JP5820346B2 - 圧延制御装置及び圧延制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧延制御装置及び圧延制御方法に関し、特に、制御ゲインが大きい場合における制御の発振の抑制に関する。

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、圧延機出側板厚を、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ている。ルーパによる被圧延材の支持状態を変化させることにより、被圧延材にかかる張力が変化するため、ルーパに係る圧力を測定することにより被圧延材の張力を検知する事が可能となる。ルーパは油圧シリンダによる圧力により高さ一定制御が比例積分制御を用いて実施される。

板厚制御は、各スタンド出側板厚を、板厚計での検知結果または、圧延荷重とロールギャップからの板厚予測値等を用いて圧延機出側の板厚が予め定めた設定値となるように制御する。張力制御は、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必要であり、そのためにスタンド間の張力検出手段からの張力実績を用いて、張力制御が実施される。

一般的な熱間タンデム圧延機においては、各スタンドのロールギャップ調整によって板厚制御を行い、隣接するスタンドロールの前段側のロール速度の調整によって張力制御を行う。また、張力検知手段として、ルーパが被圧延材から受ける張力をロードセルまたはルーパの油圧シリンダにかかる圧力から検知することが行われる。

複数の圧延スタンドが連なって配置されたタンデム圧延機において、ｉ番目のロール速度を調整する場合、ｉ−１番目との間の張力及びｉ＋１番目との間の張力の双方に影響を及ぼす。このような影響は、スタンド間の張力制御の干渉による発振を生じる可能性があり、板圧精度の悪化につながる。そのような課題を解決するため、上流側の張力実績に応じてロール間間隙を修正すると共に、互いに隣接する圧延スタンド間に設置された張力制御手段の応答速度を互いに異なる特性に設定する方法が既に知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平５−１５９１３号公報

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、製品仕様に応じた制御ゲインの設定が必要となる。これに対して、圧延現象のモデルおよびモデル計算時に使用する変形抵抗、摩擦係数、板温度といった圧延現象のモデルのパラメータが不正確なため制御ゲイン設定の誤差が大きいという問題がある。

タンデム圧延機においては、各圧延機のロール速度を速度制御装置により制御する。張力制御の操作端としてロール速度を用いる場合、速度制御装置および圧延機を含んだ速度制御系の応答を考慮して張力制御系を設計するが、前記のように制御ゲイン設定の誤差のため制御ゲインが大きめに設定された場合や、制御応答を良くするためにあえて高い制御ゲインを設定した場合に速度制御系の応答に起因して制御が振動する場合が発生する。速度制御系は簡易的には２次遅れ系として近似されるが、共振周波数を持つためである。

その場合、問題となるのが大きな張力外乱により、張力制御系がステップ応答的に制御を実施した場合に、共振周波数での振動が継続的に残ったり（発振）、振動振幅がだんだん大きくなる（発散、以下発振に含める）場合である。また、共振周波数近辺の周波数成分の張力外乱（例えば被圧延材の硬さ変動や、圧延機の機械的振動）が有った場合に、張力変動を増大してしまうという場合も発生する。

そのため、熱間タンデム圧延機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、張力制御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圧延操業の停止や、製品不良を発生させるという問題があった。

特許文献１に開示された技術は、発振を予め抑制するための方法であり、発振が生じた場合にそれを抑制する方法としては適さない。尚、上述したような課題は、タンデム圧延機に限ったものではなく、タンデム圧延機のように、同種類の制御を繰り返すようなプラントの制御であると共に、ある制御点の制御量の変更がその前段の制御点の制御に影響するような場合であれば、同様に問題となり得る。

本発明は上記課題に対応したものであり、制御ゲインが大きい場合であっても、張力制御等の圧延機速度を操作端とする制御の発振を抑制することを目的とする。

本発明の一態様は、被圧延材を複数の対のロールで圧延するタンデム圧延機を制御する圧延制御装置であって、測定される状態量の偏差に基づき、測定位置に応じたロール及びその上流側または下流側に配置されているロールの回転速度を制御するロール速度制御部と、測定される状態量の発振を検知する発振検知部と、発振が検知された測定位置に応じたロール及びその上流側または下流側に配置されているロールのうち、前記状態量の偏差に基づく回転速度の制御と同一のロールの回転速度の制御における制御応答を変更する発振制御部とを含むことを特徴とする。

