JP5763598B2 - プラント制御装置、プラント制御方法及びプラント制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、プラント制御装置、プラント制御方法及びプラント制御プログラムに関し、特に、状態量偏差が大きい状態における制御ゲインの調整に関する。

プラント制御は、図１７に示すように、制御対象プラント３００の状態量実績を何らかの手段で検知または予測し、それが状態量指令と一致するように制御装置３０１により制御する事で実施される。制御装置３０１としては、ＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｉｎｔｅｇｒａｌ Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ：比例積分微分）制御を行うのが一般的である。ＰＩＤ制御は、比例制御、積分制御、微分制御を含んでいるが、実際上は制御対象プラント３００の特性や必要とされる制御の特性に応じて必要な機能を組み合わせて使用する。

プラント制御が対象とする制御対象プラントには種々存在するが、例えば熱間タンデム圧延機がある。熱間タンデム圧延機においては、被圧延材にかかる張力および圧延荷重を、上下作業ロール間の間隔であるロールギャップと、当該圧延機前後設備のロール速度を用いて制御することで圧延操業が行われる。

圧延機スタンド間には、被圧延材をスタンド間で支持するルーパが設置される。このルーパが被圧延材をスタンド間で押し上げる事で、非圧延材の張力が変化する。このルーパに対してかかっている被圧延材の圧力を測定する事で被圧延材の張力を検知する事が可能となる。ルーパが被圧延材を支持する高さは、油圧シリンダによる圧力によって所望の高さに制御される。この制御に際して、比例積分制御が用いられれる。圧延機スタンド間で被圧延材がたるんだり、過張力のための板幅減少を防止するためには張力制御が必要であり、そのために比例積分制御を用いて張力制御が実施される。

このような制御系の技術としてオープンループによる先行制御と、比例積分帰還制御とを切り替えて用いる方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示された技術によれば、オープンループによる先行制御を用いることによって帰還制御における負荷追従性に関するゲイン設定の困難性を回避すると共に、偏差が所定範囲内であればオープンループから帰還制御に切り替えることによって負荷追従性の劣化を防止しているが、偏差が大きい場合に帰還制御を用いないことが前提となっているため、帰還制御を前提とする本件とはその趣旨が異なる。

特開平９−２０９７１２号公報

プラント制御における工場における生産設備等の制御対象プラントは、制御が異常となると動作を停止しなければならない場合がある。そのような事態が発生すると、制御対象プラントでの生産活動が休止するため、顧客に対して商品を提供できない場合や、後の工程の生産に影響が出る等、発生する影響が大きくなる。そのため、プラント制御における制御の異常は避けなければならない。

例えば、熱間タンデム圧延機においては、種々の製品仕様の被圧延材を圧延するため、制御対象プラント３００の特性が多様となり、制御装置３０１の制御ゲインも多様となる。そのため、製品仕様に応じた制御ゲインの設定が必要となるが、制御対象プラント３００である圧延現象のモデルおよびモデルに使用する変形抵抗、摩擦係数、板温度といったパラメータが不正確なため制御装置３０１への制御ゲイン設定の誤差が大きい問題がある。

図１８に制御ゲインによる応答差を状態量指令をステップ状に変更した場合について示す。図１８に示すように、プラント制御装置３０１への制御ゲイン設定が適切でないと、状態量実績が状態量指令に一致するのに時間を要したり（制御ゲイン過小の場合）、状態量が発振または発散する（制御ゲイン過大の場合）事となる。これらいずれの場合も、制御対象プラントにおける製品品質にも影響が出る。

そのため、制御対象プラント３００を新たに立ち上げる場合や、新しい製品の生産を開始する場合等のように、制御対象の状態が変化し、その結果状態量偏差が大きくなる際には、制御装置３０１の調整に多大な時間を要し、制御ゲインの過大、過小に起因する制御不良に起因した制御対象プラントの生産停止や、製品不良を発生させる可能性もある。

本発明が解決すべき課題は、制御対象プラントを新規に立ち上げたり、新たな製品を生産開始したりする場合において、制御装置３０１の制御ゲイン過大、過小に起因する製品不良や生産停止といった操業異常を発生させないようにし、同時に制御装置３０１の制御ゲインを自動的に調整していく事を可能とするプラント制御方法およびプラント制御装置を提供することである。

