JP4701794B2 - 非線形の水冷熱伝達係数モデルの自動調整装置 - Google Patents
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Description
このとき、水冷の抜熱は、鋼板の温度表面、冷却水の温度、注水密度などの種々の因子により変動することに鑑み、これらをパラメータとした水冷熱伝達係数の水冷熱伝達係数モデルを設定し、該水冷熱伝達係数モデルを使用して、目標温度となるための抜熱量を演算し、その抜熱量となるように冷却設備の冷却条件を設定している。
従来、上記水冷熱伝達係数モデルの調整は、例えば特許文献1に記載のように、モデル式全体を補正する学習項Wを乗算して行い、該学習項Wを、目標値と実績値とから求めることで調整を行っている。さらに、各パラメータ係数を、目標値を重回帰して求めている。
また、水冷熱伝達係数は、鋼板の表面温度の変化に大きく依存することが知られている。非特許文献1のような方法では、多数の冷却設備の入側実測温度、及び各水冷設備間における冷却後の実績温度を測定可能であれば、さまざまな鋼板表面温度における水冷熱伝達係数が算出可能であるが、実際に水冷設備上に設置されている温度計は、通常、3〜4機程度であり、なおかつ、各温度計間は、数十メートルから百数十メートルという離れた間隔で設定されている。このため、上記方法では、温度計間の実績の温度降下に対する平均化された水冷熱伝達係数しか算出することができず、水冷熱伝達係数モデルにおける鋼板の表面温度依存性を細かく調整することが難しいという問題がある。また、水冷熱伝達係数には、その変動要因(冷却水水温、水量密度など)に関してのモデルのパラメータ係数は個別に調整する必要があるため、調整には非常に時間が掛かる。
本発明は、上記のような点に着目してなされたもので、精度良く水冷熱伝達係数モデルの自動調整が可能な非線形の水冷熱伝達係数モデルの自動調整装置を提供することを課題としている。
上記水冷熱伝達係数モデルの各パラメータ係数及び予め決めた冷却条件で金属板を冷却した際の冷却設備出側での実績巻取り温度を入力して、その入力値を使用して水冷熱伝達係数モデルに対応したモデル計算値を算出する熱伝達係数モデル計算部と、
該熱伝達係数モデル計算部で算出したモデル計算値に基づいて、対象とする水冷熱伝達係数モデルによる、前記実績巻取り温度から予測される冷却設備出側での予測巻取り温度を算出する温度降下計算部と、
前記予測巻取り温度と前記実績巻取り温度との誤差が最小となると推定される方向に、上記水冷熱伝達係数モデルの各パラメータ係数の修正量を算出する調整算出部であって、前記パラメータ係数の修正量の算出が、前記予測巻取り温度と前記実績巻取り温度の二乗誤差を算出し、線形Tailor微分補正法を使用して、前記二乗誤差を最小とするパラメータ係数の修正量を算出するものである調整量算出部と、
該調整量算出部で算出された各パラメータ係数の修正量が所定値以下になったか否かを判定し、各パラメータ係数の修正量が所定値以下となった場合には修正後のパラメータ係数を出力し、各パラメータ係数の修正量が所定値以下とならなかった場合には、各パラメータ係数の修正量をパラメータ係数修正計算部に出力する判定部と、
該判定部から入力された各パラメータ係数の修正量を入力し、各パラメータ係数に対し、それぞれ対応するゲインで各パラメータ係数の修正量を乗算して、各パラメータ係数の全てに対して補正を行い、その補正後の各パラメータ係数を上記熱伝達係数モデル計算部に出力するパラメータ係数修正計算部とを備え、
上記熱伝達係数モデル計算部で行う処理、熱伝達係数モデル計算部で行う処理、温度降下計算部で行う処理、調整量算出部で行う処理、判定部で行う処理、及びパラメータ係数修正計算部で行う処理を繰り返すことを特徴とする。
また、請求項2に記載した発明は、請求項1に記載した構成に対し、上記非線形の水冷熱伝達係数モデルは、差分方程式を使用していることを特徴とするものである。
図1は、熱間圧延工程における冷却制御装置の一例を示す概要図である。なお、本実施形態では、金属板として鋼板を例示して説明するが、他の金属板の冷却制御設備、及び他の構成の冷却制御設備についても適用可能である。
本実施形態では、図1に示すように、仕上げ圧延機1で熱間圧延された金属板である鋼板2は、ランナウトテーブルで巻取り機3に向けて連続的に搬送され、連続的に巻取り機3に巻き取られてコイルとなる。
各バンクは、コントローラ6からの指令によって注水の有無及び量が制御されることで、水冷設備4の冷却条件が調整される。
ここで、以下の説明では、仕上げ圧延機1の出側をFDTと、水冷ゾーン出側をCTNと、空冷ゾーン出側(巻取り温度の測定位置)をCTSと呼称する場合もある。また、上記鋼板2は、長さ方向に沿って所定長さ毎(例えば1m毎)のピースに仮想的に区分され、ピース毎に使用するバンクや注水量が調整されることでそれぞれ所定の温度に冷却される。
上記温度降下予測部6Aは、鋼板2が所定長さ(例えば1m)進む毎に、FDTでの温度計実績、最新の搬送予測結果を熱伝熱係数モデルに入力し、当該FDT位置にあるピース部分がCTN位置に移動したときのCTN予測温度(CTN予測温度からFDTでの温度計実績を引けば、CTNでの予測温度降下量になる)を当該熱伝熱係数モデルを使用して演算して、各ピース部分毎の予測温度及を温度降下補正部6Bに出力する。