また、本発明の他の態様は、同種類の処理を複数の制御対象において繰り返すプラントを制御するプラント制御装置であって、測定される状態量の偏差に基づき、測定位置に応じた制御対象及びその上流側または下流側の制御対象の制御状態を変更する状態制御部と、測定される状態量の発振を検知する発振検知部と、発振が検知された制御対象及びその上流側または下流側の制御対象のうち、前記状態量の偏差に基づく制御状態の変更と同一の制御対象の制御状態の変更における制御応答を変更する発振制御部とを含むことを特徴とする。

また、本発明の更に他の態様は、被圧延材を複数の対のロールで圧延するタンデム圧延機を制御する圧延制御方法であって、測定される状態量の偏差に基づき、測定位置に応じたロール及びその上流側または下流側に配置されているロールの回転速度を制御し、測定される状態量の発振を検知し、発振が検知された測定位置に応じたロール及びその上流側または下流側に配置されているロールのうち、前記状態量の偏差に基づく回転速度の制御と同一のロールの回転速度の制御における制御応答を変更することを特徴とする。

本発明を用いることで、制御ゲインが大きい場合であっても、張力制御等の圧延機速度を操作端とする制御の発振を抑制することができる。

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。 従来技術及び本発明の実施形態に係る速度制御系の構成を示す図である。 速度制御系のステップ応答の例を示す図である。 速度制御系の閉ループ応答の例を示す図である。 位相ずれと振幅変化の例を示す図である。 スタンド間張力制御の制御例のボード線図を示す図である。 スタンド間張力制御の発振状態の抑制態様の例を示す図である。 共振周波数の外乱があった場合の例を示す図である。 従来技術に係るタンデム圧延機の制御構成を示す図である。 従来技術に係るスタンド速度決定装置の構成を示す図である。 従来技術に係るスタンド間張力制御の構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る速度制御系の構成を示す図である。 本発明の実施形態に係るタンデム圧延機の制御構成を示す図である。 本発明の実施形態に係るスタンド間張力制御の構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る速度応答調整の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る速度応答の調整態様を示す図である。 本発明の実施形態に係る速度応答の調整態様を示す図である。 本発明の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。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の応答は以下の式（３）により２次遅れ系で近似可能である。

上記式（２）によるｉ−１スタンド速度制御装置１１の応答は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（４）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（５）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、速度制御系の応答を２次遅れ系で近似した場合、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（ａ）、（ｂ）は、図３において２次遅れ系で近似したｉ−１スタンド速度制御装置１１である速度制御系のブロック図を示す図である。図６（ａ）は、通常の速度制御系のブロック図である。ＦＢ−ＡＳＲ（Ｆｅｅｄ Ｂａｃｋ Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｓｐｅｅｄ Ｒｅｇｕｌａｔｏｒ）９００においては、速度実績と速度指令の偏差に基づき、比例積分制御により電流指令をＡＣＲ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｒｅｇｕｌａｔｏｒ：電流制御装置）９０１に出力する。ＡＣＲ９０１においては、電動機９０２に流れる電流実績が電流指令に一致するように制御する。

ＡＣＲ９０１は、実際には電流指令と電流実績を合致させるＦＢ制御となっているが、制御応答がＦＢ−ＡＳＲ９００の応答と比べて十分に速いため一次遅れ系で近似することが可能である。電動機９０２は、電流−トルク変換係数ζφより電流をトルクに変換し、圧延機ロールの慣性モーメントＪに応じて圧延機速度を変化させる。

