JP6477900B2 - 圧延材の温度制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、圧延材の温度制御装置に関する。

特許文献１は、圧延材の温度制御装置を開示する。当該温度制御装置は、制御モデルを用いて圧延材の温度を制御する。当該温度制御装置は、実績制御量が安定しているときにオンラインで制御モデルを修正する。その結果、モデル誤差値の影響が抑制される。

日本特開２０１１−００８４３７号公報

しかしながら、特許文献１に記載のものにおいては、実績制御量が安定していないときに制御モデルが修正されない。このため、制御モデルの誤差の影響が抑制されるまでに時間がかかる。

この発明は、上述の課題を解決するためになされた。この発明の目的は、モデル誤差値の影響を短時間で抑制することができる圧延材の温度制御装置を提供することである。

この発明に係る圧延材の温度制御装置は、熱間圧延ラインの仕上圧延機の複数のスタンドに対して隣接したスタンドの間にそれぞれ設けられた複数の冷却装置により冷却された圧延材が前記仕上圧延機の出側に設けられた温度計に到達した際における当該圧延材の温度の目標値とフィードバック値との偏差を入力として前記複数の冷却装置の各々に対する制御量を演算する複数の制御器と、前記複数の制御器の各々により演算された制御量に基づいてむだ時間を含まない温度モデルを用いて前記複数の冷却装置により冷却された圧延材が前記温度計に到達した際における当該圧延材の温度の予測値を演算し、当該予測値を前記複数の制御器の各々に対応したフィードバック値の一部としてフィードバックする複数の第１フィードバック部と、前記複数の冷却装置の各々に対応したむだ時間モデルを用いて前記複数の第１フィードバック部の各々により演算された圧延材の温度の予測値に対して前記複数の冷却装置の各々に対応したむだ時間の分だけ位相を遅らせた値を演算し、前記温度計による圧延材の温度の計測値と前記複数の第１フィードバック部の各々により演算された圧延材の温度の予測値に対して前記複数の冷却装置の各々に対応したむだ時間の分だけ位相を遅らせた値との偏差を演算し、当該偏差に対してローパスフィルタを通過させた値を前記複数の制御器の各々に対応したフィードバック値の他部としてフィードバックする複数の第２フィードバック部と、を備え、前記複数の第２フィードバック部の各々は、圧延材が前記温度計に到達した際における当該圧延材の温度の目標値と前記温度計による圧延材の温度の計測値との間の偏差が予め設定された閾値よりも小さくなった際に、より出側の冷却装置に対応した第２フィードバック部のローパスフィルタから優先的にカットオフ周波数を上げる。

これらの発明によれば、モデル誤差値は、不安定になりにくい低周波数の領域において制御器にフィードバックされる。このため、低周波数の領域において、圧延材の温度の計測値と圧延材の温度の目標値との定常的な偏差を解消することができる。その結果、モデル誤差値の影響を短時間で抑制することができる。

この発明の実施の形態１における圧延材の温度制御装置が適用された熱間圧延ラインの構成図である。 この発明の実施の形態１における圧延材の温度制御装置が適用された熱間圧延ラインの要部の構成図である。 この発明の実施の形態１における圧延材の温度制御装置によるフィードバック制御を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１における圧延材の温度制御装置による制御のシミュレーション結果を示す図である。 この発明の実施の形態１における圧延材の温度制御装置のハードウェア構成図である。 この発明の実施の形態２における圧延材の温度制御装置によるフィードバック制御を示すブロック図である。 この発明の実施の形態３における圧延材の温度制御装置が適用された熱間圧延ラインの要部の構成図である。 この発明の実施の形態３における圧延材の温度制御装置によるフィードバック制御を示すブロック図である。 この発明の実施の形態４における圧延材の温度制御装置によるフィードバック制御を示すブロック図である。

この発明を実施するための形態について添付の図面に従って説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号が付される。当該部分の重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における圧延材の温度制御装置が適用された熱間圧延ラインの構成図である。

図１において、加熱炉１は、熱間圧延ラインの入側に設けられる。粗圧延機２は、加熱炉１の出側に設けられる。誘導加熱装置３は、粗圧延機２の出側に設けられる。仕上圧延機４は、誘導加熱装置３の出側に設けられる。仕上圧延機４は、複数のスタンド４ａを備える。例えば、仕上圧延機４は、５台から７台のスタンド４ａを備える。図１の仕上圧延機４は、６台のスタンド４ａを備える。冷却装置５は、仕上圧延機４の出側に設けられる。巻取機６は、冷却装置５の出側に設けられる。

