JP4208523B2 - ルーパ電動機制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、連続圧延機のスタンド間に配設され鋼板等の圧延材の張力を調節するルーパのルーパ角度を可変するルーパ電動機に対して速度制御を行うルーパ電動機制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６は圧延システムの一部の構成を示す説明図である。この図において、圧延材１は圧延スタンド２Ａ，２Ｂを通過するようになっている。これら圧延スタンド２Ａ，２Ｂは、一対のワークロール３及びバックアップロール４により構成されている。圧延スタンド２Ａ，２Ｂの中間部分には、ロール５ａ及びアーム５ｂにより形成されるルーパ５が配設されており、圧延材１はこのルーパ５により与えられる「たわみ」により張力を可変されるようになっている。
【０００３】
ルーパ５のアーム５ｂはルーパ電動機６により回転されるようになっており、このときアーム５ｂが水平面となす角度θをルーパ角度と呼ぶ。このルーパ角度θを可変することにより圧延材１の張力が変化することになる。速度センサ７は、ルーパ電動機６の速度を検出し、その検出信号をルーパ電動機制御装置８に出力するようになっている。そして、ルーパ電動機制御装置８は速度センサ７からの速度検出信号に基づきルーパ電動機６に対する制御を行うようになっている。
【０００４】
ルーパ電動機制御装置８は、外部のコントローラ９からの指令によりルーパ電動機６に対する制御を行うと共に、その制御内容についてのデータをコントローラ９に出力するようになっている。コントローラ９は、このデータを参照しつつ圧延スタンド２Ａ，２Ｂに対する制御を行うようになっている。
【０００５】
図７及び図８は従来のルーパ電動機制御装置の構成を示すブロック図であり、図７はルーパ電動機制御装置８が速度制御を行う場合、図８はルーパ電動機制御装置８が電流制御を行う場合を示している。なお、ルーパ電動機６に対する制御を速度制御又は電流制御のいずれにするかは、圧延材１の材料、形状、寸法、あるいはその他の条件等により決まるようになっている。
【０００６】
図７において、ルーパ電動機制御装置８は、減算器１０、速度検出系回路１１、速度制御回路１２、及び電流制御回路１３を備えている。電流制御回路１３の出力信号は電動機・機械系回路１４に送られ、電動機・機械系回路１４の出力信号は積分器１５に送られると共に速度検出系回路１１にも送られるようになっている。そして、積分器１５は出力信号であるルーパ角度θをコントローラ９に送るようになっている。なお、各回路のブロック内に記載されている文字又は式はその回路の伝達関数を表しており、各文字は下記の事項を示している。
【０００７】
Ｓ：ラプラス演算子
ＫＰ：比例ゲイン
Ｔｉ：積分時定数
Ｊ：モーメント
Ｔｃ：電流制御系時定数
Ｋｉ：電流変換係数
ＫΦ：磁束
Ｋｓ１：速度フィードバックゲイン
次に、図７の作用につき説明する。減算器１０は、コントローラ９からの電動機速度基準信号ωｒをプラス入力端子に入力すると共に、速度検出系回路１１からの電動機速度フィードバック信号ωｆをマイナス入力端子に入力し、これらの信号の偏差を速度制御回路１２に出力する。速度制御回路１２は、この偏差がゼロとなるように電流基準信号を電流制御回路１３に出力し、電流制御回路１３はこの電流基準信号の入力に基づきトルク基準信号を電動機・機械系回路１４に出力する。電動機・機械系回路１４は、このトルク基準信号の入力に基づきルーパ５を駆動制御する。電動機・機械系回路１４からの駆動制御信号は積分器１５に送られ、積分器１５はこの信号を積分することによりルーパ角度θをコントローラ９に出力する。コントローラ９は、このルーパ角度θをルーパ電動機制御以外の他の制御に用いるようにする。そして、電動機・機械系回路１４からの駆動制御信号は速度検出系回路１１にも送られ、速度検出系回路１１は前記の電動機速度フィードバック信号ωｆを減算器１０のマイナス入力端子に出力する。
【０００８】
また、図８において、ルーパ電動機制御装置８は、減算器１６、電流制御回路１３、及び電流検出系回路１７を備えており、電流制御回路１３はＰＩ制御回路１８及びトルク係数演算回路１９を有している。電流制御回路１３を構成するトルク係数演算回路１９の出力信号は電動機・機械系回路１４に送られると共に電流検出系回路１７にも送られるようになっている。そして、電動機・機械系回路１４の出力信号は積分器１５に送られ、積分器１５は出力信号であるルーパ角度θをコントローラ９に送るようになっている。なお、各回路のブロック内に記載されている文字又は式はその回路の伝達関数を表しており、各文字は下記の事項を示している。
【０００９】
Ｓ：ラプラス演算子
ＫＰａ：比例ゲイン
Ｔｉａ：積分時定数
Ｊ：モーメント
Ｌ，Ｒ：電動機定数
Ｋｃｇ：変換器ゲイン
ＫΦ：磁束
Ｋｓ２：電流フィードバックゲイン
次に、図８の作用につき説明する。減算器１６は、コントローラ９からの電動機電流基準信号Ｉｒｅｆｅｘをプラス入力端子に入力すると共に、電流検出系回路１７からの電動機電流フィードバック信号Ｉｆをマイナス入力端子に入力し、これらの信号の偏差をＰＩ制御回路１８に出力する。ＰＩ制御回路１８は、この偏差がゼロとなるようにＰＩ制御信号をトルク係数演算回路１９に出力し、電動機・機械系回路１４は、このＰＩ制御信号の入力に基づきトルク基準信号を電動機・機械系回路１４に出力する。電動機・機械系回路１４は、このトルク基準信号の入力に基づきルーパ５を駆動制御する。電動機・機械系回路１４からの駆動制御信号は積分器１５に送られ、積分器１５はこの信号を積分することによりルーパ角度θをコントローラ９に出力する。コントローラ９は、このルーパ角度θをルーパ電動機制御以外の他の制御に用いるようにする。