JP3683303B2 - 圧延スタンドにおける圧延物の厚み調節方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、圧延スタンドにおいて圧延物の厚みの調節に対するロールの偏心性の影響を抑制するための方法であって、厚み調節にロール偏心により生じる信号変動に感じないデッドゾーンが設けられており、そのゾーン幅が信号変動の大きさに関係して変えられる方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧延スタンドにおいて圧延物の厚みを調節する際には、関係する調節量としての圧延物の厚みがその発生の場所、すなわち圧延間隙において容易に調節技術的に評価可能に測定され得ず、従ってたとえばロールの偏心性のような擾乱を直接的に調節するのに利用され得ないという問題が生ずる。しかし、いわゆるゲージメータ方式によれば圧延間隙からの圧延物の走出厚みｈ_a はロールの圧下位置ｓ、圧延力Ｆ_W および圧延スタンドのばね定数ｃ_G から計算により
ｈ_a ＋ΔＲ＝ｓ＋Ｆ_W ／ｃ_G （１）
として決定することができる。いわゆるＡＧＣ（自動板厚制御）法ではこの関係式から出発して圧延負荷検出器により圧延力が検出され、圧延物の厚みの調節のために利用される。圧延間隙がたとえば圧延物の走入厚みの増大に基づいて大きくなると、このことは圧延力の上昇に通ずる。この上昇が検出され、その際に調節によりロールの圧下位置ｓが減ぜられ、従って圧延力Ｆ_W がさらに高められ、圧延物の厚みが再びその目標値に戻るように調節される。しかし式（１）が示すように、圧延物の厚みｈ_a は単独にではなく、圧延プロセスにおいて圧延力Ｆ_W の周期的な増大および減少を惹起するロール偏心度ΔＲと共同してのみ利用される。しかし、偏心性により惹起される圧延力Ｆ_W の増大および減少はＡＧＣシステムにより誤って圧延間隙の増大または減少として解釈され、それによって自動的に圧下位置ｓを介して圧延力Ｆ_W が増大または減少され、従ってまた偏心性がそっくり圧延物中へ圧延される。
【０００３】
圧延物の厚みの調節に対するロールの偏心のこの不利な影響を防止するため、ドイツ特許第 2643686号明細書から、調節にロールの偏心により生じる信号変動に感じないデッドゾーンを設けることは公知である。その際デッドゾーンの幅は信号変動の振幅に関係して変えられ、こうして偏心性の大きさに適合される。
【０００４】
ドイツ特許出願第P4231615.4号には、ゾーンの幅の変更を信号変動の連続的な統計的評価に関係して行い、その際に好ましくはその標準偏差が決定されることが提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
すべての信号変動が偏心性として解釈されるので、圧延物の真の厚み変動はデッドゾーン幅の増大、従って厚み誤差のより遅い調節に通ずる。従って本発明の課題は生ずる偏心に関係してデッドゾーン幅の適合を最適化することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するため、本発明によれば、冒頭に記載した種類の方法において、ゾーン幅の変更のために利用される信号変動が、ロール偏心度の基本振動周波数に一致する中央周波数を有する帯域通過フィルタによりフィルタされる。デッドゾーン幅の周波数選択性の制御により、偏心度周波数を有する信号変動のみがデッドゾーンの幅を増大し得ることが保証される。この周波数の信号成分が存在しないならば、デッドゾーンは不能動にとどまり、それによって特に残留する厚み誤差が回避され得る。
【０００７】
