JP4827988B2

JP4827988B2 - モードベースの金属帯板安定化装置

Info

Publication number: JP4827988B2
Application number: JP2010523280A
Authority: JP
Inventors: ペーテルレフグレン，; マッツモランデル，
Original assignee: エービービーリサーチリミテッド
Priority date: 2007-09-03
Filing date: 2007-09-03
Publication date: 2011-11-30
Anticipated expiration: 2027-09-03
Also published as: EP2190600A1; KR20100049629A; JP2010537826A; EG25631A; US8374715B2; CN101795785A; BRPI0721971A2; EP2190600B1; US20100161104A1; WO2009030269A1; CN101795785B; KR101445430B1

Description

本発明は、製鋼所の鋼圧延ラインまたは表面処理ラインの加工設備の走行表面に沿って駆動される金属帯板あるいは細長い鋼板または鋼帯板の振動または形状を安定させ、制御する方法およびシステムに関する。

製鋼業界では、移動中の金属帯板または金属板の不必要な運動および振動を安定させる、すなわち低減させることが求められている。この安定化は、溶融亜鉛めっきラインにおいて特に重要である。

溶融亜鉛めっきラインでは、亜鉛めっきする金属帯板を、溶融亜鉛浴を通して移動させる。金属帯板が亜鉛浴を出るときに、エアナイフが過剰な亜鉛を吹き飛ばして、被膜の厚さを所望の値まで低減させる。金属帯板の振動を低減させることにより、エアナイフの動作（ワイピング）をよりうまく制御することができ、被膜の厚さをより均一にすることができる。これにより被膜をより薄くすることができ、それにより、亜鉛を節減し、製品の重量を低減させ、コストを低減させることができる。

亜鉛めっきラインの振動は、ラインの機械構成要素内の欠陥に起因する。ライン速度が大きいとき、およびより長い支持されていない帯板経路すなわち自由帯板経路上では、振動が強調されることがある。帯板の追加の運動および振動は、エアナイフおよび冷却空気から帯板の表面に流れる空気によって起こる。

「Ａｄｅｖｉｃｅａｎｄａｍｅｔｈｏｄｆｏｒｓｔａｂｉｌｉｚｉｎｇａｓｔｅｅｌｓｈｅｅｔ」という名称のＷＯ２００６１０１４４６Ａ１（Ｌｏｅｆｇｒｅｎら）は、所定の搬送経路に沿って搬送方向に連続的に搬送される細長い鋼板を安定させるデバイスを提示している。このデバイスは、鋼板の両面に少なくとも１つの電磁石を有する、鋼板を安定させるように適合された少なくとも第１、第２および第３の電磁石対を備える。

「Ｖｉｂｒａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌａｐｐａｒａｔｕｓｆｏｒｓｔｅｅｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｌｉｎｅ」という名称のＵＳ６４７１１５３Ｂ１（ＴＥＴＳＵＹＵＫＩら）は、加工ラインで加工中の鋼板の振動を制御する装置に関する。この装置は、鋼板に対して直角に作用する磁力を発生させる電磁石デバイスと、鋼板と電磁石デバイスとの間の分離距離を検出するセンサデバイスとを含む。ＵＳ６４７１１５３Ｂ１では、それぞれの電磁石デバイスが、１つのセンサデバイスによる１回の測定によって制御される。あるデバイスからの発生磁力を補正しまたは適合させる目的に、他のセンサデバイスからの情報は使用されない。

本発明の目的は、帯板の振動、帯板の運動、帯板形状の喪失（例えば曲がり）などの稼動上の問題を引き起こすことなく、加工ラインを安定的に稼動させることができるように、鋼加工ラインで加工中の鋼板または鋼帯板の運動を制御する方法およびシステムを提供することにある。このシステムは、帯板の運動を低減させる帯板振動の減衰機構、および帯板の形状制御機構として機能する。

本発明の一実施形態は、製鋼所の鋼圧延ラインまたは表面処理ラインの加工設備内において連続搬送中の懸架された金属帯板の振動減衰および形状制御方法であって、
・帯板までの距離を、複数の非接触センサによって測定するステップと、
・距離の測定から、帯板プロファイルを生成するステップと、
・帯板プロファイルを、モード形の結合に分解するステップと、
・それぞれのモード形から全体帯板プロファイルへの寄与の係数を決定するステップと、
・モード形の結合に基づいて、帯板プロファイルを、複数の非接触アクチュエータによって制御するステップと
を含む方法である。