圧延材７は、加熱炉１の内部に装入される。その後、圧延材７は、加熱炉１により加熱される。その後、圧延材７は、加熱炉１から抽出される。その後、圧延材７は、粗圧延機２により圧延される。その後、圧延材７の端部は、誘導加熱装置３により加熱される。その後、圧延材７は、仕上圧延機４の各スタンド４ａにより圧延される。その後、圧延材７は、冷却装置５に冷却される。その後、当該圧延材７は、巻取機６により巻き取られる。

次に、図２を用いて、熱間圧延ラインの要部を説明する。
図２はこの発明の実施の形態１における圧延材の温度制御装置が適用された熱間圧延ラインの要部の構成図である。

図２において、速度検出器８は、仕上圧延機４における最も出側のスタンド４ａに対応して設けられる。仕上温度計９は、仕上圧延機４における最も出側のスタンド４ａと冷却装置５との間に設けられる。仕上温度計９は、仕上圧延機４における最も出側のスタンド４ａの出側に設けられる。巻取温度計１０は、冷却装置５と巻取機６との間に設けられる。巻取温度計１０は、巻取機６の入側に設けられる。

冷却装置５は、第１注水設備５ａと第２注水設備５ｂとを備える。第１注水設備５ａは、冷却装置５の入側に配置される。第２注水設備５ｂは、冷却装置５の出側に配置される。

温度制御装置１１の入力部は、速度検出器８の出力部と仕上温度計９の出力部と巻取温度計１０の出力部とに接続される。温度制御装置１１の出力部は、第１注水設備５ａの入力部と第２注水設備５ｂの入力部とに接続される。

速度検出器８は、仕上圧延機４における最も出側のスタンド４ａの回転速度ω_ｆ（ｒａｄ／ｓ）を検出する。仕上温度計９は、仕上圧延機４における最も出側のスタンド４ａの出側における圧延材７の仕上温度Ｔ_ｆ（℃）を計測する。巻取温度計１０は、巻取機６の入側における圧延材７の巻取温度Ｔ_ｃ（℃）を計測する。

温度制御装置１１は、仕上圧延機４における最も出側のスタンド４ａの回転速度ω_ｆと仕上圧延機４における最も出側のスタンド４ａの出側における圧延材７の仕上温度Ｔ_ｆとに基づいて第１注水設備５ａの所要注水量を演算する。温度制御装置１１は、第１注水設備５ａの所要注水量に対応した信号Ｖ_ＦＷＤを出力することにより第１注水設備５ａの注水バルブに対してフィードフォワード制御を行う。

温度制御装置１１は、圧延材７の巻取温度の目標値Ｔ_{ｔａｒｇｅｔ}（℃）と巻取機６の入側における圧延材７の巻取温度Ｔ_ｃとの偏差に基づいて第２注水設備５ｂの所要注水量を演算する。温度制御装置１１は、第２注水設備５ｂの所要注水量に対応した信号Ｖ_ＦＢＫを出力することにより第２注水設備５ｂの注水バルブに対してフィードバック制御を行う。

次に、図３を用いて、温度制御装置１１によるフィードバック制御を説明する。
図３はこの発明の実施の形態１における圧延材の温度制御装置によるフィードバック制御を示すブロック図である。

図３に示すように、温度制御装置１１は、ＰＩ制御器１２と第１フィードバック部１３と第２フィードバック部１４とを備える。

ＰＩ制御器１２の伝達関数は、Ｃ_ＦＢＫで表される。第１フィードバック部１３は、むだ時間を含まない温度モデル１３ａを備える。第２フィードバック部１４は、むだ時間モデル１４ａとローパスフィルタ１４ｂとを備える。むだ時間モデル１４ａの伝達関数は、総合的なむだ時間の予測値Ｔ´_ＡＬＬとラプラス演算子ｓとを用いて表される。ローパスフィルタ１４ｂの伝達関数は、ＬＰＦで表される。