本発明は上記課題に対応したものであり、帰還制御系において制御対象の状態が大きく変化する際のゲイン設定を好適におこなうことを目的とする。

本発明の一態様は、制御対象のプラントの状態量偏差に基づいて帰還制御を行うプラント制御装置であって、前記状態量偏差に基づく比例制御、積分制御及び微分制御の少なくともいずれか１つの帰還制御を行う第１の制御部と、前記状態量偏差に基づき、前記第１の制御部による制御ゲインより低い制御ゲインの積分制御を行う第２の制御部と、前記状態量偏差の絶対値が所定値以下である場合に、前記第１の制御部による帰還制御を制限し、前記第２の制御部に積分制御を実行させる制御切替部と、前記第２の制御部による積分制御に対する前記制御対象のプラントの制御応答に基づいて前記第１の制御部の制御ゲインを調整するゲイン調整部とを含むことを特徴とする。

また、本発明の他の態様は、制御対象のプラントの状態量偏差に基づく比例制御、積分制御及び微分制御の少なくともいずれか１つの帰還制御を行う第１の制御部と、前記状態量偏差に基づき、前記第１の制御部による制御ゲインより低い制御ゲインの積分制御を行う第２の制御部とを切り替えて前記制御対象のプラントを制御するプラント制御方法であって、前記状態量偏差の絶対値が所定値以下である場合に、前記第１の制御部による帰還制御を制限し、前記第２の制御部に積分制御を実行させ、前記第２の制御部による積分制御に対する前記制御対象のプラントの制御応答に基づいて前記第１の制御部の制御ゲインを調整することを特徴とする。

また、本発明の他の態様は、制御対象のプラントの状態量偏差に基づく比例制御、積分制御及び微分制御の少なくともいずれか１つの帰還制御を行う第１の制御部と、前記状態量偏差に基づき、前記第１の制御部による制御ゲインより低い制御ゲインの積分制御を行う第２の制御部とを切り替えて前記制御対象のプラントを制御するプラント制御プログラムであって、前記状態量偏差の絶対値が所定値以下である場合に、前記第１の制御部による帰還制御を制限し、前記第２の制御部に積分制御を実行させるステップと、前記第２の制御部による積分制御に対する前記制御対象のプラントの制御応答に基づいて前記第１の制御部の制御ゲインを調整するステップとを情報処理装置に実行させることを特徴とする。

本発明を用いることで、帰還制御系において制御対象の状態が大きく変化する際のゲイン設定を好適におこなうことができる。

本発明の実施形態に係る圧延装置全体構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る圧延装置におけるルーパの動作を示す図である。 一般的な圧延装置における帰還制御の構成を示す図である。 一般的な圧延装置における制御ゲインの周波数応答を示す図である。 制御ゲインの違いによる状態量の収束、発振、発散を示す図である。 本発明の実施形態に係るプラント制御の構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る圧延装置における帰還制御の構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る制御ゲインの設定態様を示す図である。 本発明の実施形態に係る制御ゲインの違いによる状態量の応答を示す図である。 本発明の実施形態に係る圧延装置における制御ゲインの周波数応答を示す図である。 本発明の実施形態に係る定常偏差補償を行った場合の状態量の応答を示す図である。 本発明の実施形態に係る張力制御の態様を示す図である。 本発明の実施形態に係る張力制御の態様を示す図である。 本発明の実施形態に係る張力制御の態様を示す図である。 本発明の実施形態に係る制御ゲインの学習に係る構成を示す図である。 本発明の実施形態に係るプラント制御装置を構成する情報処理装置のハードウェア構成を示す図である。 従来技術に係るプラント制御の構成を示す図である。 従来技術に係る制御ゲインの違いによる状態量偏差の応答を示す図である。

実施の形態１．
以下、本発明の実施例を、熱間圧延機における圧延機スタンド間張力制御を例に説明する。図１は、本実施形態に係る張力制御系を示す図である。図１に示すように、スタンド間張力制御部１０は、熱間タンデム圧延機のｉ−１スタンド圧延機１とｉスタンド圧延機２の間にある被圧延材８にかかる張力を、ルーパ７に設置された張力計９により検知し、ｉ−１スタンド速度制御装置１１に対する速度指令を変更することでｉ−１スタンド圧延機１のロール速度を制御する。

ルーパ７は、機械的に固定された位置にあるルーパ支点１４の周りで回す事が可能なルーパアーム１５、およびルーパアーム１５をルーパ支店１４の周りで回す事でルーパロール１６の位置を変更するための油圧シリンダ１３およびシリンダ位置を検知するためのシリンダ位置検知器１７より構成される。ルーパロール１６は、被圧延材８を押し上げる事で、被圧延材８にかかる張力を受ける。このルーパロール１６にかかる力を張力計９にて測定することにより、スタンド間張力制御部１０が被圧延材８にかかる張力を取得する。