そして、電動機・機械系回路１４からの駆動制御信号は電流検出系回路１７にも送られ、電流検出系回路１７は前記の電動機電流フィードバック信号Ｉｆを減算器１６のマイナス入力端子に出力する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなルーパ電動機制御装置８のルーパ電動機６に対する速度制御又は電流制御によりルーパ角度θが可変され、圧延材１の張力制御が行われる。ところで、図９は、ルーパ５におけるルーパ角度θとモーメント比との間の対応関係を示す特性図であり（但し、実際にはルーパ角度θがゼロになることはあり得ない）、この特性図からも明らかなように、ルーパ角度θが可変されることによりアーム５ｂに加わるモーメントは変化する。したがって、このルーパ角度θを正確且つ迅速に可変するためのルーパ電動機６の発生トルクはθの値によって変化するので、図７及び図８に示した各伝達関数における定数もルーパ角度θの変化を取り込んだ値とすることが、ルーパ電動機６の制御の安定性の面からは好ましい。しかし、従来は上記したように、ルーパ角度θの変化を取り入れたルーパ電動機６の制御は全く行われておらず、ルーパ電動機６の制御について安定性を一定レベル以上向上させることはできなかった（例えば、特開平９−１９２７１６号公報では、ルーパ角度がフィードバックされているが、これは圧延材張力の制御に圧延主電動機とルーパ電動機とを協調して動作させるためのもので、ルーパにおけるルーパ角度とモーメント比との対応関係については認識されていない）。
【００１１】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、ルーパ角度θの変化を取り入れることにより、ルーパ電動機の制御について安定性を向上させることが可能なルーパ電動機制御装置を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための手段として、請求項１記載の発明は、圧延材の張力制御のためにルーパ角度を可変するルーパ電動機の速度制御を、電動機速度基準信号と電動機速度フィードバック信号との偏差に基づき行うルーパ電動機制御装置において、前記ルーパ角度の演算値の入力に基づき、前記速度制御を行う際のゲイン定数を補正するゲイン定数補正回路を備えた、ことを特徴とする。
【００１３】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記電動機速度フィードバック信号の入力、及び前記ルーパ角度の余弦値の入力に基づき、前記ルーパ電動機の加減速トルクを演算する加減速トルク演算回路を備えた、ことを特徴とする。
【００１４】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記圧延材の張力制御に寄与しないルーパ電動機の電力損失分を前記ルーパ角度の余弦値の入力に基づき補正する電力損失分補正回路を備えた、ことを特徴とする。
【００１５】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、前記電力損失分補正回路により補正された電力損失分を入力すると共に、ルーパ電動機の電動機電流フィードバック信号を検出し、この電力損失分と電動機電流フィードバック信号との間の誤差演算に基づき、ルーパ又は速度センサの取り付けに異常が有るか否かを判別する取付異常判別回路を備えた、ことを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施形態を図１乃至図５に基づき説明する。但し、図７及び図８と同様の構成要素には同一符号を付して重複した説明を省略する。
【００１８】
図１は、本発明の第１の実施形態に係るルーパ電動機制御装置８Ａの構成を示すブロック図である。この図のルーパ電動機制御装置８Ａが図７におけるルーパ電動機制御装置８と異なる点は、積分器１５からのルーパ角度θの入力に基づき基準比例ゲインＫｐ（固定値）を補正して補正後比例ゲインＫｐｘを出力するゲイン定数補正回路２０が付加されており、更に、速度制御回路１２がこの補正された補正後比例ゲインＫｐｘを用いて電流基準信号を演算出力するようになっている点である。
【００１９】
そして、ゲイン定数補正回路２０は、ルーパ角度θの入力に基づきその余弦値ＣＯＳθを出力する余弦関数器２１と、固定値である基準比例ゲインＫｐを出力する定数設定器２２と、Ｋｐ及びＣＯＳθの乗算値を演算する乗算器２３と、乗算器２３の演算結果にリミットを設けるリミット回路２４とを有している。このリミット回路２４は、ルーパ角度θが９０°に達したときにＣＯＳθの値がゼロとなり、乗算器２３の乗算値がゼロになろうとするのを防止するためのものである。
【００２０】
次に、図１の作用につき説明する。余弦関数器２１は、積分器１５が出力するルーパ角度θを入力し、その余弦値ＣＯＳθを乗算器２３に出力する。乗算器２３は、定数設定器２２からの比例ゲインＫｐとこの余弦値ＣＯＳθとの乗算値をリミット回路２４に出力し、リミット回路２４はこの入力に基づき補正後比例ゲインＫｐｘを速度制御回路１２に出力する。そして、速度制御回路１２はこの補正された補正後比例ゲインＫｐｘを用いて演算した電流基準信号を電流制御回路１３に出力する。
【００２１】
このように、この実施形態におけるルーパ電動機制御装置８Ａでは、ゲイン定数補正回路２０がルーパ角度θの変化に応じて比例ゲインＫｐを補正し、その補正後比例ゲインＫｐｘを速度制御回路１２に出力しているので、速度制御回路１２の出力はルーパ角度θの変化を取り込んだ適切な出力となり、電流制御回路１３及び電動機・機械系回路１４の出力も適切なものとなる。したがって、従来よりもルーパ電動機６の制御について安定性を向上させることが可能になる。
【００２２】
図２は、本発明の第２の実施形態に係るルーパ電動機制御装置８Ｂの構成を示すブロック図である。この図のルーパ電動機制御装置８Ｂが図１におけるルーパ電動機制御装置８Ａと異なる点は、余弦関数器２１からの余弦値ＣＯＳθと速度検出系回路１１からの電動機速度フィードバック信号ωｆの入力に基づき加減速トルクＴｑａｃｃを演算し、これをコントローラ９に出力する加減速トルク演算回路２５が付加されている点である。