第１ブロック１５は、第２注水設備５ｂの注水バルブの応答を示す。第１ブロック１５の伝達関数は、第２注水設備５ｂの注水バルブの操作における制御遅れＴ_ＳＣ（ｓ）と当該注水バルブの時定数Ｔ_Ｓ（ｓ）とラプラス演算子ｓとを用いて表される。第２ブロック１６は、冷却プロセスを示す。第２ブロック１６の伝達関数は、冷却プロセスのゲインＫ_Ｐと冷却プロセスの時定数Ｔ_Ｐ（ｓ）とラプラス演算子ｓとを用いて表される。第３ブロック１７は、移送遅れによるむだ時間を示す。第３ブロック１７の伝達関数は、移送遅れによるむだ時間Ｔ_ｔ（ｓ）とラプラス演算子ｓとを用いて表される。第４ブロック１８は、巻取温度計１０の応答を示す。第４ブロック１８の伝達係数は、巻取温度計１０に計測された圧延材７の巻取温度Ｔ_Ｃ（ｓ）とラプラス演算子ｓを用いて表される。

温度制御装置１１において、ＰＩ制御器１２は、当該圧延材７の温度の目標値Ｔ_{ｔａｒｇｅｔ}とフィードバック値との偏差を入力として冷却装置５に対する制御量を演算する。例えば、ＰＩ制御器１２は、当該圧延材７の温度の目標値Ｔ_{ｔａｒｇｅｔ}とフィードバック値との偏差を入力として第２注水設備５ｂの所要注水量を演算する。第２注水設備５ｂの所要注水量に対応した信号Ｖ_ＦＢＫは、第１ブロック１５と第２ブロック１６とを経由する。その結果、圧延材７の温度降下Ｔ_Ｄ ^ＦＢＫ（℃）が得られる。

圧延材７の温度降下Ｔ_Ｄ ^ＦＢＫは、第１注水設備５ａによる圧延材７の温度降下Ｔ_Ｄ ^ＦＷＤ（℃）に加わる。圧延材７の温度降下Ｔ_Ｄ ^ＦＷＤと圧延材７の温度降下Ｔ_Ｄ ^ＦＢＫとは、圧延材７の仕上温度Ｔ_ｆに加わる。その結果、圧延材７の温度は、（Ｔ_ｆ＋Ｔ_Ｄ ^ＦＷＤ＋Ｔ_Ｄ ^ＦＢＫ）となる。圧延材７の温度（Ｔ_ｆ＋Ｔ_Ｄ ^ＦＷＤ＋Ｔ_Ｄ ^ＦＢＫ）は、第３ブロック１７と第４ブロック１８とを経由する。その結果、圧延材７の巻上温度Ｔ_Ｃが得られる。

第１フィードバック部１３は、ＰＩ制御器１２により演算された制御量に基づいて温度モデル１３ａを用いて冷却装置５により冷却された圧延材７が巻取温度計１０に到達した際における当該圧延材７の温度の予測値を演算する。例えば、第１フィードバック部１３は、第２注水設備５ｂの所要注水量に対応した信号Ｖ_ＦＢＫに基づいて圧延材７の温度の予測値Ｔ´_Ｃを演算する。第１フィードバック部１３は、圧延材７の温度の予測値Ｔ´_Ｃをフィードバック値の一部としてフィードバックする。その結果、温度制御装置１１の応答性が決定する。

第２フィードバック部１４は、むだ時間モデル１４ａを用いて第１フィードバック部１３により演算された圧延材７の温度の予測値Ｔ´_Ｃに対してむだ時間の分だけ位相を遅らせた値を演算する。第２フィードバック部１４は、巻取温度計１０により計測された圧延材７の巻取温度Ｔ_Ｃと第１フィードバック部１３により演算された圧延材７の温度の予測値Ｔ´_Ｃに対してむだ時間の分だけ位相を遅らせた値との偏差を演算する。第２フィードバック部１４は、当該偏差に対してローパスフィルタ１４ｂを通過させた値をフィードバック値の他部としてフィードバックする。

次に、図４を用いて、温度制御装置１１による制御のシミュレーション結果を説明する。
図４はこの発明の実施の形態１における圧延材の温度制御装置による制御のシミュレーション結果を示す図である。図４の横軸は時間を表す。図４の縦軸は温度を表す。

シミュレーションにおいて、仕上温度Ｔ_ｆは９００（℃）に設定される。第２注水設備５ｂの注水バルブの操作における制御遅れＴ_ＳＣは１．５（ｓ）に設定される。第２注水設備５ｂの注水バルブの時定数Ｔ_Ｓは０．５（ｓ）に設定される。冷却プロセスの時定数Ｔ_Ｐは２（ｓ）に設定される。第１注水設備５ａによる圧延材７の温度降下Ｔ_Ｄ ^ＦＷＤは１００（℃）に設定される。移送遅れによるむだ時間Ｔ_ｔは３（ｓ）に設定される。

