JP4959646B2 - 連続圧延機の張力及びルーパ角度制御装置並びに制御方法 - Google Patents
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図9中、1は前段スタンド、2は後段スタンド、3は被圧延材、4は前段ミルモータ、5は後段ミルモータ、6はルーパ、7はルーパモータをそれぞれ表す。なお、被圧延材3の張力Fは、被圧延材3の面内に働く力であるが、本願の以下の説明では、ルーパ6に被圧延材3から及ぼされる力Fを被圧延材3の張力Fとする。
図10において、張力・ルーパ角度制御装置は、ルーパ角度θを制御する際に、ルーパ角度検出器38により検出したルーパ角度の測定値θmと、ルーパ角度指令値θrefとの偏差(θref−θm)を減算器42で求めてPI制御器39に出力する。このPI制御器39の出力は、前段ミルモータ4の速度指令値Vref1の速度補正値となり、前段ミルモータ4の速度指令値Vref1と加算器43で加算される。これらPI制御器39の出力と前段ミルモータ4の速度指令値Vref1との加算値は、PI制御器である前段ミルモータ速度制御器37に出力される。張力・ルーパ角度制御装置は、このようにすることでルーパ角度θを制御する。
図11に示す張力・ルーパ角度制御装置では、ルーパ6に張力検出器90を設置し、張力検出器90で検出した張力値Tmと張力指令値Trefとの偏差を張力制御器55に入力し、張力制御器55で前段ミルモータ4の速度を設定して張力Fを制御すると共に、ルーパ角度検出器11により検出したルーパ角度測定値θmを用いてルーパ角度制御器56でルーパ角度θを制御する、2つのフィードバックループを用いる。
本発明の連続圧延機の張力及びルーパ角度制御装置は、ミルモータを備えた前段スタンド及び後段スタンドと、前記前段スタンド及び前記後段スタンドの間に配設された、ルーパモータを備えたルーパとを有する、金属板を被圧延材とする連続圧延機であり、前記前段スタンド及び前記後段スタンドの間での前記被圧延材の張力Fと前記ルーパのルーパ角度θとを、それぞれ目標値Tref、θrefに追従させる連続圧延機の張力及びルーパ角度制御装置であって、前記張力Fの測定値と目標値Trefとの偏差、及び前記ルーパ角度θの測定値と目標値θrefとの偏差を入力値として、前記前段ミルモータの回転速度の制御量及び前記ルーパの角速度の制御量を、調整可能なゲインKを用いて演算して出力するルーパ制御器と、前記前段スタンドが備えるミルモータの回転速度Vr1と、前記後段スタンドが備えるミルモータの回転速度Vr2との回転速度偏差(Vr2−Vr1)を算出して出力する減算器と、前記回転速度偏差(Vr2−Vr1)を入力値として、前記被圧延材の機械的特性に基づき前記被圧延材の伸び量K10を、前記連続圧延機の外乱オブザーバにより推定する推定器と、前記調整可能なゲインKを、前記推定器で推定された被圧延材の伸び量K10に基づいて設定するゲイン調整器とを具備し、前記ルーパ制御器は、前記被圧延材の機械的物性の変動に追従して調整される前記ゲインKに基づいて前記制御量を演算することを特徴とする。
また、本発明の他の連続圧延機の張力及びルーパ角度制御装置は、ミルモータを備えた前段スタンド及び後段スタンドと、前記前段スタンド及び前記後段スタンドの間に配設された、ルーパモータを備えたルーパと、金属板を被圧延材とする連続圧延機とを備える連続圧延機の張力及びルーパ角度制御装置であって、前記前段スタンドが備えるミルモータの回転速度と、前記後段スタンドが備えるミルモータの回転速度との回転速度偏差を導出する第1の導出手段と、前記第1の導出手段により算出された回転速度偏差と、前記被圧延材の機械的特性に基づいて、前記被圧延材の伸び量を推定する推定手段と、前記前段ミルモータの回転速度の制御量及び前記ルーパの角速度の制御量を導出する第2の導出手段とを有し、前記第2の導出算出手段は、前記推定手段により推定された被圧延材の伸び量に応じて、前記制御量を調整することを特徴とする。
