JP3449305B2 - 帯状材の張力制御方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、リールから巻き戻
される帯状材又はリールに巻き取られる帯状材の張力を
制御する張力制御方法及び張力制御装置に関し、特に、
リールと圧延機との間の被圧延材の張力を制御する張力
制御方法及び張力制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、被圧延材の張力が変動すると
圧延荷重が変動して板厚の変動をもたらし、製品に要求
される寸法精度を確保することができない。この問題を
解決するため、即ち、被圧延材の張力を一定に保つため
に、従来より被圧延材の張力制御が行われている。

【０００３】この張力制御は、例えば、図６に示す可逆
式圧延設備における張力制御系にあっては、圧延機３の
入側に設置された、被圧延材１の巻き出しを行うリール
２及び圧延機３の出側に設置された、被圧延材１の巻き
取りを行うリール４を駆動するモータ７、８の発生トル
クを調整することにより行うのが一般的である。一般に
直流型モータにおいて、モータの発生するトルクｑは、
モータの電機子電流をｉ_a 、界磁磁束をΦ、比例定数を
Ｋとすると、下記（１）式のように表される。

【０００４】

【数１】

【０００５】一方、張力によるモータへの負荷トルクｑ
_d は、張力をσ、リール半径をＤとすると、下記（２）
式のように表される。

【０００６】

【数２】

【０００７】そして、前記（１）式及び（２）式から、
モータの発生トルクｑと張力による負荷トルクｑ_d とが
釣り合うためには、下記（３）式の関係が成り立てばよ
いことがわかる。

【０００８】

【数３】

【０００９】ここで、リール半径Ｄは圧延の進行と共に
変化するが、緩やかな変動であり、しかも予め見積もる
ことができる。そこで、従来は、界磁磁束Φをリール半
径Ｄに比例させ、電機子電流ｉ_a を一定に保つことによ
り張力σを一定に保持するようにしていた。次に、図６
を参照して可逆式圧延設備における張力制御方法を説明
する。

【００１０】図６において、符号１３，１４はそれぞれ
入側と出側の張力設定器、１１，１２はそれぞれ電流指
令値演算器、９，１０はそれぞれ電流制御器である。張
力設定器１３，１４は、圧延条件に応じて適切な張力設
定値σ_ref を電流指令値演算器１１，１２に出力し、電
流指令値演算器１１，１２は、前記（３）式に従って、
被圧延材１の張力σを前記張力設定値σ_ref とするため
に必要なモータ７，８の電機子電流を計算し、電流指令
値ｉ_ref として電流制御器９，１０に出力する。ここ
で、電流指令値ｉ_ref の換算は、下記（４）式に従って
行われる。

【００１１】

【数４】

【００１２】ここで、

【００１３】

【数５】

【００１４】であり、界磁磁束Φはリール半径Ｄに比例
させているので、Ｋ_T は定数である。そして、電流制御
器９，１０は、モータ７，８の電機子電流ｉ_a が電流設
定値ｉ_ref と一致するようにするフィードバック制御を
行う。このフィードバック制御を図７を参照して説明す
ると、符号５１はモータ７，８の電機子に印加された電
圧ｅ_a から電機子電流ｉ_a までの伝達関数を表し、ｒ，
Ｌはそれぞれ電機子の抵抗およびインダクタンスを表
す。電流制御器９，１０は、一般にＰＩ制御系で構成さ
れており、減算器５３の出力として得られる電流指令値
ｉ_ref と電機子電流ｉ_a との偏差にＰＩ制御器５２で比
例積分演算を施して得られる電圧ｅ_a を電機子に印加す
る。

【００１５】なお、図６中、符号５および６はデフレク
タロールであり、リール径が変化しても、圧延機３の入
出側における被圧延材１を水平に保つ作用を有する。一
方、図６における可逆式圧延設備では、リール２，４の
機械系の摩擦によるメカニカルロスが存在し、このメカ
ニカルロスがモータ７，８の負荷トルクとなるため、こ
れを補償するようなトルクをモータ７，８に発生させる
必要がある。また、圧延速度を変更する時には、圧延機
３の入側及び出側における被圧延材１の速度に対応させ
てリール２，４の回転速度を変更し、被圧延材１のマス
バランスを取ることによって張力の変動を防止する必要
があるので、リール２，４の回転速度の変更に必要なト
ルクをモータ７，８に発生させる必要がある。これらメ
カニカルロス補償及び加減速補償をするために、メカニ
カルロス補償演算器１５，１６及び加減速補償演算器１
９，２０が設けられている。メカニカルロス補償演算器
１５，１６及び加減速補償演算器１９，２０は、それぞ
れメカニカルロス補償及び加減速補償に相当するモータ
７，８の電流指令補正値を算出し、これら電流指令補正
値は、加算器１７，１８，２１，２２によって電流指令
値演算器１１，１２から出力される前記電流指令値ｉ
_ref に加算される。