【００２３】
そして、加減速トルク演算回路２５は、速度検出系回路１１からの電動機速度フィードバック信号ωｆの微分演算を行う微分器２６と、ルーパ電動機及び機械の慣性モーメントＧＤ２（ＧＤの２乗）を出力する慣性モーメント設定器２７と、微分器２６からの微分値と慣性モーメント設定器２７からの慣性モーメント値との乗算値を演算し、これをトルク信号Ｔとして出力する乗算器２８と、乗算器２８からのトルク信号ＴにゲインＧをかけて基準トルク信号Ｔｑｘを出力するゲイン回路２９と、ゲイン回路２９からの基準トルクＴｑｘと余弦関数器２１からの余弦値ＣＯＳθとの乗算値を演算し、これを加減速トルクＴｑａｃｃとしてコントローラ９に出力する乗算器３０とを有している。
【００２４】
次に、図２の作用につき説明する。ゲイン定数補正回路２０がルーパ角度θの変化に応じて比例ゲインＫｐを補正し、これを速度制御回路１２に出力することによりルーパ電動機６の安定な制御を行っている点は図１の構成と同様である。しかし、図２の構成ではこれと同時に、速度検出系回路１１からの電動機速度フィードバック信号ωｆに基づき微分器２６、慣性モーメント設定器２７、乗算器２８、及びゲイン回路２９により基準トルクＴｑｘを生成し、乗算器３０がこの基準トルクＴｑｘに余弦関数器２１からの余弦値ＣＯＳθを乗算することにより加減速トルクＴｑａｃｃを生成してコントローラ９に出力している。すなわち、コントローラ９はルーパ電動機制御装置８Ｂからルーパ角度θの変化を取り込んだ加減速トルクＴｑａｃｃを得ることができ、圧延スタンド２Ａ，２Ｂに対してより精度の高い制御を行うことが可能になる。
【００２５】
図３は、本発明の第３の実施形態に係るルーパ電動機制御装置８Ｃの構成を示すブロック図である。この図のルーパ電動機制御装置８Ｃが図１におけるルーパ電動機制御装置８Ａと異なる点は、余弦関数器２１からの余弦値ＣＯＳθに基づき電力損失分（メカロスデータともいう）を演算し、これをコントローラ９に出力する電力損失分補正回路３１が付加されている点である。ここで、電力損失分とはルーパ電動機６がルーパ５のアーム５ｂを支持するためにのみ費やされ張力制御に寄与しない電力分のことを指している。したがって、コントローラ９が圧延材１に対する張力制御を精度良く行うためには、この電力損失分を正確に求めることが必要である。
【００２６】
そして、電力損失分補正回路３１は、固定値であるメカロスデータＩｌｏｓｓを出力する電力損失分設定器３２と、電力損失分設定器３２からのメカロスデータＩｌｏｓｓに余弦関数器２１からの余弦値ＣＯＳθを乗算することによりメカロスデータＩｌｏｓｓｘを演算し、これをコントローラ９に出力する乗算器３３とを有している。
【００２７】
次に、図３の作用につき説明する。ゲイン定数補正回路２０がルーパ角度θの変化に応じて比例ゲインＫｐを補正し、これを速度制御回路１２に出力することによりルーパ電動機６の安定な制御を行っている点は図１の構成と同様である。しかし、図３の構成ではこれと同時に、乗算器３３が電力損失分設定器３２からのメカロスデータＩｌｏｓｓに余弦関数器２１からの余弦値ＣＯＳθを乗算することによりメカロスデータＩｌｏｓｓｘを演算し、これをコントローラ９に出力している。したがって、コントローラ９はルーパ電動機制御装置８Ｃからルーパ角度θの変化を取り込んだ正確なメカロスデータＩｌｏｓｓｘを得ることができ、精度の高い張力制御を行うことが可能になる。
【００２８】
図４は、本発明の第４の実施形態に係るルーパ電動機制御装置８Ｄの構成を示すブロック図である。この図のルーパ電動機制御装置８Ｄが図３におけるルーパ電動機制御装置８Ｃと異なる点は、乗算器３３からのメカロスデータＩｌｏｓｓｘと電流制御回路１３からのトルク基準との入力に基づき異常信号Ｅｒｒｘをコントローラ９に出力する取付異常判別回路３４が付加されている点である。
【００２９】
圧延ラインの現場では、所定個所に設置されているルーパ５を一旦ロール５ａとアーム５ｂとの各部材に分解し、その後にこれらの部材を組み立てて再度ルーパ５の設置を行う場合があるが、この場合に部材の取り付けを誤ることがある。例えば、アーム５ｂの当初の取り付け方向が水平方向であったが、再度の設置作業において誤って垂直方向に取り付けてしまうことがある。このような誤りに気が付かず、そのまま圧延ラインの運転を開始したのでは、不適切な張力制御によって圧延不良が発生することになる。この実施形態では、このようなアーム５ｂの取り付けミスが発生した場合には直ちに異常を知らせることが可能である。
【００３０】
取付異常判別回路３４は、電流制御回路１３の出力に基づき電動機電流フィードバック信号Ｉｆを検出する電流検出系回路３５と、この電流検出系回路３５が検出した電動機電流フィードバック信号Ｉｆと乗算器３３からのメカロスデータＩｌｏｓｓｘとを入力し両者の誤差を演算する誤差演算回路３６と、この誤差演算回路３６からの誤差とエラー判定値設定器３７からの判定値とを入力し、両者の比較に基づき異常信号Ｅｒｒを出力する比較器３８と、この比較器３８からの異常信号Ｅｒｒをコントローラ９からの計測開始信号に同期させ任意のタイミングで最終的な異常信号Ｅｒｒｘとしてコントローラ９に出力するＡＮＤ回路３９とを有している。
【００３１】
次に、図４の作用につき説明する。現場の作業員が当初は水平方向であったルーパ５のアーム５ｂを誤って垂直方向に取り付けてしまったとすると、余弦関数器２１が出力する余弦値ＣＯＳθは本来の正しい値とは大きく異なる値となる。したがって、乗算器３３から出力されるメカロスデータＩｌｏｓｓｘも本来の正しい値と大きく異なることになる。それ故、誤差演算回路３６が出力する誤差も大きなものとなり、比較器３８は異常信号Ｅｒｒを出力する。そして、コントローラ９が計測開始信号を出力した場合に、これと同期した異常信号Ｅｒｒｘがコントローラ９に出力され、コントローラ９は直ちに運転を停止させることになる。
