JP5848207B2 - 圧延機の板厚制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧延機で圧延材を圧延する際に用いられる板厚制御方法に関する。

従来から、圧延機（圧延スタンド）を用いて薄鋼板や厚鋼板などの圧延材を圧延する場合には、当該圧延スタンドに備えられた一対のワークロールの間隙（ギャップ量）を調整して、出側板厚を目標値に一致させる板厚制御が行われている。
圧延スタンドには板厚を制御するための板厚制御部が備えられており、この板厚制御部では、自動板厚制御（ＡＧＣ）として、フィードフォワードＡＧＣ（ＦＦ−ＡＧＣ）、ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣ、モニタＡＧＣなどが採用されている。

フィードフォワードＡＧＣは、入側板厚の変動による出側板厚の変動を低減すべく、圧延スタンドの入側に備えられた板厚計で検出された入側板厚に基づき、圧下位置を操作する制御技術である。このフィードフォワードＡＧＣでは、板厚計で測定した入側板厚を、入側板速度に基づきトラッキングすることにより、圧延スタンドの位置における入側板厚を求め、圧延スタンドの位置における入側板厚と入側板厚設定値との偏差に基づき、圧下位置の指令値（ギャップ量の変更量ΔＳ_Ｆ）を演算する。

フィードフォワードＡＧＣにおける圧下位置の指令値の演算方法を以下で述べる。出側板厚、圧下位置、荷重の間で成り立つ式として一般に知られているゲージメータ式を式（１）に示す。

圧延荷重の変動量は式（２）で表される。

今、ΔＰ_Ｒ＝０として式（１）,式（２）を連立すると式（３）が得られる。

理想的なフィードフォワードＡＧＣでは、入側板厚が変動しても出側板厚が変動しないようにΔＳを操作する。従って式（３）にΔｈ＝０を代入したときのΔＳをフィードフォワードＡＧＣによる圧下位置の指令値ΔＳ_Ｆとする。

実際には、ミル定数、影響係数、入側板厚の計測値に誤差があるため、以下のようにゲインＫ_Ｆを乗ずることにより調整する場合もある。

一方、従来から用いられている他のＡＧＣとして、ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣがある。
ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣでは、圧延荷重の変動による出側板厚の変動を低減すべく、圧延スタンドに備えられたロードセルで検出された荷重に基づき、圧下位置を操作する。理想的なＢＩＳＲＡ−ＡＧＣでは、荷重が変動しても出側板厚が変動しないように、圧下位置の指令値（ギャップ量の変更量ΔＳ_Ｂ）を操作する。したがって、式（１）にΔｈ＝０を代入したときのΔＳ（ΔＳ_Ｂ）をＢＩＳＲＡ−ＡＧＣによる圧下位置の指令値とする。

実際にはミル定数や圧延荷重の計測値に誤差があるため、以下のようにゲインＫ_Ｂを乗ずることにより調整する場合もある。

上述したフィードフォワードＡＧＣだけを用いた場合、入側板厚の変動による出側板厚の変動を低減できるものの、変形抵抗の変動等による出側板厚の変動を低減できないといった問題点が存在する。また、ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣだけを用いた場合、入側板厚の変動や変形抵抗の変動による影響も含めた、圧延荷重の変動による出側板厚の変動を低減できるものの、圧延荷重の計測値の誤差や圧延荷重に含まれるノイズの影響のため、ゲインＫ_Ｂを十分に大きくすることができないことが多く、結果として入側板厚の変動に対してフィードフォワードＡＧＣほど有効に働かないことがある。

斯かる難点を解消すべく、フィードフォワードＡＧＣとＢＩＳＲＡ−ＡＧＣを同時に用いることが考えられる。
例えば、特許文献１には、圧下装置とロール駆動装置の各々をフィードフォワード制御して、圧延材の板厚および張力を制御する多段スタンド圧延機の制御方法において、各スタンドの圧下位置、ロール周速、出側の板厚及び次スタンドとの間の板速を所定周期で検出し、前記出側の板厚の検出位置から次スタンドまでの位置に対応して記憶している前記板厚の履歴データ列を前スタンド出側で検出された前記板速に応じてシフトしながら、新たに検出された前記板厚を記憶し、予め与えられる前記圧下装置の応答遅れ時間に移動する圧延材の移動距離に相当する板厚データを前記履歴データ列の前記次スタンド側から選択し、この選択された板厚データを元に圧下フィードフォワードする前記圧下装置への圧下指令を求め、同様にして前記ロール駆動装置の応答遅れ時間に基づいて前記履歴データ列から選択される板厚データを元に速度フィードフォワードする前記ロール駆動装置への速度指令を求める圧延制御方法が開示されている。