図６（ｂ）は、ＦＦ−ＡＳＲ（Ｆｅｅｄ Ｆｏｒｗｏｒｄ ＡＳＲ）９０３を設ける場合の速度制御系ブロック図を示す図である。ＦＦ−ＡＳＲ９０３は、ＦＦ−ＡＳＲ指令補償９０４とＦＦ−ＡＳＲ電流補償９０５とを含む。ＦＦ−ＡＳＲ指令補償９０４においては、速度指令に時定数Ｔ_ＦＦの１次遅れを入れることによって、時定数Ｔ_ＦＦに応じた１次遅れ応答とする。ＦＦ−ＡＳＲ電流補償９０４においては、時定数Ｔ_ＦＦの１次遅れを入れた速度指令に対して、それに応じた加減速電流指令を、微分と変換ゲインＴ_Ｍにより作成する。ＦＦ−ＡＳＲ電流補償９０５の動作が適切であれば、ＦＦ−ＡＳＲ指令補償９０３の出力であるＦＢ−ＡＳＲ９００への速度指令と速度実績とは一致するため、ＦＢ−ＡＳＲ９００はほとんど動作しない（電流制御系の無駄時間等のため若干の動作は発生する）。

図７（ａ）〜（ｄ）は、速度制御系のステップ応答を示す図である。図７（ａ）は通常の速度制御系を用いた場合の応答を示す。ここで、ＦＢ−ＡＳＲ９００の制御応答は一巡伝達関数のゲイン交差周波数ω_ｃをω_ｃ＝２０［ｒａｄ／ｓ］に設定している。破線がステップ状に与えた速度指令、実線が速度制御系の制御結果である速度実績、一点鎖線が速度指令にω_ＦＦ＝２０［ｒａｄ／ｓ］に設定した１次遅れ系を入れた場合の速度指令である。これは、ＦＦ−ＡＳＲ有の速度制御系におけるＦＦ−ＡＳＲ速度補償９０４の出力と同じである。

図７（ｂ）は、ＦＦ−ＡＳＲ９０３有の場合の応答でありＦＦ−ＡＳＲ電流補償９０５を１００％実施した場合の結果である。この場合、速度実績はＦＦ−ＡＳＲ速度補償９０４の出力と一致させる事が可能となる。図７（ｃ）はＦＦ−ＡＳＲ電流補償９０５を実施しなかった場合（０％補償量）の応答を示す。ステップ状の速度指令が、ＦＦ−ＡＳＲ指令補償９０４で１次遅れ系となった分応答が悪くなる。図７（ｄ）にＦＦ−ＡＳＲの応答をωＦＦ＝４０［ｒａｄ／ｓ］とした場合のステップ応答を示す。ＦＦ−ＡＳＲ電流補償９０５を１００％行っているため、制御応答は４０［ｒａｄ／ｓ］の１次遅れと一致する。

図８（ａ）〜（ｄ）に、図７の（ａ）〜（ｄ）に対応した、速度制御系の閉ループ応答のボード線図を示す。ＦＦ−ＡＳＲ９０３の応答ω_ＦＦまたは、ＦＦ−ＡＳＲ電流補償９０５のゲインを変更する事で、速度制御系の応答を変更する事が可能である。

図３におけるスタンド間張力制御１０の制御出力について、ｉ−１スタンド速度制御装置１１により位相遅れと大きさが周波数により変換され、速度−張力応答３１にて制御による張力変動量となって張力実績を修正する。張力実績に対して制御による張力変動量は周波数により異なる位相ずれが発生するが、位相ずれと速度指令に対する実際の速度変動の減衰量との釣り合いによって共振点が決定される。

図９に、Δｘとして正弦波を与えて、Δｘに位相差をつけてゲインをかけたものを減算した結果ΔｙがΔｘに対してどのようになるかを示す。図９においては、実線がゲイン１．０、破線がゲイン０．５、点線がゲイン０．３の場合を示す。位相ずれが大きくなるにつれてΔｙの振幅が大きくなり、例えば、位相差１８０度でゲイン１倍だとΔｙは２倍となってしまう。ゲインと位相の関係で制御偏差Δｘを除去しようとしても、結果としてΔｙが増大してしまう場合が発生する。位相差が大きくなっても、ゲインが小さくなればΔｙは小さくなる。