むだ時間モデル１４ａにおいて、第２注水設備５ｂの注水バルブの操作における制御遅れの推定値Ｔ´_ＳＣは０．５（ｓ）に設定される。第２注水設備５ｂの注水バルブの時定数の推定値Ｔ´_Ｓは０．３（ｓ）に設定される。冷却プロセスの時定数の推定値Ｔ´_Ｐは１．５（ｓ）に設定される。第１注水設備５ａによる圧延材７の温度降下の推定値Ｔ´_Ｄ ^ＦＷＤは２００（℃）に設定される。移送遅れによるむだ時間の推定値Ｔ´_ｔは２．４（ｓ）に設定される。

ローパスフィルタ１４ｂにおいて、カットオフ周波数は０．１２（ｒａｄ／ｓ）に設定される。

図４において、圧延材７の温度の目標値Ｔ_{ｔａｒｇｅｔ}は６００（℃）に設定される。図４に示すように、圧延材７の巻取温度Ｔ_Ｃにおいて、アンダーシュートは生じない。このため、圧延材７の巻取温度Ｔ_Ｃは、安定かつ正確に目標値Ｔ_{ｔａｒｇｅｔ}に追従する。

以上で説明した実施の形態１によれば、モデル誤差値は、不安定になりにくい低周波数の領域においてＰＩ制御器１２にフィードバックされる。このため、低周波数の領域において、圧延材７の巻取温度Ｔ_Ｃと圧延材７の温度の目標値Ｔ_{ｔａｒｇｅｔ}との定常的な偏差を解消することができる。その結果、安定した応答性を保ちつつ、モデル誤差値の影響を短時間で抑制することができる。

なお、第２フィードバック部１４において、ローパスフィルタ１４ｂのカットオフ周波数の初期値を０（ｒａｄ／ｓ）に設定し、圧延材７の温度制御開始後にローパスフィルタ１４ｂのカットオフ周波数を調整してもよい。

例えば、圧延材７の巻取温度Ｔ_Ｃの変化率が予め設定された閾値以下になった時点から定常偏差が生じたと判定して、ローパスフィルタ１４ｂのカットオフ周波数の値を０から連続的に上げていけばよい。その後、定常偏差が予め設定された値よりも小さくなった時点でカットオフ周波数の変化を終了させればよい。

例えば、圧延材７の巻取温度Ｔ_Ｃと目標値Ｔ_{ｔａｒｇｅｔ}との偏差が予め設定された閾値よりも小さくなった時点からローパスフィルタ１４ｂのカットオフ周波数の値を０から連続的に上げていけばよい。その後、定常偏差が予め設定された値よりも小さくなった時点でカットオフ周波数の変化を終了させればよい。

次に、図５を用いて、温度制御装置１１の例を説明する。
図５はこの発明の実施の形態１における圧延材の温度制御装置のハードウェア構成図である。

温度制御装置１１の各機能は、処理回路により実現し得る。例えば、処理回路は、少なくとも１つのプロセッサ１９ａと少なくとも１つのメモリ１９ｂとを備える。例えば、処理回路は、少なくとも１つの専用のハードウェア２０を備える。

処理回路が少なくとも１つのプロセッサ１９ａと少なくとも１つのメモリ１９ｂとを備える場合、温度制御装置１１の各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、又はソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアおよびファームウェアの少なくとも一方は、プログラムとして記述される。ソフトウェアおよびファームウェアの少なくとも一方は、少なくとも１つのメモリ１９ｂに格納される。少なくとも１つのプロセッサ１９ａは、少なくとも１つのメモリ１９ｂに記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、温度制御装置１１の各機能を実現する。少なくとも１つのプロセッサ１９ａは、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＤＳＰともいう。例えば、少なくとも１つのメモリ１９ｂは、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等の、不揮発性又は揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ等である。

処理回路が少なくとも１つの専用のハードウェア２０を備える場合、処理回路は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、又はこれらを組み合わせたものである。例えば、温度制御装置１１の各機能は、それぞれ処理回路で実現される。例えば、温度制御装置１１の各機能は、まとめて処理回路で実現される。

