JP4220601B2 - 圧延機のロールクロス位置決め制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属板材を圧延機における油圧式ロールクロス機構の共振を抑制制御する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
延延機におけるロールのペアクロス機構は、従来電動機構によってクロス角の調節を行っていた。しかし、この電動機構は機械構造が複雑である。このため、クロス機構を油圧化することで構造を単純にする必要がある。
【０００３】
図５は、油圧化されたクロス機構の概略構成である。図５において、２１は上下のワークロール、２２は上下のバックアップロールである。ワークロール２１とバックアップロール２２のロールチョック２１ａ、２２ａは、被圧延板材３０の入側、出側の両側からハウジング２３に支持した第１油圧シリンダ２４と第２油圧シリンダ２５とによって水平方向から支持されている。
【０００４】
第１、第２油圧シリンダ２４、２５の各々には、油柱位置検出器２６及びサーボ弁２７が装着されており、この油柱位置検出器２６及びサーボ弁２７はコントローラ２８にそれぞれ電気的に接続されている。図５では、下バックアップロール２２の第２油圧シリンダ２５の制御系だけを代表して示している。
【０００５】
図６はコントローラ２８の構成の第１の従来例である。以下これを「従来例１」と称する。図６において、この従来例は、油柱位置検出器２６からの油柱フィードバック信号３１と、設定された油柱リファレンス信号３２が合流する減算部３３と、制御ゲイン乗算部３４とで構成され、制御ゲイン乗算部３４で乗算された油柱リファレンス信号３４ａをサーボ弁２７へ発信し、サーボ弁２７を調整制御するようにしている。
【０００６】
図７はコントローラ２８の構成の第２の従来例である。以下これを「従来例２」と称する。図７において、従来例は、従来例１の制御ゲイン乗算部３４とサーボ弁２７との間にバンドストップフィルタ３５を追加して設け、バンドストップフィルタ３５で振動成分を消去した油柱リファレンス信号３５ａをサーボ弁２７へ発信し、サーボ弁２７を調整制御するようにしている。
【０００７】
図２（ｂ）、（ｃ）は、前記従来例１及び従来例２の制御系でサーボ弁２７への指令信号に顕われる周波数特性図（サーボ弁開度指令値からシリンダ位置への周波数応答特性を示す。）、図３（ｂ）、（ｃ）は、従来例１及び２の制御系による油柱調整の時間とシリンダ位置の応答図、図４（ｂ）、（ｃ）は、従来例１及び２においてワークロール間に被圧延板材３０が噛込んだ時の油柱調整の時間とシリンダ位置の応答図である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来例１による制御の場合、図２（ｂ）のように、ある周波数帯で急増する振動モードが顕われる。そして、シリンダ変位の時間応答では、図３（ｂ）のように、油柱調整が指令されたシリンダ設定位置へ緩やかなカーブで進行し、迅速な応答が得られない。また、応答性を上げるために制御ゲインを上げると、破線で示すように調整値が安定し難くなる問題がある。また板噛込時間応答では、図４（ｂ）のように、板噛込力による圧延機側の振動が影響し、この振動が減衰されるまで、シリンダ位置が設定位置に静止されない問題がある。
【０００９】
従来例２による制御の場合は、図２（ｃ）のように、ある周波数帯で急減する振動モードが顕われる。そして、シリンダ油柱の調整静止までの応答時間は、図３（ｃ）のように、従来例１の場合よりは改善されるが、除去した周波数モードの影響で未だ十分な応答時間の短縮は達成されていない。
【００１０】
また、板噛込時間応答では、図４（ｃ）のように、板噛込時の圧延機側の振動の影響は解消されない。すなわち、図５で示すコントローラ２８以外のところから固有振動モードが印加されるため、従来例１〔図４（ｂ）〕の場合と同様に圧延機の振動の影響が解消されない。
【００１１】
従来例１のようにクロス機構を油圧化した場合に、油柱の持つ固有振動及びハウジングの持つ固有振動により安定な制御を実現するには、図３（ｂ）のように、制御ゲインを一定以下にしなければならず、このために、高応答の制御性能が出せない。