図３に示す熱間タンデム圧延機の張力制御に、ｉ−１スタンド速度制御装置１１として、図７（ａ）〜（ｄ）、図８（ａ）〜（ｄ）に示す速度制御装置を用いた場合の張力制御のボード線図を図１０に示す。スタンド間張力制御１０の制御ゲインは一定としている。ＦＦ−ＡＳＲ９０３の応答を変更する事により、スタンド間張力制御の周波数特性を変更する事ができる。それに従って、共振点も変動する。

以上の様に、ＦＢ−ＡＳＲ９００の応答が一定であっても、スタンド間張力制御１０の制御出力に対する応答であるＦＦ−ＡＳＲ９０３の応答を変化させる事で共振点の周波数を変更する事ができる。これを用いると、スタンド間張力制御が共振点で発振したものを抑制する事ができる。

図３に示す熱間タンデム圧延機のスタンド間張力制御１０を、張力偏差が発振するゲイン設定してステップ応答で発振させ、その後ＦＦ−ＡＳＲ９０３の応答を変化させるためにＦＦ−ＡＳＲ電流補正９０５のゲインを０から０．１に変化させた場合の例を図１１に示す。ＦＦ−ＡＳＲ電流補正のゲインを変更した事により、共振周波数がシフトしたため発振状態が解消された事がわかる。

図１２は、共振周波数成分のスタンド間張力外乱が発生した場合の例を示す。図１２においては、張力外乱がスタンド間張力制御１０により増大している。この場合、ＦＦ−ＡＳＲ電流補正を０％から１００％に変更すると、共振周波数がシフトするため制御効果が得られるようになる。この場合、共振周波数が大きくなる方向にシフトさせたため制御効果が得られているが、共振周波数が小さくなる方向にシフトすることでも、張力外乱を増大しないように（制御効果が減衰する）することが可能であり、共振周波数を高い方向にシフトすると問題が発生する（機械系の共振周波数に近づく等）場合には、共振周波数を小さくする方向にシフトすれば良い。

図１３に、熱間タンデム圧延機の一例として、４スタンドタンデム圧延機についてのスタンド間張力制御システムを示す。図１３に示すように、＃１〜＃４スタンド圧延機８０１〜８０４、＃１〜＃４スタンド速度制御装置８１１〜８１４、＃１−＃２スタンド間張力計８４１、＃２−＃３スタンド間張力計８４２、＃３−＃４スタンド間張力計８４３より構成される圧延機に対して各スタンド間張力制御８３１〜８３３を実施する。

図６（ａ）において説明したｉ−１スタンド速度制御装置１１は、図１３において＃１〜＃４スタンド速度制御装置８１１〜８１４に相当する。速度基準設定装置８５０においては、＃４スタンド圧延機８０４の速度Ｖ_Ｒ４を決定する。決定方法としては、オペレータによる手動操作や圧延状態に応じた自動加減速が考えられる。

圧延機においては、各圧延機スタンドにて出側板厚が異なるため各スタンドにおいて圧延速度が異なる。各圧延機スタンドの出側板厚やスタンド間張力設定は被圧延材の製品仕様より決まるため、圧延モデルに従って、各圧延機スタンドの先進率を決定し、それを用いて、各スタンド速度決定装置８２１〜８２３においては、図１４のような計算を行い、各スタンドに対する速度設定値Ｖ_Ｒｉ０を決定する。ここで、図１４に示すｈ_ｉは、＃ｉスタンドの出側板圧を示し、f_ｉは＃ｉスタンドの先進率を示す。

スタンド間張力制御８３１〜８３３は、図１５に示すように、スタンド間張力計８４１〜８４３からの張力実績Ｔ_１２ｆｂ、Ｔ_２３ｆｂ、Ｔ_３４ｆｂと、設定された張力目標Ｔ_{１２ｒｅｆ}、Ｔ_{２３ｒｅｆ}、Ｔ_{３４ｒｅｆ}との偏差を求め、比例積分制御によりＡＴＲ（張力制御）速度指令 を求める。ここで、上述した夫々の張力目標は、張力基準発生装置８５１が、被圧延材の製品仕様に従い、テーブルルックアップやモデル計算等の予め定められた方法により設定する。