【００３２】
図５は、本発明の参考例に係るルーパ電動機制御装置８Ｅの構成を示すブロック図である。この図のルーパ電動機制御装置８Ｅが図８におけるルーパ電動機制御装置８と異なる点は、積分器１５からのルーパ角度θの入力に基づきコントローラ９からの電動機電流基準Ｉrefex（固定値）を補正して補正後電流基準Ｉrefを出力する電動機電流基準補正回路４０が付加されており、この補正後電流基準Ｉrefが減算器１６のプラス入力端子に入力されるようになっている点である。
【００３３】
そして、電動機電流基準補正回路４０は、ルーパ角度θの入力に基づきその余弦値COSθを出力する余弦関数器４１と、コントローラ９からの電動機電流基準ＩrefexとCOSθとの乗算値を演算する乗算器４２と、乗算器４２の演算結果にリミットを設けるリミット回路４３とを有している。このリミット回路４３は、ルーパ角度θが９０°に達したときにCOSθの値がゼロとなり、乗算器４２の乗算値がゼロになろうとするのを防止するためのものである。
【００３４】
次に、図５の作用につき説明する。余弦関数器４１は、積分器１５が出力するルーパ角度θを入力し、その余弦値ＣＯＳθを乗算器４２に出力する。乗算器４２は、コントローラ９からの電動機電流基準Ｉｒｅｆｅｘとこの余弦値ＣＯＳθとの乗算値をリミット回路４３に出力し、リミット回路４３はこの入力に基づき補正後電流基準Ｉｒｅｆを減算器１６のプラス入力端子に出力する。そして、減算器１６は、この補正後電流基準Ｉｒｅｆと電流検出系回路１７からの電動機電流フィードバック信号Ｉｆとの偏差を電流制御回路１３のＰＩ制御回路１８に出力する。以降の動作は図８で既述した場合と同様である。
【００３５】
このように、この参考例におけるルーパ電動機制御装置８Ｅでは、電動機電流基準補正回路４０がルーパ角度θの変化に応じてコントローラ９からの電動機電流基準Ｉ refex を補正し、その補正後電流基準Ｉrefを減算器１６のプラス入力端子に出力しているので、電流制御回路１３の出力はルーパ角度θの変化を取り込んだ適切な出力となり、電動機・機械系回路１４の出力も適切なものとなる。したがって、従来よりもルーパ電動機６の制御について安定性を向上させることが可能になる。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、ルーパ角度の演算値の入力に基づき速度制御又は電流制御を行う際のゲイン定数を補正するゲイン定数補正回路を備えた構成としたので、ルーパ角度θの変化を取り入れることによりルーパ電動機の制御について安定性を向上させることが可能なルーパ電動機制御装置を実現することができる。そして、加減速トルク演算回路や電力損失分補正回路を備えた構成とすることでコントローラの高精度の制御に寄与することもでき、また、取付異常判別回路を備えた構成とすることでルーパの部材の取付ミスを直ちに報知することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態に係るルーパ電動機制御装置８Ａの構成を示すブロック図。
【図２】 本発明の第２の実施形態に係るルーパ電動機制御装置８Ｂの構成を示すブロック図。
【図３】 本発明の第３の実施形態に係るルーパ電動機制御装置８Ｃの構成を示すブロック図。
【図４】 本発明の第４の実施形態に係るルーパ電動機制御装置８Ｄの構成を示すブロック図。
【図５】 本発明の参考例に係るルーパ電動機制御装置８Ｅの構成を示すブロック図。
【図６】 圧延システムの一部の構成を示す説明図。
【図７】 速度制御を行う従来のルーパ電動機制御装置の構成を示すブロック図。
【図８】 電流制御を行う従来のルーパ電動機制御装置の構成を示すブロック図。
【図９】 図６のルーパ５におけるルーパ角度θとモーメント比との間の対応関係を示す特性図。
【符号の説明】
１ 圧延材
２Ａ，２Ｂ 圧延スタンド
３ ワークロール
４ バックアップロール
５ ルーパ
５a ロール
５b アーム
６ ルーパ電動機
７ 速度センサ
８，８Ａ〜８Ｅ ルーパ電動機制御装置
９ コントローラ
１０ 減算器
１１ 速度検出系回路
１２ 速度制御回路
１３ 電流制御回路
１４ 電動機・機械系回路
１５ 積分器
１６ 減算器
１７ 電流検出系回路
１８ ＰＩ制御回路
１９ トルク係数演算回路
２０ ゲイン定数補正回路
２１ 余弦関数器
２２ 定数設定器
２３ 乗算器
２４ リミット回路
２５ 加減速トルク演算回路
２６ 微分器
２７ 慣性モーメント設定器
２８ 乗算器
２９ ゲイン回路
３０ 乗算器
３１ 電力損失分補正回路
３２ 電力損失分設定器
３３ 乗算器
３４ 取付異常判別回路
３５ 電流検出系回路
３６ 誤差演算回路
３７ エラー判定値設定器
３８ 比較器
３９ ＡＮＤ回路
４０ 電動機電流基準補正回路
４１ 余弦関数器
４２ 乗算器
４３ リミット回路
θ ルーパ角度
ωr 電動機速度基準信号
ωf 電動機速度フィードバック信号
Ｉrefex 電動機電流基準信号
Ｉf 電動機電流フィードバック信号
Ｋpx 補正後比例ゲイン
Ｔqacc 加減速トルク
Ｉlossx メカロスデータ（電力損失分）
Ｅrrx 異常信号
Ｉref 補正後電流基準信号
【発明の属する技術分野】
本発明は、連続圧延機のスタンド間に配設され鋼板等の圧延材の張力を調節するルーパのルーパ角度を可変するルーパ電動機に対して速度制御を行うルーパ電動機制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６は圧延システムの一部の構成を示す説明図である。この図において、圧延材１は圧延スタンド２Ａ，２Ｂを通過するようになっている。これら圧延スタンド２Ａ，２Ｂは、一対のワークロール３及びバックアップロール４により構成されている。圧延スタンド２Ａ，２Ｂの中間部分には、ロール５ａ及びアーム５ｂにより形成されるルーパ５が配設されており、圧延材１はこのルーパ５により与えられる「たわみ」により張力を可変されるようになっている。