帯板までの距離は、それぞれの非接触センサから測定され、帯板プロファイルに沿ったいくつかの距離（時間の経過とともに変化するデータ点）を与える。一実施形態では、センサが帯板の両面に置かれ、他の実施形態では、センサが帯板の片面に置かれる。この距離を使用して（例えばスプライン関数または平滑化されたスプライン関数をデータ点に当てはめることによって）、帯板プロファイルを生成することができる。時間変化する距離を使用して、時間変化する帯板プロファイルを決定することができる。

本発明の一実施形態によれば、アクチュエータを制御する制御手段は、それぞれのモード形に対する最良の１つの制御関数を含む予めプログラムされた制御関数を含むように適合されており、この方法はさらに、予めプログラムされた制御関数を、モード形分解からの係数で重み付けすることによって、複数のアクチュエータを制御するステップを含む。予めプログラムされた制御関数のこの重み付けは例えば、モード形分解からの係数の値をフィルタリングすることによって実行することができる。

本発明の一実施形態によれば、帯板プロファイルが分解されるモード形は固有モード形である。本発明の一実施形態によれば、帯板プロファイルは、モード形の線形結合に分解される。

本発明の一実施形態によれば、この方法はさらに、予めプログラムされた制御関数の重み付けを、帯板の幅および／または帯板の厚さなどの工程パラメータからの入力に基づいて適合させるステップを含む。

本発明の一実施形態によれば、この方法は、非接触アクチュエータの数と同じ数の非接触センサを使用することに基づき、本発明の他の実施形態では、非接触センサの数が非接触アクチュエータの数よりも多い。

本発明の一実施形態によれば、この方法は、非接触センサの配置を帯板幅に適合させるステップを含む。

本発明の一実施形態によれば、この方法はさらに、固有モード形分解からの係数を監視するステップを含む。

本発明の一実施形態によれば、この方法はさらに、モード形分解からの係数の周波数分析を連続的に実施して、帯板運動の周波数およびサイズを決定するステップを含む。

本発明の一実施形態によれば、この方法はさらに、アクチュエータを使用して、係数の分散を最小化するステップを含む。係数の分散を最小化することには、帯板の振動を減衰させる効果がある。

本発明の一実施形態によれば、この方法はさらに、アクチュエータを使用して、平均プロファイルの形状に影響を与えるステップを含む。平均プロファイルの形状に影響を与えることは、当技術分野において、帯板の形状制御として知られている。

本発明の他の実施形態は、製鋼所の鋼圧延ラインまたは表面処理ラインの加工設備内において連続搬送中の懸架された金属帯板の振動減衰および／または形状制御システムであって、帯板の表面に垂直な金属帯板までの距離を測定する複数の非接触センサと、前記金属帯板を安定させる複数の非接触アクチュエータとを備え、さらに、帯板プロファイルを決定する手段と、決定された帯板プロファイルを固有モード形の結合に分解し、それぞれの固有モード形から全体帯板プロファイルへの寄与の係数を決定する手段と、固有モード形の結合に基づいて、複数のアクチュエータを制御する手段とを備える、振動減衰および／または形状制御システムである。

本発明の一実施形態によれば、このシステムは、それぞれの固有モード形に対する予めプログラムされた制御関数に基づいてアクチュエータを制御する手段を備え、アクチュエータの制御は、決定された係数によって重み付けされた制御関数の結合を使用する。

本発明の一実施形態によれば、帯板までの距離を測定する非接触センサは、帯板の運動を安定させる非接触アクチュエータの近くに位置する。

本発明の一実施形態によれば、距離を測定する複数の非接触センサは誘導センサである。

本発明の一実施形態によれば、運動を安定させる複数の非接触アクチュエータは電磁石である。

図面は、本明細書の一部を構成し、さまざまな形態で具体化することができる本発明の例示的な実施形態を含む。

帯板の表面に垂直なセンサおよびアクチュエータの一配置を示す図である。帯板の側面から見た、図１と同じセンサおよびアクチュエータの配置を示す図である。金属帯板プロファイルの最初の固有モード形を示す図である。帯板が０モード運動しているときのアクチュエータからの力を示す図である。帯板が１モード運動しているときのアクチュエータからの力を示す図である。帯板が２モード運動しているときのアクチュエータからの力を示す図である。帯板が３モード運動しているときのアクチュエータからの力を示す図である。帯板が４モード運動しているときのアクチュエータからの力を示す図である。本発明の分解方法の概略図である。異なる帯板幅に対するセンサ位置の適合の概略図である。