この特許文献１では、フィードフォワードＡＧＣとフィードバックＡＧＣを同時に用いており、フィードバックＡＧＣの一つとしてＢＩＳＲＡ−ＡＧＣを挙げている。加えて、特許文献１では、異なる応答遅れ時間をもつアクチュエータごとに、フィードフォワード指令を演算する板厚データを変更し、制御の効果を上げるようにしている。

特開平７−１００５１８号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術のようにフィードフォワードＡＧＣとＢＩＳＲＡ−ＡＧＣを同時に用いたとき、両ＡＧＣが共に入側板厚の変動による出側板厚の変動を抑えるように動作するため、過制御になるという問題がある。
図４は、この問題を説明するためにシミュレーションを行った結果である。図４（ａ）には、入側板厚の変動量が示されている。図４（ｂ）は、この入側板厚の変動に対し、何も制御をしなかった場合のシミュレーション結果を示している。図４（ｃ）には、式（４）によるフィードフォワードＡＧＣを適用した場合、図４（ｄ）には、式（６）によるＢＩＳＲＡ−ＡＧＣを適用した場合、図４（ｅ）には、式（４）によるフィードフォワードＡＧＣと式（６）によるＢＩＳＲＡ−ＡＧＣを同時に適用した場合の出側板厚の変動が示されている。

何も制御しなかった場合、入側板厚の増加により出側板厚は増加している。これに対しフィードフォワードＡＧＣを単独で適用した場合と、ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣを単独で適用した場合では、出側板厚の変動を低減することができていることがわかる。しかし、図４（ｅ）から明らかなように、フィードフォワードＡＧＣとＢＩＳＲＡ−ＡＧＣを併用した場合は、過制御となり出側板厚が減少している。なお、このシミュレーションでは、式（４）や式（６）中の定数や計測値に誤差は無く、変形抵抗等の変動も無いものとしているため、フィードフォワードＡＧＣやＢＩＳＲＡ−ＡＧＣを単独で用いれば出側板厚の変動を十分に低減できているが、現実の状況においては、単独で用いるだけでは不十分な場合があることは、上述した通りである。

つまり、フィードフォワードＡＧＣとＢＩＳＲＡ−ＡＧＣを同時に適用した場合、過制御になるという問題に対し、特許文献１は何ら解決方法を示していない。フィードフォワードＡＧＣとＢＩＳＲＡ−ＡＧＣを同時に適用する場合、それぞれの制御のゲインを小さな値に調整して過制御を防止するという対策が考えられるが、どの程度ゲインを小さな値にすれば良いかという指標がないため調整が困難であるだけでなく、同じ入側板厚の変動に対し、フィードフォワードＡＧＣとＢＩＳＲＡ−ＡＧＣにより二重に制御しているという問題の根本的な解決にはなっていない。

そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、フィードフォワードＡＧＣとＢＩＳＲＡ−ＡＧＣを同時に適用した場合、ゲイン調整によらず、過制御になることを防止しつつ、適正な圧延を行うことのできる圧延機の板厚制御方法を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
本発明の圧延機の板厚制御方法は、圧延材を圧延する一対のワークロールを備えた圧延機の板厚制御方法であって、前記圧延機の入側板厚の実績値に基づき、当該圧延機の圧下位置の指令値を求めるフィードフォワードＡＧＣと、圧延機の圧延荷重の実績値に基づき、当該圧延機の圧下位置の指令値を求めるＢＩＳＲＡ−ＡＧＣを併用するに際しては、前記圧延機の圧延荷重の実績値から、フィードフォワードＡＧＣで算出された圧下位置の指令値に対応する圧延荷重を差し引いた圧延荷重偏差を求め、求められた圧延荷重偏差を基にＢＩＳＲＡ−ＡＧＣによる圧延機の圧下位置の指令値を求め、前記フィードフォワードＡＧＣで算出された圧下位置の指令値と、ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣで算出された圧下位置の指令値とを、前記圧延機に適用することを特徴とする。

