JP7411518B2 - Plant control device, rolling control device, plant control method, and plant control program - Google Patents
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Description
本発明は、プラント制御装置、圧延制御装置、プラント制御方法およびプラント制御プログラムに関する。 The present invention relates to a plant control device, a rolling control device, a plant control method, and a plant control program.
金属板を圧延することにより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、被圧延材である金属板の硬度ムラによる板厚不良が発生する場合がある。硬度ムラとは、被圧延材の硬さが被圧延材の全体にわたって一様でない状態をいう。被圧延材の硬さは、圧延される際の変形抵抗となるため、圧延の際に被圧延材を搬送する搬送方向である圧延方向に硬度ムラが生じていると、位置によって被圧延材の潰れ方が異なり、圧延された後の板厚に変動が発生する。 BACKGROUND ART In a rolling mill, which is a plant that efficiently produces thin metal materials by rolling metal plates, defective plate thickness may occur due to uneven hardness of the metal plate that is the material to be rolled. Uneven hardness refers to a state in which the hardness of a rolled material is not uniform throughout the rolled material. The hardness of the rolled material acts as deformation resistance during rolling, so if there is uneven hardness in the rolling direction, which is the direction in which the rolled material is conveyed during rolling, the hardness of the rolled material may vary depending on the position. The way they collapse is different, and the thickness of the plate after rolling varies.
圧延は、元の金属板の板厚である原板厚から製品厚まで、一般に被圧延材を複数回圧延機に通すことで行われる。硬度ムラが存在すると、位置によって被圧延材の硬さが異なるため板厚変動が発生するが、複数回の圧延において毎回板厚偏差が新たに発生する。製品の板厚精度を向上させるために、圧延機においては板厚制御が実施されるが、硬度ムラにより圧延の度に発生する板厚変動を、従来の板厚制御で除去することは困難であった。 Rolling is generally performed by passing the material to be rolled through a rolling mill multiple times from the original thickness of the metal plate to the product thickness. When hardness unevenness exists, the hardness of the material to be rolled differs depending on the position, resulting in variation in plate thickness, and a new deviation in plate thickness occurs each time in multiple rolling operations. In order to improve the thickness accuracy of products, plate thickness control is carried out in rolling mills, but it is difficult to eliminate plate thickness fluctuations that occur every time rolling due to uneven hardness using conventional plate thickness control. there were.
例えば、ある回の圧延時に発生した硬度ムラによる板厚変動を、次回の圧延時に入側板厚計で検出して、フィードフォワード的な板厚制御により板厚変動を抑制することはできる。しかしながら、その板厚制御により、それまでの板厚変動は抑制されるが、硬度ムラによって新たな板厚変動が発生する。このような場合、新たな板厚変動を抑制するには、通常の制御ゲインより大きな制御ゲインが必要となる。そこで、特許文献1に開示された板厚制御方法では、周波数分析により硬度ムラの有無を判断し、フィードフォワード板厚制御の制御ゲインを変更することが行われている。
For example, it is possible to detect plate thickness variations due to hardness unevenness that occurred during a certain rolling process using an entry-side plate thickness gage during the next rolling process, and to suppress plate thickness variations through feedforward plate thickness control. However, although the plate thickness control suppresses the previous plate thickness variations, new plate thickness variations occur due to hardness unevenness. In such a case, a control gain larger than the normal control gain is required to suppress new plate thickness fluctuations. Therefore, in the plate thickness control method disclosed in
また、フィードフォワード制御においては、十分な制御効果を期待するためには、制御ゲインとともに制御出力の位相シフト量が重要である。そこで、特許文献2に開示された板厚制御装置では、複数の制御状態量間の位相関係に基づき制御ゲインおよび位相シフト量を調整することにより、最大の制御効果を引き出そうとしている。
Furthermore, in feedforward control, in order to expect a sufficient control effect, the amount of phase shift of the control output is important as well as the control gain. Therefore, the plate thickness control device disclosed in
また、複数の制御状態量間の位相関係、減衰量関係を正確に求めるために高速フーリエ変換を利用して制御ゲインおよび位相シフト量を調整することにより、最大の制御効果を引き出す方法が特許文献3に開示されている。 In addition, a patent document describes a method to bring out the maximum control effect by adjusting the control gain and phase shift amount using fast Fourier transform in order to accurately determine the phase relationship and attenuation amount relationship between multiple control state quantities. It is disclosed in 3.
特許文献1に開示された技術においては、硬度ムラに基づく被圧延材の搬送方向の変形抵抗変動を除去するために、前回の圧延時に発生した板厚変動を、次回の圧延時に入側板厚変動としてフィードフォワード制御により除去している。その際、硬度ムラの有無に応じてフィードフォワード制御の制御ゲインを変更することが行われている。
In the technology disclosed in
フィードフォワード制御は、比例制御であり、対象となる制御状態量の偏差に位相と振幅が合った制御出力を与えることで制御効果を最大限とすることが可能となる。ここで、制御対象の制御状態量の偏差として正弦波を仮定し、その制御状態量の偏差に制御ゲイン振幅がどのように変化するかについて検討する。 Feedforward control is proportional control, and it is possible to maximize the control effect by providing a control output whose phase and amplitude match the deviation of the target control state quantity. Here, assuming a sine wave as the deviation of the controlled state quantity of the controlled object, we will examine how the control gain amplitude changes with the deviation of the controlled state quantity.