偏心度の周波数スペクトルは主として圧延スタンドの偏心を有するロールの基本周波数を含んでおり、その際にそれは通常は支持ロールである。しかし、しばしば減ぜられた振幅でのみ現れるより高調波振動も存在している。圧延物の厚みの調節に対するロールの偏心度の高次振動の影響も抑制されるべきであれば、本発明の範囲内で、信号変動が、ロール偏心度の第１のまたは別の高次振動周波数に一致する中央周波数を有する少なくとも１つの別の帯域通過フィルタによりフィルタされ、帯域通過フィルタの和信号がデッドゾーン幅の変更のために利用される。
【０００８】
基本振動周波数および高次振動周波数は偏心を有するロールの回転数から求められる。その際にたとえば駆動されるワークロールにおける回転数が測定され、他方において偏心度が支持ロールにより生じるならば、ワークロールの測定された回転数はワークロールの直径と支持ロールの直径との比を介して偏心度を有する支持ロールの回転数に換算される。
【０００９】
デッドゾーン幅の変更は好ましくは帯域通過フィルタされた信号変動の継続する統計的評価に関係して行われる。こうして圧延物の厚みの調節に対するロールの偏心度の影響、従ってまた相応する信号変動が一般に容易に予測可能でない量であるという事情が考慮に入れられ、その検出および評価が調節に対して有利な仕方で統計的信号評価により行われる。
【００１０】
その際に統計的評価は好ましくは帯域通過フィルタされた信号変動の標準偏差の決定であり、それによって偏心度に関係する信号変動の現在の大きさを最適に表す量がデッドゾーンの設定のために求められる。その際に標準偏差に対して継続して求められた値は約１ないし４、好ましくは１．５の予め定められた係数により重み付けされる。
【００１１】
ヨーロッパ特許第 0170016号明細書から、圧延物の厚みの調節に対するロールの偏心度の影響を抑制するための方法であって、ロールの偏心度の基本振動および場合によっては選ばれた高次振動が負帰還された発振器の出力信号または複数の負帰還された発振器の和出力信号によりシミュレートされ、また出力信号または和出力信号が厚み調節に重畳される方法は公知である。このような偏心度補償法が偏心度に関係するデッドゾーン制御と結び付けて用いられると、本発明の範囲内で、デッドゾーン幅の変更のために利用される帯域通過フィルタの和信号が、少なくとも１つの発振器から発生される出力または和出力信号とは別の少なくとも１つの高次振動を含んでいる。負帰還された発振器による偏心度補償により、調節のなかに残留する偏心度により惹起される信号変動は、少なくとも１つの発振器によりシミュレートされない高次振動のみを含んでいる。デッドゾーン幅の制御のために利用される残留する高次振動はデッドゾーン幅の減少に通ずるが、これが完全に零に減ぜられることはない。これにより厚み調節のより良好なドライブが特に小信号挙動で、偏心度により影響されていないこのような信号成分により達成される。
【００１２】
圧延物の厚みの調節に対するロールの偏心の影響を抑制するため、さらに、基本振動の中心周波数および場合によっては高次振動の中心周波数により帯域通過フィルタされた信号変動が厚み調節に重畳され得る。その際にデッドゾーン幅の変更のために利用される帯域通過フィルタの和信号は、厚み制御に重畳される帯域通過フィルタされた信号変動とは別の高次振動を含んでいる。後者は、さもなければロールの偏心度の基本振動およびすべての高次振動の理想的な補償の前提のもとにデッドゾーン幅が完全に零に減ぜられ、またこうして存在するより高次の高次振動が厚み調節を望ましくなく行わせ得るであうから、必要である。
【００１３】
【実施例】
以下、図面を参照して本発明を説明する。
【００１４】