温度制御装置１１の各機能について、一部を専用のハードウェア２０で実現し、他部をソフトウェア又はファームウェアで実現してもよい。例えば、ＰＩ制御器１２の機能については専用のハードウェア２０としての処理回路で実現し、ＰＩ制御器１２以外の機能については少なくとも１つのプロセッサ１９ａが少なくとも１つのメモリ１９ｂに格納されたプログラムを読み出して実行することによって実現してもよい。

このように、処理回路は、ハードウェア２０、ソフトウェア、ファームウェア、又はこれらの組み合わせによって、温度制御装置１１の各機能を実現する。

実施の形態２．
図６はこの発明の実施の形態２における圧延材の温度制御装置によるフィードバック制御を示すブロック図である。なお、実施の形態１と同一又は相当部分には、同一符号が付される。当該部分の説明は省略される。

実施の形態２において、第１フィードバック部１３は、ローパスフィルタ１４ｂを通過した値に基づいて温度モデル１３ａを修正する。第２フィードバック部１４は、ローパスフィルタ１４ｂを通過した値に基づいてむだ時間モデル１４ａを修正する。

以上で説明した実施の形態２によれば、温度モデル１３ａおよびむだ時間モデル１４ａは、ローパスフィルタ１４ｂを通過した値に基づいて修正される。このため、温度モデル１３ａおよびむだ時間モデル１４ａを急激に変化させることなく安定して修正することができる。

実施の形態３．
図７はこの発明の実施の形態３における圧延材の温度制御装置が適用された熱間圧延ラインの要部の構成図である。なお、実施の形態１と同一又は相当部分には、同一符号が付される。当該部分の説明は省略される。

図７において、仕上入側温度計２１は、仕上圧延機４の入側に設けられる。仕上出側温度計２２は、仕上圧延機４の出側に設けられる。

複数の冷却装置２３ａ〜２３ｆは、隣接したスタンド４ａの間に設けられる。複数の冷却装置２３ａ〜２３ｆは、冷却装置２３の入側から順々に並ぶ。

温度制御装置１１の入力部は、仕上入側温度計２１の出力部と仕上出側温度計２２の出力部とに接続される。温度制御装置１１の出力部は、冷却装置２３ａの入力部と冷却装置２３ｂの入力部と冷却装置２３ｃの入力部と冷却装置２３ｄの入力部と冷却装置２３ｅの入力部と冷却装置２３ｆの入力部とに接続される。

仕上入側温度計２１は、仕上圧延機４の入側における圧延材７の温度Ｔ_ｅ（℃）を計測する。仕上出側温度計２２は、仕上圧延機４の出側における圧延材７の温度Ｔ_ｆ（℃）を計測する。

温度制御装置１１は、仕上圧延機４の入側における圧延材７の温度Ｔ_ｅに基づいて冷却装置２３ａの所要注水量と冷却装置２３ｂの所要注水量と冷却装置２３ｃの所要注水量とを演算する。温度制御装置１１は、冷却装置２３ａの所要注水量に対応した信号Ｖ_ＩＳＣ１を出力することにより冷却装置２３ａの注水バルブに対してフィードフォワード制御を行う。温度制御装置１１は、冷却装置２３ｂの所要注水量に対応した信号Ｖ_ＩＳＣ２を出力することにより冷却装置２３ｂの注水バルブに対してフィードフォワード制御を行う。温度制御装置１１は、冷却装置２３ｃの所要注水量に対応した信号Ｖ_ＩＳＣ３を出力することにより冷却装置２３ｃの注水バルブに対してフィードフォワード制御を行う。

温度制御装置１１は、仕上圧延機４の出側における圧延材７の温度に基づいて冷却装置２３ｄの所要注水量と冷却装置の所要注水量と冷却装置２３ｆの所要注水量とを演算する。温度制御装置１１は、冷却装置２３ｄの所要注水量に対応した信号Ｖ_ＩＳＣ４を出力することにより冷却装置２３ｄの注水バルブに対してフィードバック制御を行う。温度制御装置１１は、冷却装置２３ｅの所要注水量に対応した信号Ｖ_ＩＳＣ５を出力することにより冷却装置２３ｅの注水バルブに対してフィードバック制御を行う。温度制御装置１１は、冷却装置２３ｆの所要注水量に対応した信号Ｖ_ＩＳＣ６を出力することにより冷却装置２３ｆの注水バルブに対してフィードバック制御を行う。

次に、図８を用いて、温度制御装置１１によるフィードバック制御を説明する。
図８はこの発明の実施の形態３における圧延材の温度制御装置によるフィードバック制御を示すブロック図である。