【０００３】
ルーパ５のアーム５ｂはルーパ電動機６により回転されるようになっており、このときアーム５ｂが水平面となす角度θをルーパ角度と呼ぶ。このルーパ角度θを可変することにより圧延材１の張力が変化することになる。速度センサ７は、ルーパ電動機６の速度を検出し、その検出信号をルーパ電動機制御装置８に出力するようになっている。そして、ルーパ電動機制御装置８は速度センサ７からの速度検出信号に基づきルーパ電動機６に対する制御を行うようになっている。
【０００４】
ルーパ電動機制御装置８は、外部のコントローラ９からの指令によりルーパ電動機６に対する制御を行うと共に、その制御内容についてのデータをコントローラ９に出力するようになっている。コントローラ９は、このデータを参照しつつ圧延スタンド２Ａ，２Ｂに対する制御を行うようになっている。
【０００５】
図７及び図８は従来のルーパ電動機制御装置の構成を示すブロック図であり、図７はルーパ電動機制御装置８が速度制御を行う場合、図８はルーパ電動機制御装置８が電流制御を行う場合を示している。なお、ルーパ電動機６に対する制御を速度制御又は電流制御のいずれにするかは、圧延材１の材料、形状、寸法、あるいはその他の条件等により決まるようになっている。
【０００６】
図７において、ルーパ電動機制御装置８は、減算器１０、速度検出系回路１１、速度制御回路１２、及び電流制御回路１３を備えている。電流制御回路１３の出力信号は電動機・機械系回路１４に送られ、電動機・機械系回路１４の出力信号は積分器１５に送られると共に速度検出系回路１１にも送られるようになっている。そして、積分器１５は出力信号であるルーパ角度θをコントローラ９に送るようになっている。なお、各回路のブロック内に記載されている文字又は式はその回路の伝達関数を表しており、各文字は下記の事項を示している。
【０００７】
Ｓ：ラプラス演算子
ＫＰ：比例ゲイン
Ｔｉ：積分時定数
Ｊ：モーメント
Ｔｃ：電流制御系時定数
Ｋｉ：電流変換係数
ＫΦ：磁束
Ｋｓ１：速度フィードバックゲイン
次に、図７の作用につき説明する。減算器１０は、コントローラ９からの電動機速度基準信号ωｒをプラス入力端子に入力すると共に、速度検出系回路１１からの電動機速度フィードバック信号ωｆをマイナス入力端子に入力し、これらの信号の偏差を速度制御回路１２に出力する。速度制御回路１２は、この偏差がゼロとなるように電流基準信号を電流制御回路１３に出力し、電流制御回路１３はこの電流基準信号の入力に基づきトルク基準信号を電動機・機械系回路１４に出力する。電動機・機械系回路１４は、このトルク基準信号の入力に基づきルーパ５を駆動制御する。電動機・機械系回路１４からの駆動制御信号は積分器１５に送られ、積分器１５はこの信号を積分することによりルーパ角度θをコントローラ９に出力する。コントローラ９は、このルーパ角度θをルーパ電動機制御以外の他の制御に用いるようにする。そして、電動機・機械系回路１４からの駆動制御信号は速度検出系回路１１にも送られ、速度検出系回路１１は前記の電動機速度フィードバック信号ωｆを減算器１０のマイナス入力端子に出力する。
【０００８】
また、図８において、ルーパ電動機制御装置８は、減算器１６、電流制御回路１３、及び電流検出系回路１７を備えており、電流制御回路１３はＰＩ制御回路１８及びトルク係数演算回路１９を有している。電流制御回路１３を構成するトルク係数演算回路１９の出力信号は電動機・機械系回路１４に送られると共に電流検出系回路１７にも送られるようになっている。そして、電動機・機械系回路１４の出力信号は積分器１５に送られ、積分器１５は出力信号であるルーパ角度θをコントローラ９に送るようになっている。なお、各回路のブロック内に記載されている文字又は式はその回路の伝達関数を表しており、各文字は下記の事項を示している。
【０００９】
Ｓ：ラプラス演算子
ＫＰａ：比例ゲイン
Ｔｉａ：積分時定数
Ｊ：モーメント
Ｌ，Ｒ：電動機定数
Ｋｃｇ：変換器ゲイン
ＫΦ：磁束
Ｋｓ２：電流フィードバックゲイン
次に、図８の作用につき説明する。減算器１６は、コントローラ９からの電動機電流基準信号Ｉｒｅｆｅｘをプラス入力端子に入力すると共に、電流検出系回路１７からの電動機電流フィードバック信号Ｉｆをマイナス入力端子に入力し、これらの信号の偏差をＰＩ制御回路１８に出力する。ＰＩ制御回路１８は、この偏差がゼロとなるようにＰＩ制御信号をトルク係数演算回路１９に出力し、電動機・機械系回路１４は、このＰＩ制御信号の入力に基づきトルク基準信号を電動機・機械系回路１４に出力する。電動機・機械系回路１４は、このトルク基準信号の入力に基づきルーパ５を駆動制御する。電動機・機械系回路１４からの駆動制御信号は積分器１５に送られ、積分器１５はこの信号を積分することによりルーパ角度θをコントローラ９に出力する。コントローラ９は、このルーパ角度θをルーパ電動機制御以外の他の制御に用いるようにする。そして、電動機・機械系回路１４からの駆動制御信号は電流検出系回路１７にも送られ、電流検出系回路１７は前記の電動機電流フィードバック信号Ｉｆを減算器１６のマイナス入力端子に出力する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなルーパ電動機制御装置８のルーパ電動機６に対する速度制御又は電流制御によりルーパ角度θが可変され、圧延材１の張力制御が行われる。ところで、図９は、ルーパ５におけるルーパ角度θとモーメント比との間の対応関係を示す特性図であり（但し、実際にはルーパ角度θがゼロになることはあり得ない）、この特性図からも明らかなように、ルーパ角度θが可変されることによりアーム５ｂに加わるモーメントは変化する。したがって、このルーパ角度θを正確且つ迅速に可変するためのルーパ電動機６の発生トルクはθの値によって変化するので、図７及び図８に示した各伝達関数における定数もルーパ角度θの変化を取り込んだ値とすることが、ルーパ電動機６の制御の安定性の面からは好ましい。しかし、従来は上記したように、ルーパ角度θの変化を取り入れたルーパ電動機６の制御は全く行われておらず、ルーパ電動機６の制御について安定性を一定レベル以上向上させることはできなかった（例えば、特開平９−１９２７１６号公報では、ルーパ角度がフィードバックされているが、これは圧延材張力の制御に圧延主電動機とルーパ電動機とを協調して動作させるためのもので、ルーパにおけるルーパ角度とモーメント比との対応関係については認識されていない）。