【００１６】ところが実際の圧延操業においては、前記
メカニカルロスは予め予測されたものになるとは限ら
ず、また、被圧延材１の板厚変動、硬度変動、リール
２，４の偏芯などの種々の外乱によって張力の変動が生
じる。しかしながら、図６の張力制御系では、張力発生
分、メカニカルロス補償分、加減速補償分のトルクに相
当する電流指令値をモータ７，８にフィードフォワード
的に与えているだけであり、このような張力の変動を抑
制することができず、張力実績値と張力設定値とに偏差
が生じた場合にその偏差を解消できないという問題があ
る。

【００１７】これに対して、張力制御系に張力検出器を
設けて被圧延材の張力を測定し、この張力実績値と張力
設定値との偏差に比例積分演算を施したものをモータの
電流制御系にフィードバックするように制御することが
従来行われている。例えば、特開昭５２- ５４８８６号
公報では、巻き戻しするコイルの巻き戻し張力を所定値
に制御する張力制御装置において、前記コイルの巻径を
検出する装置と、巻径に対応して定められた出力を発生
する関数発生器と、前記コイルの巻き戻し張力を検出す
る装置とを具備し、前記関数発生器の出力を張力制御用
電動機に対する主指令とし、張力設定値と前記巻き戻し
張力を検出する装置により検出された張力との差を補正
分として、この補正分を前記主指令に加えるように構成
した張力制御装置が開示されている。これによれば、張
力実績値と張力設定値とに偏差が生じた場合でもその偏
差を解消することができる。

【００１８】前記公報に開示された発明を図６に示す張
力制御系に適用すると、図８に示すようになる。図８に
おいて、張力検出器２９、３０は、デフレクタロール
５，６のそれぞれの荷重を測定することにより、リール
２，４と圧延機３との間の被圧延材１の張力を測定す
る。この張力検出器２９，３０から出力された張力実績
値と、張力設定器１３，１４から出力された張力設定値
とは減算器２５，２６にそれぞれ入力され、張力設定値
と張力実績値との差である張力偏差が張力制御器２３，
２４に入力される。張力制御器２３，２４は、張力偏差
に対して比例演算を行い、その結果が加算器２７，２８
において電流指令値演算器１１，１２から出力される電
流指令値ｉ_ref に加算される。なお、図８において、符
号７，８はモータ、９，１０は電流制御器、１５，１６
はメカニカルロス補償演算器、１９，２０は加減速補償
演算器、１７，１８，２１，２２は加算器である。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図６あ
るいは図８に示す可逆式圧延設備の張力制御系にあって
は、リール２，４が低速で、低回転である場合には、モ
ータ７，８への電流指令値から張力実績値までの制御対
象の特性は振動的になる。特に、圧延開始時及び終了時
には、リール２，４及び圧延機３のロールが停止状態か
ら回転状態へ又はその逆に移り変わる過程にあり、各機
械系において静止摩擦から動摩擦又はその逆への変化に
伴うメカニカルロスの変化が生じ、リール２，４と圧延
機３との回転速度に差が生じ、被圧延材１のマスバラン
スが乱れて大きな張力変動が生じることがある。このよ
うな場合、制御対象が前記のように振動的であるため、
生じた張力変動が収束せず、張力ハンチングを生じるこ
とがあった。図８のような張力偏差をフィードバックす
る張力制御系もこのような張力ハンチングの防止には効
果がなかった。

【００２０】この張力のハンチング、即ち張力変動が生
じると、板厚が変動し、公差を外れて板厚不良部を生
じ、被圧延材１が薄い場合には張力変動によって破断し
たり、圧延機３に安定して通板できず、安定した圧延が
行えないことになる。又、図８に示す可逆式圧延設備の
張力制御系にあっては、張力制御器２３，２４において
張力偏差の比例制御を行っているが、張力制御器２３，
２４で比例制御のみならず積分制御を加えた場合でも、
定常的な張力偏差の除去には効果があるが、前述のよう
な非定常的な張力変動の防止には効果がない。

