JP6579964B2 - 圧延機制御装置、圧延機制御方法およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、金属板の圧延機を制御する圧延機制御装置、圧延機制御方法およびプログラムに関する。

薄い金属材料を効率的に生産するプラントである圧延機においては、圧延ロールの回転方向半径変動（以下、ロール偏心と略記する）に起因する出側板厚変動が発生する。このような、ロール偏心による板厚変動は、圧延ロールの回転周期に依存する周期的板厚変動となるため、ロール偏心周波数成分で出側板厚をフィルタリングし、ロール偏心成分に応じてロールギャップを操作することで低減することができる（特許文献１などを参照）。さらに、圧延ロールに起因する周波数成分以外の周期的外乱についても、同様な方式を利用することにより低減することができる（特許文献２などを参照）。

特公昭６２−２７８８４号 特開２０１５−１６６０９３号

前記従来技術においては、ロール偏心などの周期的板厚変動を除去する目的で、周期的変動の周波数で板厚偏差をフィルタリングして制御ゲインを掛けて制御出力を得る、いわゆる比例制御が行われている。そのため、制御により出側板厚が減少すると、比例制御の出力も減少するため出側板厚変動が残ってしまう。一般に、比例制御の場合、１／（比例制御ゲイン＋１）としかすることができないため、制御ゲイン＝１．０としても、出側板厚偏差を半分にすることしかできない。

ところで、従来のロール偏心制御の他の方法として、圧延ロールの１回転を検出する検出器を設置し、ロール空転（上下作業ロール間に被圧延材が無い状態でロールを回転させる）時の荷重変動からロールギャップ変動量を推定し、圧延ロールの回転方向位置に対応した補正量を決定し、圧延中にその補正量を出力するという制御方法がある。

この制御方法では、ロール偏心に起因するロールギャップ変動そのものが除去されるため、ロール偏心成分の板厚変動をほぼ１００％除去することができる。しかしながら、この制御方法では、圧延ロールの１回転を検出する検出器が必要であることから、設備投資額の増大および検出器保守作業量の増大を招く。さらには、荷重変動からロール偏心成分を得るためロール空転が必要であることから、操業効率が低下することになる。そのため、現実には、ほとんど特許文献１，２などに記載された制御方法が用いられている。

本発明は、以上のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡易な構成でロール偏心などによる周期的板厚変動をほぼ１００％除去することが可能な圧延機制御装置、圧延機制御方法およびプログラムを提供することにある。

本発明に係る圧延機制御装置は、被圧延材を圧延する圧延機において生じる周期的外乱に起因する前記被圧延材の物理量の変動量を検出する検出手段と、前記周期的外乱を圧延方向の外乱周期に対応する一定長さごとに分割し、分割した一定長さに対応する周期的外乱の特定状態の位置を示す位相を求め、前記検出手段により検出される前記物理量の変動量を、前記物理量の変動が生じたときの前記周期的外乱の位相に対応付ける位相合わせ手段と、比例制御に加え、積分制御を行う伝達関数の演算機構であって、比例制御に関する値を前記位相ごとに記憶する第１の記憶部と、積分制御に関する値を前記位相ごとに記憶する第２の記憶部と、を有し、前記位相合わせ手段により対応付けられた位相に関する前記第１の記憶部および前記第２の記憶部の値により、前記被圧延材の物理量の位相ごとの変動量から偏差が低減するように周期的外乱の低減部についての圧延機の制御量を算出するフィルタ演算機構と、前記圧延機に出力する制御量を、その制御量を出力するときの前記位相に対応付けられた前記第１の記憶部および前記第２の記憶部にそれぞれ格納されている値に基づいて前記フィルタ演算機構により演算して、前記位相に応じて前記圧延機に出力する出力タイミング調整部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、簡易な構成でロール偏心などによる周期的板厚変動をほぼ１００％除去可能な圧延機制御装置、圧延機制御方法およびプログラムが提供される。