【００１２】
また、従来例２のように固有振動モードを除去する制御方法では、図３（ｃ）のように、固有振動数に相当する周波数帯での制御性能（追従性能）が損なわれる問題がある。
本発明は、上述した従来の油圧クロス機構の問題を解決し、応答性及び精度の良い油圧式クロス機構の制御方法を提供することを目的とした。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係るロールクロス位置決め制御方法は、油柱位置検出器によって油圧クロスシリンダの油注位置を検出してフィードバック出力し、この検出信号によって油柱リファレンス信号を補正してサーボ弁を作動させ、圧延機の油圧ロールクロス機構を制御する方法において、基準油柱リファレンス信号のリファレンス値から前記油柱フィードバック信号のフィードバック値を差引いた偏差に制御ゲインを乗算し、この制御ゲイン乗算値からバンドストップフィルタを通して油柱の持つ固有振動成分及びハウジングの持つ固有振動成分を消去した値と、前記制御ゲイン乗算値からバンドパス機能を持つフィルタ系を通して前記油柱の持つ固有振動成分だけを抽出した値とを加算した信号でサーボ弁を調整制御することを特徴とする。
【００１４】
また、請求項２の発明に係るロールクロス位置決め制御方法は、上記請求項１の発明において、前記バンドパス機能を持つフィルタ系として、位相シフト器、バンドパスフィルタ及び増幅器からなる配列を用いたことを特徴とする。
【００１５】
本発明においては、前記バンドパス機能をもつフィルタ系で補正された油柱の固有振動モードを加えた加算器のリファレンス信号で、サーボ弁が制御されることで、シリンダ位置調整時のステップ応答、板噛込時応答が円滑化され、高い応答性でロールクロス機構をオンライン制御できるようになる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の形態にかかる油圧クロス機構の制御系のコントローラのブロック図である。なお、油圧機及び制御系において、従来と同一の要素は、図５〜図７と同一の符号で示す。
【００１７】
図１において、本実施形態では、コントローラ２８は、油柱位置検出器２６からの油柱フィードバック系１０と、予め設定された基準油柱リファレンス３２及び前記油柱フィードバック系１０からの信号３１を合流する減算部３３と、制御ゲイン乗算部３４と、制御ゲイン乗算部３４から出力されるリファレンス信号３４ａをバックストップ処理する第一の補正系１１と、第一の補正系１１と並行して制御ゲイン乗算部３４から出力されるリファレンス信号３４ａをバックパス処理する第二の補正系１２と、第一、第二の補正系１１，１２から出力されるリファレンス信号１１ａ、１２ａを合流する加算部１３とで構成され、加算部１３から出力されるリファレンス信号１３ａで、サーボ弁２７を調整制御するようにしている。
【００１８】
油柱フィードバック系１０と第一の補正系１１は、従来例２と同様であり、第二補正系１２は、位相シフト器１４と、バンドパスフィルタ１５と、増幅器１６とで構成されている。
【００１９】
本実施形態による制御系では、制御ゲイン乗算部３４が発進するリファレンス信号３４ａ、言い換えれば、油柱フィードバック信号３１と、設定された基準油柱リファレンス３２との差を基にした開度指令値３４ａが、第一補正系１１のバンドストップフィルタ３５により、油柱の持つ固有振動モード及びハウジングの持つ固有振動モードを除去され、リファレンス信号１１ａとして加算器１３へ伝達される。
【００２０】
同時に、並行する第二補正系１２によって、開度指令値３４ａから、油柱の固有振動モードだけが抽出され、リファレンス信号１２ａとして、加算部１３へ伝達される。
【００２１】
このとき、まず第二補正系１２の位相シフト器１４は、固有振動モードの振動周期位相を反転状態にシフトする。また、バンドパスフィルタ１５は、油柱の持つ固有振動モードのみを抽出して通過させる。そして、この補正された固有振動モードだけが増進器１６で増幅されて加算部１３へ伝達される。また、このとき、位相シフト器１４による振動周期のシフトで、油柱の固有振動モードを打ち消す作用をもたせることができる。
