JP3564510B2 - ブライドルロールの張力制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブライドルロールにおけるストリップの張力制御に適用して好適な、ブライドルロールの張力制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
連続的に搬送されるストリップ（材料）に対してブライドルロールにより適切な張力を付与するためには、両者間にスリップが発生しないように該ブライドルロールを制御することが重要である。
【０００３】
このように、ブライドルロールとストリップとの間でスリップが発生しないようにするためには、スリップが発生する限界となる両者間の摩擦係数を正確に把握する必要がある。
【０００４】
従来、ロールと材料との間の摩擦係数を推定する方法としては、特開平８−１４５８７６号に提案されているような、ロール前後のストリップにそれぞれかかっている張力の比（張力比）に基づいて推定する方法が知られている。
【０００５】
なお、上記のように摩擦係数を把握するためには、上記スリップの発生を検出する必要があるが、ブライドルロールにおけるスリップの検出方法としては、特開昭６１−２４９６２０号に開示されているような、ブライドルロールが有するそれぞれのロール径と回転数の積の差からスリップを検出する方法が知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特開平８−１４５８７６号に提案されている従来の方法では、ブライドルロールのように複数のロールがセットとなっているような場合は、各ロール間の張力が不明であるため、ブライドルロール前後（入側と出側）のストリップにそれぞれかかっている張力比からだけでは、各ロール毎の摩擦係数を正確に推定できないという問題があった。
【０００７】
又、ブライドルロール前後の張力を設定する際も、摩擦係数として予め仮定した値を用いて計算しているため、その摩擦係数に基づいて張力比を決定したとしても、実際の摩擦係数（実摩擦係数）との間に差があるために、ロールとストリップとの間でスリップが発生し易いという問題があった。
【０００８】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、摩擦係数を正確に推定できるようにすることにより、ブライドルロールとストリップとの間で生じるスリップを確実に防止することができるブライドルロールの張力制御方法を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数のロールを有するブライドルロールにおけるストリップの張力を制御するブライドルロールの張力制御方法において、前記ブライドルロールの入側と出側それぞれのストリップ張力値に基づいて、該ブライドルロール全体と前記ストリップとの間でスリップが発生する限界となる限界摩擦係数を演算し、該限界摩擦係数から前記ブライドルロールを構成する各ロールに対するロードバランス比を決定し、該ロードバランス比に基づいて前記各ロールに対する負荷を制御するロードバランス制御を行うと共に、操業中に測定した前記各ロールの周速度からスリップの発生が検出された場合、前記ブライドルロールの入側と出側それぞれのストリップ張力値に基づいて、スリップ発生時の摩擦係数を推定し、該推定値を用いて、ブライドルロールの入側と出側それぞれに設定する張力値を決定し、修正することことにより、前記課題を解決したものである。
【００１０】
即ち、本発明においては、後に詳述するような、ブライドルロールが有する各ロールの摩擦余裕をバランスさせるロードバランス制御を行うことにより、その際にブライドルロール前後でそれぞれ実測される張力の比からロールと材料の摩擦係数を正確に推定することができるようになった。
【００１１】
又、本発明において、スリップ発生時に推定した前記摩擦係数を順次学習し、摩擦係数学習値を用いて前記設定する張力値を決定する場合には、上記のように推定した摩擦係数と実摩擦係数との差異を小さくすることができることから、その学習値に基づいてブライドルロール前後の張力設定値をそれぞれ決定することにより、ブライドルロールにおけるスリップを確実に防止することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明に係る一実施形態に適用されるブライドルロールと、その周辺装置を含むストリップ搬送ラインの概略を示し、図２は、上記ブライドルロールを制御する制御システムの概略構成を示すブロック図である。
【００１４】
本実施形態に適用されるブライドルロールＡは、第１、第２、第３の３つのロール１０、１２、１４を有しており、矢印方向に搬送される鋼板等のストリップＳに適切な張力を付与するために用いられる。
【００１５】
これら第１、第２、第３の各ロール１０、１２、１４は、それぞれモータＭ１ 、Ｍ２ 、Ｍ３ により回転駆動されると共に、回転する各ロールの周速度がモータＭ１ 、Ｍ２ 、Ｍ３ にそれぞれ付設されているパルスジェネレータＰＬＧ１ 、ＰＬＧ２ 、ＰＬＧ３ から出力される信号に基づいて、それぞれ測定されるようになっている。
【００１６】
又、上記ブライドルロールＡの下流側には速度測定ロール１６が配設され、該ロールに付設されているパルスジェネレータＰＬＧ４ からの信号に基づいて、ロール周速度としてストリップＳの搬送速度が測定され、更に、ブライドルロールＡの前後に入側張力計１８、出側張力計２０がそれぞれ配設され、これらによりロールＡの前後における張力Ｔ１ 、Ｔ２ が、それぞれ実測されるようになっている。
【００１７】
又、前記図２の制御システムは、ライン全体の制御を行うライン制御装置２２と、張力設定値演算装置２４と、モータドライブ制御装置２６とを備えている。
【００１８】