本発明の実施形態に係る圧延機制御装置およびその圧延機制御装置を含む圧延設備の全体構成の例を示した図。 比較例に係る圧延機制御装置におけるロール偏心制御装置の構成の例を示した図。 図２の比較例に係るロール偏心制御装置のソフトフィルタで行われる演算の制御ブロック構成の例を示した図。 図２の比較例に係るロール偏心制御装置のソフトフィルタの（ａ）ゲイン特性および（ｂ）位相特性の例を示した図。 図２の比較例に係るロール偏心制御装置のソフトフィルタにおけるフィルタテーブルの構成の例を示した図。 図２の比較例に係るロール偏心制御装置に基づくロール偏心制御のブロック構成の例を示した図。 図２の比較例に係るロール偏心制御装置に基づく比例制御ロール偏心制御のシミュレーション結果の例を示した図。 本発明の実施形態に係るロール偏心制御装置の構成の例を示した図。 本発明の実施形態に係るロール偏心制御装置における積分補正ロール偏心制御のブロック構成の例を示した図。 図９に示した積分補正ロール偏心制御のブロック構成に基づくロール偏心制御シミュレーション結果の例を示した図。 本発明の実施形態に係るロール偏心制御装置における比例積分補正ロール偏心制御のブロック構成の例を示した図。 図１１に示した比例積分補正ロール偏心制御のブロック構成に基づくロール偏心制御シミュレーション結果の例を示した図。 積分補正制御時にロール偏心周波数成分のロールギャップ外乱の位相をステップ状に９０度ずらした場合の動作のシミュレーション結果の例を示した図。 比例積分補正制御時にロール偏心周波数成分のロールギャップ外乱の位相をステップ状に９０度ずらした場合の動作のシミュレーション結果の例を示した図。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図面において、共通する構成要素には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図１は、本発明の実施形態に係る圧延機制御装置１００およびその圧延機制御装置１００を含む圧延設備の全体構成の例を示した図である。図１に示すように、圧延設備は、被圧延材２を圧延する圧延機１、コイル状に巻かれた被圧延材２を圧延機１に供給する入側テンションリール３ａ、圧延された被圧延材２を巻き取る出側テンションリール３ｂ、これらの設備を制御する圧延機制御装置１００などにより構成される。
なお、本明細書では、テンションリールを、以下、ＴＲと略称する。また、図１において被圧延材２は、矢印で示した方向、すなわち左から右の方向に移動し、圧延される。

また、圧延機１は、圧延対象の被圧延材２を挟んで被圧延材２側から上下両方向に設けられた作業ロール１ａ、中間ロール１ｂ、バックアップロール１ｃにより構成される。そして、入側テンションリール３ａと圧延機１の入側との間には、入側の被圧延材２の張力を計測する入側張力計４ａが設けられ、圧延機１の出側と出側テンションリール３ｂとの間には、出側の被圧延材２の張力を計測する出側張力計４ｂが設けられている。さらに、圧延機１の出側と出側張力計４ｂとの間には、出側の被圧延材２の板厚を計測する出側板厚計５が設けられている。

圧延機制御装置１００は、図１に示すような複数の制御装置により構成される。以下、これらの制御装置の機能について簡単に説明をしておく。

ロールギャップ制御装置６は、上下２つの作業ロール１ａ間のロールギャップを変更することにより、被圧延材２の板厚を制御する。また、ミル速度制御装置７は、圧延速度設定装置１０で設定された速度指令に従って、被圧延材２の圧延速度（作業ロール１ａの回転速度）を制御する。また、入側ＴＲ制御装置８ａおよび出側ＴＲ制御装置８ｂは、入側ＴＲ３ａおよび出側ＴＲ３ｂを駆動する電動機を制御することにより、入側ＴＲ３ａおよび出側ＴＲ３ｂの回転速度を調整する。この調整により、入側および出側の被圧延材２にかかる張力が適切な値に保持され、圧延の安定かつ効率的な操業が実現される。

入側張力設定装置１１および出側張力設定装置１２は、被圧延材２の張力制御に必要な入側および出側の張力設定値を計算する。そして、入側張力電流変換装置１５および出側張力電流変換装置１６は、その入側および出側の張力設定値を実現するために必要な入側ＴＲ３ａおよび出側ＴＲ３ｂの電動機トルク値を計算し、その電動機トルク値から電動機の電流設定値を計算する。

なお、入側張力電流変換装置１５および出側張力電流変換装置１６は、電動機トルク値や電流設定値を計算するとき、ＴＲ機械系およびＴＲ制御系についてあらかじめ用意されたモデルを使用する。そのため、その結果として得られる電動機トルク値や電流設定値には誤差が生じる。入側張力制御装置１３および出側張力制御装置１４は、その誤差を補正する処理を実行する。

すなわち、入側張力制御装置１３および出側張力制御装置１４は、入側張力計４ａおよび出側張力計４ｂで測定されたそれぞれの張力実績値を用いて、入側張力設定装置１１および出側張力設定装置１２で設定されたそれぞれの張力設定値に補正を加える。そして、その補正したそれぞれの張力設定値を、入側張力電流変換装置１５および出側張力電流変換装置１６に供給する。入側張力電流変換装置１５および出側張力電流変換装置１６は、その補正された張力設定値に基づき、入側ＴＲ制御装置８ａおよび出側ＴＲ制御装置８ｂへ設定する電流値を変更する。