【００２２】
そして、第二補正系１２で補正された油柱の固有振動モードを加えた加算器１３のリファレンス信号１３ａで、サーボ弁２７が制御されることで、シリンダ位置調整時のステップ応答、板噛込時応答が円滑化され、高い応答特性でロールクロス機構をオンライン制御できるようになる。
【００２３】
図２（ａ）、図３（ａ）、図４（ａ）は、本実施形態の制御系による、油柱振動モードの周波数特性、油柱調整時のステップ応答時間、板噛込応答時間を、従来例の場合と比較して示している。図２（ａ）及び図３（ａ）において、破線は比較のため従来例２を示すものである。
【００２４】
従来例２では、共振周波数帯の振動モードが除去され、その周波数モードでの追従動作が損なわれていたが、図２（ａ）で示すように、本発明によるロールクロス位置決め制御系では、油柱振動モードが、位相シフト器１４による位相シフト作動で、振動を打ち消す動作として利用でき、位置決め精度の更なる向上を図ることができる。
【００２５】
この結果、図３（ａ）で示すように、サーボ弁２７の作動後の油柱（シリンダ位置）調整に時間応答が円滑になり、従来よりも短縮される効果が得られる。ちなみに図３（ａ）中では、点線が従来例２〔図３（ｃ）〕による時間応答であり、油柱の調整にあたって優れた応答時間の短縮が得られる。
【００２６】
また、図４（ａ）で示すように、板噛込時においても、油柱振動モードを積極的に打ち消す動作により板噛込力に対して滑らかな油柱変動で応答し、設定されたシリンダ制御位置へ短時間で静定される効果が得られる。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように、本発明の構成によれば、油圧ロールクロス構成のシリンダ制御用電気油圧サーボ弁の制御において、油柱及びハウジングの固有振動モードによる制御ゲインの制約が軽減され、高応答の制御性能を実現できる。
また、固有振動モードを全く除去するのではなく、必要な量だけ調整して投入することで、より高応答の制御性を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に示すブロック線図である。
【図２】本発明及び従来例の周波数特性を示す線図である。
【図３】本発明及び従来例のシリンダ位置の時間応答を示す線図である。
【図４】本発明及び従来例の板噛み込時におけるシリンダ位置の時間応答を示す線図である。
【図５】従来のロールのペアクロス機構を示す概略構成の図である。
【図６】図５の装置のコントローラ２８を示すブロック線図である。
【図７】図５の装置のコントローラ２８の別の構成を示すブロック線図である。
【符号の説明】
１０ 油柱フィードバック系
１１ 第１補正系
１２ 第２補正系
１３ 加算部
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属板材を圧延機における油圧式ロールクロス機構の共振を抑制制御する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
延延機におけるロールのペアクロス機構は、従来電動機構によってクロス角の調節を行っていた。しかし、この電動機構は機械構造が複雑である。このため、クロス機構を油圧化することで構造を単純にする必要がある。
【０００３】
図５は、油圧化されたクロス機構の概略構成である。図５において、２１は上下のワークロール、２２は上下のバックアップロールである。ワークロール２１とバックアップロール２２のロールチョック２１ａ、２２ａは、被圧延板材３０の入側、出側の両側からハウジング２３に支持した第１油圧シリンダ２４と第２油圧シリンダ２５とによって水平方向から支持されている。
【０００４】
第１、第２油圧シリンダ２４、２５の各々には、油柱位置検出器２６及びサーボ弁２７が装着されており、この油柱位置検出器２６及びサーボ弁２７はコントローラ２８にそれぞれ電気的に接続されている。図５では、下バックアップロール２２の第２油圧シリンダ２５の制御系だけを代表して示している。
【０００５】