上記ライン制御装置２２には、上記各ロール１０、１２、１４、１６の周速度が、パルスジェネレータＰＬＧ１ 〜ＰＬＧ４ からそれぞれパルス信号として入力され、ここでＰＬＧ４ からの信号と上記ＰＬＧ１ 〜ＰＬＧ３ の各信号とから求まる、ストリップＳの搬送速度と各ロール１０、１２、１４の周速度の差により、これらロールとストリップＳとの間で生じるスリップがそれぞれ検出されるようになっている。
【００１９】
又、このライン制御装置２２には、入側張力計１８、出側張力計２０から、ブライドルロールＡの前後でそれぞれ実測された入側張力Ｔ１ 、出側張力Ｔ２ がそれぞれ入力され、上記のようにしてスリップが検出されたタイミングで、その時の入側、出側の各張力値Ｔ１ 、Ｔ２ に基づいて、後述する方法により摩擦係数が推定される。
【００２０】
上記のようにスリップの発生が検出される毎にライン制御装置２２で推定演算された摩擦係数は、前記張力設定値演算装置２４に入力され、ここでその学習が行われると共に、この学習値を用いてブライドルロールＡの前後に設定する張力設定値を決定し、該張力設定値を前記ライン制御装置２２に出力する。このライン制御装置２２は、入力されるた上記張力設定値をモータドライブ制御装置２６に出力し、該設定値を基に各モータＭ１ 、Ｍ２ 、Ｍ３ のトルクを制御する。
【００２１】
ここで、本実施形態の前提となっている、ブライドルロールが有する各ロールと材料間の摩擦余裕をバランスさせることができるロードバランス制御方法を、図３、図４を参照しながら詳述する。
【００２２】
なお、ここで摩擦余裕とは、ブライドルロール前後（入側、出側）の張力比から決定される、ブライドルロール全体と材料がスリップしないようにするために最低限必要な摩擦係数（以下、限界摩擦係数という）と、ロールと材料間の最大静止摩擦係数との差を表わす。
【００２３】
前記ロードバランス制御方法は、本出願人が、特願平８−２８８１５１号で既に提案している技術であり、複数のロールからなるブライドルロールの各ロールに対する負荷を制御する際に、前記ブライドルロールの入側と出側それぞれのストリップ張力値に基づいて、該ブライドルロール全体と前記ストリップとの間でスリップが発生する限界となる限界摩擦係数を演算し、該限界摩擦係数から前記ブライドルロールを構成する各ロールに対するロードバランス比を決定し、該ロードバランス比に基づいて前記各ロールに対する負荷を制御するようにしたものである。
【００２４】
図３は、上記ロードバランス制御方法を説明するための、前記図１に示したブライドルロールを構成する３つのロールの関係を拡大して示したものであり、図４は、上記ブライドルロールの駆動制御に適用される、前記図２に示したモータドライブ制御装置２６に相当するロードバランス制御装置の概略構成を示したブロック図である。
【００２５】
上記ブライドルロールＡは、符号Ｓで示すストリップを、矢印方向に連続的に搬送するもので、入側から順に第１、第２、第３の３つのロール１０、１２、１４を有している。
【００２６】
又、上記制御装置は、図４では配置が逆になっているが、上記ブライドルロールＡが有する第１、第２、第３の各ロール１０、１２、１４をそれぞれ独立に駆動するための第１、第２、第３の各モータＭ１ 、Ｍ２ 、Ｍ３ が、第１、第２、第３の各自動電流調節器（ＡＣＲ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｒｅｇｕｌａｔｏｒ）３０、３１、３４により界磁電流が調節され、それぞれの回転駆動力が制御されるようになっている。
【００２７】
又、上記図４の制御装置は、後述する原理に基づいて、各ロール１０、１２、１４に対するロードバランス比を演算する負荷分担演算器２２を備えている。又、この制御装置は、第２ロール１２を基準として、第１、第３ロール１０、１４の負荷を制御するようになっており、図示しないＡＳＲ（自動速度制御器）から第１〜第３ロールに対するトータルの電流指令ＩＲＥＦ が決定されると、その電流を第１〜第３ロールにどんな比で流すかを上記負荷分担演算器３６で演算し、その比になるように第１、第３ロールの界磁電流を制御するようになっている。そのため、上記演算器３６では、図示したように第１モータＭ１ に分担させる負荷に相当するＭ１ 主回路界磁電流指令：Ｉ１ ＲＥＦ と、第３モータＭ３ に分担させる負荷に相当するＭ３ 主回路界磁電流指令：Ｉ３ ＲＥＦ をそれぞれ演算する。
【００２８】
そして、上記負荷分担演算器３６で演算されたＩ１ ＲＥＦ は減算器３８に入力され、ここで第１モータ用のＭ１ 主回路フィードバック電流：Ｉ１ ＦＢとの偏差が算出され、それが比例積分（ＰＩ）制御器４０に入力され、該偏差に応じた第１モータ制御用の補正電流が算出される。その後、上記偏差に応じた補正電流が、加算器４２で第１モータ用のＭ１ 界磁電流指令：Ｉｆ１ＲＥＦ に加算され、その加算値が前記第１自動電流調節器３０に出力されて、第１モータＭ１ が駆動制御されるようになっている。
【００２９】
一方、上記負荷分担演算器３６で演算されたＩ３ ＲＥＦ は、減算器４４に入力され、ここで第３モータ用のＭ３ 主回路フィードバック電流：Ｉ３ ＦＢとの偏差が算出されると、それが比例積分（ＰＩ）制御器４６へ入力され、該偏差に応じた第３モータ制御用の補正電流が算出される。その後、上記偏差に応じた補正電流が、加算器４８で第３モータ用のＭ３ 界磁電流指令：Ｉｆ３ＲＥＦ に加算され、その加算値が前記第３自動電流調節器３４に出力されて、第３モータＭ３ が駆動制御されるようになっている。
【００３０】
前記ロードバランス制御においては、前記負荷分担演算器３６において、前記ブライドルロールＡの入側と出側それぞれにおけるストリップ張力値に基づいて、該ブライドルロール全体と前記ストリップとの間でスリップが発生する限界となる限界摩擦係数を演算し、該限界摩擦係数から前記ブライドルロールを構成する各ロールに対するロードバランス比を決定し、該ロードバランス比に基づいて各モータを制御するための演算を行う。
【００３１】