タンデム圧延機においては、各圧延機スタンドの速度比率Ｖ_Ｒｉ／Ｖ_Ｒｉ＋１を加減速によりＶ_Ｒ４が変化しても変動しないようにする事が重要であるため、張力制御指令としては、速度比率に基づいて以下の式（６）のような値を張力制御指令として出力する。このようにして出力された張力制御指令は、各圧延機スタンド速度基準Ｖ_Ｒｉ０と夫々乗算され、最終的に各圧延機スタンドへの速度指令Ｖ_{Ｒ１ｒｅｆ}、Ｖ_{Ｒ２ｒｅｆ}、Ｖ_{Ｒ３ｒｅｆ}、Ｖ_{Ｒ４ｒｅｆ}が決定される。

例えば、＃２−３スタンド間張力制御が＃２圧延機スタンド速度を変更した場合、それに従って＃１圧延機スタンドと＃２圧延機スタンドの速度比率Ｖ_Ｒ１／Ｖ_Ｒ２が変動するのを防止するため、＃１圧延機スタンド速度も同じ比率で変更する。このようにすると、以下の式（７）の関係が成り立つ。

その結果、＃１圧延機スタンド速度と＃２圧延機スタンド速度の比率は変化しないため、＃１圧延機スタンドと＃２圧延機スタンドとの間の張力や＃２圧延機スタンド出側板厚に影響が発生しない。これをサクセッシブと呼ぶ。４スタンドタンデム圧延機においては、＃３−４スタンド間張力制御８３３の制御出力のサクセッシブ８３５と、＃２−３スタンド間張力制御８３２の制御出力のサクセッシブ８３６がある。サクセッシブについては、実施しない場合もある。

以上をまとめると、各圧延機スタンドの速度制御装置８１１〜８１４への速度指令は、以下の式（８）〜（１１）によって表される。

各圧延機スタンド速度制御装置８１１〜８１４への速度指令は、速度基準、スタンド間張力制御指令、サクセッシブの３種類を乗算したものである。前に述べたように、速度制御系の共振周波数をシフトするためにＦＦ−ＡＳＲ９０３の応答を変更するのは、各スタンド間張力制御指令についてのみ行い、速度基準については、各圧延機スタンドで共通の応答とし、サクセッシブについては元となるスタンド間張力制御出力に対する応答と同じくする事が必要である。

例えは、＃３−４スタンド間張力制御出力のサクセッシブは＃１スタンドおよび＃２スタンドに対して行われるが、それについては＃３−４スタンド間張力制御出力の速度制御系応答に合わせて行い、＃２−３スタンド張力制御出力のサクセッシブは＃１スタンドに対して行われるが、それについては＃２−３スタンド間張力制御出力の速度制御系応答に合わせて行う。

これを実現するたの本発明における速度制御系の構成を図１６に示す。４スタンドタンデム圧延機を考えた場合、＃１スタンドにおいては、＃３−４スタンド間張力制御のサクセッシブ分、＃２−３スタンド間張力制御のサクセッシブ分、＃１−２スタンド間張力制御出力の３つの制御指令ΔＶ_１、ΔＶ_２、ΔＶ_３および、＃１スタンド速度基準Ｖ_０の入力が必要となる。そのため、図１６においては、速度基準Ｖ_０の他、制御指令としてΔＶ_１、ΔＶ_２、ΔＶ_３および、速度基準の応答時定数Ｔ_ＦＦ０、制御指令の応答時定数Ｔ_ＦＦ１、Ｔ_ＦＦ２、Ｔ_ＦＦ３を入力とする。図１６の様な構成とした場合、ＦＦ−ＡＳＲの指令は以下の式（１２）によって表され、各制御指令により１次遅れ応答が変更できる。