仕上出側温度計２２に対し、冷却装置２３ｄからの距離と冷却装置２３ｅからの距離と冷却装置２３ｆからの距離とは互いに異なる。このため、冷却装置２３ｄと冷却装置２３ｅと冷却装置２３ｆとにおいては、移送遅れによるむだ時間も互いに異なる。

これに対し、温度制御装置１１は、複数のＰＩ制御器１２と複数の第１フィードバック部１３と複数の第２フィードバック部１４とを備える。例えば、一組目のＰＩ制御器１２と第１フィードバック部１３と第２フィードバック部１４とは、冷却装置２３ｄに対応して設けられる。例えば、二組目のＰＩ制御器１２と第１フィードバック部１３と第２フィードバック部１４とは、冷却装置２３ｅに対応して設けられる。例えば、三組目のＰＩ制御器１２と第１フィードバック部１３と第２フィードバック部１４とは、冷却装置２３ｆに対応して設けられる。

複数のＰＩ制御器１２の各々は、複数の冷却装置２３ａ〜２３ｆにより冷却された圧延材７が仕上出側温度計２２に到達した際における当該圧延材７の温度の目標値Ｔ_{ｔａｒｇｅｔ}とフィードバック値との偏差を入力として対応した冷却装置に対する制御量を演算する。

複数の第１フィードバック部１３の各々は、複数のＰＩ制御器１２の各々により演算された制御量に基づいてむだ時間を含まない温度モデル１３ａを用いて複数の冷却装置２３ａ〜２３ｆにより冷却された圧延材７が仕上出側温度計２２に到達した際における当該圧延材７の温度の予測値を演算する。複数の第１フィードバック部１３の各々は、当該予測値を複数のＰＩ制御器１２の各々に対応したフィードバック値の一部としてフィードバックする。

複数の第２フィードバック部１４の各々は、むだ時間モデル１４ａを用いて複数の第１フィードバック部１３の各々により演算された圧延材７の温度の予測値に対して冷却装置２３ｄ〜２３ｆの各々に対応したむだ時間の分だけ位相を遅らせた値を演算する。複数の第２フィードバック部１４の各々は、仕上出側温度計２２による圧延材７の温度の計測値と第１フィードバック部１３の各々により演算された圧延材７の温度の予測値に対して冷却装置２３ｄ〜２３ｆの各々に対応したむだ時間の分だけ位相を遅らせた値との偏差を演算する。複数の第２フィードバック部１４の各々は、当該偏差に対してローパスフィルタ１４ｂを通過させた値を複数のＰＩ制御器１２の各々に対応したフィードバック値の他部としてフィードバックする。

図８は、冷却装置２３ｆに対応したＰＩ制御器１２と第１フィードバック部１３と第２フィードバック部１４とを示す。ＰＩ制御器１２の伝達関数は、Ｃ_ＩＳＣ６で表される。

第５ブロック２４は、冷却装置２３ｆの注水バルブの応答を示す。第５ブロック２４の伝達関数は、冷却装置２３ｆの注水バルブの操作における制御遅れＴ_ＳＣ（ｓ）と当該注水バルブの時定数Ｔ_Ｓ（ｓ）とラプラス演算子ｓとを用いて表される。第６ブロック２５は、冷却プロセスを示す。第６ブロック２５の伝達関数は、冷却プロセスのゲインＫ_Ｐと冷却プロセスの時定数Ｔ_Ｐ（ｓ）とラプラス演算子ｓとを用いて表される。第７ブロック２６は、移送遅れによるむだ時間を示す。第７ブロック２６の伝達関数は、移送遅れによるむだ時間Ｔ_ＩＳＣ６（ｓ）とラプラス演算子ｓを用いて表される。第８ブロック２７は、仕上出側温度計２２の応答を示す。第４ブロック１８は、仕上出側温度計２２により計測された圧延材７の温度Ｔ_ｆとラプラス演算子ｓを用いて表される。

温度制御装置１１において、ＰＩ制御器１２は、当該圧延材７の温度の目標値Ｔ_{ｔａｒｇｅｔ}とフィードバック値との偏差を入力として冷却装置２３ｆの所要注水量Ｖ_ＩＳＣ６を演算する。冷却装置２３ｆの所要注水量に対応した信号Ｖ_ＩＳＣ６は、第５ブロック２４と第６ブロック２５とを経由する。その結果、圧延材７の温度降下Ｔ_Ｄ ^ＩＳＣ６（℃）が得られる。