まず、制御演算の原理を説明する。前記図３に示した第１〜第３の３本のロール１０、１２、１４からなるブライドルロールＡによりストリップＳを搬送している場合、該ブライドルロールＡの入側及び出側の張力がそれぞれＴ１ 及びＴ２ で、両者の摩擦係数がμ、巻付角がθであったとする。
【００３２】
例えば、日本機械学会出版の機械工学便覧（改６）の３頁−３９頁に説明されているように、オイラーの公式より、次の（１）式の関係が成立つならばスリップは発生しない。
【００３３】
ｅｘｐ｛μ（θ１ ＋θ２ ＋θ３ ）｝＞Ｔ２ ／Ｔ１ …（１）
この（１）式は、１本のロールについて、ｅｘｐ（μθ）＞Ｔ２ ／Ｔ１ （Ｔ２ ＞Ｔ１ とする）の関係が成立つ時にはスリップは発生しないとする、上記オイラーの公式を、図３に示した３つのロールに適用することにより導出できる。
【００３４】
即ち、第１〜第３の各ロールについてオイラーの公式から、以下の（２）〜（４）式が得られる。但し、図３に併記したように、Ｔ１２は第１ロール〜第２ロール間の張力を、Ｔ２３は第２ロール〜第３ロール間の張力を表わす。又、θ１ 、θ２ 、θ３ は、第１、第２、第３の各ロール１０、１２、１４におけるストリップＳの巻付角である。
【００３５】
ｅｘｐ（μθ１ ）＞Ｔ１２／Ｔ１ …（２）
ｅｘｐ（μθ２ ）＞Ｔ２３／Ｔ１２ …（３）
ｅｘｐ（μθ３ ）＞Ｔ２ ／Ｔ２３ …（４）
これら（２）〜（４）式では、左辺、右辺とも正の数であるため、これら各式の積について次の（５）式の関係が成立つ。即ち、この（５）式より、前記（１）式が求まる。
【００３６】
ｅｘｐ（μθ１ ）・ｅｘｐ（μθ２ ）・ｅｘｐ（μθ３ ）
＞（Ｔ１２／Ｔ１ ）・（Ｔ２３／Ｔ１２）・（Ｔ２ ／Ｔ２３） …（５）
又、ここでは、次の（６）式の関係が成立つμをμ′として限界摩擦係数と定義する。
【００３７】
ｅｘｐ｛μ′（θ１ ＋θ２ ＋θ３ ）｝＝Ｔ２ ／Ｔ１ …（６）
この式で、上記限界摩擦係数μ′は前記ストリップＳとブライドルロールＡの全体、即ち、第１、第２、第３ロール１０、１２、１４との間でスリップが発生する限界となる摩擦係数である。
【００３８】
この場合、第１〜第３ロールについて以下の（７）〜（９）式の関係がそれぞれ成立つようにロール間の負荷分担を決定する。
【００３９】
第１ロール
ｅｘｐ（μ′θ１ ）＝Ｔ１２／Ｔ１ …（７）
第２ロール
ｅｘｐ（μ′θ２ ）＝Ｔ２３／Ｔ１２ …（８）
第３ロール
ｅｘｐ（μ′θ３ ）＝Ｔ２ ／Ｔ２３ …（９）
【００４０】
又、ここでロールとストリップとの最大静止摩擦係数をμ″とすると、各ロールについて以下の（１０）〜（１２）式の関係が成立する場合がスリップ限界である。
【００４１】
第１ロール
ｅｘｐ（μ″θ１ ）＝Ｔ１２／Ｔ１ …（１０）
第２ロール
ｅｘｐ（μ″θ２ ）＝Ｔ２３／Ｔ１２ …（１１）
第３ロール
ｅｘｐ（μ″θ３ ）＝Ｔ２ ／Ｔ２３ …（１２）
【００４２】
従って、第１〜第３の各ロールにおける摩擦余裕は、いずれも（μ″−μ′）となり、各ロールの摩擦余裕をバランスさせることが可能となる。
【００４３】
一方、前述した（６）式で与えられる前記限界摩擦係数μ′の値から、第１、第２、第３の各ロールに分担させるべきトルクτ１ 、τ２ 、τ３ の比を、次の（１３）式で算出できる。
【００４４】
【００４５】
上記第１、第２、第３の各ロール１０、１２、１４におけるストリップＳの巻付角θ１ 、θ２ 、θ３ は固定値であるから、前記張力計１８、２０により実測される入側、出側の張力値から求まる前後張力比Ｔ２ ／Ｔ１ が分れば、これを前記（６）式に代入することにより上記限界摩擦係数μ′を決定することが可能となり、その結果上記（１３）式により第１、第２、第３の各ロール１０、１２、１４に対するロードバランス比τ１ ：τ２ ：τ３ も決定することができる。
【００４６】
ここに、上記（１３）式の導出方法について説明する。前述した如く、第１〜第３の各ロールのトルクを設定するのだから前記（７）〜（９）式からそれぞれ次の（１４）〜（１６）式を求める。
【００４７】
Ｔ１２＝Ｔ１ ｅｘｐ（μ′θ１ ） …（１４）
Ｔ２３＝Ｔ１２ｅｘｐ（μ′θ２ ） …（１５）
Ｔ２ ＝Ｔ２３ｅｘｐ（μ′θ３ ） …（１６）
【００４８】
ここで、各ロールを駆動するモータの発生すべきトルクは、次の（１７）〜（１９）式で与えられるため、前記（１３）式が得られる。
【００４９】
【００５０】
従って、前記負荷分担演算器３６では、上記（１３）式で求められる第１、第２、第３の各ロール１０、１２、１４に対するロードバランス比を用いて、この比に応じた負荷をこれらロール１０、１２、１４に分担させるように、該演算器３６から各モータＭ１ 、Ｍ２ 、Ｍ３ へ出力する制御信号に反映させる。
【００５１】
即ち、第１〜第３の各ロールに対するトータルの電流は、前述した如く、速度制御の点から電流指令ＩＲＥＦ と決定される。そして、ロール間のロードをバランスさせるために、ＩＲＥＦ を第１〜第３の各ロールを駆動する各モータに、前記（１３）式の比から、以下の（１９）〜（２１）式で設定する。
【００５２】
【００５３】
上述したロードバランス制御によれば、前記負荷分担演算器３６において前記ロードバランス比を算出し、該比を反映させた指令に基づき各ロールを駆動するモータＭ１、Ｍ２ 、Ｍ３ の界磁電流を制御するようにしたので、ブライドルロールＡが有する各ロール１０、１２、１４における摩擦余裕をバランスさせることが可能となり、適切なロードバランスの制御が可能となる。
【００５４】
本実施形態は、以上詳述したロードバランス制御を行うと共に、以下のような張力制御を行う。
【００５５】
即ち、前述した如く、前記ライン制御装置２２により、操業中に前記図１に示したブライドルロールＡが有する第１、第２、第３の各ロール１０、１２、１４の周速度を、パルスジェネレータＰＬＧ１ 、ＰＬＧ２ 、ＰＬＧ３ からのパルス信号に基づいて測定すると共に、測定された各ロールの周速度と、同様にパルスジェネレータＰＬＧ４ からの信号に基づいて測定されたストリップＳの搬送速度の差により、該ストリップＳと上記各ロール１０、１２、１４との間でスリップが発生したことを検出する。
