０におい
て、線管材２０にあっては、ペイオフリール１４からダ
イボックス１６に至るまでの間において、適当なガイド
部材（図示せず）によりガイドされて、上下方向におい
ては位置決めされるようになっており、また、キャプス
タンドラム１８にて巻き取られた後においては、順次、
キャプスタンドラム１８の下方に設けられたレシービン
グバスケット２２内に落とし込まれて、収容されるよう
になっている。

【０００４】また、このような抽伸機１０においては、
線管材２０が水平方向には位置決めされていないため、
ペイオフリール１４からループ状に繰り出される線管材
２０の繰出し速度が、キャプスタンドラム１８の回転速
度、即ち、ライン速度よりも速い場合には、線管材２０
のループ形状部分２４は、水平方向でペイオフリール１
４から離隔する側（図１における実線矢印方向）に振れ
ることとなり、また逆に、ライン速度よりも遅い場合に
は、水平方向でペイオフリール１４に近接する側（図１
における破線矢印方向）に振れることとなるところか
ら、そのような材料振れを抑制して、水平方向における
線管材２０の繰出し位置、所謂、ループ位置を一定にす
るべく、線管材２０のループ形状部分２４には、図１に
示される如きセンサ（詳細な構成については、実公昭６
１−３９７２９号公報や特公昭６２−１８２４２号公報
等において明らかにされている）や、実開平６−６６８
０８号公報に明らかにされているようなカメラ等といっ
たループセンサ２６が備えられており、それによって、
線管材２０のループ位置の変化に伴うループ変化量を検
知し、その検知されたループ変化量に基づいて、制御装
置２８により、ペイオフモータ１２の回転速度乃至は回
転数を調節して、線管材２０のループ位置を制御するよ
うになっている。

【０００５】ところで、そのような線管材２０のループ
位置を制御するに際しては、従来から、図２にブロック
線図で示されるようなＰＩ補償器３０を有してなるもの
を制御装置２８として用い、ループ変化量（材料振れ）
を検知してフィードバックすると共に、ＰＩ補償器３０
による補償動作によって、ペイオフモータ１２の回転速
度の補正指令をペイオフモータ１２の基準回転速度指令
に加え合わせることにより、ペイオフモータ１２の回転
指令を変更せしめ、かかる回転指令に基づいてペイオフ
モータ１２を回転作動せしめることによって、ループ位
置を制御する手法が、広く用いられているのであるが、
かかる手法にあっては、各種の問題を内在している。

【０００６】すなわち、抽伸機１０において、そのライ
ン速度を速くして作業効率の向上を図る場合に、制御を
安定化せしめるためには、高い応答性乃至は応答速度が
要求されるのであるが、前述の如き従来方法にあって
は、線管材２０におけるループ位置の変化状況を充分に
見てから、かかる変化に遅れてループ位置を制御するも
のであるところから、高い応答性を得ることが出来ない
のであり、従って、ライン速度を高速にすると、制御の
安定性が悪くなり、しかも材料振れが著しく大きくなる
等といった不具合が惹起されるために、高速運転の実現
が困難であるという問題を内在するものであった。ま
た、従来方法において、線管材２０の繰出しを常に一定
した位置から安定して行なうには、ＰＩ補償器３０の補
償動作の調整が必要とされるのであるが、この調整にあ
っては、抽伸機１０を用いた抽伸作業を実際に行なっ
て、材料振れを観察しながら、試行錯誤的に、ＰＩ補償
器３０内部の比例ゲインや積分時定数の大きさを設定す
るという、面倒且つ長時間に亘る作業を伴うものであ
り、加えて、材料振れの特性が、線管材２０の外径寸法
や剛性、通常複数パス繰り返される抽伸作業のパス毎等
によって変化するものであるために、それら外径寸法や
剛性，パス等に応じて、前述のような煩雑な設定作業を
行なう必要性があることから、抽伸機１０の利用範囲の
拡大を図る上において、そのような調整作業が、大きな
障害となっているのである。

【０００７】

【解決課題】ここにおいて、本発明は、かかる事情を背
景にして為されたものであって、その解決課題とすると
ころは、ペイオフモータにて回転駆動せしめられる繰出
しケージ内に収容された線管材を、該繰出しケージから
ループ状に繰り出して、抽伸機等の負荷機構に供給せし
めるに際して、線管材のループ位置を高い応答性乃至は
応答速度をもって且つ安定的に制御せしめて、線管材の
振れを有利に抑制せしめ得る制御方法、並びにかかる制
御方法を有利に実現することの出来る制御装置を提供す
ることにある。

【０００８】

【解決手段】そして、本発明にあっては、そのような課
題を解決するために、ペイオフモータにて回転駆動せし
められる繰出しケージ内に収容された線管材を、該繰出
しケージから繰り出して、抽伸機等の負荷機構に供給せ
しめる際における、該繰出しケージからループ状に繰り
出される該線管材のループ位置を、該ペイオフモータの
回転数を調節することにより、制御する方法にして、該
線管材のループ位置の変化に伴なうループ変化量と前記
ペイオフモータの回転数の変化量と該ペイオフモータの
回転角加速度の変化量とを用いて、前記線管材のループ
位置制御系の応答性を調整する該ループ位置の制御指令
を演算し、出力する一方、前記ループ変化量と前記ペイ
オフモータの回転数変化量とを用いて、前記線管材のル
ープ位置に変化をもたらす外乱量を推定し、その推定値
に基づいて、かかる外乱量を補償する外乱補償指令を出
力せしめ、そしてそれら制御指令と外乱補償指令とか
ら、前記ペイオフモータの回転指令を求めて、該ペイオ
フモータに入力することにより、該ペイオフモータの回
転数を調節するようにしたことを特徴とする線管材のル
ープ位置制御方法を、その要旨とするものである。