【００１１】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、ルーパ角度θの変化を取り入れることにより、ルーパ電動機の制御について安定性を向上させることが可能なルーパ電動機制御装置を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための手段として、請求項１記載の発明は、圧延材の張力制御のためにルーパ角度を可変するルーパ電動機の速度制御を、電動機速度基準信号と電動機速度フィードバック信号との偏差に基づき行うルーパ電動機制御装置において、前記ルーパ角度の演算値の入力に基づき、前記速度制御を行う際のゲイン定数を補正するゲイン定数補正回路を備えた、ことを特徴とする。
【００１３】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記電動機速度フィードバック信号の入力、及び前記ルーパ角度の余弦値の入力に基づき、前記ルーパ電動機の加減速トルクを演算する加減速トルク演算回路を備えた、ことを特徴とする。
【００１４】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記圧延材の張力制御に寄与しないルーパ電動機の電力損失分を前記ルーパ角度の余弦値の入力に基づき補正する電力損失分補正回路を備えた、ことを特徴とする。
【００１５】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、前記電力損失分補正回路により補正された電力損失分を入力すると共に、ルーパ電動機の電動機電流フィードバック信号を検出し、この電力損失分と電動機電流フィードバック信号との間の誤差演算に基づき、ルーパ又は速度センサの取り付けに異常が有るか否かを判別する取付異常判別回路を備えた、ことを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施形態を図１乃至図５に基づき説明する。但し、図７及び図８と同様の構成要素には同一符号を付して重複した説明を省略する。
【００１８】
図１は、本発明の第１の実施形態に係るルーパ電動機制御装置８Ａの構成を示すブロック図である。この図のルーパ電動機制御装置８Ａが図７におけるルーパ電動機制御装置８と異なる点は、積分器１５からのルーパ角度θの入力に基づき基準比例ゲインＫｐ（固定値）を補正して補正後比例ゲインＫｐｘを出力するゲイン定数補正回路２０が付加されており、更に、速度制御回路１２がこの補正された補正後比例ゲインＫｐｘを用いて電流基準信号を演算出力するようになっている点である。
【００１９】
そして、ゲイン定数補正回路２０は、ルーパ角度θの入力に基づきその余弦値ＣＯＳθを出力する余弦関数器２１と、固定値である基準比例ゲインＫｐを出力する定数設定器２２と、Ｋｐ及びＣＯＳθの乗算値を演算する乗算器２３と、乗算器２３の演算結果にリミットを設けるリミット回路２４とを有している。このリミット回路２４は、ルーパ角度θが９０°に達したときにＣＯＳθの値がゼロとなり、乗算器２３の乗算値がゼロになろうとするのを防止するためのものである。
【００２０】
次に、図１の作用につき説明する。余弦関数器２１は、積分器１５が出力するルーパ角度θを入力し、その余弦値ＣＯＳθを乗算器２３に出力する。乗算器２３は、定数設定器２２からの比例ゲインＫｐとこの余弦値ＣＯＳθとの乗算値をリミット回路２４に出力し、リミット回路２４はこの入力に基づき補正後比例ゲインＫｐｘを速度制御回路１２に出力する。そして、速度制御回路１２はこの補正された補正後比例ゲインＫｐｘを用いて演算した電流基準信号を電流制御回路１３に出力する。
【００２１】
このように、この実施形態におけるルーパ電動機制御装置８Ａでは、ゲイン定数補正回路２０がルーパ角度θの変化に応じて比例ゲインＫｐを補正し、その補正後比例ゲインＫｐｘを速度制御回路１２に出力しているので、速度制御回路１２の出力はルーパ角度θの変化を取り込んだ適切な出力となり、電流制御回路１３及び電動機・機械系回路１４の出力も適切なものとなる。したがって、従来よりもルーパ電動機６の制御について安定性を向上させることが可能になる。
【００２２】
図２は、本発明の第２の実施形態に係るルーパ電動機制御装置８Ｂの構成を示すブロック図である。この図のルーパ電動機制御装置８Ｂが図１におけるルーパ電動機制御装置８Ａと異なる点は、余弦関数器２１からの余弦値ＣＯＳθと速度検出系回路１１からの電動機速度フィードバック信号ωｆの入力に基づき加減速トルクＴｑａｃｃを演算し、これをコントローラ９に出力する加減速トルク演算回路２５が付加されている点である。
【００２３】
そして、加減速トルク演算回路２５は、速度検出系回路１１からの電動機速度フィードバック信号ωｆの微分演算を行う微分器２６と、ルーパ電動機及び機械の慣性モーメントＧＤ２（ＧＤの２乗）を出力する慣性モーメント設定器２７と、微分器２６からの微分値と慣性モーメント設定器２７からの慣性モーメント値との乗算値を演算し、これをトルク信号Ｔとして出力する乗算器２８と、乗算器２８からのトルク信号ＴにゲインＧをかけて基準トルク信号Ｔｑｘを出力するゲイン回路２９と、ゲイン回路２９からの基準トルクＴｑｘと余弦関数器２１からの余弦値ＣＯＳθとの乗算値を演算し、これを加減速トルクＴｑａｃｃとしてコントローラ９に出力する乗算器３０とを有している。