また、本発明の圧延機の板厚制御方法は、圧延材を圧延する一対のワークロールを備えた圧延機の板厚制御方法であって、前記圧延機の入側板厚の実績値に基づき、当該圧延機の圧下位置の指令値を求めるフィードフォワードＡＧＣと、圧延機の圧延荷重の実績値に基づき、当該圧延機の圧下位置の指令値を求めるＢＩＳＲＡ−ＡＧＣを併用するに際しては、ｉ−１番目の制御ステップにおけるフィードフォワードＡＧＣで算出された圧下位置
の指令値ΔＳ_{Ｆ，ｉ−１}に対応する圧延荷重Ｐ_{Ｆ，ｉ−１}を求め、ｉ番目の制御ステップにおける圧延機の圧延荷重の実績値Ｐ_ｉから、前記圧延荷重Ｐ_{Ｆ，ｉ−１}を減算することで、ｉ番目の制御ステップでのＢＩＳＲＡ−ＡＧＣに用いる圧延荷重Ｐ_Ｂ，ｉを求め、求められた圧延荷重Ｐ_Ｂ，ｉを基にｉ番目の制御ステップでのＢＩＳＲＡ−ＡＧＣによる圧下位置の指令値ΔＳ_Ｂ，ｉを求めると共に、ｉ番目の制御ステップにおけるフィードフォワードＡＧＣによる圧下位置の指令値ΔＳ_Ｆ，ｉを求め、求められた圧下位置の指令値ΔＳ_Ｆ，ｉと圧下位置の指令値ΔＳ_Ｂ，ｉとの和を、圧延機に適用することを特徴とする。

本発明によれば、ＦＦ−ＡＧＣとＢＩＳＲＡ−ＡＧＣを併用した場合であっても、ゲイン調整によらず、過制御になることを防止しつつ、適正な圧延を行うことが可能となる。

本発明の板厚制御方法が適用される圧延機及び制御系の概略を示す図である。 本発明の板厚制御方法を示すフローチャートである。 本発明の板厚制御方法により制御を行った結果（シミュレーション結果）を示す図である。 従来の板厚制御方法により制御を行った結果（シミュレーション結果）を示す図である。

以下、図面を基に、本発明にかかる圧延機の板厚制御方法を説明する。なお、説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。
図１は、圧延材Ｗを圧延する圧延機（圧延スタンド１）を模式的に示した図である。
圧延スタンド１は、上下一対のワークロール２，２とそれぞれの圧延ロールをバックアップするバックアップロール３，３を備える。ワークロール２は、圧下位置制御装置４によりその圧下位置が変更可能となっていて、そのギャップ量が可変とされている。

圧延スタンド１の入側には、圧延材Ｗの板厚を検出する板厚計５が設けられている。この板厚計５の上流側には、圧延材Ｗの速度を計測する板速度計６が設けられている。この板速度計６はロール式であり、圧延材Ｗに接するロールの回転速度を基に圧延材Ｗの板速度を計測するものである。圧延スタンド１には、圧延材Ｗからの反力である圧延荷重を計測するロードセル７が設けられている。

圧延スタンド１には、ロードセル７が計測した圧延荷重とワークロール２のロール速度と板厚計５が計測した入側板厚を受けて、圧延材Ｗの出側板厚が所定のものとなるようにワークロール２間のギャップ量を変更（圧下量を変更）する板厚制御部１０が設けられている。この板厚制御部１０はプロコンやＰＬＣから構成されており、内部には、ＡＧＣ制御系として、フィードフォワードＡＧＣ１１（ＦＦ−ＡＧＣ）とＢＩＳＲＡ−ＡＧＣ１２を備えるものとなっている。

ＦＦ−ＡＧＣ１１は、例えば、圧延材Ｗに対して行われた圧延の実績値、すなわち前パスでの圧延スタンド１の出側板厚や板の変形抵抗を当該圧延スタンド１にフィードフォワードして適用する制御である。また、ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣ１２は、ゲージメータＡＧＣの一種であり、圧延スタンド１の弾性や圧延材Ｗの変形抵抗を考慮した上で、圧延スタンド１の出側板厚を求めるものであって、例えば、圧延荷重を基にミル定数などを用いて出側板厚を推定し、その値を基に圧延スタンド１の制御を行うものである。