【０００９】このような本発明に従う線管材のループ位
置制御方法においては、線管材のループ位置を制御せし
めるべく、ペイオフモータの回転数を変化せしめるルー
プ位置の制御指令を、ループ位置の変化に伴うループ変
化量とペイオフモータの回転数及び回転角加速度の変化
量に応じて線管材のループ位置制御系の応答性を調整し
得るように、演算せしめる一方、ループ変化量とペイオ
フモータの回転数変化量とから、線管材のループ位置に
影響を及ぼすような外乱量を予測的に推定し、更にその
推定値に基づいて、かかる外乱量が打ち消されるように
前記ループ位置の制御指令を補正する外乱補償指令を算
出した後、かかる外乱補償指令と前記制御指令とから、
ペイオフモータの回転指令を求めることが出来るのであ
る。

【００１０】要するに、かくの如くして求められるペイ
オフモータの回転指令をペイオフモータに入力すること
によって、線管材のループ位置制御系の応答性を、制御
対象における所定変化に応じて調整すると共に、外乱量
を先取り的に補償するようにして、ペイオフモータの回
転数を調整し得るところから、従来の方法のような、ル
ープ位置の変化を見定めてから遅れて応答するものとは
異なり、極めて高い応答性乃至は応答速度をもって、外
乱補償、ひいてはループ位置の制御を行なうことが出
来、しかも、かかるループ位置制御を効果的に安定化せ
しめ得るのであり、更には、そのようなループ位置制御
によって、ループ変化量、即ち、線管材の振れを、従来
方法に比して、大幅に減少せしめ得るという特徴をも、
発揮するものである。

【００１１】従って、上述の如き本発明手法によれば、
抽伸機等の、繰出しケージ内に収容された線管材を繰出
しケージからループ状に繰り出して、所定の負荷機構に
供給せしめるように構成されてなる各種の装置におい
て、そのライン速度を有利に高速化せしめ得るのであ
り、よって、線管材の抽伸作業等において、優れた作業
効率及び生産性を実現することが出来るのである。

【００１２】なお、そのような本発明手法において、有
利には、前記線管材のループ位置の変化に伴なうループ
変化量として、実測値が用いられるのであり、これによ
って、ループ位置の実際の変化状況にきめ細かく対応し
てループ位置を制御することが、可能となる。

【００１３】また、本発明に従う線管材のループ位置制
御方法における好ましい態様の一つによれば、前記ペイ
オフモータの回転数の変化量と該ペイオフモータの回転
角加速度の変化量のうちの少なくとも一方に、実測値が
用いられるのであり、また、別の好ましい態様の一つに
おいては、前記ペイオフモータの回転数の変化量と該ペ
イオフモータの回転角加速度の変化量のうちの少なくと
も一方に、推定値が用いられることとなる。

【００１４】そして、本発明にあっては、ペイオフモー
タにて回転駆動せしめられる繰出しケージ内に収容され
た線管材を、該繰出しケージから繰り出して、抽伸機等
の負荷機構に供給せしめる際における、該繰出しケージ
からループ状に繰り出される該線管材のループ位置を、
該ペイオフモータの回転数を調節することにより、制御
する装置にして、ａ）該線管材のループ位置の変化に伴
なうループ変化量と前記ペイオフモータの回転数の変化
量と該ペイオフモータの回転角加速度の変化量とを用い
て、前記線管材のループ位置制御系の応答性を調整する
該ループ位置の制御指令を演算し、出力する手段と、
ｂ）前記ループ変化量と前記ペイオフモータの回転数変
化量とを用いて、前記線管材のループ位置に変化をもた
らす外乱量を推定し、その推定値に基づいて、かかる外
乱量を補償する外乱補償指令を出力せしめる手段と、
ｃ）かかる二つの手段から出力された制御指令と外乱補
償指令とから、前記ペイオフモータの回転指令を求め
て、該ペイオフモータに入力することにより、該ペイオ
フモータの回転数を調節する手段とを、含むことを特徴
とする線管材のループ位置制御装置をも、その要旨とす
るものである。

【００１５】このような本発明に従う構造とされた本発
明装置によれば、前述せる如き本発明手法が、有利に実
施可能となるのであり、それによって、高い応答性（応
答速度）をもって且つ安定して、線管材のループ位置を
制御することが可能となり、また、線管材のループ位置
の変化を有効的に抑制せしめ得ることとなるのである。
また、本発明装置にあっては、抽伸機等の制御対象を表
わす数式モデルを構築することによって、かかるモデル
に基づいて設計され得るものであるところから、制御対
象の変化状況に高精度に対応した制御を実現することが
出来ると共に、その調整に際して、数値解析等により、
制御系の調整ゲイン若しくは調整パラメータを容易に且
つ短時間にて設定し得るという利点もある。

【００１６】なお、本発明に従う線管材のループ位置制
御装置における望ましい態様の一つによれば、前記ルー
プ変化量は、前記線管材のループ位置を検出するループ
センサからの出力によって与えられるように構成される
のであり、これによって、実際のループ位置の変化に柔
軟に対応したループ位置の制御が、有利に実現され得
る。