被圧延材２の板厚を均一に保つことは製品品質上重要である。そこで、出側板厚制御装置９は、出側板厚計５によって検出された板厚の実績値に基づき、ロールギャップ制御装置６を介して圧延機１のロールギャップを適宜変更することにより板厚を制御する。

一般に、出側の被圧延材２の板厚は、様々な外乱が要因となって変動するが、ロール偏心は、その主要な変動要因である。ここで、ロール偏心とは、圧延機１の作業ロール１ａ、中間ロール１ｂ、バックアップロール１ｃそれぞれの偏心のことをいい、その原因は、各ロールの研磨精度や軸受け精度に起因するロールの回転方向半径の不均一などにある。すなわち、ロール偏心は、ロールギャップが変動することとなるため、被圧延材２の出側板厚制御上の主要な外乱となっている。

一般に、バックアップロール１ｃのロール偏心成分が大きいため、バックアップロール１ｃに対するロール偏心成分の除去制御が行われる。ロール偏心制御装置１７は、以上のようなロール偏心に起因する板厚の変動を除去するためのロールギャップを算出する。つまり、ロール偏心制御装置１７は、ロール偏心に起因する板厚の変動の除去に特化した出側板厚制御装置９ということができる。

なお、以上のような構成を有する圧延機制御装置１００は、図示しない中央演算処理装置（ＣＰＵ）と記憶装置と入出力装置とを備えた、いわゆるコンピュータによって実現することができる。その場合、圧延機制御装置１００を構成する各装置の機能は、コンピュータの中央演算処理装置が記憶装置に格納された所定のプログラムを実行することによって実現される。なお、これらの各制御装置の機能を実現するコンピュータは、１台に限定されず、複数のコンピュータであってもよい。また、入出力装置としては、キーボード、マウス、液晶表示装置のほか、電動機などのハードウエアを駆動するためのディジタルまたはアナログ信号を送出する回路装置や、各種計測器からのディジタルまたはアナログ信号を取得する回路装置などが含まれる。なお、図１では、圧延制御装置１００の枠外に描かれているが、出側板厚計５など制御に必要な計測器も入出力装置とみなしてもよい。

本明細書では、まず、比較例として従来技術について説明する。図２は、比較例に係る圧延機制御装置におけるロール偏心制御装置１７ａの構成の例を示した図である。なお、比較例に係る圧延機制御装置の構成は、本実施形態に係る圧延機制御装置１００（図１参照）とほとんど同じであり、ロール偏心制御装置１７がロール偏心制御装置１７ａに置き換えられただけのものである。

図２に示すように、ロール偏心制御装置１７ａは、位置合わせ装置１１０、出側板厚偏差−ロールギャップ換算装置１１１、ソフトフィルタ１０１などにより構成される。すなわち、ロール偏心制御装置１７ａは、圧延機１の出側に設置された出側板厚計５で検出された出側板厚偏差を、ソフトフィルタ１０１によりフィルタリング処理することで、被圧延材２上の一定長さ周期の出側板厚偏差を抽出する。そして、ロールギャップ制御装置６は、その抽出された出側板厚偏差に基づき、圧延機１のロールギャップを操作する。

ここで、出側板厚計５は、圧延機１から離れた位置に設置されるため、圧延機１で圧延された被圧延材２の出側板厚偏差を検出するまでに無駄時間が生じる。そのため、出側板厚計５で検出される出側板厚偏差を、圧延機１のロールの回転角（ロール角）に対応付ける位相合わせが必要となる。そこで、位相合わせ装置１１０は、圧延機駆動電動機１９の回転量に基づきロールの回転角を検出する回転検出器１８から出力されるロール角を用いて、その位相合わせを実施する。すなわち、位相合わせ装置１１０は、出側板厚計５で出側板厚偏差が検出されたときの被圧延材２の位置がロールの直下にあったときのロール角を求める。これにより、出側板厚計５で検出される出側板厚偏差には、圧延時（ロールの直下通過時）のロール角が対応付けられる。

出側板厚偏差−ロールギャップ換算装置１１１は、ロール角が対応付けられた出側板厚偏差を圧延機１のロールギャップ量に換算する。出側板厚偏差−ロールギャップ換算装置１１１は、出側板厚偏差にＭ／（Ｍ＋Ｑ・（１−α））で与えられる定数を掛け合わせることによりロールギャップ量を得る。ここで、Ｍは、ミル定数と呼ばれ、ロールが圧延荷重によってたわむ量を表し、Ｑは、塑性定数と呼ばれ、被圧延材２が圧延荷重によって変形する量を表す。また、αは、スケールファクタと呼ばれ、ミル定数Ｍの大きさを相対的に変化させるパラメータである。一般には、α＝０〜０．９程度の値が用いられ、例えば、α＝０．９とすると、ミル定数Ｍは１０倍の大きさになる。