【００２１】従って、本発明は、これら従来の問題点を
解決すべくなされたものであり、その目的は、帯状材、
例えばリールと圧延機との間の被圧延材の張力をハンチ
ングさせることなく安定して制御する帯状材の張力制御
方法及び装置、特に圧延開始時、終了時のようなリール
の低速、低回転時においても被圧延材の張力を安定して
制御できる帯状材の張力制御方法及び装置を提供するこ
とにある。

【００２２】上記問題を解決するため、本発明のうち請
求項１に係る帯状材の張力制御方法は、リールから巻き
戻される帯状材又は前記リールに巻き取られる帯状材の
張力を、前記リールを回転駆動するモータのトルクを調
整することにより制御する帯状材の張力制御方法であっ
て、前記帯状材の張力実績値の時間微分値を前記モータ
のトルクにフィードバックすることを特徴としている。

【００２３】この帯状材の張力制御方法によれば、リー
ルの低速、低回転時においてもモータのトルクから帯状
材の張力までの張力発生系の振動特性は緩和され、帯状
材の張力変動の収束が速められる。請求項１に係る帯状
材の張力制御方法により、張力発生系の振動特性が緩和
される理由を図９乃至図１３を参照して説明する。な
お、帯状材を被圧延材とした場合について説明する。図
９は張力発生メカニズムを示すブロック線図、図１０は
張力発生メカニズムの線形モデルを表すブロック線図、
図１１は従来技術によるフィードバック制御を図１０に
示す張力発生メカニズムの線形モデルに付加したブロッ
ク線図、図１２は本発明による張力実績値の時間微分値
のフィードバック制御を図１０に示す張力発生メカニズ
ムの線形モデルに付加したブロック線図、図１３は図１
２と等価なブロック線図である。

【００２４】一般に、リールはリールモータが発生する
トルクとリールモータへの負荷トルクとの差によって駆
動され、その差が積分されてリール回転速度、即ちリー
ルの周速（被圧延材のリールにおける速度）が変化す
る。又、リールと圧延機における被圧延材の速度の差
（以下、板速度差という。）が積分されて被圧延材に張
力が生じる。このようにリールモータのトルクから被圧
延材の張力までの間には２つの積分が存在する。

【００２５】又、この張力発生メカニズムにおいて、図
９に示すように、被圧延材の張力が変化すると、その張
力変化がリールモータの負荷トルク変化となるため、そ
の負荷トルク変化がリールモータのトルクへフィードバ
ックされる。又、被圧延材の張力が変化すると、圧延荷
重が変化して板厚の変化を生じ、さらにその変化が後進
率あるいは先進率の変化を経て被圧延材の速度を変化さ
せるので、その板速度変化がフィードバックされる。こ
のように、リールモータのトルクから被圧延材の張力ま
での張力発生系には、この２つのフィードバックと前記
２つの積分とが存在するので、かかる張力発生系は２次
振動系を構成する。

【００２６】図１０は張力発生メカニズムの線形モデル
を表すブロック線図であり、符号ｑはリールモータのト
ルク、ｘは張力、ａは張力変化からリールモータの負荷
トルク変化への影響係数、ｂは張力変化から板速度差変
化への影響係数、ｓはラプラス変換における演算子を表
している。一般に、リールモータのトルクからリール周
速へはリールの慣性モーメント、リール周速から張力へ
は被圧延材のヤング率及びリールと圧延機との間の被圧
延材の長さが影響するが、ここでは簡単のためにこれら
の値がすべて１となるように規格化したものとして説明
する。

【００２７】リールモータのトルクｑから被圧延材の張
力ｘまでの伝達関数は、

【００２８】

【数６】

【００２９】となる。この（６）式と、一般的な２次振
動系の伝達関数の（７）式

【００３０】

【数７】

【００３１】とを比較すれば、ω₀ は、

【００３２】

【数８】

【００３３】減衰率ζは、

【００３４】

【数９】

【００３５】となることがわかる。被圧延材の張力変化
からの２つのフィードバックのうち、張力変化から板速
度差変化までのフィードバックは、圧延速度が低速でリ
ールが低速で回転しているときには、極めて弱い。即
ち、このような場合、前記ｂの値は小さくなり、前記
（９）式から減衰率が小さくなることがわかる。従っ
て、圧延速度が低速でリールが低速で回転している場合
には、リールモータのトルクから被圧延材の張力までの
張力発生系は非常に振動的になる。