また、本発明の連続圧延機の張力及びルーパ角度制御方法は、ミルモータを備えた前段スタンド及び後段スタンドと、前記前段スタンド及び前記後段スタンドの間に配設された、ルーパモータを備えたルーパとを有する、金属板を被圧延材とする連続圧延機の制御方法であり、前記前段スタンド及び前記後段スタンドの間での前記被圧延材の張力Fと前記ルーパのルーパ角度θとを、それぞれ目標値Tref、θrefに追従させる連続圧延機の張力及びルーパ角度制御方法であって、前記張力Fの測定値と目標値Trefとの偏差、及び前記ルーパ角度θの測定値と目標値θrefとの偏差を入力値として、前記前段ミルモータの回転速度の制御量及び前記ルーパの角速度の制御量を、調整可能なゲインKを用いて演算して出力するルーパ制御工程と、前記前段スタンドが備えるミルモータの回転速度Vr1と、前記後段スタンドが備えるミルモータの回転速度Vr2との回転速度偏差(Vr2−Vr1)を算出して出力する減算工程と、前記回転速度偏差(Vr2−Vr1)を入力値として、前記被圧延材の機械的特性に基づき前記被圧延材の伸び量K10を、前記連続圧延機の外乱オブザーバにより推定する推定工程と、前記調整可能なゲインKを、前記推定工程で推定された被圧延材の伸び量K10に基づいて設定するゲイン調整工程とを具備し、前記ルーパ制御工程は、前記被圧延材の機械的物性の変動に追従して調整される前記ゲインKに基づいて前記制御量を演算することを特徴とする。
図1は、本実施の形態の連続圧延機の張力及びルーパ角度制御装置の概略構成の一例を示すブロック図である。
連続圧延機本体は、背景技術で説明した図9と同様に、前段スタンド1、後段スタンド2、前段ミルモータ4、後段ミルモータ5、ルーパ6、及びルーパモータ7を備えて構成されている。
次に、張力Fとルーパ角度θとを一定に制御するルーパ制御器14の制御ブロックの構成と、ルーパ制御器14内の信号処理の流れを説明する。図2は、ルーパ制御器14の構成の一例を示すブロック線図である。
図2に示すようにして加算器71〜74、減算器75、76、増幅器60、65〜70、積分器61〜64を組み合わせることにより、ルーパ制御器14を実現することができる。
ルーパ制御器14に入力される信号は、前述した張力偏差Te、ルーパ角度偏差θe、張力測定値Tm、及びルーパ角度測定値θmであり、ルーパ制御器14から出力される信号は、前段ミルモータ速度指令値Vref1とルーパ角速度指令値ωref1である。ルーパ制御器14の各ブロックの機能・構成を以下に記す。
図11に示した非干渉化コントローラ(クロスコントローラ57、58)と、本実施の形態における、図2に示す非干渉化コントローラ(積分器62(Ki021/s:ゲインKi021)及び積分器63(Ki012/s:ゲインKi012))は、張力Fとルーパ角度θとの干渉を打ち消すという同一の役割を持つ。しかしながら、一般的に従来のクロスコントローラ57、58は、張力モデルやルーパモデルの逆伝達関数で表現されるのに対して、図2に示す本実施の形態の非干渉化コントローラ(積分器62及び積分器63)は、制御対象の変数と指定応答の変数とを含んだ数式で表現される。このため、本実施の形態の非干渉化コントローラは、指定応答の変数を変更(調整)するだけで、張力Fとルーパ角度θとの干渉を低減することができるという特長を持つ。一方、従来の非干渉化クロスコントローラ(クロスコントローラ57、58)は、張力モデルやルーパモデルの逆伝達関数で表現されるため、張力Fとルーパ角度θとの干渉を低減させようとする際には、再度、クロスコントローラ57、58を設計し直さなければならない問題を有する。
図2において、ルーパ制御器14からの出力信号である、前段ミルモータ速度指令値Vref1、ルーパ角速度指令値ωref1は、それぞれ次の(1)式、(2)式で表される。