図２（ａ）、（ｂ）にルーパ７の動作について示す。被圧延材先端部３０が、ｉ−１スタンド圧延機１とｉスタンド圧延機２の間にある場合は、ルーパロール１６が被圧延材先端部３０と衝突すると機械が破損するため、ルーパロール１６は、図３（ａ）に示すように、被圧延材８の通過位置より下がった位置にて待機する。被圧延材先端部３０がｉスタンド圧延機２に到達したら、図３（ｂ）に示すように、ルーパロール１６が被圧延材８を持ち上げるような位置に移動する事で、被圧延材８にかかる張力を張力計９にて測定可能となる。

被圧延材８の張力は、ルーパロール１６からルーパアーム１５を経て油圧シリンダ１３に伝わるため、被圧延材８の張力が変動すると、油圧シリンダ１３の圧力との間で差異が発生し、シリンダー位置が変化する。その結果ルーパロール１６の位置が変化する。ルーパロール１５の位置変動は、張力変動となるほか圧延操業の安定性にも影響するため、位置を一定とするルーパ位置制御が実施されている。ルーパ位置制御装置２０は、ルーパロール１６の位置が一定となるように、シリンダ位置検知器１７にて測定したシリンダ位置を用いて油圧シリンダ１３の圧力を操作して制御する。

図３は、従来の熱間タンデム圧延機におけるスタンド間張力制御の構成を示すブロック図である。スタンド間張力制御部１０は、比例積分制御を用いて、張力指令と張力実績との偏差を除去するようｉ−１スタンド速度制御装置１１に対して制御指令を出力し、ｉ−１スタンドロール速度を変更する。即ち、本実施形態においては、スタンド間張力制御部１０が、第１の制御部として機能する。尚、第１の制御部による制御としては、比例制御、積分制御及び微分制御による帰還制御を用いることが可能である。ｉ−１スタンドロール速度が変化すると、速度−張力応答３１により張力実績が変化する。この変動を張力計９にて検知して張力実績とする。

張力実績の変動は、機械系である板張力−シリンダー圧力３２により、油圧シリンダ１３の圧力変動となるが、油圧シリンダ１３の圧力が変動すると、シリンダ位置が変化し、ルーパ機械系３５によりルーパ位置変動、しいてはルーパ位置−スタンド間板道長３４によりスタンド間板道長が変動する。

スタンド間板道長変動は、板道長変化−張力応答３３により張力変動となり、張力実績が変動する事となる。ここで、速度−張力応答３１は以下の式（１）で示され、板道長変化−張力応答３３は、以下の式（２）で示される。

上記速度−張力応答３１及び板道長変化−張力応答３３は、圧延現象によるもので、被圧延材８の材質や板厚、圧延速度等（以下圧延スケジュールと呼ぶ）により変化する。逆にこれらの値が判れば、ｉ−１スタンド速度制御装置１１の応答は測定可能であり、圧延スケジュールには依存しないので、スタンド間張力制御部１０の制御ゲインの設定が、図４に一例を示すように可能である。

一般的に、Ｔ_σのオーダーは数ｍｓ程度であると考えられるため、１／Ｔ_σは速度制御系の応答ω_ｎより大きくなる。従って、一巡伝達関数のボード線図は図４に示すようになるため、ω≦１／Ｔ_Ｉで交差周波数を設定する。ここで、ω_ｃ＝α／Ｔ_Ｉ（但し、α≦１．０）と考えると、以下の式（３）が成り立つ。

従って、スタンド間張力制御部１０のゲインＫ_Ｐは、以下の式（４）で表される。

図４で求めた、圧延スケジュールに応じたスタンド間張力制御部１０の制御ゲインＫ_Ｐが過大である場合の制御応答シミュレーション結果を図５（ａ）〜（ｃ）に示す。図５（ａ）〜（ｃ）においては、張力偏差の外乱（張力外乱）をステップ状に与えた場合の制御応答を示しており、図５（ａ）は、制御ゲイン５倍、図５（ｂ）は張力実績が発振（振幅が一定のまま振動）した制御ゲイン１０．３５倍、図５（ｃ）は張力実績が振動して発散した制御ゲイン２０倍の場合を示している。