【００３６】一方、従来技術によるフィードバック制御
を図１０に示す張力発生メカニズムの線形モデルに付加
した図１１では、張力設定値と張力実績値との偏差をリ
ールモータのトルクにフィードバックしている。図１１
において、フィードバックゲインはｋで示される。この
場合、リールモータのトルクｑから被圧延材の張力ｘま
での伝達関数は、

【００３７】

【数１０】

【００３８】となり、固有周波数ω₀ 及び減衰率ζは、
それぞれ、

【００３９】

【数１１】

【００４０】

【数１２】

【００４１】となる。前記（９）式とこの（１２）式と
を対比すると、減衰率ζはかえって小さくなっているこ
とがわかる。従って、張力設定値と張力実績値との偏差
をリールモータのトルクにフィードバックする制御で
は、圧延速度が低速でリールが低速で回転しているとき
には、減衰率ζがより小さくなり、かえって振動的な特
性を助長してしまう。このため、被圧延材の張力のハン
チングを抑えることができず、逆にその収束を遅らせて
しまうことになる。

【００４２】これに対して、本発明による張力実績値の
時間微分値のフィードバック制御を図１０に示す張力発
生メカニズムの線形モデルに付加した図１２及び図１３
では、張力実績値の時間微分値をリールモータのトルク
にフィードバックしている。これら図１２及び図１３に
示すフィードバック制御において、フィードバックゲイ
ンはｃとしてある。

【００４３】この場合、リールモータのトルクｑから被
圧延材の張力ｘまでの伝達関数は、

【００４４】

【数１３】

【００４５】となり、固有周波数ω₀ 及び減衰率ζは、
それぞれ、

【００４６】

【数１４】

【００４７】

【数１５】

【００４８】となる。前記（９）式及び（１２）式とこ
の（１５）式とを対比すると、減衰率ζは大きくなって
いる。従って、張力実績値の時間微分値をリールモータ
のトルクにフィードバックする制御では、圧延速度が低
速でリールが低速で回転している場合であっても減衰率
ζがあまり小さくならず、リールモータのトルクから被
圧延材の張力までの張力発生系の振動特性は緩和され、
張力変動の収束を速めることができる。

【００４９】また、張力変動を生じさせる板厚変動、硬
度変動及びリールと圧延機のミルロールの回転速度の差
は、いずれも板速度差の次元の外乱として制御系に加わ
るので、張力実績値の時間微分値をリールモータのトル
クにフィードバックすることは、この外乱を含む信号を
フィードバックすることになり、外乱に直接対処できる
ために応答性が高い制御系が得られる。

【００５０】又、本発明のうち請求項２に係る帯状材の
張力制御方法は、リールから巻き戻される帯状材又は前
記リールに巻き取られる帯状材の張力を、前記リールを
回転駆動するモータのトルクを調整することによって制
御する帯状材の張力制御方法であって、前記帯状材の張
力設定値と張力実績値との偏差の時間微分値を前記モー
タのトルクにフィードバックすることを特徴としてい
る。

【００５１】この帯状材の張力制御方法によれば、請求
項１に係る帯状材の張力制御方法と同様に、リールの低
速、低回転時においてもモータのトルクから帯状材の張
力までの張力発生系の振動特性は緩和され、帯状材の張
力変動の収束が速められると共に、張力設定値を変更し
た場合、張力設定値の時間微分値が前記モータのトルク
に加えられるため、張力実績値の立ち上がりが速められ
る。

【００５２】又、本発明のうち請求項３に係る帯状材の
張力制御装置は、帯状材をリールから巻き戻し又は前記
リールに巻き取る際に、前記リールを回転駆動するモー
タのトルクを調整して前記帯状材の張力を制御する帯状
材の張力制御装置であって、前記帯状材の張力を検出す
る張力検出器と、該張力検出器で検出される張力実績値
の時間微分値を演算する手段とを具備したことを特徴と
している。

【００５３】この帯状材の張力制御装置によれば、請求
項１に係る帯状材の張力制御方法と同様に、リールの低
速、低回転時においてもモータのトルクから帯状材の張
力までの張力発生系の振動特性は緩和され、帯状材の張
力変動の収束が速められる。更に、本発明のうち請求項
４に係る帯状材の張力制御装置は、帯状材をリールから
巻き戻し又は前記リールに巻き取る際に、前記リールを
回転駆動するモータのトルクを調整して前記帯状材の張
力を制御する帯状材の張力制御装置であって、前記帯状
材の張力を検出する張力検出器と、前記帯状材の張力設
定値を設定する張力設定器と、前記張力設定値と前記張
力検出器で検出される張力実績値との偏差の時間微分値
を演算する手段とを具備したことを特徴としている。