例えば、制御状態量の偏差を表す正弦波sin(ωt)に対する制御出力として、制御ゲインGおよび位相シフト量Δの正弦波を作成し、フィードフォワード制御の制御結果をyとする。このとき、yは、式(1)のように表される。
ここで、式(1)におけるyの振幅Xおよび位相差δは、それぞれ式(2-1)および(2-2)によって表される。
図25は、フィードフォワード制御における制御出力の位相シフト量Δと制御前後の制御状態量の位相差δおよび振幅Xとの関係を示した図であり、(a)は、位相シフト量Δと位相差δとの関係を示した図、(b)は、位相シフト量Δと制御後の制御状態量の振幅Xとの関係を示した図である。図25(b)に示すように、制御する位相シフト量Δが大きくなると振幅も大きくなり、制御ゲインGによっては、位相シフト量Δがプラスまたはマイナス60度を超えると制御効果が得られないばかりか逆効果となることが分かる。すなわち、制御出力に位相シフト量Δを含めた場合には、得られる制御結果yの位相が元の正弦波sin(ωt)からずれてしまうことが分かる。 FIG. 25 is a diagram showing the relationship between the phase shift amount Δ of the control output in feedforward control, the phase difference δ and the amplitude X of the control state quantities before and after the control, and (a) shows the relationship between the phase shift amount Δ and the A diagram showing the relationship between the phase difference δ and (b) is a diagram showing the relationship between the phase shift amount Δ and the amplitude X of the control state quantity after control. As shown in FIG. 25(b), as the controlled phase shift amount Δ increases, the amplitude also increases, and depending on the control gain G, if the phase shift amount Δ exceeds plus or minus 60 degrees, no control effect can be obtained. It turns out that it has the opposite effect. That is, it can be seen that when the phase shift amount Δ is included in the control output, the phase of the obtained control result y deviates from the original sine wave sin(ωt).
つまり、比例制御であるフィードフォワード制御の制御ゲインGを増大させても、制御出力の位相が制御対象の制御状態量の位相とずれている場合、すなわち、位相シフト量Δが存在する(ゼロでない)場合、制御効果は、小さくなるばかりでなく、かえって悪化することもある。 In other words, even if the control gain G of feedforward control, which is proportional control, is increased, if the phase of the control output is out of phase with the controlled state quantity of the controlled object, that is, there is a phase shift amount Δ (not zero). ), the control effect not only decreases but may even worsen.
ここで、硬度ムラに起因する板厚変動が発生する場合、その圧延制御では板厚制御だけでなく張力制御も行われる。そのため、板厚変動と硬度ムラの位相関係がずれることとなる。この位相関係とは、各波形のピーク位置が1周期360度に対してどれくらいの角度でずれているかを示す。従って、被圧延材の入側板厚偏差によるフィードフォワード制御を実施しても、本来の硬度ムラとは位相関係がずれているため、十分な制御効果が得られなくなる。 Here, when plate thickness variation occurs due to hardness unevenness, not only plate thickness control but also tension control is performed in the rolling control. Therefore, the phase relationship between plate thickness variation and hardness unevenness is shifted. This phase relationship indicates by what angle the peak position of each waveform deviates from one cycle of 360 degrees. Therefore, even if feedforward control is performed using the entrance side plate thickness deviation of the rolled material, a sufficient control effect cannot be obtained because the phase relationship is shifted from the original hardness unevenness.
また、硬度ムラは複数の原因により発生することもあり、その場合板厚変動もそれに応じて複数の周波数で発生する。硬度ムラ以外にも、圧延の機械的変動や被圧延材の表面状態の差、母材の入側板厚変動等の要因によっても板厚変動が発生し、発生要因と板厚変動の位相関係は一般的には異なる。そのため、板厚変動の周波数に応じてフィードフォワード制御の調整が必要となるが、入側板厚計にて測定可能な入側板厚偏差はそれらの合成波形であり、周波数成分毎に調整するのは不可能である。 In addition, hardness unevenness may occur due to multiple causes, and in that case, plate thickness fluctuations also occur at multiple frequencies accordingly. In addition to hardness unevenness, sheet thickness fluctuations also occur due to factors such as mechanical fluctuations during rolling, differences in the surface condition of the rolled material, and changes in the entrance thickness of the base material.The phase relationship between the factors and the sheet thickness fluctuations is Generally different. Therefore, it is necessary to adjust the feedforward control according to the frequency of the plate thickness fluctuation, but the entrance plate thickness deviation that can be measured with the entrance plate thickness gauge is a composite waveform of these, and it is necessary to adjust the feedforward control for each frequency component. It's impossible.