【００１７】また、本発明に従う線管材のループ位置制
御装置にあっては、前記ペイオフモータの回転数の変化
量と該ペイオフモータの回転角加速度の変化量とが、モ
ータ特性を推定する推定手段からの出力によって与えら
れるように構成されて、その構造の簡略化が図られるこ
とが、好ましい。

【００１８】

【発明の実施の形態】ところで、本発明に従う線管材の
ループ位置制御装置は、ペイオフモータにて回転駆動せ
しめられる繰出しケージ内に収容された線管材を、該繰
出しケージからループ状に繰り出して、所定の負荷機構
に供給せしめるように構成された、従来から公知の各種
の装置に適用され得るものであって、例えば、図１に示
されるような抽伸機１０において、有利に用いられるも
のである。

【００１９】すなわち、抽伸機１０においては、ペイオ
フモータ１２にて、繰出しケージとしてのペイオフリー
ル１４を回転駆動せしめることにより、ペイオフリール
１４内にループ状に収容された、銅等からなる所定の線
管材２０をループを描くように繰り出して、線管材２０
に目的とする外形形状を与えるダイス（管材の場合に
は、ダイスに加えて、管材の内孔に挿入するプラグ）を
備えた負荷機構としてのダイボックス１６に導く一方、
キャプスタンドラム１８を回転駆動せしめて、かかる線
管材２０を該キャプスタンドラム１８にて巻き取ること
によって、線管材２０の抽伸が実施されることとなるの
であるが、そのような抽伸作業に際して、水平方向にお
ける線管材２０の繰出し位置（ループ位置）を一定にし
て良好な作業状態を実現するべく、線管材２０のループ
位置を制御する制御装置２８として、本発明に従う構造
とされたループ位置制御装置を用いることが出来るので
あり、図３には、そのような本発明装置の基本的構成の
一具体例が、抽伸機１０に適用した状態において、ブロ
ック線図にて概略的に示されている。

【００２０】かかる図３において、本発明に係るループ
位置制御装置２８’は、ペイオフモータ１２の回転指
令：Ｖ^ref を算出し、該回転指令：Ｖ^ref をペイオフモ
ータ１２に入力せしめることによって、ペイオフモータ
１２の回転数乃至は回転速度を調節せしめて、線管材２
０のループ位置を制御するものであって、制御系応答性
調整フィードバック制御器３２と、外乱推定器３４と、
外乱補償フィードフォワード制御器３６とを含んで構成
されている。

【００２１】より詳細には、ループ位置制御装置２８’
を構成する制御系応答性調整フィードバック制御器３２
は、線管材２０のループ位置の水平方向における変化の
大きさ（ループ変化量）：ΔＬ_x と、ペイオフモータ１
２の回転数の変化量：ΔＶと、ペイオフモータ１２の回
転角加速度の変化量：Δαとを用いて、ループ位置制御
系の応答性を調整するループ位置の制御指令を演算し、
かかる制御指令をペイオフモータ１２にフィードバック
出力せしめるように、構成されている。即ち、この制御
系応答性調整フィードバック制御器３２においては、線
管材２０のループ位置を制御するべく、ペイオフモータ
１２の回転数を変化せしめるループ位置の制御指令、特
にここでは、ペイオフモータ１２の回転数を所定の基準
回転数から変化させる量を与えるループ位置制御指令：
ΔＶ^org が算出されるのであるが、かかるループ位置制
御信号：ΔＶ^org は、入力されるループ変化量：ΔＬ_x
とペイオフモータ１２の回転数及び回転角加速度の変化
量：ΔＶ，Δαに対応してループ位置制御系の応答性を
変更，調整するように、求められるのであり、それによ
って、ループ位置の制御が高度に安定化せしめられて、
オーバーシュート等に起因する材料振れが、効果的に抑
制乃至は解消されるようになっている。

【００２２】なお、制御系応答性調整フィードバック制
御器３２に入力される前記ループ変化量：ΔＬ_x は、線
管材２０の抽伸が最も良好に行なわれ得るループ位置を
基準とした時の、線管材２０の水平方向における変位量
（振れ量）にて表わされるものであって、本基本的構成
においては、かかるループ変化量：ΔＬ_x として、従来
から抽伸機１０において線管材２０のループ位置を検出
するに際して用いられている、公知の各種の位置センサ
（例えば、図１に示される如きセンサ）をループセンサ
２６として用い、かかるループセンサ２６からの出力に
よって与えられるものが採用されており、実際のループ
位置の変化状況に事細かに対応した制御が可能となって
いる。また、ペイオフモータ１２の回転数の変化量：Δ
Ｖ及び回転角加速度の変化量：Δαとしては、実測値又
は推定値の何れも、採用することが出来、また、ΔＶや
Δαの値として実測値を用いる場合においては、ロータ
リエンコーダや磁気式回転数センサ等の公知の各種のセ
ンサにて、ペイオフモータ１２の回転数を測定し、それ
によって、それらΔＶ，Δαの値を算出して出力するよ
うに構成することが、好ましい。更にまた、ペイオフモ
ータ１２の基準回転数は、抽伸を行なう際のライン速度
（キャプスタンドラム１８の回転速度）や線管材２０の
諸元等を考慮して、適宜に設定され得るものであり、ま
た、ここでは、１抽伸工程（１パス）に亘って、一定値
が用いられるようになっている。