図６はコントローラ２８の構成の第１の従来例である。以下これを「従来例１」と称する。図６において、この従来例は、油柱位置検出器２６からの油柱フィードバック信号３１と、設定された油柱リファレンス信号３２が合流する減算部３３と、制御ゲイン乗算部３４とで構成され、制御ゲイン乗算部３４で乗算された油柱リファレンス信号３４ａをサーボ弁２７へ発信し、サーボ弁２７を調整制御するようにしている。
【０００６】
図７はコントローラ２８の構成の第２の従来例である。以下これを「従来例２」と称する。図７において、従来例は、従来例１の制御ゲイン乗算部３４とサーボ弁２７との間にバンドストップフィルタ３５を追加して設け、バンドストップフィルタ３５で振動成分を消去した油柱リファレンス信号３５ａをサーボ弁２７へ発信し、サーボ弁２７を調整制御するようにしている。
【０００７】
図２（ｂ）、（ｃ）は、前記従来例１及び従来例２の制御系でサーボ弁２７への指令信号に顕われる周波数特性図（サーボ弁開度指令値からシリンダ位置への周波数応答特性を示す。）、図３（ｂ）、（ｃ）は、従来例１及び２の制御系による油柱調整の時間とシリンダ位置の応答図、図４（ｂ）、（ｃ）は、従来例１及び２においてワークロール間に被圧延板材３０が噛込んだ時の油柱調整の時間とシリンダ位置の応答図である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来例１による制御の場合、図２（ｂ）のように、ある周波数帯で急増する振動モードが顕われる。そして、シリンダ変位の時間応答では、図３（ｂ）のように、油柱調整が指令されたシリンダ設定位置へ緩やかなカーブで進行し、迅速な応答が得られない。また、応答性を上げるために制御ゲインを上げると、破線で示すように調整値が安定し難くなる問題がある。また板噛込時間応答では、図４（ｂ）のように、板噛込力による圧延機側の振動が影響し、この振動が減衰されるまで、シリンダ位置が設定位置に静止されない問題がある。
【０００９】
従来例２による制御の場合は、図２（ｃ）のように、ある周波数帯で急減する振動モードが顕われる。そして、シリンダ油柱の調整静止までの応答時間は、図３（ｃ）のように、従来例１の場合よりは改善されるが、除去した周波数モードの影響で未だ十分な応答時間の短縮は達成されていない。
【００１０】
また、板噛込時間応答では、図４（ｃ）のように、板噛込時の圧延機側の振動の影響は解消されない。すなわち、図５で示すコントローラ２８以外のところから固有振動モードが印加されるため、従来例１〔図４（ｂ）〕の場合と同様に圧延機の振動の影響が解消されない。
【００１１】
従来例１のようにクロス機構を油圧化した場合に、油柱の持つ固有振動及びハウジングの持つ固有振動により安定な制御を実現するには、図３（ｂ）のように、制御ゲインを一定以下にしなければならず、このために、高応答の制御性能が出せない。
【００１２】
また、従来例２のように固有振動モードを除去する制御方法では、図３（ｃ）のように、固有振動数に相当する周波数帯での制御性能（追従性能）が損なわれる問題がある。
本発明は、上述した従来の油圧クロス機構の問題を解決し、応答性及び精度の良い油圧式クロス機構の制御方法を提供することを目的とした。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係るロールクロス位置決め制御方法は、油柱位置検出器によって油圧クロスシリンダの油注位置を検出してフィードバック出力し、この検出信号によって油柱リファレンス信号を補正してサーボ弁を作動させ、圧延機の油圧ロールクロス機構を制御する方法において、基準油柱リファレンス信号のリファレンス値から前記油柱フィードバック信号のフィードバック値を差引いた偏差に制御ゲインを乗算し、この制御ゲイン乗算値からバンドストップフィルタを通して油柱の持つ固有振動成分及びハウジングの持つ固有振動成分を消去した値と、前記制御ゲイン乗算値からバンドパス機能を持つフィルタ系を通して前記油柱の持つ固有振動成分だけを抽出した値とを加算した信号でサーボ弁を調整制御することを特徴とする。
【００１４】