また、Ｖ_{ＦＦｒｅｆ}を用いてＦＦ−ＡＳＲ電流補正９０５を行うことで、速度実績Ｖ_ｆｂをＦＦ−ＡＳＲ指令Ｖ_{ＦＦｒｅｆ}とすることができる。この場合、ＦＦ−ＡＳＲ電流補正９０５のゲインを変更すると、速度基準および制御指令全てに対する応答が変化するため、制御指令ΔＶ_１、ΔＶ_２、ΔＶ_３毎に制御応答を変化させるためには、各制御指令に対する１次遅れ時定数Ｔ_ＦＦ１、Ｔ_ＦＦ２、Ｔ_ＦＦ３を変更する。

図１７は、本実施形態に係る４スタンドタンデム圧延機についてのスタンド間張力制御システムを示す図である。図１７に示すように、本実施形態に係るスタンド間張力制御システムにおいては、＃１〜＃４スタンド速度制御装置８１１〜８１４に代えて、＃１〜＃４スタンド速度制御装置６１１〜６１４が用いられる。また、各スタンド間張力制御８３１〜８３３に代えて、各スタンド間張力制御６３１〜６３３が用いられる。そして、＃１〜＃４スタンド速度制御装置６１１〜６１４は、図１６において説明した速度制御系に相当する。

図１８は、各スタンド間張力制御６３１〜６３３の詳細を示す図である。図１８に示すように、本実施形態に係る各スタンド間張力制御６３１〜６３３は、図１６において説明した夫々の入力として、制御出力を速度変更量ΔＶ_{Ｒ１２ＡＴＲ}、ΔＶ_{Ｒ２３ＡＴＲ}、ΔＶ_{Ｒ３４ＡＴＲ}とする他、速度制御装置６１１〜６１４に対する応答設定Ｔ_{１２ＡＴＲＦＦ}、Ｔ_{２３ＡＴＲＦＦ}、Ｔ_{３４ＡＴＲＦＦ}を出力とする。即ち、各スタンド間張力制御６３１〜６３３が、ロール速度制御部及び発振制御部として機能する。

そして、図１７に示すように、速度変更量ΔＶ_{Ｒ１２ＡＴＲ}、ΔＶ_{Ｒ２３ＡＴＲ}、ΔＶ_{Ｒ３４ＡＴＲ}及び応答設定Ｔ_{１２ＡＴＲＦＦ}、Ｔ_{２３ＡＴＲＦＦ}、Ｔ_{３４ＡＴＲＦＦ}は、張力実績の検知位置の直前に配置されたロール、即ち、夫々の張力実績の測定位置に応じたロールの速度制御装置のみならず、その上流側に配置されているロールの速度制御装置にも入力される。例えば、＃３スタンド圧延機８０３と＃４スタンド圧延機８０４との間の張力実績は、その張力実績をロール速度に直接反映させるべき＃３スタンド圧延機の制御のためのみならず、その上流側に配置された＃２スタンド圧延機８０２及び＃１スタンド圧延機８０１の制御のためにも用いられる。これにより、直前のロールの速度制御を調整することによって張力実績の発振を抑制すると共に、更に上流側のロールの速度制御を調整することによって、直前のロールの速度制御の調整に基づく他のロール間に生じる影響をキャンセルすることができる。

図１９は、図１８に示す速度応答調整装置６６０の動作を示すフローチャートである。図１９に示すように、速度応答調整装置６６０は、定周期間隔（例えば１秒間隔）で、張力実績のＦＦＴ（周波数分析）を行い（Ｓ１９０１）、速度制御系およびスタンド間張力制御系の制御設定値より、予め計算される共振周波数領域（例えば共振周波数を中心とする±５％）での周波数成分強度を合計し（Ｓ１９０２）、それが予め定めたしきい値（例えば、張力設定値の１０％）を超えた場合（Ｓ１９０３／ＹＥＳ）、速度制御系の共振が発生しているとみなして、制御応答を±ΔＴだけ変更する（Ｓ１９０４）。即ち、Ｓ１９０２、Ｓ１９０３においては、速度応答調整装置６６０が、発振検知部として機能すると共に、Ｓ１９０４においては、速度応答調整装置６６０が、発振制御部として機能する。