【００２３】また一方、ループ位置制御装置２８’にお
いては、外乱推定器３４により、ループ変化量：ΔＬ_x
と、ペイオフモータ１２の回転数の変化量：ΔＶとを用
いて、線管材２０のループ位置に変化をもたらす外乱
量：ｄを推定すると共に、外乱補償フィードフォワード
制御器３６により、その推定された外乱量（外乱量推定
値）：ｄ’に基づいて、外乱量：ｄを補償する外乱補償
指令：ΔＶ^cor を演算して、出力することが出来るよう
になっている。ループ位置の変化（線管材２０の振れ）
は、主として、線管材２０の繰出し速度、即ちペイオフ
モータ１２の回転速度とキャプスタンドラム１８の回転
速度との速度差や、線管材２０の外径の変化等といった
外乱によって惹起されるものであるところから、そのよ
うな外乱の大きさ（外乱量）を推定して、補償してやる
ことによって、ループ位置の変化を効果的に抑制乃至は
減少せしめることが可能となるのである。

【００２４】また、特に、本基本的構成においては、外
乱推定器３４において、入力されるループ変化量：ΔＬ
_x と、ペイオフモータ１２の回転数変化量：ΔＶとに基
づき、前記外乱に起因して発生するループ位置の変化特
性（プラント特性）３８を考慮して、将来的に生じる外
乱量：ｄを予測的に推定し、そしてその外乱量推定値：
ｄ’を出力することが出来るようになっている。更にま
た、かくの如くして得られた外乱量推定値：ｄ’は、外
乱補償フィードフォワード制御器３６に入力されて、そ
こにおいて、外乱量：ｄを補償するような外乱補償指
令：ΔＶ^cor が算出されるのであるが、ここでは、この
外乱補償指令：ΔＶ^cor によって、外乱量：ｄを打ち消
しつつ、ペイオフモータ１２の回転数を変化せしめ得る
ように前記ループ位置制御指令：ΔＶ^org を補正するこ
とが、可能となっている。このような構成によれば、後
述の如くペイオフモータ１２の回転指令：Ｖ^ref を求め
ることによって、先取り的に外乱量：ｄを補償すること
が出来ることから、極めて高速にて、外乱補償を行なう
ことが可能となるのであり、結果として、外乱に起因し
て発生するループ位置の変化を見てから遅延的に応答す
るものに比して、高い応答性乃至は応答速度にて、ルー
プ位置制御を行ない得ることとなり、更には、材料振れ
をより一層効果的に低減せしめることをも、可能となる
のである。なお、外乱推定器３４に入力されるループ変
化量：ΔＬ_x としては、ここでは、制御系応答性調整フ
ィードバック制御器３２に入力されるループ変化量：Δ
Ｌ_x と同様に、ループセンサ２６からの出力にて与えら
れる実測値が、採用されており、また、ペイオフモータ
１２の回転数変化量：ΔＶにあっては、前述したよう
に、実測値、推定値の何れであっても、何等差し支えな
い。

【００２５】そして、ループ位置制御装置２８’におい
ては、更に、制御系応答性調整フィードバック制御器３
２より出力されるループ位置制御指令：ΔＶ^org に対し
て、外乱補償フィードフォワード制御器３６から出力さ
れる外乱補償指令：ΔＶ^corを加算することにより、ペ
イオフモータ１２の回転数変化指令：ΔＶ^ref を求めた
後、該回転数変化指令：ΔＶ^ref に、ペイオフモータ１
２の基準回転数を与える基準回転指令：Ｖ^bas を加え合
わせることによって、ペイオフモータ１２の回転指令：
Ｖ^ref を算出するようになっており、かかる回転指令：
Ｖ^ref をペイオフモータ１２に入力せしめることによっ
て、そのような回転指令：Ｖ^ref に応じた回転数（回転
速度）にて、ペイオフモータ１２が回転作動せしめられ
て、以て、線管材２０のループ位置が調整，制御される
ようになっている。

【００２６】要するに、抽伸機１０における制御装置２
８として、このような構成を有するループ位置制御装置
２８’を採用すれば、ループ位置の制御を高い応答性乃
至は応答速度にて且つ安定的に行なうことが出来るので
あり、しかも、そのようなループ位置の制御によって、
ループ変化量（材料振れ）を大幅に抑制乃至は低減せし
め得ることから、抽伸機１０において、ライン速度（キ
ャプスタンドラム１８の回転速度）を有利に高くならし
めることが出来るのであり、以て、線管材２０の抽伸作
業を優れた作業効率及び生産性もって行なうことが、可
能となる。

【００２７】ところで、上述の如きループ位置制御装置
２８’を設計するに際しては、有利には、制御対象たる
抽伸機１０、具体的には、ペイオフモータ１２のモータ
特性や、外乱によるループ位置の変化特性（プラント特
性）３８を表わす数式モデルを構築し、かかるモデルに
基づいて解析的に設計することが、望ましいのであっ
て、図４には、上記本発明装置の基本的構成に基づき、
そのような数式モデルを用いて構成された、本発明の一
実施形態としてのループ位置制御装置２８''の概略構成
図が、抽伸機１０に適用した状態において、ブロック線
図にて示されている。なお、ここでは、前述したループ
位置制御装置２８’と同様な作動を行なうものについて
は、それと同じ番号を付すことにより、また、同様の機
能を果たす指令乃至は出力信号については、同じ記号に
て示すことにより、それらの詳細な説明を省略すること
とする。