圧延材７の温度降下Ｔ_Ｄ ^ＩＳＣ６は、冷却装置２３ａ〜２３ｅによる圧延材７の温度降下Ｔ_Ｄ ^{ＩＳＣ１−５}（℃）に加わる。圧延材７の温度降下Ｔ_Ｄ ^{ＩＳＣ１−５}と圧延材７の温度降下Ｔ_Ｄ ^ＩＳＣ６とは、仕上圧延機４の入側における圧延材７の温度Ｔ_ｅに加わる。その結果、圧延材７の温度は、（Ｔ_ｅ＋Ｔ_Ｄ ^{ＩＳＣ１−５}＋Ｔ_Ｄ ^ＩＳＣ６）となる。圧延材７の温度（Ｔ_ｅ＋Ｔ_Ｄ ^{ＩＳＣ１−５}＋Ｔ_Ｄ ^ＩＳＣ６）は、第７ブロック２６と第８ブロック２７とを経由する。その結果、仕上圧延機４の出側における圧延材７の温度Ｔ_ｆが得られる。

第１フィードバック部１３は、冷却装置２３ａの所要注水量に対応した信号Ｖ_ＩＳＣ６に基づいて圧延材７の温度の予測値Ｔ´_ｆを演算する。第１フィードバック部１３は、圧延材７の温度の予測値Ｔ´ｆをフィードバック値の一部としてフィードバックする。その結果、温度制御装置１１の応答性が決定する。

第２フィードバック部１４は、むだ時間モデル１４ａを用いて第１フィードバック部１３により演算された圧延材７の温度の予測値Ｔ´_ｆに対してむだ時間の分だけ位相を遅らせた値を演算する。第２フィードバック部１４は、仕上出側温度計２２により計測された圧延材７の温度Ｔ_ｆと第１フィードバック部１３により演算された圧延材７の温度の予測値Ｔ´_ｆに対してむだ時間の分だけ位相を遅らせた値との偏差を演算する。第２フィードバック部１４は、当該偏差に対してローパスフィルタ１４ｂを通過させた値をフィードバック値の他部としてフィードバックする。

以上で説明した実施の形態３によれば、モデル誤差値は、不安定になりにくい低周波数の領域においてＰＩ制御器１２にフィードバックされる。このため、低周波数の領域において、圧延材７の温度Ｔ_ｆと圧延材７の温度の目標値Ｔ_{ｔａｒｇｅｔ}との定常的な偏差を解消することができる。その結果、安定した応答性を保ちつつ、モデル誤差値の影響を短時間で抑制することができる。

なお、第２フィードバック部１４において、ローパスフィルタ１４ｂのカットオフ周波数の初期値を０（ｒａｄ／ｓ）に設定し、圧延材７の温度制御開始後にローパスフィルタ１４ｂのカットオフ周波数を調整してもよい。

例えば、圧延材７の温度Ｔ_ｆの変化率が予め設定された閾値以下になった時点から定常偏差が生じたと判定して、ローパスフィルタ１４ｂのカットオフ周波数の値を０から連続的に上げていけばよい。その後、定常偏差が予め設定された値よりも小さくなった時点でカットオフ周波数の変化を終了させればよい。

例えば、圧延材７の温度Ｔ_ｆと目標値Ｔ_{ｔａｒｇｅｔ}との偏差が予め設定された閾値よりも小さくなった時点からローパスフィルタ１４ｂのカットオフ周波数の値を０から連続的に上げていけばよい。その後、定常偏差が予め設定された値よりも小さくなった時点でカットオフ周波数の変化を終了させればよい。

例えば、圧延材７の温度Ｔ_ｆと目標値Ｔ_{ｔａｒｇｅｔ}との偏差が予め設定された閾値よりも小さくなった際により出側の冷却装置に対応した第２フィードバック部１４のローパスフィルタ１４ｂから優先的にカットオフ周波数を上げればよい。例えば、冷却装置２３ｆのローパスフィルタ１４ｂのカットオフ周波数が予め設定された周波数に到達しても圧延材７の温度Ｔ_ｆと目標値Ｔ_{ｔａｒｇｅｔ}との偏差が残る場合、冷却装置２３ｆのカットオフ周波数を上げればよい。

実施の形態４．
図９はこの発明の実施の形態４における圧延材７の温度制御装置１１によるフィードバック制御を示すブロック図である。なお、実施の形態３と同一又は相当部分には、同一符号が付される。当該部分の説明は省略される。