また、請求項２の発明に係るロールクロス位置決め制御方法は、上記請求項１の発明において、前記バンドパス機能を持つフィルタ系として、位相シフト器、バンドパスフィルタ及び増幅器からなる配列を用いたことを特徴とする。
【００１５】
本発明においては、前記バンドパス機能をもつフィルタ系で補正された油柱の固有振動モードを加えた加算器のリファレンス信号で、サーボ弁が制御されることで、シリンダ位置調整時のステップ応答、板噛込時応答が円滑化され、高い応答性でロールクロス機構をオンライン制御できるようになる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の形態にかかる油圧クロス機構の制御系のコントローラのブロック図である。なお、油圧機及び制御系において、従来と同一の要素は、図５〜図７と同一の符号で示す。
【００１７】
図１において、本実施形態では、コントローラ２８は、油柱位置検出器２６からの油柱フィードバック系１０と、予め設定された基準油柱リファレンス３２及び前記油柱フィードバック系１０からの信号３１を合流する減算部３３と、制御ゲイン乗算部３４と、制御ゲイン乗算部３４から出力されるリファレンス信号３４ａをバックストップ処理する第一の補正系１１と、第一の補正系１１と並行して制御ゲイン乗算部３４から出力されるリファレンス信号３４ａをバックパス処理する第二の補正系１２と、第一、第二の補正系１１，１２から出力されるリファレンス信号１１ａ、１２ａを合流する加算部１３とで構成され、加算部１３から出力されるリファレンス信号１３ａで、サーボ弁２７を調整制御するようにしている。
【００１８】
油柱フィードバック系１０と第一の補正系１１は、従来例２と同様であり、第二補正系１２は、位相シフト器１４と、バンドパスフィルタ１５と、増幅器１６とで構成されている。
【００１９】
本実施形態による制御系では、制御ゲイン乗算部３４が発進するリファレンス信号３４ａ、言い換えれば、油柱フィードバック信号３１と、設定された基準油柱リファレンス３２との差を基にした開度指令値３４ａが、第一補正系１１のバンドストップフィルタ３５により、油柱の持つ固有振動モード及びハウジングの持つ固有振動モードを除去され、リファレンス信号１１ａとして加算器１３へ伝達される。
【００２０】
同時に、並行する第二補正系１２によって、開度指令値３４ａから、油柱の固有振動モードだけが抽出され、リファレンス信号１２ａとして、加算部１３へ伝達される。
【００２１】
このとき、まず第二補正系１２の位相シフト器１４は、固有振動モードの振動周期位相を反転状態にシフトする。また、バンドパスフィルタ１５は、油柱の持つ固有振動モードのみを抽出して通過させる。そして、この補正された固有振動モードだけが増進器１６で増幅されて加算部１３へ伝達される。また、このとき、位相シフト器１４による振動周期のシフトで、油柱の固有振動モードを打ち消す作用をもたせることができる。
【００２２】
そして、第二補正系１２で補正された油柱の固有振動モードを加えた加算器１３のリファレンス信号１３ａで、サーボ弁２７が制御されることで、シリンダ位置調整時のステップ応答、板噛込時応答が円滑化され、高い応答特性でロールクロス機構をオンライン制御できるようになる。
【００２３】
図２（ａ）、図３（ａ）、図４（ａ）は、本実施形態の制御系による、油柱振動モードの周波数特性、油柱調整時のステップ応答時間、板噛込応答時間を、従来例の場合と比較して示している。図２（ａ）及び図３（ａ）において、破線は比較のため従来例２を示すものである。
【００２４】
従来例２では、共振周波数帯の振動モードが除去され、その周波数モードでの追従動作が損なわれていたが、図２（ａ）で示すように、本発明によるロールクロス位置決め制御系では、油柱振動モードが、位相シフト器１４による位相シフト作動で、振動を打ち消す動作として利用でき、位置決め精度の更なる向上を図ることができる。
【００２５】
この結果、図３（ａ）で示すように、サーボ弁２７の作動後の油柱（シリンダ位置）調整に時間応答が円滑になり、従来よりも短縮される効果が得られる。ちなみに図３（ａ）中では、点線が従来例２〔図３（ｃ）〕による時間応答であり、油柱の調整にあたって優れた応答時間の短縮が得られる。
【００２６】