【００５４】この帯状材の張力制御装置によれば、請求
項２に係る帯状材の張力制御方法と同様に、リールの低
速、低回転時においてもモータのトルクから帯状材の張
力までの張力発生系の振動特性は緩和され、帯状材の張
力変動の収束が速められると共に、張力設定値を変更し
た場合、張力設定値の時間微分値が前記モータのトルク
に加えられるため、張力実績値の立ち上がりが速められ
る。

【００５５】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施形態を図面を参
照して説明する。図１は可逆式圧延設備およびそれに付
帯した本発明に係る帯状材の張力制御装置の第１実施形
態を示すブロック線図である。図１において、帯状材は
被圧延材である。図１における可逆式圧延設備は、モー
タ７によって回転駆動され、被圧延材１が巻き出される
入側リール２と、モータ８によって回転駆動され、被圧
延材１を巻き取る出側リール４と、入側リール２と出側
リール４との間に配置され、入側リール２から巻き出さ
れた被圧延材１を圧延する圧延機３を具備している。こ
の可逆式圧延設備における張力制御とは、入側リール２
と圧延機３の間の被圧延材１の張力（入側張力）および
圧延機３と出側リール４の間の張力（出側張力）を所定
の張力設定値に制御することを指す。入側張力および出
側張力のそれぞれの制御に対応する張力制御装置とし
て、被圧延材１の張力設定値を圧延条件に応じて設定す
る張力設定器１３，１４と、被圧延材１の張力を張力設
定値とするために必要なモータ７，８の電機子電流を計
算し、電流指令値として出力する電流指令値演算器１
１，１２と、モータ７，８の電機子電流が電流指令値と
なるようにフィードバック制御する電流制御器９，１０
と、メカニカルロス補償及び加減速補償に相当する電流
指令補正値を算出し、前記電流指令値に加算するメカニ
カルロス補償演算器１５，１６及び加減速補償演算器１
９，２０と、リール２，４と圧延機３との間に配置さ
れ、デフレクタロール５，６の荷重を検出することによ
りリール２，４と圧延機３との間の被圧延材１の張力を
検出する張力検出器２９，３０と、張力検出器２９，３
０で検出される張力実績値の時間微分値を演算し、この
時間微分値にゲインを乗じて得られる張力微分補償信号
を、電流指令値演算器１１，１２からの電流指令値に対
して出力する張力微分補償演算器３１，３２とが設けら
れている。

【００５６】次に、図１の可逆式圧延設備における被圧
延材１の張力制御方法について説明する。先ず、被圧延
材１が入側リール２から巻き出され、圧延機３によって
圧延されて出側ロール４に巻き取られる際に、張力検出
器２９，３０は、デフレクタロール５，６の荷重を検出
することによりリール２，４と圧延機３との間の被圧延
材１の張力を測定する。張力検出器２９，３０で測定さ
れた張力実績値は張力微分補償演算器３１、３２に入力
され、張力微分補償演算器３１，３２は、張力実績値の
時間微分値を演算すると共に、その時間微分値にゲイン
を乗じて得られる張力微分補償信号を減算器３３，３４
に出力する。減算器３３，３４では、電流指令値演算器
１１，１２から出力される電流指令値ｉ_ref に対して張
力微分補償信号が差し引かれる。そして、減算器３３，
３４の出力は加算器２１，２２に入力されると共に、加
算器２１，２２において加減速補償演算器１９，２０か
らの電流指令補正値が前記出力に加算される。加減速補
償演算器１９，２０からの電流指令補正値が加算された
電流指令値は加算器１７，１８に入力されると共に、加
算器１７，１８においてメカニカルロス補償演算器１
５，１６からの電流指令補正値が加算され、加算後の電
流指令値が最終的な電流指令値ｉ_ref ' として電流制御
器９，１０に送られる。電流制御器９，１０は、モータ
７，８の電機子電流を与えられた電流指令値ｉ_ref ' に
制御する。これにより、被圧延材１の張力が一定に制御
される。この際に、張力検出器２９，３０による張力実
績値の時間微分値をモータ７，８のトルクにフィードバ
ックする制御を行っているので、モータ７，８のトルク
から被圧延材１の張力までの張力発生系の振動的な特性
は緩和され、張力変動を強力に抑制することができる。