【００２８】かかるループ位置制御装置２８''におい
て、４０は、モータ特性推定器であり、ペイオフモータ
１２のモータ特性：Ｇ（ｓ）を推定すると共に、ペイオ
フモータ１２において、回転指令：Ｖ^ref の入力により
モータ特性：Ｇ（ｓ）に従って変化せしめられる回転数
及び回転角加速度の変化量：ΔＶ，Δαを推定して、出
力することが出来るようになっている。即ち、ループ位
置制御装置２８''では、ペイオフモータ１２の回転数変
化量及び回転角加速度変化量：ΔＶ，Δαとして、それ
ぞれ、推定値：ΔＶ’，Δα’を用いることによって、
その構造が簡素化せしめられている。そして、かかるモ
ータ特性推定器４０においては、下記（式１）にて示さ
れるような、二次遅れの伝達関数：Ｇ’（ｓ）で表され
る数式モデルを用いて、モータ特性：Ｇ（ｓ）を推定す
るようになっているのであり、更に、ペイオフモータ１
２の回転数変化量及び回転角加速度変化量の推定値：Δ
Ｖ’，Δα’は、それぞれ、そのような推定モータ特
性：Ｇ’（ｓ）に基づいて導出される下記（式２）及び
（式３）に従って、入力される回転指令：Ｖ^ref に応じ
て推定演算されるようになっている。 Ｇ’（ｓ）＝ω_n ² ／（ｓ² ＋２ξω_n ｓ＋ω_n ² ） ・・・ （式１） ΔＶ’＝（ω_n ² ／（ｓ² ＋２ξω_n ｓ＋ω_n ² ））ΔＶ^ref ・・・ （式２） Δα’＝（ｓω_n ² ／（ｓ² ＋２ξω_n ｓ＋ω_n ² ））ΔＶ^ref ・・・ （式３） 但し、ｓは、ラプラス演算子であり、また，ω_n 及びξ
は、ペイオフモータ１２の固有周波数（ｒａｄ／秒）及
びペイオフモータ１２の減衰係数であって、用いるペイ
オフモータに応じて、一義的に決定されるものである。
また、（式２）及び（式３）において、ΔＶ^ref は、図
からは明らかではないが、入力される回転指令：Ｖ^ref
から、前記ペイオフモータ１２の基準回転指令：Ｖ^bas
を減算することによって、得られるものである。

【００２９】また、かくして算出されたペイオフモータ
１２の回転数変化量の推定値：ΔＶ’、及びループ変化
量：ΔＬ_x （ここでも、ループセンサ２６による実測値
が用いられている）が、外乱推定器３４に入力されるこ
とによって、前述のようにして、ループ位置に変化を来
す外乱量推定値：ｄ’が演算されて、出力せしめられる
ようになっているのであるが、特に、本実施形態におい
ては、外乱として、ペイオフモータ１２とキャプスタン
ドラム１８との回転速度差が考慮されている。具体的に
は、本実施形態では、外乱によるループ位置の変化特性
（プラント特性）３８が、ペイオフモータ１２とキャプ
スタンドラム１８との回転速度差からループ位置の変化
への伝達特性：Ｋ_g ／ｓ（但し、Ｋ_g は、前記回転速度
差とループ変化量：ΔＬ_x との相関関係を表わす係数で
あり、また、ｓは、ラプラス演算子である）にて表され
ているのである。そして、かかる伝達特性：Ｋ_g ／ｓ
は、それを積分特性で近似することによって得られる数
式モデル：Ｋ_g ’／ｓ（但し、Ｋ_g ’は積分ゲイン）に
て、推定することが出来ることから、ループ位置制御装
置２８''においては、そのような推定プラント特性：Ｋ
_g ’／ｓに基づいて、外乱推定器３４における伝達特性
が決定されており、外乱量推定値：ｄ’は、図４に示さ
れる如く、下記（式４）によって推定されるようになっ
ている。 ｄ’＝（１／（Ｋ_g ’Ｔ₀ ））ΔＬ_x ＋（（１／（Ｔ₀ ｓ＋１））×（（（− １）／（Ｋ_g ’Ｔ₀ ））ΔＬ_x ＋ΔＶ’）） ・・・ （式４） 但し、Ｔ₀ は、外乱推定器３４において、外乱量推定
値：ｄ’を演算する速度、換言すれば、外乱量（回転速
度差）：ｄを推定する速度を調整するパラメータであっ
て、設計者が任意に設定することが出来るものである
が、特に、ライン速度（キャプスタンドラム１８の回転
速度）を高速にする場合においては、外乱量：ｄの推定
速度が高くなるように、この調整パラメータ：Ｔ₀ を設
定することが好ましく、それによって、外乱量：ｄの推
定、更にはその補償動作、ひいては制御の高速化を容易
に且つより高度に実現することが可能となるのである。

【００３０】なお、前記（式４）において、積分ゲイ
ン：Ｋ_g ’は、抽伸機１０の実機による実験や抽伸実
績、或いは抽伸機１０を想定したシミュレーション計算
等によって、求められ得るものであるが、特に、ここで
は、本発明者らが鋭意研究を重ねた結果、線管材２０を
引張せしめた時のループ位置の水平方向における変化の
大きさ、即ち、ループ変化量：ΔＬ_x （但し、線管材２
０がペイオフリール１４に近接する側に変位する方向を
正としている）と、線管材２０の引張量：ΔＷとの比：
ΔＬ_x ／ΔＷにて、Ｋ_g ’が得られるという知見を得た
ことから、かかる知見に基づいて、抽伸機１０を用いた
簡単な引張実験や、シミュレーション計算を行なうこと
等によって、Ｋ_g ’の値を決定している。