【００５６】
上記３つのロール１０、１２、１４の中の１つでも、スリップの発生が検出された場合、前記ライン制御装置２２では、その検出タイミングで実測された入側張力Ｔ１ 、出側張力Ｔ２ を入力し、前記（６）式と同形の次式（２３）により、その時点での摩擦係数μを推定する。
【００５７】
ｅｘｐ｛μ（θ１ ＋θ２ ＋θ３ ）｝＝Ｔ２ ／Ｔ１ …（２３）
【００５８】
この（２３）式と（６）式の関係について説明すると、この両式は同義ではあるが、（６）式は、前記（７）式〜（８）式に基づいて制御するバランス制御を行う場合に成立している式であるのに対し、（２３）式は、この式（６）が成立しているとして制御している場合にスリップが発生することは、実際の摩擦係数μが、（６）式で求まる限界摩擦係数μ´より小さくなったと推定できるため、この実際のμをその時点のＴ２ 、Ｔ１ から推定する式である。
【００５９】
上記摩擦係数μの推定演算は、スリップの発生が検出される毎に実行され、各推定値は上記張力設定値演算装置２４に入力され、順次新しい推定値に更新する学習が行われる。
【００６０】
上記演算装置２４で学習が行われる毎に、摩擦係数の学習値μＬ を、前記（１）式のμに代入することにより、この式の関係を満足されるブライドルロールＡの入側、出側の各張力設定値Ｔ１ 、Ｔ２ を決定し、それを前記ライン制御装置２２に出力することにより、該装置２２が前記モータドライブ制御装置２６に対して、上記各張力設定値になるように、各モータＭ１ 、Ｍ２ 、Ｍ３ のトルクを制御するように指示する。
【００６１】
上述したように、本実施形態においては、ブライドルロールＡが有する各ロールの摩擦余裕をバランスさせるロードバランス制御を行うことにより、スリップを検出した場合のブライドルロールＡの入側、出側の張力比から該ブライドルロールＡと材料の正確な摩擦係数を推定することが可能となった。
【００６２】
即ち、前記図３のブライドルロールＡでは、入側、出側の各張力Ｔ１ 、Ｔ２ のみが観測可能であり、前記バランス制御を実施していない場合、このＴ１ 、Ｔ２ のみを観測してもロールと板の摩擦係数を推定することはできない。なぜならば、第１、第２、第３の各ロール１０、１２、１４の負荷分担について前記バランス制御が行われていない場合には、ロール間張力Ｔ１２、Ｔ２３も観測されないと、各ロールとストリップＳとの摩擦係数が推定できないからである。（これは、各ロールの摩擦余裕が一定でない（バランスしていない）ため、ある特定のロールのみスリップし、その他のロールはスリップしないからである。）
【００６３】
ところが、本実施形態のようにバランス制御を適用することにより、各ロールの摩擦余裕は一定（バランス）しているため、スリップが発生する場合は、第１、第２、第３の３本のロールに同時にスリップを発生する。従って、入側、出側の両張力Ｔ１ 、Ｔ２ のみ観測すれば、ロールと板の摩擦係数を正確に推定することができる。
【００６４】
更に、本実施形態においては、推定した摩擦係数を学習し、その学習値を用いてブライドルロールの前後張力を設定することにより、ブライドルロールにおけるスリップを防止することが可能となった。
【００６５】
図５に、本実施形態による具体的な制御結果を示す。この図５（Ａ）より、制御開始当初は摩擦係数の学習値が変動しているが、学習が進むに連れて真の摩擦係数値に近付き、安定することが分かる。又、同図（Ｂ）より、この学習が進むに従って、スリップの発生回数も減少していき、スリップを防止できるようになっていることが分かる。
【００６６】
以上詳述した如く、本実施形態によれば、前記ブライドルロールのロードバランス制御を行うことにより、ロールと材料の間の摩擦係数を正確に推定できるようになった。又、推定した摩擦係数を学習し、その学習値を用いてブライドルロールの前後の張力を設定することにより、ブライドルロールのスリップを防止することができるようになった。
【００６７】
以上、本発明について具体的に説明したが、本発明は、前記実施形態に示したものに限られるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【００６８】
例えば、ブライドルロールが３つのロールからなる場合を示したが、これに限定されない。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、摩擦係数を正確に推定できるようになることにより、ブライドルロールとストリップとの間で生じるスリップを確実に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態に適用されるストリップ搬送ラインの要部概略を示す説明図
【図２】ブライドルロールの制御システムの概略構成を示すブロック図
【図３】ブライドルロールと張力との関係を示す説明図
【図４】ロードバランス制御装置の概略構成を示すブロック図
【図５】発明の効果を示す線図
【符号の説明】
Ａ…ブライドルロール
Ｓ…ストリップ
１０…第１ロール
１２…第２ロール
１４…第３ロール
１６…速度測定ロール
１８…入側張力計
２０…出側張力計
２２…ライン制御装置
２４…張力設定演算装置
２６…モータドライブ制御装置
３０…第１自動電流調節器
３２…第２自動電流調節器
３４…第３自動電流調節器
３６…負荷分担演算器
３８、４４…減算器
４０、４６…比例積分制御器
４２、４８…加算器
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブライドルロールにおけるストリップの張力制御に適用して好適な、ブライドルロールの張力制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
連続的に搬送されるストリップ（材料）に対してブライドルロールにより適切な張力を付与するためには、両者間にスリップが発生しないように該ブライドルロールを制御することが重要である。
【０００３】