なお、このような状況は、金属材料の圧延における被圧延材の硬度ムラに限らず、一般的なプラントの制御においても生じ得る。とくに、基準となる変動要因に基づいて生じた制御前の変動要因を含む制御対象物を制御して制御結果を得るようなケースでは、基準となる変動要因と制御前の変動要因との位相がずれている場合、前記同様に十分な制御効果が得られない。 Note that such a situation is not limited to uneven hardness of a rolled material during rolling of metal materials, but may also occur in general plant control. In particular, in cases where control results are obtained by controlling a controlled object that includes pre-control variation factors that are generated based on a reference variation factor, the phase between the reference variation factor and the pre-control variation factor may be If there is a deviation, a sufficient control effect cannot be obtained as described above.
特に、複数の変動要因が存在する場合、それにより発生する状態量の周波数が複数となり、それぞれにつき基準となる変動要因と制御前の変動要因との位相がずれていることになり、検出された状態量を用いてフィードフォワード制御を実施しても十分な制御効果が得られない。 In particular, when multiple fluctuation factors exist, the resulting state quantity has multiple frequencies, and for each of them, the reference fluctuation factor and the fluctuation factor before control are out of phase, and the detected Even if feedforward control is implemented using state quantities, sufficient control effects cannot be obtained.
特許文献2には、制御対象の制御状態量が位相の異なる複数の変動要因を含んでいるような圧延機などのプラントのフィードフォワード制御において、制御出力の位相シフト量Δを好適に調整して制御効果を高める技術が開示されている。この技術によれば、まず、圧延などの加工処理が行われる際の制御前の制御状態量(制御前状態量)の変動と、制御後の制御状態量(制御後状態量)の変動との位相差δが位相差取得部により取得される。そして、その位相差δに基づき、制御前状態量の計測結果をフィードフォワード制御に反映させるときの位相シフト量Δがフィードフォワード調整部により決定される。そのため、フィードフォワード制御の制御出力で用いられる制御ゲインGおよび位相シフト量Δを適切に決めることが可能となり、制御効果を向上させることができる。
しかしながら、この特許文献2に開示された発明では、前記位相差取得部が時系列の制御前状態量と制御後状態量のテーブルを作成し、この両者のテーブルを比較しながらその位相差δを決定する。そのため、制御前状態量および制御後状態量に多数の周波数成分が含まれ、その波形が複雑になった場合には、制御の対象となる板厚外乱(硬度ムラ)の周波数の特定や位相差δの決定がやりにくくなる。その結果、制御出力の位相シフト量Δを精度よく定めることが困難になるなどの問題があることが分かってきた。
However, in the invention disclosed in
その対策として、特許文献3に開示するような被加工物を加工処理する際の制御前の制御状態量である制御前状態量に基づき、その制御後の制御状態量である制御後状態量をフィードフォワード制御するプラント制御装置であって、前記制御前状態量および前記制御後状態量のそれぞれの時系列データを高速フーリエ変換した結果に基づき、前記制御前状態量に対する前記制御後状態量の位相差および減衰量を取得する周波数応答測定手段と、前記取得した位相差および減衰量に基づき、前記制御前状態量を前記フィードフォワード制御に反映させるまでの遅延時間である制御出力タイミングシフト量を決定するフィードフォワード制御パラメータ調整手段が考案されている。しかしながら、制御前状態量、制御後状態量の検出結果に複数の周波数成分を含む場合については、1つの周波数成分について前記フィードフォワード制御パラメータ調整手段を実施しても、他の周波数成分については調整不可であり、制御効果が不十分な状況は改善できない。
As a countermeasure, based on the pre-control state quantity which is the control state quantity before control when processing a workpiece as disclosed in
以上のような従来技術の問題点に鑑み、本発明の目的は、制御前状態量および制御後状態量が複数の周波数成分より構成される複雑な波形となる場合であっても、より大きなフィードフォワード制御の効果を実現できる制御出力の制御タイミングシフト量(位相シフト量Δ)および制御ゲインを効率よく求めることが可能なプラント制御装置、圧延制御装置、プラント制御方法およびプラント制御プログラムを提供することにある。 In view of the problems of the prior art as described above, an object of the present invention is to provide a larger feed even when the pre-control state quantity and the post-control state quantity have complex waveforms composed of multiple frequency components. To provide a plant control device, a rolling control device, a plant control method, and a plant control program that can efficiently determine a control timing shift amount (phase shift amount Δ) and control gain of a control output that can realize the effect of forward control. It is in.