この項では、好ましい実施形態を詳細に説明する。しかしながら、本発明は、さまざまな形態で具体化することができることを理解されたい。したがって、この項に開示する特定の詳細を、限定するためのものと解釈すべきではなく、むしろ、特許請求の範囲に対する基礎、および適宜詳述する事実上任意のシステム、構造または方式において本発明を使用する方法を当業者に教示するための代表的な基礎と解釈すべきである。

図１は、帯板３の表面に垂直な、本発明の一実施形態に基づくセンサおよびアクチュエータの一配置を示す。金属帯板３のプロファイルは、短辺４のところで懸架または固定されている。誘導位置センサとすることができる位置センサ２、および電磁石とすることができるアクチュエータ１が、帯板を横切って配置されている。電磁石は、金属帯板に対して直角に作用する磁力を発生させており、電磁石への電流を制御することによって、金属帯板に対する力を制御することができる。少なくともアクチュエータ１と同じ数のセンサ２がなければならない。アクチュエータ１は、帯板に対して力を加えて、帯板を所定の位置に維持する。センサは、力を発生させるアクチュエータ１と同じ断面上（またはアクチュエータ１と同じプロファイルを測定しているとみなされる十分に近い位置）に位置する。線ｃ−ｃは、帯板プロファイルを決定する位置である。

図２は、帯板３の側面から見た、図１と同じセンサおよびアクチュエータの配置を示す。帯板の短辺４は、例えば帯板をローラ上に置くことによって固定される。金属帯板は、固定された辺４間に懸架されており、自由に動くことができる。位置センサ２およびアクチュエータ１は、金属帯板３の両面に配置される。線ｃ−ｃは、帯板プロファイルを決定する位置である。

図３は、金属帯板３のプロファイルの最初の固有モード形を示す。１０は、０モード運動を示す。点線は中心線であり、金属帯板プロファイル（黒線）は中心線を横切って上下に運動する。１１は、金属帯板が中心線（点線）を横切って上下にねじれる１モード運動を示す。１２は、金属帯板が中心線（点線）を横切って上下に曲がる２モード運動を示す。１３は、金属帯板が中心線（点線）を横切って上下に２回曲がる３モード運動を示す。この固有モードのリストはさらに続けることができる。

懸架された帯板３の動態を支配する物理的原理によれば、帯板プロファイルの運動を、いくつかの（理論的には無限の）固有モードまたは固有振動または振動の固有モード形の線形結合として表現することができる。用語「固有」は、単一モードに完全に限定された運動が可能であることを意味する。図３には最初の４つの固有モードが示されている。

図４は、帯板が０モード運動しているときのアクチュエータからの力を示す。帯板３の運動を制御するアクチュエータは、帯板の上下の小さな正方形である。左図では、金属帯板３が「中心」位置、すなわち所望の位置（点線）にある。中央図では、金属帯板３が中心位置よりも「下」にあり（垂直に変位しており）、矢印は、帯板３に対するアクチュエータからの力（「上」アクチュエータおよび「下」アクチュエータからの力を図式的に要約したもの）を表す。右図では、金属帯板３が中心位置よりも「上」にあり、矢印は、帯板３に対するアクチュエータからの力を表す。これらの矢印はさらに、この特定の形状に対する最良のアクチュエータ応答を示している。

図５は、帯板が１モード運動しているときのアクチュエータからの力を示す。帯板３の運動を制御するアクチュエータは、帯板の上下の小さな正方形である。左図では、金属帯板３が「中心」位置、すなわち所望の位置（点線）にある。中央図では、金属帯板３が、中央位置を中心に「ねじられ」ており、矢印は、帯板３に対するアクチュエータからの力を表す。右図では、金属帯板３が、もう一方の方向に「ねじられ」ている。

図６は、帯板が２モード運動しているときのアクチュエータからの力を示す。左図では、金属帯板３が「中心」位置にある。中央図では、金属帯板３が一方向に曲がっており、矢印は、帯板３に対するアクチュエータからの力を表す。右図では、金属帯板３が、もう一方の方向に曲がっている。

図７は、帯板が３モード運動しているときのアクチュエータからの力を示す。左図では、金属帯板３が「中心」位置にある。中央図では、金属帯板３が３モード運動しており、矢印は、帯板３に対するアクチュエータからの力を表す。右図では、金属帯板３が、もう一方の方向に３モード運動している。