このように、ブライドルロールとストリップとの間でスリップが発生しないようにするためには、スリップが発生する限界となる両者間の摩擦係数を正確に把握する必要がある。
【０００４】
従来、ロールと材料との間の摩擦係数を推定する方法としては、特開平８−１４５８７６号に提案されているような、ロール前後のストリップにそれぞれかかっている張力の比（張力比）に基づいて推定する方法が知られている。
【０００５】
なお、上記のように摩擦係数を把握するためには、上記スリップの発生を検出する必要があるが、ブライドルロールにおけるスリップの検出方法としては、特開昭６１−２４９６２０号に開示されているような、ブライドルロールが有するそれぞれのロール径と回転数の積の差からスリップを検出する方法が知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特開平８−１４５８７６号に提案されている従来の方法では、ブライドルロールのように複数のロールがセットとなっているような場合は、各ロール間の張力が不明であるため、ブライドルロール前後（入側と出側）のストリップにそれぞれかかっている張力比からだけでは、各ロール毎の摩擦係数を正確に推定できないという問題があった。
【０００７】
又、ブライドルロール前後の張力を設定する際も、摩擦係数として予め仮定した値を用いて計算しているため、その摩擦係数に基づいて張力比を決定したとしても、実際の摩擦係数（実摩擦係数）との間に差があるために、ロールとストリップとの間でスリップが発生し易いという問題があった。
【０００８】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、摩擦係数を正確に推定できるようにすることにより、ブライドルロールとストリップとの間で生じるスリップを確実に防止することができるブライドルロールの張力制御方法を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数のロールを有するブライドルロールにおけるストリップの張力を制御するブライドルロールの張力制御方法において、前記ブライドルロールの入側と出側それぞれのストリップ張力値に基づいて、該ブライドルロール全体と前記ストリップとの間でスリップが発生する限界となる限界摩擦係数を演算し、該限界摩擦係数から前記ブライドルロールを構成する各ロールに対するロードバランス比を決定し、該ロードバランス比に基づいて前記各ロールに対する負荷を制御するロードバランス制御を行うと共に、操業中に測定した前記各ロールの周速度からスリップの発生が検出された場合、前記ブライドルロールの入側と出側それぞれのストリップ張力値に基づいて、スリップ発生時の摩擦係数を推定し、該推定値を用いて、ブライドルロールの入側と出側それぞれに設定する張力値を決定し、修正することことにより、前記課題を解決したものである。
【００１０】
即ち、本発明においては、後に詳述するような、ブライドルロールが有する各ロールの摩擦余裕をバランスさせるロードバランス制御を行うことにより、その際にブライドルロール前後でそれぞれ実測される張力の比からロールと材料の摩擦係数を正確に推定することができるようになった。
【００１１】
又、本発明において、スリップ発生時に推定した前記摩擦係数を順次学習し、摩擦係数学習値を用いて前記設定する張力値を決定する場合には、上記のように推定した摩擦係数と実摩擦係数との差異を小さくすることができることから、その学習値に基づいてブライドルロール前後の張力設定値をそれぞれ決定することにより、ブライドルロールにおけるスリップを確実に防止することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明に係る一実施形態に適用されるブライドルロールと、その周辺装置を含むストリップ搬送ラインの概略を示し、図２は、上記ブライドルロールを制御する制御システムの概略構成を示すブロック図である。
【００１４】
本実施形態に適用されるブライドルロールＡは、第１、第２、第３の３つのロール１０、１２、１４を有しており、矢印方向に搬送される鋼板等のストリップＳに適切な張力を付与するために用いられる。
【００１５】
これら第１、第２、第３の各ロール１０、１２、１４は、それぞれモータＭ１ 、Ｍ２ 、Ｍ３ により回転駆動されると共に、回転する各ロールの周速度がモータＭ１ 、Ｍ２ 、Ｍ３ にそれぞれ付設されているパルスジェネレータＰＬＧ１ 、ＰＬＧ２ 、ＰＬＧ３ から出力される信号に基づいて、それぞれ測定されるようになっている。
【００１６】
又、上記ブライドルロールＡの下流側には速度測定ロール１６が配設され、該ロールに付設されているパルスジェネレータＰＬＧ４ からの信号に基づいて、ロール周速度としてストリップＳの搬送速度が測定され、更に、ブライドルロールＡの前後に入側張力計１８、出側張力計２０がそれぞれ配設され、これらによりロールＡの前後における張力Ｔ１ 、Ｔ２ が、それぞれ実測されるようになっている。
【００１７】
又、前記図２の制御システムは、ライン全体の制御を行うライン制御装置２２と、張力設定値演算装置２４と、モータドライブ制御装置２６とを備えている。
【００１８】
上記ライン制御装置２２には、上記各ロール１０、１２、１４、１６の周速度が、パルスジェネレータＰＬＧ１ 〜ＰＬＧ４ からそれぞれパルス信号として入力され、ここでＰＬＧ４ からの信号と上記ＰＬＧ１ 〜ＰＬＧ３ の各信号とから求まる、ストリップＳの搬送速度と各ロール１０、１２、１４の周速度の差により、これらロールとストリップＳとの間で生じるスリップがそれぞれ検出されるようになっている。
【００１９】
又、このライン制御装置２２には、入側張力計１８、出側張力計２０から、ブライドルロールＡの前後でそれぞれ実測された入側張力Ｔ１ 、出側張力Ｔ２ がそれぞれ入力され、上記のようにしてスリップが検出されたタイミングで、その時の入側、出側の各張力値Ｔ１ 、Ｔ２ に基づいて、後述する方法により摩擦係数が推定される。