また、図４（ａ）で示すように、板噛込時においても、油柱振動モードを積極的に打ち消す動作により板噛込力に対して滑らかな油柱変動で応答し、設定されたシリンダ制御位置へ短時間で静定される効果が得られる。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように、本発明の構成によれば、油圧ロールクロス構成のシリンダ制御用電気油圧サーボ弁の制御において、油柱及びハウジングの固有振動モードによる制御ゲインの制約が軽減され、高応答の制御性能を実現できる。
また、固有振動モードを全く除去するのではなく、必要な量だけ調整して投入することで、より高応答の制御性を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に示すブロック線図である。
【図２】本発明及び従来例の周波数特性を示す線図である。
【図３】本発明及び従来例のシリンダ位置の時間応答を示す線図である。
【図４】本発明及び従来例の板噛み込時におけるシリンダ位置の時間応答を示す線図である。
【図５】従来のロールのペアクロス機構を示す概略構成の図である。
【図６】図５の装置のコントローラ２８を示すブロック線図である。
【図７】図５の装置のコントローラ２８の別の構成を示すブロック線図である。
【符号の説明】
１０ 油柱フィードバック系
１１ 第１補正系
１２ 第２補正系
１３ 加算部
Claims (2)
- 油柱位置検出器によって油圧クロスシリンダの油柱位置を検出してフィードバック出力し、この検出信号によって油柱リファレンス信号を補正してサーボ弁を作動させ、圧延機の油圧ロールクロス機構を制御する方法において、
基準油柱リファレンス信号のリファレンス値から前記油柱フィードバック信号のフィードバック値を差引いた偏差に制御ゲインを乗算し、この制御ゲイン乗算値からバンドストップフィルタを通して油柱の持つ固有振動成分及びハウジングの持つ固有振動成分を消去した値と、前記制御ゲイン乗算値からバンドパス機能を持つフィルタ系を通して前記油柱の持つ固有振動成分だけを抽出した値とを加算した信号でサーボ弁を調整制御することを特徴とする圧延機のロールクロス位置決め制御方法。 - 前記バンドパス機能を持つフィルタ系として、位相シフト器、バンドパスフィルタ及び増幅器からなる配列を用いたことを特徴とする請求項１に記載の圧延機のロールクロス位置決め制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28017198A JP4220601B2 (ja) | 1998-10-01 | 1998-10-01 | 圧延機のロールクロス位置決め制御方法 |
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| JP28017198A JP4220601B2 (ja) | 1998-10-01 | 1998-10-01 | 圧延機のロールクロス位置決め制御方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000107805A JP2000107805A (ja) | 2000-04-18 |
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|---|---|---|---|---|
| CN115488156A (zh) * | 2021-06-18 | 2022-12-20 | 上海宝信软件股份有限公司 | 冷轧机液压压下位置控制系统震荡检测与保护方法及系统 |
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1998
- 1998-10-01 JP JP28017198A patent/JP4220601B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JP2000107805A (ja) | 2000-04-18 |
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