ソフトフィルタ１０１は、出側板厚偏差−ロールギャップ換算装置１１１で得られたロールギャップ量を、ロール周長に対応する長さで定長フィルタリング処理する。ここで、フィルタリング処理を周波数でなく長さで実施するのは、圧延機１は停止状態から最大速度まで加速し、減速して停止するといった速度を変更する操業を実施するためである。圧延機１の加減速中であっても、ロール偏心制御を実施するためには、一定長さでフィルタリング処理を実施する必要がある。また、圧延は、上下の作業ロール１ａ間で被圧延材２を押し潰すことで行われるが、そのときの上下の作業ロール間隔の機械的振動により発生する板厚変動を除去するのがロール偏心制御の目的であるから、一定の長さでフィルタリングする必要がある。なお、バックアップロール１ｃのロール偏心制御を実施する場合には、前記一定の長さとしてバックアップロール１ｃのロール周長を用いる。

以上のようなフィルタリング処理をするソフトフィルタ１０１ａは、フィルタテーブル１２１を備えたフィルタ演算機構と、出力タイミング調整装置１２０などにより構成される。ここで、圧延機１のロール径は上下で相違することが多いため、一般には、定長サンプリング長さは、上下で相違する。そのため、上下のロールにそれぞれ対応するように制御ゲインＧ_１Ｕ，Ｇ_１Ｌ，Ｇ_２Ｕ，Ｇ_２Ｌ，Ｇ_３Ｕ，Ｇ_３Ｌが設定されている。さらに、フィルタテーブル１２１についても、上フィルタテーブル１２１Ｕ、下フィルタテーブル１２１Ｌが設けられ、上下別個に制御できるようにされている。

なお、この比較例のソフトフィルタ１０１ａの詳細な構成および機能については、以下、図３〜図６を用いて順次説明する。

図３は、図２の比較例に係るロール偏心制御装置１７ａのソフトフィルタ１０１ａの制御ブロック図の例を示した図である。図３に示すように、ソフトフィルタ１０１ａ（定長フィルタ）は、一定長の無駄時間要素ｅ^-TSとフィルタの制御ゲインＧ_１，Ｇ_２，Ｇ_３とを含んだ複数のブロックにより構成される。この制御ブロック図は、定長フィルタの演算機構を示した図であるともいえる。

すなわち、この定長フィルタの入力ｘと出力ｙの関係は、図３の下半部に示されているように、式（１）または式（２）で表される。そして、定長フィルタ全体のゲインは、式（３）により求めることができ、また、位相φは、式（４）により求めることができる。

図４は、図２の比較例に係るロール偏心制御装置１７ａのソフトフィルタ１０１ａ（定長フィルタ）の（ａ）ゲイン特性および（ｂ）位相特性の例を示した図である。これらのグラフの横軸の規格化周波数は、無駄時間Ｔの逆数を１とした場合の周波数である。規格化周波数が整数のところでゲインが１となっており、ソフトフィルタ１０１ａは、無駄時間Ｔに相当する周波数の整数倍の周波数成分も抽出する。

図２の比較例に係る従来技術の制御では、バックアップロール１ｃ（以下、ＢＵＲと略記）のロール偏心による出側板厚偏差の除去が目的であったことから、フィルタリング処理は、ＢＵＲの径Ｄ_BURと圧延速度Ｖとで決定されるＢＵＲ回転周波数ｆ_BURで実施されていた。ちなみに、ＢＵＲは、表面が傷ついた場合などには、研磨処理して使用される。この研磨処理の不均一は、ロール偏心の一因となっている（この場合、板厚変動は、ＢＵＲ径の１倍周波数になることが多い）。また、圧延加工により発熱したＢＵＲが、不均一に冷却されることでもロール偏心が発生する（この場合、板厚変動は、ＢＵＲ径の２倍周波数になることが多い）。従って、ソフトフィルタ１０１により、ＢＵＲ径に対応する周波数成分のフィルタを構成した場合、その整数倍の周波数についても抽出されるため、２倍以上の周波数成分についても制御が行われることになる。

図５は、図２の比較例に係るロール偏心制御装置１７ａのソフトフィルタ１０１ａにおけるフィルタテーブル１２１の構成の例を示した図である。本実施形態では、ソフトフィルタ１０１の機能は、コンピュータによって実現されるものとする。そして、そのコンピュータの記憶装置上には、図５に示すように、ロール（例えば、ＢＵＲ）１回転をｎ分割したとき、各々の分割点、つまり、各々の回転角（ロール角）に対応するｎ個のメモリからなるフィルタテーブル１２１が用意される。