【００２０】
上記のようにスリップの発生が検出される毎にライン制御装置２２で推定演算された摩擦係数は、前記張力設定値演算装置２４に入力され、ここでその学習が行われると共に、この学習値を用いてブライドルロールＡの前後に設定する張力設定値を決定し、該張力設定値を前記ライン制御装置２２に出力する。このライン制御装置２２は、入力されるた上記張力設定値をモータドライブ制御装置２６に出力し、該設定値を基に各モータＭ１ 、Ｍ２ 、Ｍ３ のトルクを制御する。
【００２１】
ここで、本実施形態の前提となっている、ブライドルロールが有する各ロールと材料間の摩擦余裕をバランスさせることができるロードバランス制御方法を、図３、図４を参照しながら詳述する。
【００２２】
なお、ここで摩擦余裕とは、ブライドルロール前後（入側、出側）の張力比から決定される、ブライドルロール全体と材料がスリップしないようにするために最低限必要な摩擦係数（以下、限界摩擦係数という）と、ロールと材料間の最大静止摩擦係数との差を表わす。
【００２３】
前記ロードバランス制御方法は、本出願人が、特願平８−２８８１５１号で既に提案している技術であり、複数のロールからなるブライドルロールの各ロールに対する負荷を制御する際に、前記ブライドルロールの入側と出側それぞれのストリップ張力値に基づいて、該ブライドルロール全体と前記ストリップとの間でスリップが発生する限界となる限界摩擦係数を演算し、該限界摩擦係数から前記ブライドルロールを構成する各ロールに対するロードバランス比を決定し、該ロードバランス比に基づいて前記各ロールに対する負荷を制御するようにしたものである。
【００２４】
図３は、上記ロードバランス制御方法を説明するための、前記図１に示したブライドルロールを構成する３つのロールの関係を拡大して示したものであり、図４は、上記ブライドルロールの駆動制御に適用される、前記図２に示したモータドライブ制御装置２６に相当するロードバランス制御装置の概略構成を示したブロック図である。
【００２５】
上記ブライドルロールＡは、符号Ｓで示すストリップを、矢印方向に連続的に搬送するもので、入側から順に第１、第２、第３の３つのロール１０、１２、１４を有している。
【００２６】
又、上記制御装置は、図４では配置が逆になっているが、上記ブライドルロールＡが有する第１、第２、第３の各ロール１０、１２、１４をそれぞれ独立に駆動するための第１、第２、第３の各モータＭ１ 、Ｍ２ 、Ｍ３ が、第１、第２、第３の各自動電流調節器（ＡＣＲ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｒｅｇｕｌａｔｏｒ）３０、３１、３４により界磁電流が調節され、それぞれの回転駆動力が制御されるようになっている。
【００２７】
又、上記図４の制御装置は、後述する原理に基づいて、各ロール１０、１２、１４に対するロードバランス比を演算する負荷分担演算器２２を備えている。又、この制御装置は、第２ロール１２を基準として、第１、第３ロール１０、１４の負荷を制御するようになっており、図示しないＡＳＲ（自動速度制御器）から第１〜第３ロールに対するトータルの電流指令ＩＲＥＦ が決定されると、その電流を第１〜第３ロールにどんな比で流すかを上記負荷分担演算器３６で演算し、その比になるように第１、第３ロールの界磁電流を制御するようになっている。そのため、上記演算器３６では、図示したように第１モータＭ１ に分担させる負荷に相当するＭ１ 主回路界磁電流指令：Ｉ１ ＲＥＦ と、第３モータＭ３ に分担させる負荷に相当するＭ３ 主回路界磁電流指令：Ｉ３ ＲＥＦ をそれぞれ演算する。
【００２８】
そして、上記負荷分担演算器３６で演算されたＩ１ ＲＥＦ は減算器３８に入力され、ここで第１モータ用のＭ１ 主回路フィードバック電流：Ｉ１ ＦＢとの偏差が算出され、それが比例積分（ＰＩ）制御器４０に入力され、該偏差に応じた第１モータ制御用の補正電流が算出される。その後、上記偏差に応じた補正電流が、加算器４２で第１モータ用のＭ１ 界磁電流指令：Ｉｆ１ＲＥＦ に加算され、その加算値が前記第１自動電流調節器３０に出力されて、第１モータＭ１ が駆動制御されるようになっている。
【００２９】
一方、上記負荷分担演算器３６で演算されたＩ３ ＲＥＦ は、減算器４４に入力され、ここで第３モータ用のＭ３ 主回路フィードバック電流：Ｉ３ ＦＢとの偏差が算出されると、それが比例積分（ＰＩ）制御器４６へ入力され、該偏差に応じた第３モータ制御用の補正電流が算出される。その後、上記偏差に応じた補正電流が、加算器４８で第３モータ用のＭ３ 界磁電流指令：Ｉｆ３ＲＥＦ に加算され、その加算値が前記第３自動電流調節器３４に出力されて、第３モータＭ３ が駆動制御されるようになっている。
【００３０】
前記ロードバランス制御においては、前記負荷分担演算器３６において、前記ブライドルロールＡの入側と出側それぞれにおけるストリップ張力値に基づいて、該ブライドルロール全体と前記ストリップとの間でスリップが発生する限界となる限界摩擦係数を演算し、該限界摩擦係数から前記ブライドルロールを構成する各ロールに対するロードバランス比を決定し、該ロードバランス比に基づいて各モータを制御するための演算を行う。
【００３１】
まず、制御演算の原理を説明する。前記図３に示した第１〜第３の３本のロール１０、１２、１４からなるブライドルロールＡによりストリップＳを搬送している場合、該ブライドルロールＡの入側及び出側の張力がそれぞれＴ１ 及びＴ２ で、両者の摩擦係数がμ、巻付角がθであったとする。
【００３２】
例えば、日本機械学会出版の機械工学便覧（改６）の３頁−３９頁に説明されているように、オイラーの公式より、次の（１）式の関係が成立つならばスリップは発生しない。
【００３３】
ｅｘｐ｛μ（θ１ ＋θ２ ＋θ３ ）｝＞Ｔ２ ／Ｔ１ …（１）
この（１）式は、１本のロールについて、ｅｘｐ（μθ）＞Ｔ２ ／Ｔ１ （Ｔ２ ＞Ｔ１ とする）の関係が成立つ時にはスリップは発生しないとする、上記オイラーの公式を、図３に示した３つのロールに適用することにより導出できる。