以上より、熱間タンデム圧延機のスタンド間張力制御部１０においては、制御ゲインが１０倍を超えると、張力変動が発振または発散する事がわかる。圧延スケジュールによって、速度−張力応答３１におけるＫ_σＶが異なり、１０倍より大の差となる場合もあることが予想できるため、制御ゲインの設定が誤差を持った場合においても安定に制御できるような制御方法が必要となる。

図６は、図１７に示す従来のプラント制御の構成に対して本実施形態に係るプラント制御の構成を示すブロック図である。図６に示すように、本実施形態に係るプラント制御においては、図１７に示す従来のプラント制御に含まれる構成に加えて、制御動作制限装置２００、定常偏差補償装置２０１、定常偏差補償実施可否選択装置２０２、制御ゲイン修正装置２０３、制御ゲイン学習装置２０４、制御ゲインデータベース２０５及び上位計算機２５０が設けられている。

また、図７は、図３に示す従来のスタンド間張力制御の構成に対して本実施形態に係るスタンド間張力制御の構成を示すブロック図である。図６において説明した新規な構成における制御動作制限装置２００、定常偏差補償装置２０１、定常偏差補償実施可否選択装置２０２、制御ゲイン修正装置２０３、制御ゲイン学習装置２０４、制御ゲインデータベース２０５は、図３において説明した従来のスタンド間張力制御の構成に対して、図７に示すように接続されている。

制御動作制限装置２００は、図８に一例を示すような制御偏差ゲインを設定する。ある入力に対して、偏差ゲインを掛けた場合の出力を図８下図に示す。図８に示すように、制御動作制限装置２００は、張力偏差がΔＴ_Ｍ２からΔＴ_Ｍ１である間、制御ゲインが１．０から０に直線的に変化し、ΔＴ_Ｍ１からΔＴ_Ｐ１である間、制御ゲインは０．０であり、ΔＴ_Ｐ１からΔＴ_Ｐ２である間、制御ゲインが０から１．０まで直線的に変化するように設定している。

即ち、本実施形態においては、状態量偏差の絶対値が所定値以下である場合に、第１の制御部であるスタンド間量力制御部１０による帰還制御を制限し、後述する第２の制御部である定常偏差補償装置２０１に積分制御を実行させる。また、制御を切り替える際には、図８に示すように、第１の制御部側の制御ゲインを、状態量偏差の値に応じて徐々に変化させる。このような制御ゲインの調整により、制御が急に切り換わることによって制御が不安定になることを回避することができる。

尚、図８において、ΔＴ_Ｍ２及びΔＴ_Ｐ２が、スタンド間張力制御部１０に入力する状態量偏差を調整し始め、状態量偏差が夫々ΔＴ_Ｍ１、ΔＴ_Ｐ１に近づくにつれて状態量偏差がゼロに近づくように調整する制限開始閾値であり、ΔＴ_Ｍ１及びΔＴ_Ｐ１が、スタンド間張力制御部１０に入力する状態量偏差を完全にゼロにする制限完了閾値である。

図８においては、ΔＴ_Ｐ１＝０．３、ΔＴ_Ｐ２＝０．６、ΔＴ_Ｍ１＝−０．３、ΔＴ_Ｍ２＝−０．６の場合を例としている。ΔＴ_Ｍ１からΔＴ_Ｐ１にかけては、制御ゲイン＝０であるため、実質的にはデッドバンドである。従って、以下の説明においては、ΔＴ_Ｍ１からΔＴ_Ｐ１の間をデッドバンドと称する。

制御動作制限装置２００として制御偏差ゲインを追加した場合の制御応答の変化を図９（ａ）〜（ｂ）に示す。図９（ａ）は従来の制御系の場合であり、この場合図に示すように発振する。これに対して、図９（ｂ）は制御動作制限装置２００を用いた場合を示す図であり、この場合図に示すように発振は抑制されている。他方、図９（ｂ）の場合、制御ゲインが０となる制御偏差±０．３以内でデッドバンドとなり張力制御が実施されないため、＋０．３の定常偏差が残っている。定常偏差補償装置２０１は、この定常偏差を除去するために設けられるものである。定常偏差補償装置２０１は、後述するようにゲイン調整のやりやすさを考慮して積分制御のみとする。

定常偏差補償装置２０１の一巡伝達関数は以下の式（５）によって表されるため、そのボード線図は、図１０のようになる。

そして、積分制御のゲインＫ´_Ｉは、圧延スケジュールに依存する速度−張力応答３１ゲインＫ_σＶ 、および予め設定する積分時定数Ｔ´_Ｉより求める事ができる。ここで、ω_ｃ＝α・ω_ｎ＝１／Ｔ_Ｉ（但し、α≦１．０）と考えると、以下の式（６）が成り立つ。