【００２４】
次に、図２の作用につき説明する。ゲイン定数補正回路２０がルーパ角度θの変化に応じて比例ゲインＫｐを補正し、これを速度制御回路１２に出力することによりルーパ電動機６の安定な制御を行っている点は図１の構成と同様である。しかし、図２の構成ではこれと同時に、速度検出系回路１１からの電動機速度フィードバック信号ωｆに基づき微分器２６、慣性モーメント設定器２７、乗算器２８、及びゲイン回路２９により基準トルクＴｑｘを生成し、乗算器３０がこの基準トルクＴｑｘに余弦関数器２１からの余弦値ＣＯＳθを乗算することにより加減速トルクＴｑａｃｃを生成してコントローラ９に出力している。すなわち、コントローラ９はルーパ電動機制御装置８Ｂからルーパ角度θの変化を取り込んだ加減速トルクＴｑａｃｃを得ることができ、圧延スタンド２Ａ，２Ｂに対してより精度の高い制御を行うことが可能になる。
【００２５】
図３は、本発明の第３の実施形態に係るルーパ電動機制御装置８Ｃの構成を示すブロック図である。この図のルーパ電動機制御装置８Ｃが図１におけるルーパ電動機制御装置８Ａと異なる点は、余弦関数器２１からの余弦値ＣＯＳθに基づき電力損失分（メカロスデータともいう）を演算し、これをコントローラ９に出力する電力損失分補正回路３１が付加されている点である。ここで、電力損失分とはルーパ電動機６がルーパ５のアーム５ｂを支持するためにのみ費やされ張力制御に寄与しない電力分のことを指している。したがって、コントローラ９が圧延材１に対する張力制御を精度良く行うためには、この電力損失分を正確に求めることが必要である。
【００２６】
そして、電力損失分補正回路３１は、固定値であるメカロスデータＩｌｏｓｓを出力する電力損失分設定器３２と、電力損失分設定器３２からのメカロスデータＩｌｏｓｓに余弦関数器２１からの余弦値ＣＯＳθを乗算することによりメカロスデータＩｌｏｓｓｘを演算し、これをコントローラ９に出力する乗算器３３とを有している。
【００２７】
次に、図３の作用につき説明する。ゲイン定数補正回路２０がルーパ角度θの変化に応じて比例ゲインＫｐを補正し、これを速度制御回路１２に出力することによりルーパ電動機６の安定な制御を行っている点は図１の構成と同様である。しかし、図３の構成ではこれと同時に、乗算器３３が電力損失分設定器３２からのメカロスデータＩｌｏｓｓに余弦関数器２１からの余弦値ＣＯＳθを乗算することによりメカロスデータＩｌｏｓｓｘを演算し、これをコントローラ９に出力している。したがって、コントローラ９はルーパ電動機制御装置８Ｃからルーパ角度θの変化を取り込んだ正確なメカロスデータＩｌｏｓｓｘを得ることができ、精度の高い張力制御を行うことが可能になる。
【００２８】
図４は、本発明の第４の実施形態に係るルーパ電動機制御装置８Ｄの構成を示すブロック図である。この図のルーパ電動機制御装置８Ｄが図３におけるルーパ電動機制御装置８Ｃと異なる点は、乗算器３３からのメカロスデータＩｌｏｓｓｘと電流制御回路１３からのトルク基準との入力に基づき異常信号Ｅｒｒｘをコントローラ９に出力する取付異常判別回路３４が付加されている点である。
【００２９】
圧延ラインの現場では、所定個所に設置されているルーパ５を一旦ロール５ａとアーム５ｂとの各部材に分解し、その後にこれらの部材を組み立てて再度ルーパ５の設置を行う場合があるが、この場合に部材の取り付けを誤ることがある。例えば、アーム５ｂの当初の取り付け方向が水平方向であったが、再度の設置作業において誤って垂直方向に取り付けてしまうことがある。このような誤りに気が付かず、そのまま圧延ラインの運転を開始したのでは、不適切な張力制御によって圧延不良が発生することになる。この実施形態では、このようなアーム５ｂの取り付けミスが発生した場合には直ちに異常を知らせることが可能である。
【００３０】
取付異常判別回路３４は、電流制御回路１３の出力に基づき電動機電流フィードバック信号Ｉｆを検出する電流検出系回路３５と、この電流検出系回路３５が検出した電動機電流フィードバック信号Ｉｆと乗算器３３からのメカロスデータＩｌｏｓｓｘとを入力し両者の誤差を演算する誤差演算回路３６と、この誤差演算回路３６からの誤差とエラー判定値設定器３７からの判定値とを入力し、両者の比較に基づき異常信号Ｅｒｒを出力する比較器３８と、この比較器３８からの異常信号Ｅｒｒをコントローラ９からの計測開始信号に同期させ任意のタイミングで最終的な異常信号Ｅｒｒｘとしてコントローラ９に出力するＡＮＤ回路３９とを有している。
【００３１】
次に、図４の作用につき説明する。現場の作業員が当初は水平方向であったルーパ５のアーム５ｂを誤って垂直方向に取り付けてしまったとすると、余弦関数器２１が出力する余弦値ＣＯＳθは本来の正しい値とは大きく異なる値となる。したがって、乗算器３３から出力されるメカロスデータＩｌｏｓｓｘも本来の正しい値と大きく異なることになる。それ故、誤差演算回路３６が出力する誤差も大きなものとなり、比較器３８は異常信号Ｅｒｒを出力する。そして、コントローラ９が計測開始信号を出力した場合に、これと同期した異常信号Ｅｒｒｘがコントローラ９に出力され、コントローラ９は直ちに運転を停止させることになる。
【００３２】
図５は、本発明の参考例に係るルーパ電動機制御装置８Ｅの構成を示すブロック図である。この図のルーパ電動機制御装置８Ｅが図８におけるルーパ電動機制御装置８と異なる点は、積分器１５からのルーパ角度θの入力に基づきコントローラ９からの電動機電流基準Ｉrefex（固定値）を補正して補正後電流基準Ｉrefを出力する電動機電流基準補正回路４０が付加されており、この補正後電流基準Ｉrefが減算器１６のプラス入力端子に入力されるようになっている点である。
【００３３】