前記発明の目的を達成するために、本発明に係るプラント制御装置は、被加工物を加工処理する際の制御前の制御状態量である制御前状態量に基づき、その制御後の制御状態量である制御後状態量をフィードフォワード制御するプラント制御装置であって、前記制御前状態量の時系列データを高速フーリエ変換した結果に基づき、前記制御前状態量に含まれる複数の周波数成分を抽出し、抽出した周波数成分を合成した制御前状態量合成波形を作成する制御前状態量合成手段(例えば、制御外乱仮値作成装置320、制御外乱合成値作成装置325)と、前記制御前状態量および前記制御後状態量のそれぞれの時系列データを高速フーリエ変換した結果に基づき、前記制御前状態量に対する前記制御後状態量の位相差および減衰量を取得する周波数応答測定手段(例えば、周波数応答測定装置201)と、前記複数の周波数成分ごとに、前記取得した位相差および減衰量に基づき、前記制御前状態量を前記フィードフォワード制御に反映させるまでの遅延時間である制御出力タイミングシフト量と前記フィードフォワード制御の制御ゲインを決定するフィードフォワード制御パラメータ調整手段(例えば、フィードフォワード制御調整装置101)と、前記フィードフォワード制御パラメータ調整手段にて求めた制御出力タイミングシフト量とフィードフォワード制御の制御ゲインを用いて制御前状態量合成波形を補正し、制御前状態量合成値補正値を決定する制御前状態量合成値補正手段(例えば、制御外乱合成補正値作成装置330)と、前記制御前状態量合成値補正値を用いてフィードフォワード制御を行うフィードフォワード制御手段(例えば、フィードフォワード制御307)と、を有することを特徴とする。本発明のその他の態様については、後記する実施形態において説明する。
In order to achieve the object of the invention, the plant control device according to the present invention calculates the control state amount after the control based on the pre-control state amount which is the control state amount before the control when processing the workpiece. A plant control device that performs feedforward control of a post-control state quantity, wherein a plurality of frequency components included in the pre-control state quantity are extracted based on a result of fast Fourier transform of time-series data of the pre-control state quantity. and a pre-control state quantity synthesis means (e.g., control disturbance provisional
本発明によれば、制御前状態量および制御後状態量が複数の周波数成分より構成される複雑な波形となる場合であっても、より大きなフィードフォワード制御の効果を実現できる制御出力の制御タイミングシフト量(位相シフト量Δ)および制御ゲインを効率よく求めることが可能なプラント制御装置、圧延制御装置、プラント制御方法およびプラント制御プログラムが提供される。 According to the present invention, even if the pre-control state quantity and the post-control state quantity have complex waveforms composed of multiple frequency components, the control timing of the control output can realize a greater feedforward control effect. A plant control device, a rolling control device, a plant control method, and a plant control program that can efficiently determine a shift amount (phase shift amount Δ) and a control gain are provided.
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。また、以下、本明細書では、プラント制御装置の具体例として、金属などの被圧延材を圧延する圧延機の圧延制御装置について説明する。 Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. In addition, in each drawing, common components are given the same reference numerals, and redundant explanations will be omitted. Further, in this specification, a rolling control device for a rolling mill that rolls a material to be rolled such as metal will be described as a specific example of a plant control device.
≪1.基本制御構成≫
図1は、本発明の実施形態に係る圧延機1および圧延制御装置2の全体構成の例を示した図である。ここでは、圧延機1は、4スタンド構成のタンデム圧延機であるとし、圧延制御装置2は、主として、被圧延材3を圧延するとき硬度ムラにより発生する板厚変動を最小にするための制御を行う。
≪1. Basic control configuration≫
FIG. 1 is a diagram showing an example of the overall configuration of a rolling
図1に示すように、本実施形態に係る圧延機1(タンデム圧延機)は、4台のスタンド圧延機11~14が直列に並べられて構成され、被圧延材3は、これら4台のスタンド圧延機11~14により連続的に圧延される。このとき、被圧延材3は、圧延されながら、図1では左側から右側へ移動する。
As shown in FIG. 1, the rolling mill 1 (tandem rolling mill) according to the present embodiment is configured by four
スタンド圧延機11~14は、それぞれ上下6本のロールによって構成され、上下6本のロールは、被圧延材3を挟んで内側より作業ロール、中間ロール、バックアップロールと呼ばれる。また、スタンド圧延機11~14の出側などには、圧延制御装置2での制御に必要な制御状態量を取得するために板厚計41~44および張力計51~54が設けられている。
Each of the
また、圧延制御装置2は、電動機速度制御装置21~25、ロールギャップ制御装置31~34、板厚制御装置61~64、張力制御装置71~74などにより構成される。本実施形態では、板厚制御装置61~64および張力制御装置71~74が重要な役割を果たすことになるが、その詳細については、以下、順次説明する。
Further, the rolling
まず、板厚制御の詳細を説明する前に、被圧延材3の圧延現象について説明しておく。
図2は、圧延機1による被圧延材3の圧延現象および圧延制御に関係するパラメータの例を示した図である。図2に示すように、圧延は、圧延機1の上下の作業ロール間で被圧延材3を潰すことにより実施される。このとき、被圧延材3は、入側張力Tbおよび出側張力Tfにより引っ張られ、圧延荷重Pにより潰されることで、入側板厚Hは出側板厚hとなる。このような圧延現象により先進率fおよび後進率bが生じ、作業ロール速度がVRの場合、入側速度Veおよび出側速度Voは、先進率fおよび後進率bを用いて、それぞれ図2中に示した式で表される。
First, before explaining the details of plate thickness control, the rolling phenomenon of the rolled
FIG. 2 is a diagram showing an example of parameters related to the rolling phenomenon of the
図3は、圧延現象の制御モデルの例を示した図である。タンデム圧延機の場合、自スタンド圧延機の入側速度Ve、出側速度Voおよび後段スタンド圧延機の入側速度、前段スタンド圧延機の出側速度により入側張力Tb、出側張力Tfが変化する。これらの張力が変化すると、圧延荷重Pおよび出側板厚h、入側速度Ve、出側速度Voが変化する。 FIG. 3 is a diagram showing an example of a control model for rolling phenomena. In the case of a tandem rolling mill, the entry tension T b and the exit tension are determined by the entry speed V e and exit speed V o of the own stand rolling mill, the entry speed of the rear stand rolling mill, and the exit speed of the front stand rolling mill. T f changes. When these tensions change, the rolling load P, the outlet side plate thickness h, the inlet side speed V e , and the outlet side speed V o change.