図１は上側および下側支持ロール２、３と、２つのワークロール４および５と、ロールの圧下位置ｓを設定するため制御弁６を介して操作可能な油圧式圧下装置７と、圧延スタンド１の弾性をシンボル化するばねｃ_G とを有する圧延スタンド１の位置調節の一例を示す。圧延間隙のなかで等価な材料ばねｃ_M が対応付けられ得る圧延物８は両ワークロール４および５により走入厚みｈ_e から走出厚みｈ_a へ圧延される。ロールの偏心度はロール半径の有効な変更ΔＲにより記述され得る。圧下位置ｓは圧下装置７において位置検出器９により測定され、実際値として加算要素１０においてロール圧下位置の目標値ｓ^* と比較され、比較結果は位置調節器１１およびその後段に接続されている操作駆動部１２を介して操作弁６の操作のため、従ってまた圧下位置ｓの設定のため利用される。圧延力Ｆ_W は圧延スタンド１において圧力検出器１３により測定される。後でまた説明されるように、偏心を有するロールの回転数を測定することはロールの偏心度ΔＲの補償のために必要である。圧延スタンド１の上側および下側ロールが等しい早さで回転するという簡単化した仮定のもとに、ただ１つの駆動されるロール、たとえばワークロール５の回転数を回転数計１４により検出すれば十分である。その際に、たいていの場合のように、支持ロール２および３が偏心を有するロールであれば、ユニット１５のなかでワークロール５の測定された回転数がワークロール５の直径と支持ロール３の直径との比を介して下側の支持ロール３の回転数ｎに換算される。
【００１５】
図２はＡＧＣ（自動板厚制御）法による圧延物の厚みのディジタル直接調節の一例を示す。１６は、図１に示されている位置調節および圧延スタンドに形成された調節対象であり、その入力側にディジタル‐アナログ変換器を介してロール圧下の目標値ｓ^* が供給される。調節対象１６は出力信号として、ロールの偏心度ΔＲにより影響される圧延力Ｆ_W を供給し、この圧延力は測定され、アナログ‐ディジタル変換器を介してディジタル値に変換される。圧延力Ｆ_W に対する前記の式（１）から出発して、厚み調節の際に、測定された圧延力Ｆ_W は乗算要素１７において計算されたスタンドばね定数の逆数値１／ｃ_G ´を乗算され、続いて加算要素１８においてロール圧下の目標値ｓ^* を加算されて、圧延物８の走出厚みの計算された実際値ｈ_a とロールの偏心度ΔＲとの和信号として出力される。こうして得られた和信号ｈ_a ＋ΔＲは後続の加算要素１９において圧延物厚みの目標値ｈ_a ^* と比較される。すなわち加算要素１９の出力端における差信号は圧延物厚みの目標値ｈ_a ^* と実際値ｈ_a との間の差Δｈ_a だけでなく、偏心度ΔＲにより生じる信号変動をも含んでいる。この偏心により生じる信号変動ΔＲを厚み調節のなかで抑制するため、加算要素１９の出力端における差信号は可変のデッドゾーンｘを有する伝達要素２０に供給され、この伝達要素はデッドゾーンｘの外側に位置する信号振幅のみを伝達する。後で一層詳細に説明するように、デッドゾーンｘの幅は、それがロールの偏心度ΔＲにより生じる信号変動を抑制するように設定される。偏心により生じる信号変動ΔＲを除かれた伝達要素２０の出力信号は増幅要素２１およびディジタル積分器２２から成るロール間隙調節器に供給される。ロール間隙調節器２１、２２の後に補正増幅要素２３が接続されており、この補正増幅要素は、ｈ_a ／ｓ＝ｃ_G ／（ｃ_M ＋ｃ_G ）を有する調節ループのループ利得の影響を補償するため、ロール間隙調節器２１、２２の出力信号に係数１＋ｃ_M ´/c_G ´を乗算し、出力側に調節対象１６に対するロール圧下位置の目標値ｓ^* を与える。
【００１６】