図２および図３によれば、ソフトフィルタ１０１ａでは、出側板厚偏差−ロールギャップ換算装置１１１から出力されたデータと、フィルタテーブル１２１から読み出されたデータとの演算が実施される。このとき、出側板厚偏差−ロールギャップ換算装置１１１から出力されるデータには、出側板厚偏差が検出されたときの被圧延材２がロール直下を通過したときのロール角が対応付けられている。そこで、ソフトフィルタ１０１ａは、フィルタテーブル１２１から、そのロール角に対応付けられた位置のメモリに格納されているデータを読み出す。そして、その読みだされたデータと、出側板厚偏差−ロールギャップ換算装置１１１から出力されたデータを用いて図３に示した前記式（２）の演算を行うとともに、その結果を同じ位置のメモリに書き戻す。

また、所定のロール角に応じてフィルタテーブル１２１から読み出されたデータ、すなわちフィルタリングデータ（出側板厚偏差に相当するロールギャップ量）は、出力タイミング調整装置１２０でタイミング調整がされ、ロールギャップ制御装置６へ出力される。ここで、所定のロール角は、ロールギャップ制御装置６に出力されるデータがロールギャップ量として制御に利用されるときのロールのロール角である。

図６は、図２の比較例に係るロール偏心制御装置１７ａに基づくロール偏心制御のブロック構成の例を示した図である。図６のブロック構成では、図５で示したロール上のロール回転方向の複数点に対してフィルタテーブル１２１を対応させている。その一方の点は、出側板厚偏差−ロールギャップ換算装置１１１から出力されたデータに対応付けられたロール角に対応する点である。また、他方の点は、ロールギャップ制御装置６に出力されるデータがロールギャップ量として制御に利用されるときのロールのロール角に対応する点である。

ソフトフィルタ１０１ａは、図６の下半分に示されているように、一次遅れ系として近似することができる。この場合、ロール偏心の比例制御は、ロール上のロール回転方向の複数点に対応するフィルタテーブル１２１のデータを用いて、すなわち、出側板厚偏差の一次遅れのデータを用いる形で実施される。

このとき、一次遅れの時定数Ｔは、サンプリング周期ｔｓと、フィルタリング処理のパラメータＧ_１Ｇ_３とにより決定される。そして、そのサンプリング周期ｔｓは、ロールの１回転周期となる。なお、フィルタリング処理のパラメータＧ_１Ｇ_３としては、目的とするフィルタリング特性に応じて０．０３〜０．３程度の値が設定されるので、ロールの回転周期の３〜３０程度が出側板厚修正の時定数となる。

図７は、比較例に係るロール偏心制御装置１７ａに基づく比例制御ロール偏心制御のシミュレーション結果の例を示した図である。図７のグラフにおいて、横軸は時間を表し、左端が現在であり、右側に行くに従って過去に遡ることを表している。また、一点鎖線で示された時刻でロール偏心制御が開始されたことを表している。

この比較例では、ロール偏心制御装置１７ａがフィルタテーブル１２１を用いて出側板厚偏差をフィルタリングしているため、ロール偏心制御開始後しばらくの間は、出側板厚偏差は、開始前の１／３をわずかに下回る程度まで減少する。しかしながら、出側板厚偏差とロール偏心制御出力がバランスすると、出側板厚偏差は、開始前の１／３に落ち着いてしまう。この結果は、図２においてロール偏心制御ゲインＣ_REC＝2.0としている比例制御の制御効果の１／３と一致する。

以上のように、比較例のロール偏心制御装置１７ａでは、出側板厚偏差をロール偏心制御開始前の１／３までしか低減できないという問題が発生する。そこで、比例制御に加え、積分制御または比例積分の補正機能を追加する。

図８は、本発明の実施形態に係るロール偏心制御装置１７の構成の例を示した図である。図８に示すように、本実施形態では、図２の比較例のロール偏心制御装置１７ａの構成の中に新たに偏差補正テーブル１２２（上偏差補正テーブル１２２Ｕおよび下偏差補正テーブル１２２Ｌ）を設けたことにより、ロール偏心周波数でのフィルタリング結果を用いた積分制御が可能にされている。すなわち、ゲインＧ_４≠０，Ｇ_５＝０とすれば、積分補正を追加した制御ができ、また、ゲインＧ_４≠０，Ｇ_５≠０とすれば、比例積分補正を追加した制御ができる。ここで、Ｇ_４は、図８におけるＧ_４Ｕ，Ｇ_４Ｌを表し、Ｇ_５は、Ｇ_５Ｕ，Ｇ_５Ｌを表す。