そして、電動機電流基準補正回路４０は、ルーパ角度θの入力に基づきその余弦値COSθを出力する余弦関数器４１と、コントローラ９からの電動機電流基準ＩrefexとCOSθとの乗算値を演算する乗算器４２と、乗算器４２の演算結果にリミットを設けるリミット回路４３とを有している。このリミット回路４３は、ルーパ角度θが９０°に達したときにCOSθの値がゼロとなり、乗算器４２の乗算値がゼロになろうとするのを防止するためのものである。
【００３４】
次に、図５の作用につき説明する。余弦関数器４１は、積分器１５が出力するルーパ角度θを入力し、その余弦値ＣＯＳθを乗算器４２に出力する。乗算器４２は、コントローラ９からの電動機電流基準Ｉｒｅｆｅｘとこの余弦値ＣＯＳθとの乗算値をリミット回路４３に出力し、リミット回路４３はこの入力に基づき補正後電流基準Ｉｒｅｆを減算器１６のプラス入力端子に出力する。そして、減算器１６は、この補正後電流基準Ｉｒｅｆと電流検出系回路１７からの電動機電流フィードバック信号Ｉｆとの偏差を電流制御回路１３のＰＩ制御回路１８に出力する。以降の動作は図８で既述した場合と同様である。
【００３５】
このように、この参考例におけるルーパ電動機制御装置８Ｅでは、電動機電流基準補正回路４０がルーパ角度θの変化に応じてコントローラ９からの電動機電流基準Ｉ refex を補正し、その補正後電流基準Ｉrefを減算器１６のプラス入力端子に出力しているので、電流制御回路１３の出力はルーパ角度θの変化を取り込んだ適切な出力となり、電動機・機械系回路１４の出力も適切なものとなる。したがって、従来よりもルーパ電動機６の制御について安定性を向上させることが可能になる。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、ルーパ角度の演算値の入力に基づき速度制御又は電流制御を行う際のゲイン定数を補正するゲイン定数補正回路を備えた構成としたので、ルーパ角度θの変化を取り入れることによりルーパ電動機の制御について安定性を向上させることが可能なルーパ電動機制御装置を実現することができる。そして、加減速トルク演算回路や電力損失分補正回路を備えた構成とすることでコントローラの高精度の制御に寄与することもでき、また、取付異常判別回路を備えた構成とすることでルーパの部材の取付ミスを直ちに報知することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態に係るルーパ電動機制御装置８Ａの構成を示すブロック図。
【図２】 本発明の第２の実施形態に係るルーパ電動機制御装置８Ｂの構成を示すブロック図。
【図３】 本発明の第３の実施形態に係るルーパ電動機制御装置８Ｃの構成を示すブロック図。
【図４】 本発明の第４の実施形態に係るルーパ電動機制御装置８Ｄの構成を示すブロック図。
【図５】 本発明の参考例に係るルーパ電動機制御装置８Ｅの構成を示すブロック図。
【図６】 圧延システムの一部の構成を示す説明図。
【図７】 速度制御を行う従来のルーパ電動機制御装置の構成を示すブロック図。
【図８】 電流制御を行う従来のルーパ電動機制御装置の構成を示すブロック図。
【図９】 図６のルーパ５におけるルーパ角度θとモーメント比との間の対応関係を示す特性図。
【符号の説明】
１ 圧延材
２Ａ，２Ｂ 圧延スタンド
３ ワークロール
４ バックアップロール
５ ルーパ
５a ロール
５b アーム
６ ルーパ電動機
７ 速度センサ
８，８Ａ〜８Ｅ ルーパ電動機制御装置
９ コントローラ
１０ 減算器
１１ 速度検出系回路
１２ 速度制御回路
１３ 電流制御回路
１４ 電動機・機械系回路
１５ 積分器
１６ 減算器
１７ 電流検出系回路
１８ ＰＩ制御回路
１９ トルク係数演算回路
２０ ゲイン定数補正回路
２１ 余弦関数器
２２ 定数設定器
２３ 乗算器
２４ リミット回路
２５ 加減速トルク演算回路
２６ 微分器
２７ 慣性モーメント設定器
２８ 乗算器
２９ ゲイン回路
３０ 乗算器
３１ 電力損失分補正回路
３２ 電力損失分設定器
３３ 乗算器
３４ 取付異常判別回路
３５ 電流検出系回路
３６ 誤差演算回路
３７ エラー判定値設定器
３８ 比較器
３９ ＡＮＤ回路
４０ 電動機電流基準補正回路
４１ 余弦関数器
４２ 乗算器
４３ リミット回路
θ ルーパ角度
ωr 電動機速度基準信号
ωf 電動機速度フィードバック信号
Ｉrefex 電動機電流基準信号
Ｉf 電動機電流フィードバック信号
Ｋpx 補正後比例ゲイン
Ｔqacc 加減速トルク
Ｉlossx メカロスデータ（電力損失分）
Ｅrrx 異常信号
Ｉref 補正後電流基準信号
Claims (4)
- 圧延材の張力制御のためにルーパ角度を可変するルーパ電動機の速度制御を、電動機速度基準信号と電動機速度フィードバック信号との偏差に基づき行うルーパ電動機制御装置において、
前記ルーパ角度の演算値の入力に基づき、前記速度制御を行う際のゲイン定数を補正するゲイン定数補正回路を備えた、
ことを特徴とするルーパ電動機制御装置。 - 前記電動機速度フィードバック信号の入力、及び前記ルーパ角度の余弦値の入力に基づき、前記ルーパ電動機の加減速トルクを演算する加減速トルク演算回路を備えた、
ことを特徴とする請求項１記載のルーパ電動機制御装置。 - 前記圧延材の張力制御に寄与しないルーパ電動機の電力損失分を前記ルーパ角度の余弦値の入力に基づき補正する電力損失分補正回路を備えた、
ことを特徴とする請求項１記載のルーパ電動機制御装置。 - 前記電力損失分補正回路により補正された電力損失分を入力すると共に、ルーパ電動機の電動機電流フィードバック信号を検出し、この電力損失分と電動機電流フィードバック信号との間の誤差演算に基づき、ルーパ又は速度センサの取り付けに異常が有るか否かを判別する取付異常判別回路を備えた、
ことを特徴とする請求項３記載のルーパ電動機制御装置。
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