【００３４】
即ち、第１〜第３の各ロールについてオイラーの公式から、以下の（２）〜（４）式が得られる。但し、図３に併記したように、Ｔ１２は第１ロール〜第２ロール間の張力を、Ｔ２３は第２ロール〜第３ロール間の張力を表わす。又、θ１ 、θ２ 、θ３ は、第１、第２、第３の各ロール１０、１２、１４におけるストリップＳの巻付角である。
【００３５】
ｅｘｐ（μθ１ ）＞Ｔ１２／Ｔ１ …（２）
ｅｘｐ（μθ２ ）＞Ｔ２３／Ｔ１２ …（３）
ｅｘｐ（μθ３ ）＞Ｔ２ ／Ｔ２３ …（４）
これら（２）〜（４）式では、左辺、右辺とも正の数であるため、これら各式の積について次の（５）式の関係が成立つ。即ち、この（５）式より、前記（１）式が求まる。
【００３６】
ｅｘｐ（μθ１ ）・ｅｘｐ（μθ２ ）・ｅｘｐ（μθ３ ）
＞（Ｔ１２／Ｔ１ ）・（Ｔ２３／Ｔ１２）・（Ｔ２ ／Ｔ２３） …（５）
又、ここでは、次の（６）式の関係が成立つμをμ′として限界摩擦係数と定義する。
【００３７】
ｅｘｐ｛μ′（θ１ ＋θ２ ＋θ３ ）｝＝Ｔ２ ／Ｔ１ …（６）
この式で、上記限界摩擦係数μ′は前記ストリップＳとブライドルロールＡの全体、即ち、第１、第２、第３ロール１０、１２、１４との間でスリップが発生する限界となる摩擦係数である。
【００３８】
この場合、第１〜第３ロールについて以下の（７）〜（９）式の関係がそれぞれ成立つようにロール間の負荷分担を決定する。
【００３９】
第１ロール
ｅｘｐ（μ′θ１ ）＝Ｔ１２／Ｔ１ …（７）
第２ロール
ｅｘｐ（μ′θ２ ）＝Ｔ２３／Ｔ１２ …（８）
第３ロール
ｅｘｐ（μ′θ３ ）＝Ｔ２ ／Ｔ２３ …（９）
【００４０】
又、ここでロールとストリップとの最大静止摩擦係数をμ″とすると、各ロールについて以下の（１０）〜（１２）式の関係が成立する場合がスリップ限界である。
【００４１】
第１ロール
ｅｘｐ（μ″θ１ ）＝Ｔ１２／Ｔ１ …（１０）
第２ロール
ｅｘｐ（μ″θ２ ）＝Ｔ２３／Ｔ１２ …（１１）
第３ロール
ｅｘｐ（μ″θ３ ）＝Ｔ２ ／Ｔ２３ …（１２）
【００４２】
従って、第１〜第３の各ロールにおける摩擦余裕は、いずれも（μ″−μ′）となり、各ロールの摩擦余裕をバランスさせることが可能となる。
【００４３】
一方、前述した（６）式で与えられる前記限界摩擦係数μ′の値から、第１、第２、第３の各ロールに分担させるべきトルクτ１ 、τ２ 、τ３ の比を、次の（１３）式で算出できる。
【００４４】
上記第１、第２、第３の各ロール１０、１２、１４におけるストリップＳの巻付角θ１ 、θ２ 、θ３ は固定値であるから、前記張力計１８、２０により実測される入側、出側の張力値から求まる前後張力比Ｔ２ ／Ｔ１ が分れば、これを前記（６）式に代入することにより上記限界摩擦係数μ′を決定することが可能となり、その結果上記（１３）式により第１、第２、第３の各ロール１０、１２、１４に対するロードバランス比τ１ ：τ２ ：τ３ も決定することができる。
【００４６】
ここに、上記（１３）式の導出方法について説明する。前述した如く、第１〜第３の各ロールのトルクを設定するのだから前記（７）〜（９）式からそれぞれ次の（１４）〜（１６）式を求める。
【００４７】
Ｔ１２＝Ｔ１ ｅｘｐ（μ′θ１ ） …（１４）
Ｔ２３＝Ｔ１２ｅｘｐ（μ′θ２ ） …（１５）
Ｔ２ ＝Ｔ２３ｅｘｐ（μ′θ３ ） …（１６）
【００４８】
ここで、各ロールを駆動するモータの発生すべきトルクは、次の（１７）〜（１９）式で与えられるため、前記（１３）式が得られる。
【００４９】
従って、前記負荷分担演算器３６では、上記（１３）式で求められる第１、第２、第３の各ロール１０、１２、１４に対するロードバランス比を用いて、この比に応じた負荷をこれらロール１０、１２、１４に分担させるように、該演算器３６から各モータＭ１ 、Ｍ２ 、Ｍ３ へ出力する制御信号に反映させる。
【００５１】
即ち、第１〜第３の各ロールに対するトータルの電流は、前述した如く、速度制御の点から電流指令ＩＲＥＦ と決定される。そして、ロール間のロードをバランスさせるために、ＩＲＥＦ を第１〜第３の各ロールを駆動する各モータに、前記（１３）式の比から、以下の（１９）〜（２１）式で設定する。
【００５２】
上述したロードバランス制御によれば、前記負荷分担演算器３６において前記ロードバランス比を算出し、該比を反映させた指令に基づき各ロールを駆動するモータＭ１、Ｍ２ 、Ｍ３ の界磁電流を制御するようにしたので、ブライドルロールＡが有する各ロール１０、１２、１４における摩擦余裕をバランスさせることが可能となり、適切なロードバランスの制御が可能となる。
【００５４】
本実施形態は、以上詳述したロードバランス制御を行うと共に、以下のような張力制御を行う。
【００５５】
即ち、前述した如く、前記ライン制御装置２２により、操業中に前記図１に示したブライドルロールＡが有する第１、第２、第３の各ロール１０、１２、１４の周速度を、パルスジェネレータＰＬＧ１ 、ＰＬＧ２ 、ＰＬＧ３ からのパルス信号に基づいて測定すると共に、測定された各ロールの周速度と、同様にパルスジェネレータＰＬＧ４ からの信号に基づいて測定されたストリップＳの搬送速度の差により、該ストリップＳと上記各ロール１０、１２、１４との間でスリップが発生したことを検出する。
【００５６】
上記３つのロール１０、１２、１４の中の１つでも、スリップの発生が検出された場合、前記ライン制御装置２２では、その検出タイミングで実測された入側張力Ｔ１ 、出側張力Ｔ２ を入力し、前記（６）式と同形の次式（２３）により、その時点での摩擦係数μを推定する。
【００５７】
ｅｘｐ｛μ（θ１ ＋θ２ ＋θ３ ）｝＝Ｔ２ ／Ｔ１ …（２３）
【００５８】