図９は、本発明の実施形態に係るロール偏心制御装置１７における積分補正ロール偏心制御のブロック構成の例を示した図である。この場合、積分ゲインＧ_４、比例ゲインＧ_５として、例えば、Ｇ_４＝１／（α・Ｔ）、Ｇ_５＝０とすれば、安定な積分補正を実施することができる。ここでαは、位相余裕を決めるパラメータであり、３〜１０程度の値をとる。

図１０は、図９に示した積分補正ロール偏心制御のブロック構成に基づくロール偏心制御シミュレーション結果の例を示した図である。図１０に示すように、この積分補正ロール偏心制御では、偏差補正テーブル１２２を用いた積分処理により、出側板厚偏差をほぼ０になるまで抑制することができる。

図１１は、本発明の実施形態に係るロール偏心制御装置１７における比例積分補正ロール偏心制御のブロック構成の例を示した図である。この場合、積分時定数Ｔ_１としては、フィルタリング時定数Ｔより大きな値を設定する必要がある。また、位相余裕を決めるパラメータαを用いてＧ_５を定めることができる（図９の下半分に記載の式を参照）。

図１２は、図１１に示した比例積分補正ロール偏心制御のブロック構成に基づくロール偏心制御シミュレーション結果の例を示した図である。なお、このシミュレーションでは、Ｇ_５＝0.5，Ｔ_１＝２Ｔとしている。そして、そのシミュレーション結果によれば、積分補正ロール偏心制御の場合の結果（図１０参照）に比べ、短時間で出側板厚偏差をほぼ０とすることができている。これは、積分時定数を、積分補正の場合と比較して小さくできるためである。

ところで、前記比較例のロール偏心制御（図６参照）の利点として、何らかの原因でロール偏心外乱の位相がずれた場合であっても制御出力を補正することができる点を挙げることができる。ロール回転方向の各点におけるロール偏心量をもとめ、その偏心量に基づきロールギャップを制御する従来技術の場合、例えばロールが空転し、熱膨張したロールが片冷えして発生するロール偏心周波数成分に関する補正には対応できない。それに対し、前記比較例のロール偏心制御では、ロール偏心周波数成分の位相がずれた場合においても、出側板厚偏差をフィルタリング処理してロールギャップを制御するため、その位相ずれに対応可能である。

本実施形態に係る積分補正ロール偏心制御（図９参照）や比例積分補正ロール偏心制御（図１１参照）の場合、ロール偏心周波数成分の位相がずれても偏差補正テーブル１２２の内容は、出側板厚偏差が０となるように修正されていく。このことを確認するため、発明者らは、出側板厚偏差が０に制御されているときに、ロール偏心周波数成分のロールギャップ外乱の位相をステップ状に９０度ずらすシミュレーションを実施した。

図１３は、積分補正制御時にロール偏心周波数成分のロールギャップ外乱の位相をステップ状に９０度ずらした場合の動作のシミュレーション結果の例を示した図である。また、図１４は、比例積分補正制御時にロール偏心周波数成分のロールギャップ外乱の位相をステップ状に９０度ずらした場合の動作のシミュレーション結果の例を示した図である。図１３および図１４に示すように、積分補正制御時および比例積分補正制御時のいずれの場合にも、偏差補正テーブル１２２の内容は、出側板厚の実績値のフィルタリング結果により修正される。従って、ロール偏心制御出力の位相も次第に変更され、ロールギャップ外乱の位相変更時に大きくなった出側板厚偏差をほぼ０とすることができる。

以上、以上の実施形態に係る圧延機制御装置によれば、比例制御（従来技術）によるロール偏心制御では除去できなかったロール偏心周波数成分の出側板厚偏差をほぼ０とすることが可能になる。また、制御ゲインを適切に設定することで、安定して制御することができる。

また、以上の実施形態では、ロール偏心周波数成分を積分した結果を用いて積分制御または比例積分制御をするものとしたが、同様の考え方で比例積分微分制御を構成することもできる。

また、以上の実施形態では、圧延機１の出側板厚計５（図１参照）で検出した出側板厚偏差によるロール偏心制御について説明したが、同様の圧延機１の圧延荷重計で測定した圧延荷重によるロール偏心制御にも適用可能である。

また、以上の実施形態では、圧延機１のバックアップロール１ｃのロール偏心を除去する制御について説明したが、同様な制御で中間ロール１ｂまたは作業ロール１ａのロール偏心周波数成分を除去することも可能である。

また、以上の実施形態では、ロール偏心周波数成分の周期的外乱に対する出側板厚制御について説明したが、ロール偏心周波数成分以外の周期的外乱についても同様の制御を適用することができる。