なお、本実施形態の板厚制御部１０には、板厚計５の設置位置における板厚に基づき、圧延スタンド１の直下における板厚を求めるための遅延装置１３が備えられている。また、この遅延装置１３の出力やロードセル７の計測結果を基に、ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣで用いるための圧延荷重を計算する荷重計算装置１４も設けられている。
以下、板厚制御部１０において実施される圧延機の板厚制御方法（本発明の板厚制御方法）について、図２に示すフローチャートに従いつつ、詳細に説明する。

まず、図２のＳＴＥＰ１では、板厚制御部１０内の遅延装置１３において、板速計で計
測した板速度に基づき、板厚計５で計測した板厚をトラッキングすることにより、圧延スタンド１の位置における入側板厚偏差ΔＨ_ｉを計算する。なお、以降の表記で、添字のｉはｉ番目の制御ステップ（制御サイクル）での値を意味する。
ＳＴＥＰ２にて、板厚制御部１０内のフィードフォワードＡＧＣ１１において、入側板厚偏差ΔＨ_ｉに基づき、圧下位置への指令値ΔＳ_Ｆ，ｉを計算する。

ＳＴＥＰ３では、板厚制御部１０内の荷重計算装置１４において、入側板厚偏差ΔＨ_ｉ−１と、ロードセル７で計測した圧延荷重Ｐ_ｉに基づき、ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣ１２で用いるための荷重ΔＰ_Ｂ，ｉを計算する。

ＳＴＥＰ４では、板厚制御部１０内のＢＩＳＲＡ−ＡＧＣ１２において、荷重ΔＰ_Ｂ，ｉに基づき、圧下位置制御装置への指令値ΔＳ_Ｂ，ｉを計算する。

ＳＴＥＰ５では、フィードフォワードＡＧＣ１１による圧下位置への指令値ΔＳ_Ｆ，ｉと、ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣ１２による圧下位置への指令値ΔＳ_Ｂ，ｉの和（ΔＳ_Ｆ，ｉ＋ΔＳ_Ｂ，ｉ）を圧下位置制御装置に入力する。
ＳＴＥＰ６では、圧下位置制御装置が入力された圧下位置の指令値（ΔＳ_Ｆ，ｉ＋ΔＳ_Ｂ，ｉ）に従い、圧下位置を制御する。

ところで、ＳＴＥＰ３で用いる式（９）では、ｉ−１回目サイクルまでのフィードフォワードによる動作、及び入側板厚変動により生じた荷重変動分を引く処理を行っている。
このように、圧延荷重ΔＰ_Ｂを式（９）にて計算する理由について、以下に示す。
まずは、Ｋ_Ｆ＝１とした場合について説明する。式（８）中のミル定数、影響係数、入側板厚偏差ΔＨに誤差がないものとする。この場合、フィードフォワードＡＧＣ１１により入側板厚偏差ΔＨによる出側板厚の変動を０にすることができるため、Δｈ＝０となる。入側板厚偏差ΔＨに対してフィードフォワードＡＧＣ１１によりΔｈ＝０になるように制御した結果、

だけ荷重が変動する。これは入側板厚の変動による圧延荷重の変動であり、この圧延荷重の変動による出側板厚の変動は既にフィードフォワードＡＧＣ１１が０にしているので、この荷重変動に対してＢＩＳＲＡ−ＡＧＣ１２が更に制御する必要はない。従って荷重の
計測値から、入側板厚の変動による荷重変動分だけ差し引いた値ΔＰ_ＢをＢＩＳＲＡ−ＡＧＣ１２の計算に用いる。

上記では、Ｋ_Ｆ＝１とした場合について説明したが、それ以外の場合は差し引く荷重にＫ_Ｆを乗じればよく、結果として式（９）が得られる。
以上述べた、ＳＴＰＥ１〜ＳＴＥＰ６を実施することで、本発明によれば、ＦＦ−ＡＧＣ１１とＢＩＳＲＡ−ＡＧＣ１２を同時に使用した場合であっても、ゲイン調整によらず、過制御になることを防止しつつ、適正な圧延を行うことが可能となる。

次に、以上述べた本発明に係る板厚制御方法を適用した制御結果（シミュレーション結果）について述べる。
図３（ａ）には、圧延スタンド１により圧延材Ｗを圧延した結果として、フィードフォワードＡＧＣ１１を適用した際の板厚偏差が示されている。図３（ｂ）には、ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣ１２を適用した際の板厚偏差が示されている。図３（ｃ）には、フィードフォワードＡＧＣ１１とＢＩＳＲＡ−ＡＧＣ１２を同時に適用した際の板厚偏差が示されている。この制御は、例えば特許文献１に開示された板厚制御技術である。図３（ｄ）には、本発明の板厚制御を適用した際の板厚偏差が示されている。図３の各グラフの右側には、グラフの範囲における板厚の標準偏差を示している。