伝達要素２０により発生されるデッドゾーンｘの幅をロール偏心度ΔＲのそのつどの振幅に適合させ得るように、加算要素１９の出力端における差信号Δｈ_a ＋ΔＲは帯域通過フィルタ装置２４を介して、帯域通過フィルタされた信号変動の統計的評価のための装置２５に供給される。帯域通過フィルタ装置２４は、中心周波数を偏心度を有するロールの測定された回転数ｎに関係してω＝２πｎを有するロール偏心度ΔＲの基本振動の周波数ωに設定されている第１の帯域通過フィルタ２６を含んでいる。さらに帯域通過フィルタ装置２４は、２ωを有する中心周波数をロールの偏心度ΔＲの第１の高次振動の周波数に設定されている別の帯域通過フィルタ２７をも含んでいる。加算要素２８において両帯域通過フィルタ２６および２７の出力信号は、それらが帯域通過フィルタされた信号変動の統計的評価のための装置２５に到達する以前に加算される。装置２５において、帯域通過フィルタされた信号変動の標準偏差が求められ、それがデッドゾーン幅ｘの設定のための伝達要素２０の制御入力端２９に供給される以前に、予め定められた係数、たとえば１．５を乗算される。デッドゾーン幅ｘの設定のために利用される信号変動の、偏心を有するロールの回転数ｎにより制御される帯域通過フィルタリングにより、加算要素１９の出力端における差信号のすべての変動が偏心として解釈されて、真の厚み変動の際にデッドゾーン幅ｘの増大、従ってまた厚み誤差のより遅い調節に通ずることが防止される。
【００１７】
図２に示されている厚み調節の実施例では、さらに反結合された発振器３０の形の擾乱オブザーバーが設けられている。この擾乱オブザーバーはその出力端３１において立ち上がり振動状態でロール偏心度ΔＲの基本振動がシミュレートされ、シミュレートされた擾乱ΔＲ´はスイッチ３２および加算要素３３を介して調節対象１６の入力端におけるロール圧下位置の目標値ｓ^* に重畳される。その際に発振器３０の周波数ωはω＝２πｎを有する測定されたロール回転数ｎに関係して設定される。加算要素３４において、シミュレートされたロール偏心度を重畳されたロール圧下の目標値ｓ^* ＋ΔＲ´と、乗算要素３５においてスタンドおよび材料ばねの全剛性の計算された逆数値１／ｃ_O ′＝１／ｃ_M ´＋１／ｃ_G ´を乗算された測定された圧延力Ｆ_W とが和信号ｕとして加算される。この和信号ｕおよび発振器３０の出力信号ΔＲ´は別の加算点３６において互いに比較され、その際に補正信号ｅ＝ｕ−ΔＲ´が形成され、この信号を介して発振器３０が振幅および位相を、シミュレートされた擾乱ΔＲ´および和信号ｕが合致し、こうして誤差ｅが零になるまで，制御される。加算要素３４に、擾乱シミュレーションΔＲ´を重畳された目標値ｓ^* の代わりに、ロール圧下の実際値ｓも供給され得るが、図２に示されている例では目標値ｓ^* の使用に基づいて調節対象１６における位置調節の動特性の影響がロールの偏心度ΔＲの補償に影響せず、従ってその基本振動成分が漸近的に完全に圧延力Ｆ_W へのその作用を消去される。厚み調節におけるロールの偏心度ΔＲの基本振動成分がもはや存在しないので、伝達要素２０のデッドゾーン幅ｘの制御は本質的にロールの偏心度ΔＲの帯域通過フィルタ２７によりフィルタ除去された第１の高次振動に関係してのみ行われる。この振動成分は一般に補償された基本振動成分よりも小さいので、デッドゾーン幅ｘは発振器３０を有する擾乱オブザーバーのスイッチオンの際に減ぜられ、このことは特に偏心により生じていないこのような信号成分による小信号挙動で厚み調節の一層良好なドライブに通ずる。
【００１８】
図３に示されている厚み調節は、発振器３０を有する擾乱オブザーバーが使用されておらず、その代わりに、ロールの偏心度ΔＲの基本振動周波数に一致する中心周波数を有する帯域通過フィルタ２６の出力信号が増幅要素３７およびスイッチ３２を介して加算要素３３においてロール圧下位置の目標値ｓ^* に重畳される点で、図２による実施例と相違している。すなわち基本振動成分のみが補償のために重畳され、第１の高次振動は重畳されない。なぜならば、さもなければ、基本振動成分および高次振動成分の理想的な補償を前提としてデッドゾーン幅ｘが完全に零に減ぜられ、こうしてより高次の高次振動が厚み調節を望ましくなく励起し得るからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一方法を実施するための装置の接続図である。