また、圧延機１の入側に設置されて圧延機１に流入する被圧延材２を巻き出す入側ＴＲ３ａや、圧延機１から排出される被圧延材２を巻取る出側ＴＲ３ｂにおいても、リールの回転方向半径変動が発生するが、これらについても、以上に説明した実施形態と同様の制御を適用することができる。なお、この場合、圧延機に出力する制御量は、ロールギャップ量に限定されず、入側テンションリール３ａまたは出側テンションリール３ｂを駆動する電動機に供給する電流指令値や速度指令値であってもよい。

さらに、他の実施例として、圧延機１における被圧延材２の硬度ムラに起因する周期的変動の制御に本発明を適用する場合について、以下に説明する。

圧延機１で圧延する被圧延材２は、熱間圧延機で１度圧延されたものである。熱間圧延機も種々のロールで構成されるため、ロール１回転に対応する加工ムラ（主として温度ムラ）により被圧延材の硬さに周期的変動が残る場合がある。これを下流の工程である冷間圧延機で圧延すると、周期的な硬さ変動（変形抵抗変動）により周期的な出側板厚偏差が発生する。

このような出側板厚偏差に対しては、例えば特許文献２に示されているように、ロール偏心制御におけるバンドバスのフィルタリングをロール偏心周波数に代えて、硬さ変動による出側板厚偏差周波数で実施するようにすればよい。そして、ロール偏心制御の場合と同様に本発明の実施形態で説明した制御を適用することで、被圧延材の硬度ムラによる周期的出側板厚変動を除去することが可能である。そして、この場合の制御量は、圧延機のロールギャップ、ロール速度などであり、さらには、入側テンションリール３ａまたは出側テンションリール３ｂのロール速度などであってもよい。

本発明は、以上に説明した実施形態および変形例に限定されるものではなく、さらに、様々な変形例が含まれる。例えば、前記した実施形態および変形例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態や変形例の構成の一部を、他の実施形態や変形例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態や変形例の構成に他の実施形態や変形例の構成を加えることも可能である。また、各実施形態や変形例の構成の一部について、他の実施形態や変形例に含まれる構成を追加・削除・置換することも可能である。

１ 圧延機
１ａ 作業ロール
１ｂ 中間ロール
１ｃ バックアップロール
２ 被圧延材
３ａ 入側テンションリール（入側ＴＲ）
３ｂ 出側テンションリール（出側ＴＲ）
４ａ 入側張力計
４ｂ 出側張力計
５ 出側板厚計（検出手段）
６ ロールギャップ制御装置
７ ミル速度制御装置
８ａ 入側ＴＲ制御装置
８ｂ 出側ＴＲ制御装置
９ 出側板厚制御装置
１０ 圧延速度設定部
１１ 入側張力設定部
１２ 出側張力設定部
１３ 入側張力制御部
１４ 出張力制御部
１５ 入側張力電流変換装置
１６ 出側張力電流変換装置
１７，１７ａ ロール偏心制御装置
１８ 回転検出器
１９ 圧延機駆動電動機
１００ 圧延機制御装置
１０１，１０１ａ ソフトフィルタ（定長フィルタ：フィルタリング手段）
１１０ 位置合わせ装置（位相合わせ手段）
１１１ 出側板厚偏差−ロールギャップ換算装置
１２０ 出力タイミング調整装置
１２１ フィルタテーブル（第１の記憶装置）
１２１Ｕ 上フィルタテーブル（フィルタテーブル：第１の記憶装置）
１２１Ｌ 下フィルタテーブル（フィルタテーブル：第１の記憶装置）
１２２ 偏差補正テーブル（第２の記憶装置）
１２２Ｕ 上偏差補正テーブル（偏差補正テーブル：第２の記憶装置）
１２２Ｌ 下偏差補正テーブル（偏差補正テーブル：第２の記憶装置）

Claims (6)