ルーパ制御器14の最適サーボ系の設計は、公知である最適レギュレータの逆問題を利用したILQ(Inverse Linear Quadratic)設計法を用いて行うことができる。ILQ設計法については例えば非特許文献1に詳細に記載されている。
具体的に、最適制御ゲインKを用いると、最適制御則は(4)式で表される。
(c) T=[t1 t2 ・・・ tn]を次の(9)式で計算する。
また、プラントモデル(ルーパモデルと前段ミルモデル)の状態方程式を求めると、(3)式のA、B、Cは、それぞれ以下の(14)式、(15)式、(16)式のように表わされる。
(3)〜(16)式により、ILQ制御の最適制御ゲインK(以下ではゲインKと略記する)を導出する。
前述したILQ設計法によって、図2に記載した各ゲインKを以下のように導くことができる。
ゲインKf011、Kf012、Kf021、Kf022の表式を、それぞれ以下の(17)式、(18)式、(19)式、(20)式に示す。
張力制御系とルーパ角度制御系の指定応答の変数であるωHC、ωTCは自由に設定できるパラメータであり、これらを変更することで、任意の張力制御応答、ルーパ角度制御応答を得ることができるため、ゲインKを現場で調整をし易いという特徴を持つ。
尚、ゲインKi011、Ki012、Ki021、Ki022についても、(5)式〜(16)式を演算することにより設定することができる。
(17)式に示すように、ルーパ制御器14のゲインKf011の算出式内には、被圧延材3のヤング率Eや被圧延材の伸び量K10といった被圧延材3のパラメータを含んでいる。しかしながら、被圧延材3である鋼板は、通板時に、温度や硬度等が部位により変動することが一般的である。この変動が連続圧延機の制御に際して外乱として悪影響を及ぼす。本実施の形態においては、当該変動の制御系への影響を低減するために、推定器16及びゲイン調整器17を用いてルーパ制御器14のゲインKf011を変更することにより、通板時の被圧延材3に適したゲインKf011を調整して設定する。
図4は、(21)式の状態方程式で表される外乱オブザーバの構成の一例を示すブロック線図である。図4に示すように、外乱オブザーバは、加算器85と、減算器84、86と、増幅器(オブザーバゲイン)81、82と、積分器80(張力発生モデル)、83とを組み合わせることにより実現できる。
これら(21)式〜(23)式の方法を用いることにより、ルーパ制御器14のゲインKf011を被圧延材3の硬度の変動に追従するように変更することができ、被圧延材3の硬度の変動による張力Fの変動とルーパ角度θの変動とを抑制することが可能となる。
図5に示すように、乗算器100〜102、除算器103、104、増幅器105〜107、一次遅れ要素106、減算器108、加算器109を組み合わせることにより、ゲインKf011を算出するための構成がゲイン調整器17内に得られる。
以上のように本実施形態では、減算器22により第1の導出手段が実現され、推定器16により推定手段が実現され、ルーパ制御器14及びゲイン調整器17により第2の導出手段が実現される。
なお、ゲイン調整器17は、以上の態様のほか、推定器16又はルーパ制御器14に組み込むことが可能であることは明らかである。
又、ルーパ制御器14に、例えばゲインKf011を変更するか否かを判定するための閾値を予め設定しておき、ゲイン調整器17で得られた"ゲインKf011そのもの又はゲインKf011の移動平均値"が、該閾値を超えるか否かをルーパ制御器14が判定し、該閾値を超える場合には、ゲインKf011をゲイン調整器17で得られた"ゲインKf011そのもの又はゲインKf011の移動平均値に変更し、そうでない場合にはゲインKf011を変更しないようにしてもよい。