【００５７】次に、図２及び図３を参照して本発明の効
果を検証する。図２は、リールの低速域において計算し
た、フィードバック制御を行わない場合、従来技術によ
って張力設定値と張力実績値との偏差をフィードバック
した場合、及び本発明によって張力実績値の時間微分値
をフィードバックした場合の各張力系のゲイン線図であ
る。ここで、張力系とは、張力設定値から張力実績値ま
でを指すものとする。図３は、リールの低速域において
張力設定値を変更した場合の各張力系の応答を示すグラ
フであり、（ａ）はフィードバック制御を行わない場合
の張力系の応答を示すグラフ、（ｂ）は従来技術によっ
て張力設定値と張力実績値との偏差をフィードバックし
た場合の張力系の応答を示すグラフ、（ｃ）は本発明に
よって張力実績値の時間微分値をフィードバックした場
合の張力系の応答を示すグラフである。

【００５８】図２を参照すると、図６のようにフィード
バック制御を行わない場合には、固有周波数（約５rad/
sec ）においてゲインの共振ピーク値（約５．４）が高
く、張力系が振動的な特性を持っていることが理解され
る。また、図８に示すような従来技術によって張力設定
値と張力実績値との偏差をフィードバックした場合に
は、固有周波数（約５rad/sec ）においてゲインの共振
ピーク値（約６．８）がさらに高くなり、このような制
御によって張力系がより振動的になることが理解され
る。一方、本発明によって張力実績値の時間微分値をフ
ィードバックした場合には、ゲインの共振ピーク値（約
１．３）が非常に低くなり、本発明による制御によって
張力系の振動的な特性が大きく緩和されていることが理
解される。

【００５９】また、図３を参照すると、図６のようにフ
ィードバック制御を行わない場合には、入側張力の振動
が収束するのに約１３sec かかり、収束時間が長いこと
が理解される。また、図８のような従来技術によって張
力設定値と張力実績値との偏差をフィードバックした場
合には、入側張力の振動が収束するのに約１５sec かか
り、収束時間が更に長く、逆効果であることが理解され
る。一方、本発明によって張力実績値の時間微分値をフ
ィードバックした場合には、入側張力のオーバーシュー
ト量（約０．３ton ）も非常に小さく、振動も少なくた
だちに収束していることが理解される。

【００６０】次に、本発明に係る帯状材の張力制御装置
の第２実施形態を図４を参照して説明する。図４におい
ても帯状材は被圧延材である。図４において、可逆式圧
延設備は、図１に示す可逆式圧延設備と同様に、モータ
７，８、リール２，４、圧延機３を具備している。ま
た、張力制御装置として、張力設定器１３，１４、電流
指令値演算器１１，１２、電流制御器９，１０、メカニ
カルロス補償演算器１５，１６、加減速補償演算器１
９，２０、張力検出器２９，３０、張力微分補償演算器
３１，３２、及び加算器１７，１８，２１，２２を具備
している。

【００６１】一方、本実施形態の張力制御装置において
は、図１に示す第１実施形態の張力制御装置と異なり、
張力微分補償演算器３１，３２への入力が減算器２５，
２６から出力される張力設定値と張力実績値との偏差で
あり、また、張力微分演算器３１，３２からの出力が電
流指令値演算器１１，１２からの電流指令値に加算器２
７，２８で加算されるようになっている。即ち、張力検
出器２９，３０で測定された張力実績値は減算器２５、
２６に入力され、その一方で張力設定器１３，１４から
の張力設定値も減算器２５，２６に入力され、その張力
設定値と張力実績値との偏差が張力微分補償演算器３
１、３２に入力される。張力微分補償演算器３１，３２
は、その偏差の時間微分値を演算すると共に、その時間
微分値にゲインを乗じて得られる張力微分補償信号を加
算器２７，２８に出力する。加算器２７，２８では、電
流指令値演算器１１，１２から出力される電流指令値ｉ
_refに対して張力微分補償信号が加算される。そして、
加算器２７，２８の出力は加算器２１，２２に入力され
ると共に、加算器２１，２２において加減速補償演算器
１９，２０からの電流指令補正値が前記出力に加算され
る。加減速補償演算器１９，２０からの電流指令補正値
が加算された電流指令値は加算器１７，１８に入力され
ると共に、加算器１７，１８においてメカニカルロス補
償演算器１５，１６からの電流指令補正値が加算され、
加算後の電流指令値が最終的な電流指令値ｉ_ref ' とし
て電流制御器９，１０に送られる。電流制御器９，１０
は、モータ７，８の電機子電流を与えられた電流指令値
ｉ_ref ' に制御する。これにより、被圧延材１の張力が
一定に制御される。この際に、被圧延材の張力設定値と
張力実績値との偏差の時間微分値をモータ７，８のトル
クにフィードバックする制御を行っているので、張力設
定値を変更した場合において、図１に示す第１実施形態
の張力制御装置と比較して張力実績値の立ち上がりを速
めることができる。