従って、定常偏差補償装置２０１のゲインＫ´_Ｉは、以下の式（７）で表される。

ここで、定常偏差補正の積分時定数Ｔ´_Ｉを、速度−張力応答３１ゲインＫ_σＶが１０倍程度異なった場合でも制御が発振しないように、スタンド間張力制御部１０における積分時定数Ｔ_Ｉの１０倍で設定する。換言すると、定常偏差補正における積分制御の制御ゲインは、スタンド間張力制御部１０における制御ゲインの１０分の１程度に設定される。この１０倍という値は一例であり、制御対象のプラントの特性に応じて数倍〜数十倍の値を用いることが可能である。

図９（ｂ）のシミュレーションは、速度−張力応答３１ゲインＫ_σＶが実際より小さいため、制御ゲインが１０．３５倍となった場合を想定してるが、この場合でも定常偏差補償装置の積分ゲインは最適ゲインの１．０３５倍となるため安定に制御可能である。図９（ｃ）は、定常偏差補償装置２０１を追加した場合のステップ応答である。制御偏差０．３までスタンド間張力制御部１０と定常偏差補償装置２０１で制御した後、定常偏差補償装置２０１が定常偏差を除去しているのがわかる。

図１１（ａ）、（ｂ）は、夫々図５（ａ）、（ｃ）の場合について、定常偏差補償装置２０１を追加した場合のステップ応答を示す図である。図１１（ａ）に示すように、スタンド間張力制御部１０の制御ゲインが適正範囲である図５（ａ）に対応する図１１（ａ）の応答が時間を要するようになっている。制御動作制限装置２００および定常偏差補償装置２０１は、スタンド間張力制御部１０の制御ゲインが過大の場合に制御が発振または発散しないようにするために追加したものであるため、制御ゲインが過大の場合には有効に動作するが、適当または過小の場合は制御応答が悪くなる問題点がある。そこで、定常偏差補償装置２０１での制御時の応答を用いて、速度−張力応答３１ゲインＫ_σＶを修正する制御ゲイン修正装置２０２を適用する。

図１２に制御ゲイン修正の考え方を示す。スタンド間張力変動は、種々の要因により発生するが、図２（ａ）に示すスタンド間に被圧延材先端部３０が存在する状態から、被圧延材先端部がｉスタンドに噛み込むタイミングｔ_１においてスタンド間張力が発生する。この時、大きな張力偏差が発生するが、これが除去されたタイミングｔ_２の後は、圧延機の加減速等が無ければスタンド間張力は安定する。

図１２に示すタイミングｔ_２以降の張力変動が余り存在しない状態の時に、定常偏差補償装置２０１を動作させる。定常偏差補償装置２０１は、積分制御のみで構成されているため、その制御ゲインは上記式（７）によって表され、応答の違いはＫ_σＶの誤差によるものと推定できる。従って、制御開始時の張力偏差が３７％まで減衰する時間を測定する事で積分時定数Ｔ´_Ｉの実際の値Ｔ´_Ｉａｃｔが求まる。これを用いる事で、以下の式（８）により速度−張力応答３１ゲインＫ_σＶの実際の値Ｋ_{σＶａｃｔ}を求める事が可能である。このように、本実施形態においては、第２の制御部である定常偏差補償装置２０１による制御の制御応答に基づいて、速度−張力影響係数Ｋ_σＶを補正することが可能である。

図１３は、図１２に示すタイミングｔ_２以降の定常偏差補償制御の詳細を示す図である。定常偏差補償実施可否選択装置２０２は、図１３に示すように、張力計９にて測定した張力実績と、張力指令との差である張力偏差を監視し、定常偏差補償装置２０１の動作可否を判定する。定常偏差補償実施可否選択装置２０２は、定常偏差補償装置２０１の定常偏差補償指令値２１０を操作する。

図１３に示すように、定常偏差補償実施可否選択装置２０２は、定常偏差補償指令値＝ΔＴ_Ｐ１として定常偏差補償制御を実施し、張力偏差がΔＴ_Ｐ１の前後ΔＴ_Ｐ１＋とΔＴ_Ｐ１−との間の値である期間が、予め設定された張力安定判定期間に達すると、定常偏差補償指令値２１０をゼロとする。これにより、張力偏差ΔＴがΔＴ_Ｐ１からゼロに近づき始める。このタイミングが、図１２に示すタイミングｔ_３である。このタイミングｔ_３において、応答測定実施信号２１２をイネーブルにし、制御ゲイン修正装置２０３による速度−張力影響係数Ｋ_σＶの補正動作を開始させる。尚、ここでは、張力偏差が正側（プラス側）である場合について説明したが、負側（マイナス側）についても同様に実施する。