図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように、フィードフォワードＡＧＣ１１のみの場合や、ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣ１２のみの場合では、板厚変動の幅（標準偏差）が、０．３８２μｍ〜０．２７８μｍと比較的大きなものとなっている。そこで、フィードフォワードＡＧＣ１１とＢＩＳＲＡ−ＡＧＣ１２を同時に使用することが考えられるが、図３（ｃ）に示すように、両ＡＧＣ制御を単純に併用した場合、板厚変動の幅（標準偏差）が、０．４３９μｍと逆に大きなものとなり、好ましくない結果となる。

しかしながら、同一圧延条件の下、本発明の板厚制御方法を用いることで、図３（ｄ）に示す如く、板厚変動の幅（標準偏差）が、０．２２５μｍとなり、板厚変動を最も低減することができ、適切な圧延が実施可能となることがわかる。
つまり、本発明によれば、ＦＦ−ＡＧＣとＢＩＳＲＡ−ＡＧＣを併用した場合であっても、ゲイン調整によらず、過制御になることを防止しつつ、適正な圧延を行うことが可能となる。

なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。

１ 圧延スタンド（圧延機）
２ ワークロール
３ バックアップロール
４ 圧下位置制御装置
５ 板厚計
６ 板速度計
７ ロードセル
１０ 板厚制御部
１１ フィードフォワードＡＧＣ
１２ ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣ
１３ 遅延装置
１４ 荷重計算装置
Ｗ 圧延材

Claims (2)

1. 圧延材を圧延する一対のワークロールを備えた圧延機の板厚制御方法であって、
   前記圧延機の入側板厚の実績値に基づき、当該圧延機の圧下位置の指令値を求めるフィードフォワードＡＧＣと、圧延機の圧延荷重の実績値に基づき、当該圧延機の圧下位置の指令値を求めるＢＩＳＲＡ−ＡＧＣを併用するに際しては、
   前記圧延機の圧延荷重の実績値から、フィードフォワードＡＧＣで算出された圧下位置の指令値に対応する圧延荷重を差し引いた圧延荷重偏差を求め、
   求められた圧延荷重偏差を基にＢＩＳＲＡ−ＡＧＣによる圧延機の圧下位置の指令値を求め、
   前記フィードフォワードＡＧＣで算出された圧下位置の指令値と、ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣで算出された圧下位置の指令値とを、前記圧延機に適用することを特徴とする圧延機の板厚制御方法。
2. 圧延材を圧延する一対のワークロールを備えた圧延機の板厚制御方法であって、
   前記圧延機の入側板厚の実績値に基づき、当該圧延機の圧下位置の指令値を求めるフィードフォワードＡＧＣと、圧延機の圧延荷重の実績値に基づき、当該圧延機の圧下位置の指令値を求めるＢＩＳＲＡ−ＡＧＣを併用するに際しては、
   ｉ−１番目の制御ステップにおけるフィードフォワードＡＧＣで算出された圧下位置の指令値ΔＳ_{Ｆ，ｉ−１}に対応する圧延荷重Ｐ_{Ｆ，ｉ−１}を求め、
   ｉ番目の制御ステップにおける圧延機の圧延荷重の実績値Ｐ_ｉから、前記圧延荷重Ｐ_{Ｆ，ｉ−１}を減算することで、ｉ番目の制御ステップでのＢＩＳＲＡ−ＡＧＣに用いる圧延荷重Ｐ_Ｂ，ｉを求め、
   求められた圧延荷重Ｐ_Ｂ，ｉを基にｉ番目の制御ステップでのＢＩＳＲＡ−ＡＧＣによる圧下位置の指令値ΔＳ_Ｂ，ｉを求めると共に、ｉ番目の制御ステップにおけるフィードフォワードＡＧＣによる圧下位置の指令値ΔＳ_Ｆ，ｉを求め、
   求められた圧下位置の指令値ΔＳ_Ｆ，ｉと圧下位置の指令値ΔＳ_Ｂ，ｉとの和を、圧延機に適用することを特徴とする圧延機の板厚制御方法。

Images