【図２】本発明の別の方法を実施するための装置の接続図である。
【図３】本発明のさらに別の方法を実施するための装置の接続図である。
【符号の説明】
１ 圧延スタンド
２、３ 支持ロール
４、５ ワークロール
６ 制御弁
７ 圧下装置
８ 圧延物
９ 位置検出器
１０ 加算要素
１１ 位置調節器
１２ 操作駆動部
１３ 圧力検出器
１４ 回転数計
１５ ユニット
１６ 調節対象
１７ 乗算要素
１８ 加算要素
１９ 加算要素
２０ 伝達要素
２１ 増幅要素
２２ ディジタル積分器
２３ 補正増幅要素
２４ 帯域通過フィルタ装置
２６、２７ 帯域通過フィルタ
２８ 加算要素
２９ 制御入力端
３０ 発振器
３１ 出力端
３２ スイッチ
３３ 加算要素
３４ 加算要素
３５ 乗算要素
３６ 加算要素

Claims (7)

1. 圧延スタンド（１）における圧延物の厚み（ｈ_a ）の調節に対するロールの偏心度（ΔＲ）の影響を抑制するための方法であって、厚み調節においてロールの偏心度（ΔＲ）に起因する信号変動に感じないデッドゾーン（ｘ）が設けられており、そのゾーン幅が信号変動の大きさに関係して変えられる方法において、ゾーン幅（ｘ）の変更のために利用される信号変動が、ロールの偏心度（ΔＲ）の基本振動周波数（ω）に一致する中央周波数を有する帯域通過フィルタ（２６）によりフィルタされることを特徴とする圧延スタンドにおける圧延物の厚み調節方法。
2. 信号変動が、ロールの偏心度（ΔＲ）の第１のまたは別の高次振動周波数（２ω）に一致する中央周波数を有する少なくとも１つの別の帯域通過フィルタ（２７）によりフィルタされ、また帯域通過フィルタ（２６、２７）の和信号がデッドゾーン幅（ｘ）の変更のために利用されることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 基本振動周波数（ω）または高次振動周波数（２ω）が偏心を有するロール（たとえば３）の測定された回転数（ｎ）から求められることを特徴とする請求項１または２記載の方法。
4. ゾーン幅（ｘ）の変更が、帯域通過フィルタされた信号変動の連続的な統計的評価に関係して行われることを特徴とする請求項１ないし３の１つに記載の方法。
5. 統計的評価が帯域通過フィルタされた信号変動の標準偏差（σ）の決定により行われることを特徴とする請求項４記載の方法。
6. 圧延物の厚み（ｈ_a ）の調節へのロールの偏心度（ΔＲ）の影響を抑制するため、さらに、ロールの偏心度（ΔＲ）の基本振動および場合によっては選択された高次振動が負帰還された発振器（３０）の出力信号または複数の負帰還された発振器の和出力信号によりシミュレートされ、この出力信号が厚み調節に重畳され、またデッドゾーン幅（ｘ）の変更のために利用される帯域通過フィルタ（２６、２７）の和信号が、少なくとも１つの発振器（３０）から発生される出力または和出力信号（ΔＲ´）とは別の少なくとも１つの高次振動を含んでいることを特徴とする請求項２ないし５の１つに記載の方法。
7. 圧延物の厚み（ｈ_a ）の調節に対するロールの偏心度（ΔＲ）の影響を抑制するため、さらに、基本振動（ω）の中心周波数および場合によっては高次振動の中心周波数により帯域通過フィルタされた信号変動が厚み調節に重畳され、その際にデッドゾーン幅（ｘ）の変更のために利用される帯域通過フィルタ（２６、２７）の和信号が、厚み調節に重畳される帯域通過フィルタされた信号変動とは別の少なくとも１つの高次振動を含んでいることを特徴とする請求項２ないし５の１つに記載の方法。

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