このような処理により、張力偏差ΔＴをゼロに近付ける際には、張力偏差ΔＴがΔＴ_Ｐ１の周辺である程度安定した後であるため、積分制御において考慮される張力偏差が安定しており、ΔＴ_Ｐ１からゼロに近づく波形を安定されることができ、速度−張力影響係数Ｋ_σＶを補正するための実際の時定数Ｔ´_Ｉａｃtを好適に測定することができる。尚、図１３の例においては、定常偏差補償指令値を直接制御する場合を例としているが、定常偏差補償指令値はゼロのままとし、定常偏差補償指令値のゲイン２１１を制御することによって図１５と同様の機能を実現することも可能である。

次に、制御ゲイン修正装置２０３の動作概要を図１４に示す。定常偏差補償実施可否選択装置２０２において、応答測定が開始されたら、その時点の張力実績をΔＴ_{ＳＴＡＲＴ}とし、測定終了とするべき張力偏差ΔＴ_ＥＮＤ＝０．３７×ΔＴ_{ＳＴＡＲＴ}を求める。張力偏差を監視して、張力偏差がΔＴ_ＥＮＤ以下となったら、応答測定を終了する。応答測定が実施されていた時間を計測する事により、実際の積分制御応答Ｔ´_Ｉａｃｔを求める事ができる。

このようにして求めたＴ´_Ｉａｃｔ及び上記式（８）を用いる事により、速度−張力応答３１のゲインＫ_σＶの実際の値Ｋ_{σＶａｃｔ}を求める事ができる。ここで、Ｋ_σＶ、Ｔ´_Ｉは、スタンド間張力制御部１０および定常偏差補償制御装置２０１の制御ゲインを求めるのに使用した速度−張力応答３１ゲインおよび積分時定数である。

図１５に、制御ゲイン学習装置２０４の動作概要を示す。熱間タンデム圧延機にて、どのような製品仕様の被圧延材を圧延するかを管理する上位計算機２５０が、被圧延材１本毎に製品仕様と操業情報である圧延スケジュールを設定する。制御ゲイン学習装置２０４は、その設定値に基づき、該当する圧延スケジュールにおける速度−張力応答３１ゲインおよび制御動作制限装置２００で使用するパラメータの情報Ｋ_σＶ、ΔＴ_Ｐ１、ΔＴ_Ｐ２、ΔＴ_Ｍ１、ΔＴ_Ｍ２を制御ゲインデータベース２０５から読み出して、スタンド間張力制御部１０および制御動作制限装置２００、定常偏差補償装置２０１に対して制御ゲインおよび制御偏差ゲインのパラメータΔＴ_Ｐ１、ΔＴ_Ｐ２、ΔＴ_Ｍ１、ΔＴ_Ｍ２を設定する。

新たに熱間タンデム圧延機設備を立ち上げる場合や、新規の圧延スケジュールで圧延する場合等には、Ｋ_σＶ、ΔＴ_Ｐ１、ΔＴ_Ｐ２、ΔＴ_Ｍ１、ΔＴ_Ｍ２の初期値を設定する必要がある。この場合、圧延モデル式を用いて計算した値でＫ_σＶを設定し、ΔＴ_Ｐ１、ΔＴ_Ｐ２、ΔＴ_Ｍ１、ΔＴ_Ｍ２については、過去の経験から適当な値を設定すればよい。本発明においては、制御動作制限装置２００にてスタンド間張力制御部１０の制御ゲインが過大の場合でも安定に制御できるような構成となっているため、スタンド間張力制御部１０の制御ゲインを高め（５〜１０倍程度）に設定して、制御ゲインを学習していくのが望ましい。

また、制御ゲイン修正装置２０３にて応答測定が完了して速度−張力応答３１ゲイン実績Ｋ_σａｃｔが算出されたら、応答測定完了時実施の内容を実施する。制御ゲインデータベースから該当する圧延スケジュールのＫ_σＶを取り出してＫ_σＶ（ｋ−１）とし、学習ゲインＣ_ＡＤに従って、実績Ｋ_{σＶａｃｔ}を学習してＫ_σＶ（ｋ）とし、該当する圧延スケジュールの位置のＫ_σＶをＫ_σＶ（ｋ）に変更する。同時に、Ｋ_σＶ（ｋ）とＫ_σＶ（ｋ−１）の比率を計算して、変化が微小と判断されるＡＤ_ＬＬＩＭとＡＤ_ＵＬＩＭ（それぞれ予め定めた値）の間にあれば、学習が完了したとみなして、制御動作制限装置２００が動作しなくなるように制御パラメータを変更する。