図3に示すように、圧延荷重P、先進率fおよび後進率bは、いずれも、入側板厚H、出側板厚h、入側張力Tb、出側張力Tf、変形抵抗kおよび摩擦係数μに依存する関数として表される。また、図3の右下部に記載された式に含まれるパラメータLは、スタンド圧延機11~14の隣接するスタンド間の距離を表す。また、入力V-1は、隣接前段スタンド圧延機からの出側速度であり、V+1は、隣接後段スタンド圧延機への入側速度を表す。
As shown in FIG. 3, the rolling load P, the advancing rate f, and the backward rate b are all determined by the entrance side plate thickness H, the exit side plate thickness h, the entrance side tension T b , the exit side tension T f , the deformation resistance k, and the friction It is expressed as a function depending on the coefficient μ. Furthermore, the parameter L included in the equation shown in the lower right corner of FIG. 3 represents the distance between adjacent stands of the
以上のように、圧延現象は、入側板厚H、作業ロール速度VR、ロールギャップSを入力とし、入側張力Tb、出側張力Tf、出側板厚hを出力とする現象であるが、張力を介して前後段のスタンド圧延機での圧延現象とも関係する複雑な現象である。 As described above, the rolling phenomenon is a phenomenon whose inputs are the input plate thickness H, work roll speed V R , and roll gap S, and whose outputs are the input side tension T b , the output side tension T f , and the output side plate thickness h. However, this is a complex phenomenon that is also related to the rolling phenomenon in the stand rolling mills in the front and rear stages through tension.
図1を参照すると、4台のスタンド圧延機11~14のそれぞれに対応するように、作業ロール速度VRを制御する電動機速度制御装置21~24および作業ロール間の間隔であるロールギャップSを操作するロールギャップ制御装置31~34が設けられている。圧延加工では、製品となる被圧延材3の板厚が製品の品質上とくに重要であるため、スタンド圧延機11~14の出側には、被圧延材3の板厚を測定するための板厚計41~44が設置されている。また、被圧延材3に掛かる張力は、圧延操業の安定性のためには重要であり、板厚精度にも関わるため、スタンド圧延機11~14の出側に張力計51~54が設置されている。また、#4スタンド圧延機14の出側には、その出側の張力を制御するために出側ブライドルロール15、および、出側ブライダルロール15駆動用電動機の速度を制御する電動機速度制御装置25が設置されている。
Referring to FIG. 1, motor
以上のように構成された圧延機1および圧延制御装置2において、#1スタンド圧延機11の板厚制御装置61は、ロールギャップ制御装置31を介して、#1スタンド圧延機11のロールギャップSを制御する。また、#2~#4スタンド圧延機12~14の板厚制御装置62~64は、前段すなわち#1~#3スタンド圧延機11~13の作業ロール速度VRを、電動機速度制御装置21~23を介して制御する。
In the rolling
このとき、#2スタンド圧延機12以降の板厚制御装置62~64では、入側の板厚計41~43の検出結果を用いたフィードフォワード制御が実施され、さらに、出側の板厚計42~44の検出結果を用いたフィードバック制御が実施される。例えば、板厚制御装置62では、入側の板厚計41の検出結果を用いたフィードフォワード制御が実施され、さらに、出側の板厚計42の検出結果を用いたフィードバック制御が実施される。
At this time, the plate
また、#1~#3スタンド圧延機11~13の張力制御装置71~73は、その出側の張力計51~55で検出された張力に基づき、次段のスタンド圧延機12~14のロールギャップSを求める。ロールギャップ制御装置32~34は、その求められたロールギャップSに従い作業ロールの位置を操作する。例えば、張力制御装置71は、#1スタンド圧延機11の出側の張力計51で検出された張力に基づき#2スタンド圧延機12のロールギャップSを求め、ロールギャップ制御装置32は、その結果に基づき#2スタンド圧延機12の作業ロールの位置を操作する。
In addition, the tension control devices 71 to 73 of the #1 to #3
また、#4スタンド圧延機14の張力制御装置73は、電動機速度制御装置25を介して出側ブライドルロール15の速度を操作することで#4スタンド圧延機14の出側の張力を制御する。
Further, the
図4は、板厚制御装置64における板厚制御の基本制御構成の例を示した図である。図4に示すように(図2も併せて参照)、板厚制御装置64は、#3スタンド圧延機13の出側の板厚計43にて測定された入側板厚偏差ΔHを、被圧延材3の測定位置が#4スタンド圧延機14の直下に到達するまでの時間TFF遅延させる移送処理をする。ここで、入側板厚偏差ΔHの計測結果は、圧延前の制御状態量であり、いわゆる制御前状態量ということができる。
FIG. 4 is a diagram showing an example of a basic control configuration for plate thickness control in the plate