前段スタンド1と後段スタンド2との間での被圧延材3の硬度の変動による張力Fの変動を確認するために、連続圧延機のシミュレーションを実施した。具体的に説明すると、実機の張力測定値Tmを用いて、(21)式により、被圧延材3の伸び量K10を推定する(被圧延材3の伸び量の推定値ds1を算出する)シミュレーションを行った。
図6は、連続圧延機のシミュレーションを行って被圧延材3の伸び量K10を推定した結果の一例を示す図である。
図6は、ヤング率E=1500[kgf/mm2]、スタンド間距離L=5846[mm]、ωHC=10[rad/s]、ωTC=20[rad/s]、外乱オブザーバゲインK1=20、K2=365とし、圧延条件として、板厚2mmの鋼材を作り込むことを想定してシミュレーションを行った結果である。
このように被圧延材3の硬度の変動が生じることで発生する張力FBKの変動を抑制するために、(21)式に示した外乱オブザーバにより推定した被圧延材3の伸び量K10の推定値ds1を用いて、ルーパ制御器14のゲインKを変更した。図8は、被圧延材3の伸び量の推定値ds1を用いて、ルーパ制御器14のゲインKf011を変更した場合に被圧延材3に生じる張力FBKをシミュレーションした結果の一例を示す図である。このシミュレーションでは、被圧延材3の伸び量K10を示すパラメータを、シミュレーションを開始してから10秒後にステップ状に変化させている。
また、以上説明した本発明の実施の形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
2 後段スタンド
3 被圧延材
4 前段ミルモータ
5 後段ミルモータ
6 ルーパ
7 ルーパモータ
8 前段ミルモータ速度検出器
9 ルーパ速度制御器
10 ルーパ速度検出器
11 ルーパ角度検出器
12 張力検出器
13 後段ミルモータ速度検出器
14 ルーパ制御器
16 推定器(外乱オブザーバ)
17 ゲイン調整器
18 前段ミルモータ速度制御器
19〜23 減算器
Claims (8)
- ミルモータを備えた前段スタンド及び後段スタンドと、前記前段スタンド及び前記後段スタンドの間に配設された、ルーパモータを備えたルーパとを有する、金属板を被圧延材とする連続圧延機の張力及びルーパ角度制御装置であり、前記前段スタンド及び前記後段スタンドの間での前記被圧延材の張力Fと前記ルーパのルーパ角度θとを、それぞれ目標値Tref、θrefに追従させる連続圧延機の張力及びルーパ角度制御装置であって、
前記張力Fの測定値と目標値Trefとの偏差、及び前記ルーパ角度θの測定値と目標値θrefとの偏差を入力値として、前記前段ミルモータの回転速度の制御量及び前記ルーパの角速度の制御量を、調整可能なゲインKを用いて演算して出力するルーパ制御器と、
前記前段スタンドが備えるミルモータの回転速度Vr1と、前記後段スタンドが備えるミルモータの回転速度Vr2との回転速度偏差(Vr2−Vr1)を算出して出力する減算器と、
前記回転速度偏差(Vr2−Vr1)を入力値として、前記被圧延材の機械的特性に基づき前記被圧延材の伸び量K10を、前記連続圧延機の外乱オブザーバにより推定する推定器と、
前記調整可能なゲインKを、前記推定器で推定された被圧延材の伸び量K10に基づいて設定するゲイン調整器とを具備し、
前記ルーパ制御器は、前記被圧延材の機械的物性の変動に追従して調整される前記ゲインKに基づいて前記制御量を演算することを特徴とする連続圧延機の張力及びルーパ角度制御装置。 - 前記ゲイン調整器は、前記推定器から出力された被圧延材の伸び量K10について、予め設定した期間の移動平均値を演算し、該演算した被圧延材の伸び量K10の移動平均値を用いて前記調整可能なゲインKを設定することを特徴とする請求項1に記載の連続圧延機の張力及びルーパ角度制御装置。