この（２３）式と（６）式の関係について説明すると、この両式は同義ではあるが、（６）式は、前記（７）式〜（８）式に基づいて制御するバランス制御を行う場合に成立している式であるのに対し、（２３）式は、この式（６）が成立しているとして制御している場合にスリップが発生することは、実際の摩擦係数μが、（６）式で求まる限界摩擦係数μ´より小さくなったと推定できるため、この実際のμをその時点のＴ２ 、Ｔ１ から推定する式である。
【００５９】
上記摩擦係数μの推定演算は、スリップの発生が検出される毎に実行され、各推定値は上記張力設定値演算装置２４に入力され、順次新しい推定値に更新する学習が行われる。
【００６０】
上記演算装置２４で学習が行われる毎に、摩擦係数の学習値μＬ を、前記（１）式のμに代入することにより、この式の関係を満足されるブライドルロールＡの入側、出側の各張力設定値Ｔ１ 、Ｔ２ を決定し、それを前記ライン制御装置２２に出力することにより、該装置２２が前記モータドライブ制御装置２６に対して、上記各張力設定値になるように、各モータＭ１ 、Ｍ２ 、Ｍ３ のトルクを制御するように指示する。
【００６１】
上述したように、本実施形態においては、ブライドルロールＡが有する各ロールの摩擦余裕をバランスさせるロードバランス制御を行うことにより、スリップを検出した場合のブライドルロールＡの入側、出側の張力比から該ブライドルロールＡと材料の正確な摩擦係数を推定することが可能となった。
【００６２】
即ち、前記図３のブライドルロールＡでは、入側、出側の各張力Ｔ１ 、Ｔ２ のみが観測可能であり、前記バランス制御を実施していない場合、このＴ１ 、Ｔ２ のみを観測してもロールと板の摩擦係数を推定することはできない。なぜならば、第１、第２、第３の各ロール１０、１２、１４の負荷分担について前記バランス制御が行われていない場合には、ロール間張力Ｔ１２、Ｔ２３も観測されないと、各ロールとストリップＳとの摩擦係数が推定できないからである。（これは、各ロールの摩擦余裕が一定でない（バランスしていない）ため、ある特定のロールのみスリップし、その他のロールはスリップしないからである。）
【００６３】
ところが、本実施形態のようにバランス制御を適用することにより、各ロールの摩擦余裕は一定（バランス）しているため、スリップが発生する場合は、第１、第２、第３の３本のロールに同時にスリップを発生する。従って、入側、出側の両張力Ｔ１ 、Ｔ２ のみ観測すれば、ロールと板の摩擦係数を正確に推定することができる。
【００６４】
更に、本実施形態においては、推定した摩擦係数を学習し、その学習値を用いてブライドルロールの前後張力を設定することにより、ブライドルロールにおけるスリップを防止することが可能となった。
【００６５】
図５に、本実施形態による具体的な制御結果を示す。この図５（Ａ）より、制御開始当初は摩擦係数の学習値が変動しているが、学習が進むに連れて真の摩擦係数値に近付き、安定することが分かる。又、同図（Ｂ）より、この学習が進むに従って、スリップの発生回数も減少していき、スリップを防止できるようになっていることが分かる。
【００６６】
以上詳述した如く、本実施形態によれば、前記ブライドルロールのロードバランス制御を行うことにより、ロールと材料の間の摩擦係数を正確に推定できるようになった。又、推定した摩擦係数を学習し、その学習値を用いてブライドルロールの前後の張力を設定することにより、ブライドルロールのスリップを防止することができるようになった。
【００６７】
以上、本発明について具体的に説明したが、本発明は、前記実施形態に示したものに限られるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【００６８】
例えば、ブライドルロールが３つのロールからなる場合を示したが、これに限定されない。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、摩擦係数を正確に推定できるようになることにより、ブライドルロールとストリップとの間で生じるスリップを確実に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態に適用されるストリップ搬送ラインの要部概略を示す説明図
【図２】ブライドルロールの制御システムの概略構成を示すブロック図
【図３】ブライドルロールと張力との関係を示す説明図
【図４】ロードバランス制御装置の概略構成を示すブロック図
【図５】発明の効果を示す線図
【符号の説明】
Ａ…ブライドルロール
Ｓ…ストリップ
１０…第１ロール
１２…第２ロール
１４…第３ロール
１６…速度測定ロール
１８…入側張力計
２０…出側張力計
２２…ライン制御装置
２４…張力設定演算装置
２６…モータドライブ制御装置
３０…第１自動電流調節器
３２…第２自動電流調節器
３４…第３自動電流調節器
３６…負荷分担演算器
３８、４４…減算器
４０、４６…比例積分制御器
４２、４８…加算器
Claims (2)
- 複数のロールを有するブライドルロールにおけるストリップの張力を制御するブライドルロールの張力制御方法において、
前記ブライドルロールの入側と出側それぞれのストリップ張力値に基づいて、該ブライドルロール全体と前記ストリップとの間でスリップが発生する限界となる限界摩擦係数を演算し、
該限界摩擦係数から前記ブライドルロールを構成する各ロールに対するロードバランス比を決定し、該ロードバランス比に基づいて前記各ロールに対する負荷を制御するロードバランス制御を行うと共に、
操業中に測定した前記各ロールの周速度からスリップの発生が検出された場合、前記ブライドルロールの入側と出側それぞれのストリップ張力値に基づいて、スリップ発生時の摩擦係数を推定し、
該推定値を用いて、ブライドルロールの入側と出側それぞれに設定する張力値を決定し、修正することを特徴とするブライドルロールの張力制御方法。 - 請求項１において、
スリップ発生時に推定した前記摩擦係数を順次学習し、摩擦係数学習値を用いて前記設定する張力値を決定することを特徴とするブライドルロールの張力制御方法。
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