【００６２】これを図５を参照して検証する。図５は制
御開始５秒後に張力設定値をランプ状に変更した場合の
第１実施形態及び第２実施形態の応答を示すグラフであ
り、（ａ）は第１実施形態の応答を示すグラフ、（ｂ）
は第２実施形態の応答を示すグラフである。図５を参照
すると、張力実績値である入側張力が所定値（約１．２
ton ）に至るまでの立ち上がり時間は、第１実施形態の
場合が約１．８sec であり、その一方、第２実施形態の
場合が約１．２sec であり、第２実施形態の方が若干立
ち上がり時間が短いことがわかる。

【００６３】なお、本発明による張力実績値の時間微分
値をモータのトルクにフィードバックする制御は、従来
の加減速補償、メカニカルロス補償などのフィードフォ
ワード的な制御及び比例積分制御によるフィードバック
制御などと組み合わせて適用することができる。特に、
比例積分制御だけのフィードバック制御と組み合わせた
場合、本発明による制御と併用することによって、比例
積分制御のゲインを高めることが可能となるので、張力
実績値と張力設定値との偏差をより迅速に解消できると
いう利点がある。

【００６４】また、前述の各実施形態においては、帯状
材が被圧延材である場合について説明してきたが、リー
ルから巻き戻される又はリールに巻き取られる帯状のも
のであれば、被圧延材以外のものであってもよい。

【００６５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のうち請求
項１に係る帯状材の張力制御方法によれば、帯状材の張
力実績値の時間微分値をモータのトルクにフィードバッ
クするので、リールの低速、低回転時においてもモータ
のトルクから帯状材の張力までの張力発生系の振動特性
は緩和され、帯状材の張力変動の収束を速めることがで
きる。このため、帯状材を被圧延材とする場合、特に圧
延開始時、終了時のようなリールの低速、低回転時にお
いても被圧延材の張力を安定して一定に制御できるの
で、張力変動に起因する板厚の変動を回避できると共に
薄い被圧延材の場合にも安定した圧延が行えることにな
る。

【００６６】また、本発明のうち請求項２に係る帯状材
の張力制御方法によれば、帯状材の張力設定値と張力実
績値との偏差の時間微分値をモータのトルクにフィード
バックするので、リールの低速、低回転時においてもモ
ータのトルクから帯状材の張力までの張力発生系の振動
特性は緩和され、帯状材の張力変動の収束を速めること
ができると共に、張力設定値を変更した場合において張
力実績値の立ち上がりを速めることができる。

【００６７】また、本発明のうち請求項３に係る帯状材
の張力制御装置によれば、帯状材の張力を検出する張力
検出器と、該張力検出器で検出される張力実績値の時間
微分値を演算する手段とを具備しているので、請求項１
に係る帯状材の張力制御方法と同様に、リールの低速、
低回転時においてもモータのトルクから帯状材の張力ま
での張力発生系の振動特性は緩和され、帯状材の張力変
動の収束を速めることができる。このため、帯状材を被
圧延材とする場合、特に圧延開始時、終了時のようなリ
ールの低速、低回転時においても被圧延材の張力を安定
して一定に制御できるので、張力変動に起因する板厚の
変動を回避できると共に薄い被圧延材の場合にも安定し
た圧延が行えることになる。

【００６８】更に、本発明のうち請求項４に係る帯状材
の張力制御装置によれば、帯状材の張力を検出する張力
検出器と、前記帯状材の張力設定値を設定する張力設定
器と、前記張力設定値と前記張力検出器で検出される張
力実績値との偏差の時間微分値を演算する手段とを具備
しているので、請求項２に係る帯状材の張力制御方法と
同様に、リールの低速、低回転時においてもモータのト
ルクから帯状材の張力までの張力発生系の振動特性は緩
和され、帯状材の張力変動の収束を速めることができる
と共に、張力設定値を変更した場合において張力実績値
の立ち上がりを速めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】可逆式圧延設備およびそれに付帯した本発明に
係る帯状材の張力制御装置の第１実施形態を示すブロッ
ク線図である。