- 前記ゲイン調整器は、前記調整可能なゲインKを設定する際に、前記推定器から出力された被圧延材の伸び量K10、又は、被圧延材の伸び量K10の移動平均値が、閾値を超えているか否かを判定し、該閾値を超えている場合に、前記調整可能なゲインKを変更することを特徴とする請求項1又は2に記載の連続圧延機の張力及びルーパ角度制御装置。
- 前記ルーパ制御器は、前記被圧延材の張力Fの測定値と目標値Trefとの偏差、及びルーパ角度θの測定値と目標値θrefとの偏差のそれぞれを入力値として、前記被圧延材の張力Fとルーパ角度θとの干渉を打ち消す非干渉化コントローラであるクロスコントローラを具備することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の連続圧延機の張力及びルーパ角度制御装置。
- ミルモータを備えた前段スタンド及び後段スタンドと、前記前段スタンド及び前記後段スタンドの間に配設された、ルーパモータを備えたルーパとを有する、金属板を被圧延材とする連続圧延機の制御方法であり、前記前段スタンド及び前記後段スタンドの間での前記被圧延材の張力Fと前記ルーパのルーパ角度θとを、それぞれ目標値Tref、θrefに追従させる連続圧延機の張力及びルーパ角度制御方法であって、
前記張力Fの測定値と目標値Trefとの偏差、及び前記ルーパ角度θの測定値と目標値θrefとの偏差を入力値として、前記前段ミルモータの回転速度の制御量及び前記ルーパの角速度の制御量を、調整可能なゲインKを用いて演算して出力するルーパ制御工程と、
前記前段スタンドが備えるミルモータの回転速度Vr1と、前記後段スタンドが備えるミルモータの回転速度Vr2との回転速度偏差(Vr2−Vr1)を算出して出力する減算工程と、
前記回転速度偏差(Vr2−Vr1)を入力値として、前記被圧延材の機械的特性に基づき前記被圧延材の伸び量K10を、前記連続圧延機の外乱オブザーバにより推定する推定工程と、
前記調整可能なゲインKを、前記推定工程で推定された被圧延材の伸び量K10に基づいて設定するゲイン調整工程とを具備し、
前記ルーパ制御工程は、前記被圧延材の機械的物性の変動に追従して調整される前記ゲインKに基づいて前記制御量を演算することを特徴とする連続圧延機の張力及びルーパ角度制御方法。 - 前記ゲイン調整工程は、前記推定工程で得られた被圧延材の伸び量K10について、予め設定した期間の移動平均値を演算し、該演算した被圧延材の伸び量K10の移動平均値を用いて前記調整可能なゲインKを設定することを特徴とする請求項5に記載の連続圧延機の張力及びルーパ角度制御方法。
- 前記ルーパ制御工程は、前記被圧延材の張力Fの測定値と目標値Trefとの偏差、及びルーパ角度θの測定値と目標値θrefとの偏差のそれぞれを入力値として、前記被圧延材の張力Fとルーパ角度θとの干渉を、非干渉化コントローラであるクロスコントローラにより打ち消すことを特徴とする請求項5又は6に記載の連続圧延機の張力及びルーパ角度制御方法。
- ミルモータを備えた前段スタンド及び後段スタンドと、前記前段スタンド及び前記後段スタンドの間に配設された、ルーパモータを備えたルーパと、金属板を被圧延材とする連続圧延機とを備える連続圧延機の張力及びルーパ角度制御装置であって、
前記前段スタンドが備えるミルモータの回転速度と、前記後段スタンドが備えるミルモータの回転速度との回転速度偏差を導出する第1の導出手段と、
前記第1の導出手段により算出された回転速度偏差と、前記被圧延材の機械的特性に基づいて、前記被圧延材の伸び量を推定する推定手段と、
前記前段ミルモータの回転速度の制御量及び前記ルーパの角速度の制御量を導出する第2の導出手段とを有し、
前記第2の導出手段は、前記推定手段により推定された被圧延材の伸び量に応じて、前記制御量を調整することを特徴とする連続圧延機の張力及びルーパ角度制御装置。
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