【００３１】また一方、前記モータ特性推定器４０にお
いて算出されたペイオフモータ１２の回転数変化量及び
回転角加速度変化量の推定値：ΔＶ’及びΔα’、並び
にループ変化量：ΔＬ_x は、制御系応答性調整フィード
バック制御器３２に入力されて、該制御系応答性調整フ
ィードバック制御器３２において、上述の如き応答性を
調整するループ位置制御指令：ΔＶ^org が計算されて、
出力せしめられるのであるが、この本実施形態の制御系
応答性調整フィードバック制御器３２にあっては、前記
した推定モータ特性：Ｇ’（ｓ）及び推定プラント特
性：Ｋ_g ’／ｓを加味して設計されており、ループ位置
制御指令：ΔＶ^org は、図４に示される如く、下記（式
５）〜（式８）に従って算出されるようになっている。 ΔＶ^org ＝ｋ₁ ΔＬ_x ＋ｋ₂ ΔＶ’＋ｋ₃ Δα’ ・・・ （式５） ｋ₁ ＝（ω_s ω_p ² ）／（ω_n ² Ｋ_g ’） ・・・ （式６） ｋ₂ ＝１−（（ω_p ² ＋２ηω_p ω_s ）／ω_n ² ） ・・・ （式７） ｋ₃ ＝（２ξω_n −２ηω_p −ω_s ）／ω_n ² ・・・ （式８） 但し、ω_s ，ω_p ，ηは、設計者が任意に与えることの
出来る調整パラメータであり、詳しくは、ω_s は、調整
によって実現したい制御装置全体の応答性で、周波数
（ｒａｄ／秒）にて与えるものであり、また、ω_p は、
調整によって実現したいペイオフモータ１２の固有周波
数（ｒａｄ／秒）であり、更に、ηは、調整によって実
現したいペイオフモータ１２の減衰係数である。なお、
それら調整パラメータにあっては、好適には、数値解析
等によって、ループ位置の制御が安定化するように設定
することが、望ましい。また、ω_n 及びξは、前記（式
１）〜（式３）において採用されるものと、同じもので
ある。

【００３２】さらに、本実施形態のループ位置制御装置
２８''においては、前記（式４）に従って求められた外
乱量推定値：ｄ’が入力される外乱補償フィードフォワ
ード制御器３６が、前記推定モータ特性：Ｇ’（ｓ）を
考慮することによって、構成されており、外乱補償フィ
ードフォワード制御器３６より出力される外乱補償指
令：ΔＶ^cor は、かかる外乱量推定値：ｄ’に基づい
て、下記（式９）により求められるようになっている。 ΔＶ^cor ＝（１−ｋ₂ ）ｄ’ ・・・ （式９） 但し、ｋ₂ は、前記（式７）によって与えられるもので
ある。

【００３３】そして、ループ位置制御装置２８''にあっ
ては、かくの如くして求められた外乱補償指令：ΔＶ
^cor 及び前記ループ位置制御指令：ΔＶ^org を用いて、
下記（式１０）に従って、ペイオフモータ１２の回転数
変化指令：ΔＶ^ref を算出し、更に、下記（式１１）に
よって、ペイオフモータ１２の回転指令：Ｖ^ref を求め
るように構成されており、その回転指令：Ｖ^ref がペイ
オフモータ１２に入力されることによって、回転指令：
Ｖ^ref に対応した回転数乃至は回転速度にてペイオフモ
ータ１２が回転作動せしめられて、以て、線管材２０の
ループ位置が調整，制御されるのである。 ΔＶ^ref ＝ΔＶ^org ＋ΔＶ^cor ・・・ （式１０） Ｖ^ref ＝ΔＶ^ref ＋Ｖ^bas ・・・ （式１１） 但し、Ｖ^bas は、前記ペイオフモータ１２の基準回転指
令である。

【００３４】要するに、このような本実施形態のループ
位置制御装置２８''にあっては、抽伸機１０の制御装置
２８として有利に用いられて、ループ位置制御における
安定化及び高応答性化の実現を可能にし、ループ位置の
変化（線管材２０の振れ）の有効な抑制効果を発揮する
ものであり、更に、それは、制御対象を表わす数式モデ
ルに基づいて構成されているところから、制御対象の変
化状況に高精度に対応した制御を可能と為すと共に、各
種のゲイン，調整パラメータが、数値解析や簡単な実験
等に基づいて容易に且つ短時間で設定され得るため、そ
の調整は極めて簡単に且つ迅速に行なわれ得ることとな
るのであり、以て、抽伸機１０の利用範囲を拡大せしめ
て、その汎用性を有利に向上させることが、可能となる
のである。

【００３５】因みに、図５及び図６には、制御装置２８
として、図４に示される本発明の一実施形態たるループ
位置制御装置２８''（本発明装置）と、図２に示される
如きＰＩ補償器３０を有してなる制御装置（従来装置）
とを、それぞれ備えてなる抽伸機１０を想定し、そのよ
うな抽伸機１０により、外径寸法が１２ｍｍφであり、
且つ肉厚が０．７５ｍｍの銅製の管材（２０）を、所定
のライン速度（各図、グラフ（ａ）参照）にて抽伸せし
めて、外径寸法：９．５２ｍｍφ，肉厚：０．６ｍｍの
製品を製造する際における、管材のループ位置の経時的
変化をシミュレーション計算した結果が、それぞれ、グ
ラフ（各図、（ｂ））にて示されている。なお、かかる
シミュレーション計算は、ライン速度、即ち、キャプス
タンドラム１８の回転速度を、各図のグラフ（ａ）にて
示されるように、８００ｍ／分にまで上昇せしめた後、
定常化せしめるように仮定すると共に、抽伸開始からの
経過時間が５０秒の時に、管材が、ペイオフリール１４
から離隔する側に向かって、所定の基準から３０ｃｍだ
け水平方向に振れるような外乱を入れるように仮定する
ことにより、実施した。また、従来装置において、ＰＩ
補償器３０の補償動作の調整は、比例ゲイン及び積分時
定数をＺｉｅｇｌｅｒ−Ｎｉｃｈｏｌｓ法に従って最適
化せしめることにて、行なうものとした。更にまた、シ
ミュレーション結果を示す各図のグラフ（ｂ）におい
て、縦軸は、管材のループ位置の、所定の基準からの水
平方向変位を示しているが、その符号としては、該基準
からペイオフリール１４に近接する側への変位を正に定
めている。