【図２】リールの低速域において計算した、フィードバ
ック制御を行わない場合、従来技術によって張力設定値
と張力実績値との偏差をフィードバックした場合、及び
本発明によって張力実績値の時間微分値をフィードバッ
クした場合の各張力系のゲイン線図である。

【図３】リールの低速域において張力設定値を変更した
場合の各張力系の応答を示すグラフであり、（ａ）はフ
ィードバック制御を行わない場合の張力系の応答を示す
グラフ、（ｂ）は従来技術によって張力設定値と張力実
績値との偏差をフィードバックした場合の張力系の応答
を示すグラフ、（ｃ）は本発明によって張力実績値の時
間微分値をフィードバックした場合の張力系の応答を示
すグラフである。

【図４】可逆式圧延設備およびそれに付帯した本発明に
係る帯状材の張力制御装置の第２実施形態を示すブロッ
ク線図である。

【図５】張力設定値をランプ状に変更した場合の第１実
施形態及び第２実施形態の応答を示すグラフであり、
（ａ）は第１実施形態の応答を示すグラフ、（ｂ）は第
２実施形態の応答を示すグラフである。

【図６】可逆式圧延設備及びそれに付帯した従来の一般
的な張力制御装置を示すブロック線図である。

【図７】図６における電流制御器の制御系を示すブロッ
ク線図である。

【図８】可逆式圧延設備及びそれに付帯した従来の張力
制御装置を示すブロック線図であり、張力制御装置は図
６に示す張力制御系に張力設定値と張力実績値との偏差
をフィードバックする制御を付加している。

【図９】張力発生メカニズムを示すブロック線図であ
る。

【図１０】張力発生メカニズムの線形モデルを表すブロ
ック線図である。

【図１１】従来技術によるフィードバック制御を図１０
に示す張力発生メカニズムの線形モデルに付加したブロ
ック線図である。

【図１２】本発明による張力実績値の時間微分値のフィ
ードバック制御を図１０に示す張力発生メカニズムの線
形モデルに付加したブロック線図である。

【図１３】図１２と等価なブロック線図である。

【符号の説明】

１は被圧延材（帯状材） ２、４はリール ３は圧延機 ５、６はデフレクタロール ７、８はモータ ９，１０は電流制御器 １１，１２は電流指令値演算器 １３，１４は張力設定器 １５，１６はメカニカルロス補償演算器 １７，１８，２１，２２は加算器 １９，２０は加減速補償演算器 ２５，２６は減算器 ２７，２８は加算器 ２９，３０は張力検出器 ３１，３２は張力微分補償演算器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−52119（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−328719（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−15019（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−305313（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−148518（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B21C 45/00 - 49/00 B21B 37/00 B21B 37/48

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リールから巻き戻される帯状材又は前記
   リールに巻き取られる帯状材の張力を、前記リールを回
   転駆動するモータのトルクを調整することにより制御す
   る帯状材の張力制御方法であって、 前記帯状材の張力実績値の時間微分値を前記モータのト
   ルクにフィードバックすることを特徴とする帯状材の張
   力制御方法。
2. 【請求項２】 リールから巻き戻される帯状材又は前記
   リールに巻き取られる帯状材の張力を、前記リールを回
   転駆動するモータのトルクを調整することによって制御
   する帯状材の張力制御方法であって、 前記帯状材の張力設定値と張力実績値との偏差の時間微
   分値を前記モータのトルクにフィードバックすることを
   特徴とする帯状材の張力制御方法。
3. 【請求項３】 帯状材をリールから巻き戻し又は前記リ
   ールに巻き取る際に、前記リールを回転駆動するモータ
   のトルクを調整して前記帯状材の張力を制御する帯状材
   の張力制御装置であって、 前記帯状材の張力を検出する張力検出器と、 該張力検出器で検出される張力実績値の時間微分値を演
   算する手段とを具備したことを特徴とする帯状材の張力
   制御装置。
4. 【請求項４】 帯状材をリールから巻き戻し又は前記リ
   ールに巻き取る際に、前記リールを回転駆動するモータ
   のトルクを調整して前記帯状材の張力を制御する帯状材
   の張力制御装置であって、 前記帯状材の張力を検出する張力検出器と、 前記帯状材の張力設定値を設定する張力設定器と、 前記張力設定値と前記張力検出器で検出される張力実績
   値との偏差の時間微分値を演算する手段とを具備したこ
   とを特徴とする帯状材の張力制御装置。