図８は、帯板が４モード運動しているときのアクチュエータからの力を示す。
左図では、金属帯板３が「中心」位置にある。中央図では、金属帯板３が４モード運動している。右図では、金属帯板３が、反対方向に４モード運動している。図４〜８はさまざまな固有モード形を示しているが、本発明は、固有モード形の使用に限定されない。

図９は、本発明の分解方法の概略図を示す。左図２０は、移動中の帯板３および位置センサ２の概略図を示す。測定した運動を固有モード形２１に分解する。この分解ではさらに、それぞれの固有モード形からの寄与を記述する係数（ａ_０、ａ_１、ａ_２、ａ_３）を決定する。これらの係数（ａ_０、ａ_１、ａ_２、ａ_３）は時間変数である。
固有モード形および帯板ごとに、最良のアクチュエータ２２応答（片方の列のアクチュエータだけが示されている）がある。あるモード形に対する最良のアクチュエータ応答を決定し、予めプログラムしておくことができる。あるモードに対する最良のアクチュエータ応答は、帯板の寸法（自由長さ、幅および厚さ）、帯板の張力および帯板の速度に左右される。それぞれのモード形に対する最良のアクチュエータ応答の結合（線形または他の結合）を使用し、決定された係数（ａ_０、ａ_１、ａ_２、ａ_３）をフィルタリングした値を使用することによって、最良のアクチュエータ応答の結合係数（ｂ_０、ｂ_１、ｂ_２、ｂ_３）に到達し、実際のアクチュエータ応答２３を得る。

本発明の背景にある発想は、帯板プロファイルと全体力プロファイルの両方を、アクチュエータと同じ数のベース形状を使用したベース形状の結合（線形結合または他の結合）として表現することである。
ベース形状ごとに、現在のプロファイル（このプロファイルは使用可能なセンサを使用して近似される）の級数展開におけるその形状の係数を実際の値として使用し、力プロファイルの級数展開における同じ形状に対する係数を操作された値として使用するコントローラが設計される。次いで、使用可能なアクチュエータを使用して、所望のプロファイルを合成する。

それらの形状はその帯板の固有モードであるため、それらの形状の１つに正確に当てはまる力プロファイルは、同じ形状に限定された運動を生み出すはずである。このことは、それぞれの形状に対するコントローラが互いから分離されることを意味し、このことは、コントローラのパラメータを調整するタスクを大幅に単純化する。本発明は、固有モード形の使用に限定されず、測定された帯板形状を分解する目的に、任意のタイプのモード形（非固有モード）を使用することができる。これらの非固有モード形を、固有モード形と同じ方式で、最良のアクチュエータ２２応答（力プロファイル）に関連付けることができる。次いで、この任意のモード（固有または非固有）の力プロファイルの結合（線形結合または他の結合）が、実際のアクチュエータ応答２３に結合される。

本発明の目的は、帯板制御を、独立した１ループ制御（モード形ごとに１つ）に分解することである。この１ループ制御は互いから分離され、次いで、実際のアクチュエータ応答２３に結合される。

図１０は、異なる帯板幅に対するセンサ２の位置の適合の概略図を示す。幅の広い帯板３０、３２では、センサが、帯板の全幅に沿って配置される。より幅の狭い帯板３１、３３では、センサ２の配置が帯板幅に対して適合されていない場合、一部のセンサ２は、帯板距離３１を測定することができず、その結果、帯板プロファイルの決定および帯板の減衰性能の正確さが低下する。センサ２の配置が帯板幅３３に対して適合されている場合、全てのセンサ２が帯板距離を測定することができる。他の実施形態は、帯板幅に対して、非接触アクチュエータの配置または位置も適合させることができるようにすることである。全ての異なる固有モードのゼロ偏向位置で距離を測定しないように、例えば１モードに関して帯板の幅の中央にセンサを配置しないように、センサ位置を配置することもできる。