次に、板厚制御装置64は、前記移送処理結果に制御ゲインGFFを乗じてフィードフォワード制御量を得る。また、板厚制御装置64は、#4スタンド圧延機14の出側の板厚計44にて測定された出側板厚偏差Δhに制御ゲインGFBを乗じて積分処理し、フィードバック制御量を得る。板厚制御装置64は、こうして取得したフィードフォワード制御量とフィードバック制御量とを加算して得られる量を、#3スタンド圧延機13の電動機速度制御装置23へ出力する。ここで、出側板厚偏差Δhの計測結果は、圧延後の制御状態量であり、いわゆる制御後状態量ということができる。
Next, the plate
なお、硬度ムラによる板厚変動は、発生位置の#4スタンド圧延機14直下では検出できず、#4スタンド圧延機14から離れた位置に設置された板厚計44にて検出される。そのため、板厚変動発生から検出までの無駄時間が存在するので、フィードバック制御量の計算には積分の制御量が含まれる。
It should be noted that plate thickness variation due to hardness unevenness cannot be detected directly below the #4
板厚制御装置62,63の構成は、板厚制御装置64と同様の構成となっているので、以下、その説明を省略する。一方、板厚制御装置61は、#1スタンド圧延機11のロールギャップSを制御するためのものであるので、その構成および制御方法は、板厚制御装置64とは異なるものとなる。ただし、本実施形態では、板厚制御装置61の構成および制御法の説明を省略する。
The configurations of the plate
図5は、張力制御装置73における張力制御の基本制御構成の例を示した図である。図5に示すように(図2も併せて参照)、張力制御装置73は、#3スタンド圧延機13と#4スタンド圧延機14との間に設置された張力計53で測定された張力実績値T34FBと張力指令値T34refの偏差ΔT34を用いて、比例積分制御を行う構成となっている。この積分制御においては、制御出力が制御状態量に対して位相が90度ずれるため、結果として得られる#4スタンド圧延機14の出側板厚hにおいては、本来の硬度ムラ位置に対して板厚偏差Δhの位相がずれる。
FIG. 5 is a diagram showing an example of a basic control configuration for tension control in the
≪2.基本制御構成に基づくシミュレーション≫
次に、図6~図8を用いて、図1に示すような4スタンド構成のタンデム圧延機における圧延現象のシミュレーション結果について説明する。そのシミュレーションでは、硬度ムラである変形抵抗の変動により、#4スタンド圧延機14の板厚変動、張力変動および荷重変動が時間の経過とともにどのように変動するかを計算した。
≪2. Simulation based on basic control configuration≫
Next, simulation results of rolling phenomena in a tandem rolling mill having a four-stand configuration as shown in FIG. 1 will be explained using FIGS. 6 to 8. In the simulation, it was calculated how the plate thickness variation, tension variation, and load variation of the #4
図6は、板厚制御、張力制御ともに制御を実施しない場合のシミュレーション結果の例を示した図である。また、図7は、#4スタンド圧延機14の入側および出側の張力制御を比例積分制御で実施し、かつ、#4スタンド圧延機14の出側の板厚制御のフィードバック制御のみを実施した場合のシミュレーション結果の例を示した図である。また、図8は、図7の場合の条件に加え、#4スタンド圧延機14の前段の#3スタンド圧延機13の出側の板厚制御のフィードバック制御をした場合のシミュレーション結果の例を示した図である。
FIG. 6 is a diagram showing an example of simulation results when neither plate thickness control nor tension control is performed. In addition, FIG. 7 shows that the tension control on the entry side and the exit side of the #4
なお、図6~図8において、“板厚変動”は、入側板厚Hの変動(入側板厚偏差ΔH)が実線で、出側板厚hの変動(出側板厚偏差Δh)が破線で示されている。同様に、“張力変動”は、入側張力の変動が実線で、出側張力の変動が破線で示され、“荷重変動”は、圧延荷重の変動が実線で、変形抵抗変動が破線で示されている。
また、時間は図の左側から右側に向かって流れており、左端が現在、右端が最も過去の状態を示す。
In addition, in FIGS. 6 to 8, "plate thickness variation" indicates the variation in the inlet side plate thickness H (inlet side plate thickness deviation ΔH) as a solid line, and the variation in the outlet side plate thickness h (outlet side plate thickness deviation Δh) as a broken line. has been done. Similarly, for "tension fluctuations", fluctuations in inlet tension are shown by solid lines and fluctuations in exit tension are shown by broken lines, and for "load fluctuations", fluctuations in rolling load are shown by solid lines, and fluctuations in deformation resistance are shown by broken lines. has been done.