具体的には、制御偏差ゲインのパラメータΔＴ_Ｐ１、ΔＴ_Ｐ２、ΔＴ_Ｍ１、ΔＴ_Ｍ２をすべて０とする。これにより、制御ゲイン補正装置２０３にて求めた実績Ｋ_{σＶａｃｔ}が実際のスタンド間張力制御部１０に反映されると共に、学習が完了した場合は制御動作制限装置２００の動作を停止する事で、最適な制御ゲインを用いたスタンド間張力制御部１０が可能となる。即ち、制御ゲイン補正装置２０３が、ゲイン調整部として機能する。また、制御偏差ゲインについては、デッドバンドを最初は広く設定しておき、制御ゲインの学習進度に応じて徐々に狭くしていく方法もある。

以上により、熱間タンデム圧延機設備の立上げ時や、新規の圧延スケジュールの材料を圧延する場合においても、スタンド間張力制御部１０の制御ゲインの過大により発生する張力変動に起因する品質異常や操業異常を防止しつつ、制御ゲインを最適なものに学習していく事が可能となる。

尚、図７に示すようなスタンド間張力制御の制御構成は、ソフトウェアとハードウェアとの組み合わせによって実現される。ここで、図７に示すような本実施形態に係るスタンド間張力制御の各機能を実現するためのハードウェアについて、図１６を参照して説明する。図１６は、本実施形態に係るスタンド間張力制御のハードウェア構成を示すブロック図である。図１６に示すように、本実施形態に係る情報処理装置は、一般的なサーバやＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）等の情報処理端末と同様の構成を有する。

即ち、本実施形態に係る情報処理装置は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１０１、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１０２、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）１０３、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）１０４およびＩ／Ｆ１０５がバス１０８を介して接続されている。また、Ｉ／Ｆ１０５にはＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）１０６および操作部１０７が接続されている。

ＣＰＵ１０１は演算手段であり、情報処理装置全体の動作を制御する。ＲＡＭ１０２は、情報の高速な読み書きが可能な揮発性の記憶媒体であり、ＣＰＵ１０１が情報を処理する際の作業領域として用いられる。ＲＯＭ１０３は、読み出し専用の不揮発性記憶媒体であり、ファームウェア等のプログラムが格納されている。

ＨＤＤ１０４は、情報の読み書きが可能な不揮発性の記憶媒体であり、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）や各種の制御プログラム、アプリケーション・プログラム等が格納されている。Ｉ／Ｆ１０５は、バス１０８と各種のハードウェアやネットワーク等を接続し制御する。また、Ｉ／Ｆ１０５は、夫々の装置が情報をやり取りし、若しくは圧延機に対して情報を入力するためのインタフェースとしても用いられる。

ＬＣＤ１０６は、オペレータが情報処理装置の状態を確認するための視覚的ユーザインタフェースである。操作部１０７は、キーボードやマウス等、オペレータが情報処理装置に情報を入力するためのユーザインタフェースである。このようなハードウェア構成において、ＲＯＭ１０３やＨＤＤ１０４若しくは図示しない光学ディスク等の記録媒体に格納されたプログラムがＲＡＭ１０２に読み出され、ＣＰＵ１０１がそのプログラムに従って演算を行うことにより、ソフトウェア制御部が構成される。このようにして構成されたソフトウェア制御部と、ハードウェアとの組み合わせによって、本実施形態に係るスタンド間張力制御の制御構成の機能が実現される。

その他の実施形態．
実施の形態１においては、制御動作制限装置２００として制御偏差ゲインを用いたが、単純なデッドバンドのように他の制御動作制限手段を用いても良い。また、実施の形態１においては、熱間タンデム圧延機のスタンド間張力制御につき説明したが、同様な方法は冷間タンデム圧延機をはじめとする種々の制御対象プラントに適用可能である。