【００３６】かかる図５及び図６の結果からも明らかな
ように、従来装置にあっては、管材の振れの最大振幅
が、＋５ｃｍ，−１０ｃｍであったのに対し、本発明に
従うループ位置制御装置２８''を用いた場合には、材料
振れの最大振幅は、＋１ｃｍ，−５ｃｍに抑えられてい
ることが認められるのであり、しかも、本発明装置にあ
っては、従来装置に比して、外乱による材料振れを低減
せしめるに要する時間が短いものである、即ち、制御系
の応答性において優れるものであることが認識される。

【００３７】以上、本発明の代表的な基本的構成や実施
形態について詳述してきたが、それは、あくまでも例示
に過ぎないものであって、本発明が、そのような基本的
構成及び実施形態に係る具体的な記述によって、何等限
定的に解釈されるものではないことは、言うまでもない
ところである。

【００３８】例えば、例示の基本的構成及び実施形態に
あっては、線管材のループ位置制御系の応答性を調整す
るループ位置の制御指令を演算し、出力する手段が、制
御系応答性調整フィードバック制御器（３２）にて構成
され、また、外乱量を推定し、その推定値に基づいて、
かかる外乱量を補償する外乱補償指令を出力せしめる手
段が、外乱推定器（３４）と外乱補償フィードフォワー
ド制御器（３６）とにて構成されていたが、本発明に従
う線管材のループ位置制御装置は、このような構成に限
定されるものでは決してなく、種々なる形態をもって構
成され得る。

【００３９】また、ループ位置の変化に伴うループ変化
量としては、上述した基本的構成や実施形態において
は、ループセンサ（２６）からの出力によって与えられ
るものが採用されていたが、例えば、モータ特性や外乱
によるループ位置の変化特性を表わす数式モデルに基づ
いて推測すること等によって得られる推定値であって
も、何等問題はない。

【００４０】さらに、本発明に従う線管材のループ位置
制御装置は、上述の如く、ペイオフモータにて回転駆動
せしめられる繰出しケージ内に収容された線管材を、該
繰出しケージからループ状に繰り出して、所定の負荷機
構に供給せしめるように構成されてなる装置であれば、
何れのものにも適用することが出来るのであり、また、
それが抽伸機である場合において、その抽伸機の具体的
構造は、例示のものに何等限定されるものではない。

【００４１】更にまた、本発明装置が適用される装置に
おいて備えられるペイオフモータとしては、公知の各種
の電動モータが採用され得る。また、そのようなペイオ
フモータの回転作動にて繰出しケージから繰り出される
線管材としては、銅等からなる金属製の線材乃至は管材
であれば、各種の寸法のものを採用することが出来る。

【００４２】さらに、例示の基本的構成及び実施形態に
おいては、ループ位置の制御指令として、ペイオフモー
タの回転数の基準回転数からの変化量を与えるものを採
用すると共に、該基準回転数を与える基準回転指令を用
いて、ペイオフモータの回転指令を求めるようになって
いたが、このような基準回転数や基準回転指令は、必要
に応じて用いられるものであって、例えば、ループ位置
の制御指令が、それ自体にてペイオフモータの回転数を
与えるようなものであっても、何等支障はない。

【００４３】加えて、本発明に係るループ位置制御装置
を、制御対象を表わす数式モデルを構築し、それに基づ
いて設計する場合において、かかる数式モデルとして
は、制御対象とする装置の具体的構成や求められる精度
等に応じて、各種のモデルが採用され得る。また、より
緻密な制御を行なうために、現代制御理論を用いて、そ
のような数式モデルに基づく設計を行なうことも、勿
論、可能である。

【００４４】その他、一々列挙はしないが、本発明は、
当業者の知識に基づいて、種々なる変更，修正，改良等
を加えた態様において実施され得るものであり、また、
そのような実施の態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限
り、何れも、本発明の範疇に属するものであることは、
言うまでもないところである。

【００４５】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
に従う線管材のループ位置制御方法にあっては、高い応
答性乃至は応答速度をもって且つ安定して、線管材のル
ープ位置を制御することが出来るのであり、しかも、線
管材のループ位置の変化を効果的に抑制乃至は減少せし
め得るという機能を発揮するものであることから、この
ような本発明手法によれば、線管材の抽伸等を行なうに
際して、ライン速度を有利に高速化せしめることが出来
るのであり、以て、作業効率及び生産性を飛躍的に向上
せしめることが、可能となる。また、本発明に従う線管
材のループ位置制御装置を採用すれば、そのような本発
明手法を有利に実現することが出来るのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】線管材の抽伸に際して用いられる抽伸機の具体
的構成を示す説明図である。