そして、上記温度降下予測部6Aから入力したCTS予測温度を上記学習値TCFn、TCFsによって補正して、補正後の学習CTS予測温度を注水制御部6Cに出力する。
自動調整装置10は、図2に示すように、熱伝達係数モデル計算部10A、温度降下計算部10B、調整量算出部10C、判定部10D、及びパラメータ係数修正計算部10Eを備える。
熱伝達係数モデル計算部10Aは、各パラメータ係数の値、及び上記冷却制御装置における実績データが入力され、その入力値を使用して、実績データに、熱伝達係数モデルに対応したモデル計算値を算出して、温度降下計算部10Bに出力する。
調整量算出部10Cでは、予測巻取り温度と実績巻取り温度との誤差が最小となる推定される方向に、水冷熱伝達係数モデルのパラメータ修正量を算出して、判定部10Dに出力する。上記パラメータ補正量の算出は、例えば、予測巻取り温度と実績巻取り温度の二乗誤差を算出し、線形Tailor微分補正法を使用して、二乗誤差を最小とするようなパラメータ補正量を算出する。
上記所定の収束条件としては、上記パラメータ修正量が所定値以下になったかである。
パラメータ係数修正計算部10Eは、パラメータ修正量が入力されると、各パラメータ係数に対し、それぞれ対応するゲインで上記パラメータ修正量を乗算して、各パラメータ係数の全てに対して補正を行い、その補正後の各パラメータ係数を上記熱伝達係数モデル計算部10Aに出力する。これによって、上記処理が繰り返される。
まず、対象とする設備構成における、目標巻取り温度とする冷却条件を、対象とする水冷熱伝達係数を使用して演算し、その冷却条件となるように冷却設備を設定する。このとき、水冷熱伝達係数の各パラメータ係数は適当な初期値としておく。
その設定条件で実際に冷却制御を実施して、巻取り装置前での実際の実績巻取り温度を測定する。
自動調整装置10では、予測巻取り温度と実績巻取り温度の二乗誤差を算出し、その誤差が最小となるような水冷熱伝達係数のモデルパラメータ修正値を、自動で全パラメータに対して同時に算出して修正することを、所定の収束条件を満足するまで繰り返す。
これによって、水冷熱伝達係数の鋼板の表面温度依存性を、精度良く調整することが可能となり、また、その他の水冷熱伝達係数モデルの影響因子も同時に調整することが可能でるため、モデル調整時間も短縮される。
CTN 水冷ゾーン出側
CTS 空冷ゾーン出側
1 仕上げ圧延機
2 鋼板
3 巻取り機
4 水冷設備
6 コントローラ
6A 温度降下予測部
6B 補正部
6C 注水制御部
7 仕上げ圧延機出側の温度計
8 水冷ゾーン出側の温度計
9 空冷ゾーン出側(巻取り機直前)の温度計
10 自動調整装置
10A 熱伝達計数モデル計算部
10B 温度降下計算部
10C 調整量算出部
10D 判定部
10E パラメータ係数修正計算部
Claims (2)
- 熱間圧工程における仕上げ圧延機出側から巻取り機までの間に配置された1又は2以上の水冷設備によって、搬送される金属板の温度を降下させて、当該金属板の巻取り温度を目標巻取り温度に制御するに際し、上記目標巻取り温度にするための抜熱量を非線形の水冷熱伝達係数モデルで演算し、その演算した抜熱量に応じた冷却条件に上記水冷設備を調整する金属板の冷却制御装置に使用される、上記水冷熱伝達係数モデルのパラメータ係数を自動で調整する自動調整装置であって、
上記水冷熱伝達係数モデルの各パラメータ係数及び予め決めた冷却条件で金属板を冷却した際の冷却設備出側での実績巻取り温度を入力して、その入力値を使用して水冷熱伝達係数モデルに対応したモデル計算値を算出する熱伝達係数モデル計算部と、
該熱伝達係数モデル計算部で算出したモデル計算値に基づいて、対象とする水冷熱伝達係数モデルによる、前記実績巻取り温度から予測される冷却設備出側での予測巻取り温度を算出する温度降下計算部と、
前記予測巻取り温度と前記実績巻取り温度との誤差が最小となると推定される方向に、上記水冷熱伝達係数モデルの各パラメータ係数の修正量を算出する調整量算出部であって、前記パラメータ係数の修正量の算出が、前記予測巻取り温度と前記実績巻取り温度の二乗誤差を算出し、線形Tailor微分補正法を使用して、前記二乗誤差を最小とするパラメータ係数の修正量を算出するものである調整量算出部と、
該調整量算出部で算出された各パラメータ係数の修正量が所定値以下になったか否かを判定し、各パラメータ係数の修正量が所定値以下となった場合には修正後のパラメータ係数を出力し、各パラメータ係数の修正量が所定値以下とならなかった場合には、各パラメータ係数の修正量をパラメータ係数修正計算部に出力する判定部と、
該判定部から入力された各パラメータ係数の修正量を入力し、各パラメータ係数に対し、それぞれ対応するゲインで各パラメータ係数の修正量を乗算して、各パラメータ係数の全てに対して補正を行い、その補正後の各パラメータ係数を上記熱伝達係数モデル計算部に出力するパラメータ係数修正計算部とを備え、
上記熱伝達係数モデル計算部で行う処理、熱伝達係数モデル計算部で行う処理、温度降下計算部で行う処理、調整量算出部で行う処理、判定部で行う処理、及びパラメータ係数修正計算部で行う処理を繰り返すことを特徴とする水冷熱伝達係数モデルの自動調整装置。 - 上記非線形の水冷熱伝達係数モデルは、差分方程式を使用していることを特徴とする請求項1に記載した非線形の水冷熱伝達係数モデルの自動調整装置。
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