Also, time flows from the left side to the right side of the diagram, with the left end showing the current state and the right end showing the most past state.
図6の場合のシミュレーションでは、硬度ムラがそのまま板厚変動として現れる。そのため、変形抵抗の変動と#4スタンド圧延機14における入側板厚Hの変動および出側板厚hの変動とは波形のピーク位置が一致し、相互の位相関係にはズレがない(例えば、縦の実線の位置を参照)。
In the simulation in the case of FIG. 6, the hardness unevenness directly appears as plate thickness variation. Therefore, the waveform peak positions of the fluctuations in deformation resistance, the fluctuations in the entrance side plate thickness H and the fluctuations in the exit side plate thickness h in the #4
一方、図7の場合のシミュレーションでは、#4スタンド圧延機14の出側板厚hの変動の位相が入側の板厚変動より早くなる位相進みが生じている。これは、#4スタンド圧延機14の板厚制御装置64において積分制御を実施しているため、90度の位相遅れの制御出力となり、式(1)~(3)および図25に示したような関係から、位相シフト量Δがマイナスとなるからである。その結果、板厚制御の結果である#4スタンドの出側板厚hの変動の位相ズレδはプラスとなる。
On the other hand, in the simulation in the case of FIG. 7, a phase advance occurs in which the phase of the variation in the plate thickness h on the exit side of the #4
また、図8の場合のシミュレーションでは、#4スタンド圧延機14の前段の♯3スタンド圧延機13の板厚制御でもフィードバック制御を実施するため、#4スタンド圧延機14の入側板厚Hの変動は、変形抵抗よりも進み位相となっている。
In addition, in the simulation in the case of FIG. 8, since feedback control is also implemented in the plate thickness control of the #3
以上のように、硬度ムラのように制御対象が元々有している変動要因に対して所定の制御を行うことにより、位相の異なる他の変動要因が発生し、制御対象の制御状態量間の位相関係が変動してしまうことがある。この位相関係の変動は、前記所定の制御応答が異なるため制御状態量の発生周波数により異なる。また、圧延機においては、硬度ムラのみならず、母材の板厚変動や圧延機に使用されるロールの偏心等による機械的条件の変動、被圧延材の表面状態の変動による板厚変動も発生する。また、硬度ムラにしても圧延機の紙工程での冷却ムラや焼鈍ムラ等複数の要因により種々の長さ周期で発生しており、圧延機の制御前状態量として、複数の周波数成分が存在し、それぞれ制御前状態量である入側板厚偏差と制御後状態量である出側板厚偏差の減衰量および位相差が異なる。 As described above, by performing predetermined control on fluctuation factors that the controlled object originally has, such as hardness unevenness, other fluctuation factors with different phases occur, and the difference between the controlled state quantity of the controlled object is generated. The phase relationship may change. This variation in phase relationship varies depending on the generation frequency of the control state quantity because the predetermined control response differs. In addition, in rolling mills, not only hardness unevenness but also changes in mechanical conditions due to changes in the thickness of the base material, eccentricity of the rolls used in the rolling mill, etc., and changes in the surface condition of the rolled material can cause changes in thickness. Occur. In addition, even hardness unevenness occurs at various length cycles due to multiple factors such as cooling unevenness and annealing unevenness in the paper process of the rolling mill, and multiple frequency components exist as state quantities before control of the rolling mill. However, the attenuation amount and phase difference of the inlet plate thickness deviation, which is a pre-control state quantity, and the outlet plate thickness deviation, which is a post-control state quantity, are different.
通常、タンデム圧延機においては、#1スタンド圧延機11を始めとして、それぞれのスタンド圧延機12~14で板厚制御を実施するため、変形抵抗の変動と、その結果として現れる出側板厚hの変動(出側板厚偏差Δh)とは位相がずれこととなる。そして、その位相ズレは板厚変動の周波数により異なる。そのため、スタンド圧延機の入側板厚偏差ΔHを用いてフィードフォワード制御を実施する場合、変形抵抗変動と入側板厚偏差ΔHとの位相ずれの影響により、十分な制御効果が得られなくなる。
Normally, in a tandem rolling mill, plate thickness control is performed in each of the
従来、フィードフォワード制御の制御パラメータの調整方法としては、制御出力~制御操作端までの無駄時間および応答を考慮して、図4におけるフィードフォワード制御用の制御出力タイミングシフト量ΔTFFを設定し、制御結果である出側板厚偏差Δhにより制御ゲインGを変更することが行われていた。しかしながら、この方法を用いた場合、対象の制御状態量である入側板厚偏差ΔHと硬度ムラである変形抵抗変動との間に位相差があるため十分な制御効果が得らないことが多かった。 Conventionally, as a method for adjusting control parameters for feedforward control, the control output timing shift amount ΔT FF for feedforward control in FIG. 4 is set in consideration of the dead time and response from the control output to the control operation end, and The control gain G has been changed based on the exit side plate thickness deviation Δh, which is the control result. However, when this method is used, a sufficient control effect is often not obtained because there is a phase difference between the entry side plate thickness deviation ΔH, which is the target control state quantity, and the deformation resistance fluctuation, which is the hardness unevenness. .