このΔＴが、図１７に示すΔＴ_{１２ＡＴＲＦＦ}、ΔＴ_{２３ＡＴＲＦＦ}、ΔＴ_{Ｒ３４ＡＴＲＦＦ}、であり、張力の発振を検知したスタンド間の上流側のスタンドの速度制御のみならず、更に上流側のスタンドの速度制御にも適用される。これにより、いずれか１つのスタンド間の張力発振によってそのスタンド間の速度制御を調整した場合であっても、他のスタンド間の張力に生じる影響を予めキャンセルすることができる。。

変更するΔＴは、例えば１［ｒａｄ／ｓ］等の値を予め設定しておく。スタンド間張力制御が共振して張力実績が変動している場合は、制御応答の変更により振動が抑制されるが、共振周波数成分の張力外乱が発生している場合は、ある程度しか小さくならない。そのためしきい値未満とならず、制御応答を無制限に変更してしまう可能性があるため、制御応答には上下限値を設定し、上下限値を超える変更は実施しないようにする。この上限値は、例えば、設備仕様から定められる標準的な設定値の下限０．５倍、上限２．０倍等である。

このような動作を１本の被圧延材の圧延が完了するまで繰り返し（Ｓ１９０５／ＮＯ）、１本の被圧延材の圧延が完了したら（Ｓ１９０５／ＹＥＳ）、制御応答を予め定められる標準的な値に初期化する（Ｓ１９０６）。

制御応答の変更時、＋ΔＴとするか−ΔＴとするかは、制御応答を下げないという観点からは＋ΔＴが望ましいが、制御応答上下限値があるため、一旦上限側まで上げきったら、次は−側として下限側まで下げ、再度＋側として上限側まで上げるといった方法も考えられる。

図２０（ａ）、（ｂ）及び図２１（ａ）、（ｂ）に速度応答調整装置の動作概要を示す。図２０（ａ）は、圧延操業の圧延速度の変化を示す図である。また、図２０（ｂ）は、図２０（ａ）において破線の楕円で示す範囲の張力実績の例を示す図である。図２０（ｂ）においては、図に示すような張力発振が発生した場合を考える。この場合において、図２１（ａ）は、図２０（ｂ）のタイミングｔ_１の時点での２秒間の張力実績を用いてＦＦＴを実施した結果を示す図である。このように、ＦＦＴを用いることによって容易に発振を検知することが可能である。

図２１（ａ）に示すように、ＦＦＴ結果が共振周波数領域でのしきい値を超えたとすると、制御応答を変更する。ここでは制御応答を−ΔＴ（０．０５）変更する場合を例とする。図２１（ｂ）は、図２０（ｂ）のタイミングｔ_２の時点でのＦＦＴ結果を示す図である。１秒毎にサンプリングして制御応答を継続的に下げ、図２１（ｂ）に示すように、タイミングｔ_２時点でのＦＦＴ結果が共振周波数領域でのしきい値を下回ったとすると、その時点で制御応答を変更するのを停止する。このような処理により、好適に発振を抑制することが可能である。圧延完了したら、制御応答を予め設定した標準的な値に初期化し、次の被圧延材の圧延に備える。

以上のようにすることで、前段スタンド速度を操作端とするスタンド間張力制御を実施する場合、スタンド間張力実績を監視して速度制御系の共振周波数近辺での発振を検出し、速度制御系の応答を変更する事でその発振を抑制する事が可能となる。制御系の発振現象を早期に検出して、圧延速度を下げる等操業効率を悪化させる事なく、またスタンド間張力制御の応答もほとんど犠牲にすることなく発振を防止する事ができるため、操業効率向上、製品品質向上が達成できる。

尚、図１８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１８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２２を参照して説明する。図２２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２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．
上記実施形態においては、ＦＦＴ（周波数分析）により、スタンド間張力制御の発振を検出したが、他の手段、例えば、共振周波数の正弦波との相関関係や速度指令と速度実績との位相関係から発振を検出して、速度制御系の制御応答を変更する事も可能である。

また、上記実施形態においては、スタンド間張力制御の発振を張力実績から検出して制御応答を変更することで、スタンド間張力制御の発振を抑制したが、速度制御系の応答を定期的に一定範囲内で規則的に、またはランダムに変更する事でも、スタンド間張力制御が発振した場合に、発振を抑制する事ができる。