【図２】図１に示される抽伸機において線管材のループ
位置を制御するために、従来から用いられている制御装
置を示すブロック線図である。

【図３】本発明に従う線管材のループ位置制御装置の基
本的構成を、図１に示される抽伸機に適用した状態にお
いて概略的に示すブロック線図である。

【図４】本発明の一実施形態としての線管材のループ位
置制御装置の概略構成を、図１に示される抽伸機に適用
した状態において示すブロック線図である。

【図５】図４に示される本発明に従う線管材のループ位
置制御装置を備えてなる抽伸機を用いて、グラフ（ａ）
に示されるライン速度にて所定の管材の抽伸を行なう際
における、管材のループ位置の経時的変化をシミュレー
ション計算した結果を示すグラフ（ｂ）である。

【図６】図２に示される従来の制御装置を備えてなる抽
伸機を用いて、グラフ（ａ）に示されるライン速度にて
所定の管材の抽伸を行なう際における、管材のループ位
置の経時的変化をシミュレーション計算した結果を示す
グラフ（ｂ）である。

【符号の説明】

１０ 抽伸機 １２ ペイオフモータ １４ ペイオフリール １６ ダイボックス ２０ 線管材 ２６ ループセンサ ２８’，２８'' ループ位置制御装置 ３２ 制御系応答性調整フィードバック制御器 ３４ 外乱推定器 ３６ 外乱補償フィードフォワード制御器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｇ０５Ｄ 3/12 ３０５ Ｇ０５Ｄ 3/12 ３０５Ｖ (56)参考文献 特開 平４−28414（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−47521（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−86931（ＪＰ，Ａ) 実開 平６−66808（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭61−39729（ＪＰ，Ｙ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B21C 45/00 - 49/00 B21C 1/00 - 19/00 G05B 13/02 G05D 3/12

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ペイオフモータにて回転駆動せしめられ
   る繰出しケージ内に収容された線管材を、該繰出しケー
   ジから繰り出して、抽伸機等の負荷機構に供給せしめる
   際における、該繰出しケージからループ状に繰り出され
   る該線管材のループ位置を、該ペイオフモータの回転数
   を調節することにより、該ループ位置の変化が小さくな
   るように制御する方法にして、 該線管材のループ位置の変化に伴なうループ変化量と前
   記ペイオフモータの回転数の変化量と該ペイオフモータ
   の回転角加速度の変化量とを用いて、前記線管材のルー
   プ位置制御系の応答性を調整する該ループ位置の制御指
   令を演算し、出力する一方、キャプスタンドラムの回転
   速度の変化量及び／又は線管材の外径の変化量と、前記
   ループ変化量及び前記ペイオフモータの回転数変化量と
   を用いて、前記線管材のループ位置に変化をもたらす外
   乱量を推定し、その推定値に基づいて、かかる外乱量を
   補償する外乱補償指令を出力せしめ、そしてそれら制御
   指令と外乱補償指令とから、前記ペイオフモータの回転
   指令を求めて、該ペイオフモータに入力することによ
   り、該ペイオフモータの回転数を調節するようにしたこ
   とを特徴とする線管材のループ位置制御方法。
2. 【請求項２】 前記線管材のループ位置の変化に伴なう
   ループ変化量として、実測値が用いられる請求項１記載
   の線管材のループ位置制御方法。
3. 【請求項３】 前記ペイオフモータの回転数の変化量と
   該ペイオフモータの回転角加速度の変化量のうちの少な
   くとも一方に、実測値が用いられる請求項１又は請求項
   ２記載の線管材のループ位置制御方法。
4. 【請求項４】 前記ペイオフモータの回転数の変化量と
   該ペイオフモータの回転角加速度の変化量のうちの少な
   くとも一方に、推定値が用いられる請求項１又は請求項
   ２記載の線管材のループ位置制御方法。
5. 【請求項５】 ペイオフモータにて回転駆動せしめられ
   る繰出しケージ内に収容された線管材を、該繰出しケー
   ジから繰り出して、抽伸機等の負荷機構に供給せしめる
   際における、該繰出しケージからループ状に繰り出され
   る該線管材のループ位置を、該ペイオフモータの回転数
   を調節することにより、該ループ位置の変化が小さくな
   るように制御する装置にして、 該線管材のループ位置の変化に伴なうループ変化量と前
   記ペイオフモータの回転数の変化量と該ペイオフモータ
   の回転角加速度の変化量とを用いて、前記線管材のルー
   プ位置制御系の応答性を調整する該ループ位置の制御指
   令を演算し、出力する手段と、キャプスタンドラムの回転速度の変化量及び／又は線管
   材の外径の変化量と、 前記ループ変化量及び前記ペイオ
   フモータの回転数変化量とを用いて、前記線管材のルー
   プ位置に変化をもたらす外乱量を推定し、その推定値に
   基づいて、かかる外乱量を補償する外乱補償指令を出力
   せしめる手段と、 かかる二つの手段から出力された制御指令と外乱補償指
   令とから、前記ペイオフモータの回転指令を求めて、該
   ペイオフモータに入力することにより、該ペイオフモー
   タの回転数を調節する手段とを、 含むことを特徴とする線管材のループ位置制御装置。
6. 【請求項６】 前記ループ変化量が、前記線管材のルー
   プ位置を検出するループセンサからの出力によって与え
   られる請求項５記載の線管材のループ位置制御装置。
7. 【請求項７】 前記ペイオフモータの回転数の変化量と
   該ペイオフモータの回転角加速度の変化量とが、モータ
   特性を推定する推定手段からの出力によって与えられる
   請求項５又は請求項６記載の線管材のループ位置制御装
   置。