１ ｉ−１スタント圧延機
２ ｉスタンド圧延機
７ ルーパ
８ 被圧延材
９ 張力系
１０ スタンド間張力制御
１１ ｉ−１スタンド速度制御装置
１２ ｉスタンド速度制御装置
１３ 油圧シリンダ
１４ ルーパ支点
１５ ルーパアーム
１６ ルーパロール
１７ シリンダ位置検知器
２０ ルーパ位置制御装置
３０ 被圧延材先端部
３１ 速度−張力応答
３２ 板張力−シリンダー圧力
３３ 板道長変化ー−張力
３４ ルーパ位置−スタンド間張力
３５ ルーパ機械系
１０１ ＣＰＵ
１０２ ＲＡＭ
１０３ ＲＯＭ
１０４ ＨＤＤ
１０５ Ｉ／Ｆ
１０６ ＬＣＤ
１０７ 操作部
１０８ バス
２００ 制御動作制限装置
２０１ 定常偏差補償装置
２０２ 定常偏差補償実施可否選択装置
２０３ 制御ゲイン修正装置
２０４ 制御ゲイン学習装置
２０５ 制御ゲインデータベース
２５０ 上位計算機
３００ 制御対象プラント
３０１ 制御装置

Claims (7)

1. 制御対象のプラントの状態量偏差に基づいて帰還制御を行うプラント制御装置であって、
   前記状態量偏差に基づく比例制御、積分制御及び微分制御の少なくともいずれか１つの帰還制御を行う第１の制御部と、
   前記状態量偏差に基づき、前記第１の制御部による制御ゲインより低い制御ゲインの積分制御を行う第２の制御部と、
   前記状態量偏差の絶対値が所定値以下である場合に、前記第１の制御部による帰還制御を制限し、前記第２の制御部に積分制御を実行させる制御切替部と、
   前記第２の制御部による積分制御に対する前記制御対象のプラントの制御応答に基づいて前記第１の制御部の制御ゲインを調整するゲイン調整部とを含むことを特徴とするプラント制御装置。
2. 前記制御切替部は、前記プラントの状態量偏差の絶対値が所定の制限開始閾値以下である場合に前記第１の制御部に入力される前記状態量偏差を調整することにより前記第１の制御部による帰還制御を制限することを特徴とする請求項１に記載のプラント制御装置。
3. 前記制御切替部は、前記プラントの状態量偏差の絶対値が前記制限開始閾値以下である場合に、前記プラントの状態量偏差の絶対値が前記制限開始閾値よりも小さい制限完了閾値に近付くにつれて前記第１の制御部に入力される前記状態量偏差がゼロに近づくように調整し、前記プラントの状態量偏差が前記制限完了閾値以下である場合に前記第１の制御部に入力される状態量偏差をゼロとすることを特徴とする請求項２に記載のプラント制御部。
4. 前記第２の制御部は、入力された状態量偏差に基づいて積分制御を開始した後、前記状態量偏差を所定範囲内で所定期間安定させた後に前記状態量偏差がゼロになるように前記積分制御を開始することを特徴とする請求項１に記載のプラント制御部。
5. 前記ゲイン調整部は、前記第２の制御部による積分制御によって前記状態量偏差が所定の割合まで減少するまでの期間に基づいて前記第１の制御部の制御ゲインを調整することを特徴とする請求項１に記載のプラント制御部。
6. 制御対象のプラントの状態量偏差に基づく比例制御、積分制御及び微分制御の少なくともいずれか１つの帰還制御を行う第１の制御部と、前記状態量偏差に基づき、前記第１の制御部による制御ゲインより低い制御ゲインの積分制御を行う第２の制御部とを切り替えて前記制御対象のプラントを制御するプラント制御方法であって、
   前記状態量偏差の絶対値が所定値以下である場合に、前記第１の制御部による帰還制御を制限し、前記第２の制御部に積分制御を実行させ、
   前記第２の制御部による積分制御に対する前記制御対象のプラントの制御応答に基づいて前記第１の制御部の制御ゲインを調整することを特徴とするプラント制御方法。
7. 制御対象のプラントの状態量偏差に基づく比例制御、積分制御及び微分制御の少なくともいずれか１つの帰還制御を行う第１の制御部と、前記状態量偏差に基づき、前記第１の制御部による制御ゲインより低い制御ゲインの積分制御を行う第２の制御部とを切り替えて前記制御対象のプラントを制御するプラント制御プログラムであって、
   前記状態量偏差の絶対値が所定値以下である場合に、前記第１の制御部による帰還制御を制限し、前記第２の制御部に積分制御を実行させるステップと、
   前記第２の制御部による積分制御に対する前記制御対象のプラントの制御応答に基づいて前記第１の制御部の制御ゲインを調整するステップとを情報処理装置に実行させることを特徴とするプラント制御プログラム。

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