また、上記実施形態においては、４スタンドの熱間タンデム圧延機のスタンド間張力制御について説明したが、任意のスタンド数の熱間タンデム圧延機、任意のスタンド数の冷間タンデム圧延機に同様の方法が適用可能である。また、上記実施形態においては、速度を操作端とするスタンド間張力制御について説明したが、速度を操作端とする任意の制御、例えば板厚制御等にも同様の方法が適用可能である。

例えば板厚制御の場合、＃３スタンド圧延機８０３の出側板厚に基づいて＃３スタンド圧延機８０３のロール速度を制御するように、各スタンドの出側板厚が測定対象の状態量として用いられ、測定された出側板厚に基づいてそのスタンドのロール速度が制御される。即ち、夫々のスタンドの出側が測定位置であり、出側板圧が測定されたロールが、測定位置に応じたロールである。そして、＃３スタンド圧延機８０３の出側板厚に基づく状態量制御は、＃３スタンド圧延機８０３のみならず、その上流側に配置された＃２スタンド圧延機８０２及び＃１スタンド圧延機８０１のためにも用いられる。

また、上記実施形態においては、速度を操作端とする熱間タンデム圧延機について説明したが、任意のプラントの速度を操作端とする制御系においても同様の方法が適用可能である。即ち、上述したタンデム圧延機のように、同種類の制御を繰り返すようなプラントの制御であると共に、ある制御点の制御量の変更がその前段の制御点の制御に影響するような場合であれば、上記実施形態に係る制御を適用することにより、同様の効果を得ることが可能である。また、上記実施形態においては、速度制御装置にて速度応答を調整することで説明したが、速度応答の調整は、張力制御または板厚制御を実施する計算機側で実施しすることでも、同様の方法が適用可能である。

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 ルーパ支店
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
６１１ ＃１スタンド速度制御装置
６１２ ＃２スタンド速度制御装置
６１３ ＃３スタンド速度制御装置
６１４ ＃４スタンド速度制御装置
６３１ スタンド間張力制御
６３２ スタンド間張力制御
６３３ スタンド間張力制御
６６０ 速度応答調整装置

Claims (4)

1. 被圧延材を複数の対のロールで圧延するタンデム圧延機を制御する圧延制御装置であって、
   測定される状態量の偏差に基づき、測定位置に応じたロール及びその上流側または下流側に配置されているロールの回転速度を制御し、その制御の際の制御遅延が変更可能なロール速度制御部と、
   測定される状態量の所定の周波数領域に含まれる周波数での発振を検知する発振検知部と、
   発振が検知された測定位置に応じたロール及びその上流側または下流側に配置されているロールのうち、前記発振が検知された状態量の偏差に基づいて制御されるロールの回転速度の制御における制御遅延を変更する発振制御部とを含むことを特徴とする圧延制御装置。
2. 前記発振検知部は、測定される状態量の実績の周波数分析結果に基づいて前記状態量の発振を検知することを特徴とする請求項１に記載の圧延制御装置。
3. 前記発振検知部は、所定間隔毎に繰り返し前記状態量の発振を検知し、
   前記発振制御部は、前記発振が検知されている間、前記制御遅延を徐々に変化させ続け、前記発振が検知されなくなったら、前記制御遅延の変化を停止することを特徴とする請求項１に記載の圧延制御装置。
4. 被圧延材を複数の対のロールで圧延するタンデム圧延機を制御する圧延制御方法であって、
   測定される状態量の偏差に基づき、測定位置に応じたロール及びその上流側または下流側に配置されているロールの回転速度を所定の制御遅延により制御し、
   測定される状態量の所定の周波数領域に含まれる周波数での発振を検知し、
   発振が検知された測定位置に応じたロール及びその上流側または下流側に配置されているロールのうち、前記発振が検知された状態量の偏差に基づいて制御されるロールの回転速度の制御における制御遅延を変更することを特徴とする圧延制御方法。

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