実施の形態４において、第１フィードバック部１３の各々は、対応したローパスフィルタ１４ｂを通過した値に基づいて対応した温度モデル１３ａを修正する。第２フィードバック部１４の各々は、対応したローパスフィルタ１４ｂを通過した値に基づいて対応したむだ時間モデル１４ａを修正する。

以上で説明した実施の形態４によれば、温度モデル１３ａおよびむだ時間モデル１４ａは、ローパスフィルタ１４ｂを通過した値に基づいて修正される。このため、温度モデル１３ａおよびむだ時間モデル１４ａを急激に変化させることなく安定して修正することができる。

なお、１つの冷却装置に対して、実施の形態３と実施の形態４とのＰＩ制御器１２と第１フィードバック部１３と第２フィードバック部１４と同様のＰＩ制御器と第１フィードバック部と第２フィードバック部を適用してもよい。この場合も、安定した応答性を保ちつつ、モデル誤差値の影響を短時間で抑制することができる。

以上のように、この発明に係る圧延材の温度制御装置は、モデル誤差値の影響を短時間で抑制するシステムに利用できる。

１ 加熱炉、 ２ 粗圧延機、 ３ 誘導加熱装置、 ４ 仕上圧延機、 ４ａ スタンド、 ５ 冷却装置、 ５ａ 第１注水設備、 ５ｂ 第２注水設備、 ６ 巻取機、 ７ 圧延材、 ８ 速度検出器、 ９ 仕上温度計、 １０ 巻取温度計、 １１ 温度制御装置、 １２ ＰＩ制御器、 １３ 第１フィードバック部、 １３ａ 温度モデル、 １４ 第２フィードバック部、 １４ａ むだ時間モデル、 １４ｂ ローパスフィルタ、 １５ 第１ブロック、 １６ 第２ブロック、 １７ 第３ブロック、 １８ 第４ブロック、 １９ａ プロセッサ、 １９ｂ メモリ、 ２０ ハードウェア、 ２１ 仕上入側温度計、 ２２ 仕上出側温度計、 ２３ａ〜２３ｆ 冷却装置、 ２４ 第５ブロック、 ２５ 第６ブロック、 ２６ 第７ブロック、 ２７ 第８ブロック

Claims (2)

1. 熱間圧延ラインの仕上圧延機の複数のスタンドに対して隣接したスタンドの間にそれぞれ設けられた複数の冷却装置により冷却された圧延材が前記仕上圧延機の出側に設けられた温度計に到達した際における当該圧延材の温度の目標値とフィードバック値との偏差を入力として前記複数の冷却装置の各々に対する制御量を演算する複数の制御器と、
   前記複数の制御器の各々により演算された制御量に基づいてむだ時間を含まない温度モデルを用いて前記複数の冷却装置により冷却された圧延材が前記温度計に到達した際における当該圧延材の温度の予測値を演算し、当該予測値を前記複数の制御器の各々に対応したフィードバック値の一部としてフィードバックする複数の第１フィードバック部と、
   前記複数の冷却装置の各々に対応したむだ時間モデルを用いて前記複数の第１フィードバック部の各々により演算された圧延材の温度の予測値に対して前記複数の冷却装置の各々に対応したむだ時間の分だけ位相を遅らせた値を演算し、前記温度計による圧延材の温度の計測値と前記複数の第１フィードバック部の各々により演算された圧延材の温度の予測値に対して前記複数の冷却装置の各々に対応したむだ時間の分だけ位相を遅らせた値との偏差を演算し、当該偏差に対してローパスフィルタを通過させた値を前記複数の制御器の各々に対応したフィードバック値の他部としてフィードバックする複数の第２フィードバック部と、
   を備え、
   前記複数の第２フィードバック部の各々は、圧延材が前記温度計に到達した際における当該圧延材の温度の目標値と前記温度計による圧延材の温度の計測値との間の偏差が予め設定された閾値よりも小さくなった際に、より出側の冷却装置に対応した第２フィードバック部のローパスフィルタから優先的にカットオフ周波数を上げる圧延材の温度制御装置。
2. 前記複数の第１フィードバック部の各々は、対応したローパスフィルタを通過した値に基づいて対応した温度モデルを修正し、
   前記複数の第２フィードバック部の各々は、対応したローパスフィルタを通過した値に基づいて対応したむだ時間モデルを修正する請求項１に記載の圧延材の温度制御装置。

Images