Claims

製鋼所の鋼圧延ラインまたは表面処理ラインの加工設備内において連続搬送中の懸架された金属帯板の振動減衰および形状制御方法であって、
前記帯板までの距離を、複数の非接触センサによって測定するステップと、
距離の測定から、帯板プロファイルを生成するステップと、
前記帯板プロファイルを、モード形の結合に分解するステップと、
それぞれのモード形から全体帯板プロファイルへの寄与の係数を決定するステップと、
モード形の結合に基づいて、前記帯板プロファイルを、複数の非接触アクチュエータによって制御するステップと
を含む方法。
前記アクチュエータを制御する制御手段が、それぞれのモード形に対する最良の１つの制御関数を含む予めプログラムされた制御関数を含むように適合されており、前記方法がさらに、
予めプログラムされた制御関数を、固有モード形分解からの前記係数で重み付けすることによって、複数のアクチュエータを制御するステップ
を含む、請求項１に記載の方法。
前記モード形が固有モード形である、請求項１または２に記載の方法。
前記帯板プロファイルが、モード形の線形結合に分解される、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の方法。
予めプログラムされた制御関数の前記重み付けを、帯板の幅、帯板の厚さ、帯板の張力、帯板の速度などの少なくとも１つの工程パラメータからの入力に基づいて適合させるステップをさらに含む、請求項２ないし４のいずれか一項に記載の方法。
非接触アクチュエータの数と同じ数の非接触センサを使用することに基づく、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の方法。
非接触アクチュエータよりも多くの非接触センサを使用することに基づく、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の方法。
全ての帯板幅に対して前記非接触センサの配置が同じである、請求項１ないし７のいずれか一項に記載の方法。
前記非接触センサの配置を帯板幅に適合させるステップを含む、請求項１ないし７のいずれか一項に記載の方法。
固有モード形分解からの前記係数を分析するステップをさらに含む、請求項１ないし９のいずれか一項に記載の方法。
固有モード形分解からの前記係数の周波数分析を連続的に実施して、帯板運動の周波数および振幅を決定するステップをさらに含む、請求項１ないし９のいずれか一項に記載の方法。
固有モード形分解からの前記係数を分析して、異なるモード運動におけるアクチュエータ応答を決定するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
前記アクチュエータを使用して、それぞれのモード形から全体帯板プロファイルへの寄与の前記係数の分散を最小化するステップをさらに含む、請求項１ないし１２のいずれか一項に記載の方法。
前記アクチュエータを使用して、平均帯板プロファイルの形状に影響を与えるステップをさらに含む、請求項１ないし１２のいずれか一項に記載の方法。
製鋼所の鋼圧延ラインまたは表面処理ラインの加工設備内において連続搬送中の懸架された金属帯板の振動減衰および／または形状制御システムであって、
帯板の表面に垂直な前記金属帯板までの距離を測定する複数の非接触センサと、
前記金属帯板を安定させる複数の非接触アクチュエータと
を備える振動減衰および／または形状制御システムにおいて、
帯板プロファイルを決定する手段と、前記決定された帯板プロファイルをモード形の結合に分解し、それぞれのモード形から全体帯板プロファイルへの寄与の係数を決定する手段と、モード形の前記結合に基づいて、前記複数のアクチュエータを制御する手段とを備える
ことを特徴とするシステム。
それぞれの固有モード形に対する予めプログラムされた制御関数に基づいてアクチュエータを制御する手段を備え、前記アクチュエータの前記制御が、決定された前記係数によって重み付けされた制御関数の結合を使用することを特徴とする、請求項１５に記載のシステム。
前記距離を測定する非接触センサの数が非接触アクチュエータの数に等しいことを特徴とする、請求項１５ないし１６のいずれか一項に記載のシステム。
前記距離を測定する非接触センサの数が非接触アクチュエータの数よりも多いことを特徴とする、請求項１５または１６に記載のシステム。
前記帯板までの前記距離を測定する非接触センサが、前記帯板の運動を安定させる非接触アクチュエータの近くに位置することを特徴とする、請求項１５ないし１８のいずれか一項に記載のシステム。
予めプログラムされた制御関数の前記重み付けを、帯板の幅および／または帯板の厚さなどの工程パラメータからの入力に基づいて適合させる、請求項１５ないし１９のいずれか一項に記載のシステム。
帯板幅を変更したときに、前記非接触センサの配置が変化しない、請求項１５ないし２０のいずれか一項に記載のシステム。
前記非接触センサの配置を帯板幅に適合させる、請求項１５ないし２０のいずれか一項に記載のシステム。
前記距離を測定する前記複数の非接触センサが誘導センサであることを特徴とする、請求項１５ないし２２のいずれか一項に記載のシステム。
前記運動を安定させる前記複数の非接触アクチュエータが電磁石であることを特徴とする、請求項１５ないし２３のいずれか一項に記載のシステム。
前記アクチュエータを使用して、それぞれのモード形から全体帯板プロファイルへの寄与の前記係数の分散を最小化することを特徴とする、請求項１５ないし２４のいずれか一項に記載のシステム。
前記アクチュエータを使用して、平均帯板プロファイルの形状に影響を与えることを特徴とする、請求項１５ないし２４のいずれか一項に記載のシステム。