1. 被圧延材を圧延する圧延機において生じる周期的外乱に起因する前記被圧延材の物理量の変動量を検出する検出手段と、
   前記周期的外乱を圧延方向の外乱周期に対応する一定長さごとに分割し、分割した一定長さに対応する周期的外乱の特定状態の位置を示す位相を求め、前記検出手段により検出される前記物理量の変動量を、前記物理量の変動が生じたときの前記周期的外乱の位相に対応付ける位相合わせ手段と、
   比例制御に加え、積分制御を行う伝達関数の演算機構であって、比例制御に関する値を前記位相ごとに記憶する第１の記憶部と、積分制御に関する値を前記位相ごとに記憶する第２の記憶部と、を有し、前記位相合わせ手段により対応付けられた位相に関する前記第１の記憶部および前記第２の記憶部の値により、前記被圧延材の物理量の前記位相ごとの変動量から偏差が低減するように周期的外乱の影響部についての圧延機の制御量を算出するフィルタ演算機構と、
   前記圧延機に出力する制御量を、その制御量を出力するときの前記位相に対応付けられた前記第１の記憶部および前記第２の記憶部にそれぞれ格納されている値に基づいて前記フィルタ演算機構により演算して、前記位相に応じて前記圧延機に出力する出力タイミング調整部と、
   を備えることを特徴とする圧延機制御装置。
2. 前記周期的外乱は、前記圧延機のロール偏心によるロール径の変動であり、前記検出手段によって検出される物理量の変動量は、前記被圧延材の出側板厚偏差または前記被圧延材にかけられる圧延荷重の変動量であり、前記圧延機に出力する制御量は、前記圧延機のロールギャップ量であること
   を特徴とする請求項１に記載の圧延機制御装置。
3. 前記周期的外乱は、前記被圧延材における硬さ変動であり、前記検出手段によって検出される物理量の変動量は、前記被圧延材の出側板厚偏差であり、前記圧延機に出力する制御量は、前記圧延機のロールギャップ量、前記圧延機のロール速度、または、前記圧延機の入側および出側にそれぞれ設置されたテンションリールのロール速度であること
   を特徴とする請求項１に記載の圧延機制御装置。
4. 前記周期的外乱は、前記圧延機の入側および出側にそれぞれ設置されたテンションリールの偏心によるリール径の変動であり、前記検出手段によって検出される物理量の変動量は、前記被圧延材の出側板厚偏差であり、前記圧延機に出力する制御量は、前記圧延機のロールギャップ量、または、前記入側もしくは前記出側のテンションリールを駆動する電動機に供給する電流指令値もしくは速度指令値であること
   を特徴とする請求項１に記載の圧延機制御装置。
5. 被圧延材を圧延する圧延機において生じる周期的外乱に起因する前記被圧延材の物理量の変動量を検出する検出手段と、前記検出手段で検出される前記被圧延材の物理量の変動量に基づき、前記被圧延材の物理量の変動量を抑制するための前記圧延機の制御量を演算するコンピュータと、を備えてなる圧延機制御装置において行われる圧延機制御方法であって、
   前記コンピュータは、
   前記周期的外乱を圧延方向の外乱周期に対応する一定長さごとに分割し、分割した一定長さに対応する周期的外乱の特定状態の位置を示す位相を求め、前記検出手段により検出される前記物理量の変動量を、前記物理量の変動が生じたときの前記周期的外乱の位相に対応付ける位相合わせステップと、
   比例制御に加え、積分制御を行う伝達関数の演算機構として、比例制御に関する値を前記位相ごとに第１の記憶部に記憶し、積分制御に関する値を前記位相ごとに第２の記憶部に記憶し、位相合わせステップにより対応付けられた位相に関する前記第１の記憶部および前記第２の記憶部の値により、前記被圧延材の物理量の位相ごとの変動量から偏差が低減するように周期的外乱の低減部についての圧延機の制御量を算出するステップと、
   前記圧延機に出力する制御量を、その制御量を出力するときの前記位相に対応付けられた前記第１の記憶部および前記第２の記憶部にそれぞれ格納されている値に基づいて演算して、前記位相に応じて前記圧延機に出力するステップと、
   を実行することを
   特徴とする圧延機制御方法。
6. 被圧延材を圧延する圧延機において生じる周期的外乱に起因する前記被圧延材の物理量の変動量を検出する検出手段と、前記検出手段で検出される前記被圧延材の物理量の変動量に基づき、前記被圧延材の物理量の変動量を抑制するための前記圧延機の制御量を演算するコンピュータと、を備えてなる圧延機制御装置における前記コンピュータのプログラムであって、
   前記コンピュータに
   前記周期的外乱を圧延方向の外乱周期に対応する一定長さごとに分割し、分割した一定長さに対応する周期的外乱の特定状態の位置を示す位相を求め、前記検出手段により検出される前記物理量の変動量を、前記物理量の変動が生じたときの前記周期的外乱の位相に対応付ける位相合わせステップと、
   比例制御に加え、積分制御を行う伝達関数の演算機構として、比例制御に関する値を前記位相ごとに第１の記憶部に記憶し、積分制御に関する値を前記位相ごとに第２の記憶部に記憶し、前記位相合わせステップにより対応付けられた位相に関する前記第１の記憶部および前記第２の記憶部の値により、前記被圧延材の物理量の位相ごとの変動量から偏差が低減するように周期的外乱の低減部についての圧延機の制御量を算出するステップと、
   前記圧延機に出力する制御量を、その制御量を出力するときの前記位相に対応付けられた前記第１の記憶部および前記第２の記憶部にそれぞれ格納されている値に基づいて演算して、前記位相に応じて前記圧延機に出力するステップと、
   を実行するためのプログラム。