また、入側板厚偏差ΔHは、種々の周波数成分が含まれる複雑な波形であるにもかかわらず、制御出力タイミングシフト量ΔTFFおよび制御ゲインGはそれぞれ1個しか設定できず、周波数成分によって効果の度合いが異なる結果となっていた。 Furthermore, even though the entrance plate thickness deviation ΔH has a complex waveform that includes various frequency components, only one control output timing shift amount ΔT FF and one control gain G can be set each, and the effect depends on the frequency components. The results showed different degrees of
前出の式(1)、(2-1)、(2-2)および図25で示したように、フィードフォワード制御においては、制御ゲインGと位相シフト量Δに相当する制御出力タイミングシフト量ΔTFFとを適切に設定することが必要である。そして、この設定は、圧延速度や他にどのような制御が実施されているかを考慮して決定する必要があり、複雑な調整となる。圧延速度の場合、板厚変動の周波数が変わるため、制御出力~制御操作端動作までの応答が変化する。また、タンデム圧延機の場合、その応答は、どの圧延機スタンドでどのような板厚制御、張力制御が実施されているかで異なる。 As shown in equations (1), (2-1), (2-2) and FIG. 25, in feedforward control, the control output timing shift amount corresponding to the control gain G and the phase shift amount Δ It is necessary to appropriately set ΔTFF . This setting needs to be determined in consideration of the rolling speed and other controls being implemented, resulting in a complicated adjustment. In the case of rolling speed, the frequency of plate thickness variation changes, so the response from the control output to the control operation end changes. Furthermore, in the case of a tandem rolling mill, the response differs depending on which rolling mill stand performs the plate thickness control and tension control.
また、以上は制御外乱の種類によって異なるため、制御ゲインGと位相シフト量Δを、それぞれ1個を変更するだけでは不十分である。 Further, since the above differs depending on the type of control disturbance, it is not sufficient to change only one control gain G and one phase shift amount Δ.
複数の入側板厚変動周波数成分から、特定の周波数成分を何らかの基準で選択し、その周波数成分の入側板厚偏差、出側板厚偏差の減衰量、位相関係を用いてフィードフォワード制御の制御ゲインGおよび制御出力タイミングシフト量ΔTFFを調整する方法が特許文献3に示されている。従って、各々の周波数成分についてのフィードフォワード制御の調整は可能であるが、問題は複数の入側板厚偏差周波数成分が存在する場合、それらをどのように調整するかである。
A specific frequency component is selected from a plurality of inlet thickness fluctuation frequency components based on some standard, and the control gain G of feedforward control is determined using the inlet thickness deviation, the attenuation amount of the outlet thickness deviation, and the phase relationship of that frequency component. A method of adjusting the control output timing shift amount ΔTFF is shown in
入側板厚偏差が3種類の周波数成分を持つ場合につき、シミュレーションを実施した結果を図9A、図9B、図9C、図9Dに示す。各図の上図は時間領域の波形を示し、下図は周波数領域の波形を示す。 9A, 9B, 9C, and 9D show the results of a simulation in which the entrance side plate thickness deviation has three types of frequency components. The upper diagram in each figure shows the waveform in the time domain, and the lower diagram shows the waveform in the frequency domain.
図9Aは、フィードフォワードAGC調整前の状態で、通常の圧延機における入側板厚偏差検出値を用いたフィードフォワード制御で設定する制御ゲイン、制御出力タイミングシフト量を設定した場合である。周波数(A)、周波数(B)、周波数(C)という3つの周波数成分を持つ正弦波を入側板厚偏差としている(図上部に時系列波形を表示)。入側板厚偏差、出側板厚偏差のFFT結果を図下部に示すが、周波数(A)、周波数(B)、周波数(C)において板厚偏差振幅が検出されている。 FIG. 9A shows a case where the control gain and control output timing shift amount set by feedforward control using the detected value of entrance plate thickness deviation in a normal rolling mill are set in a state before feedforward AGC adjustment. A sine wave with three frequency components, frequency (A), frequency (B), and frequency (C), is used as the entrance plate thickness deviation (the time series waveform is displayed at the top of the figure). The FFT results of the entrance side plate thickness deviation and the exit side plate thickness deviation are shown at the bottom of the figure, and the plate thickness deviation amplitude is detected at frequency (A), frequency (B), and frequency (C).
図9Bは、入側板厚偏差の振幅が最も大きい周波数成分につき、特許文献3で示した単一周波数を用いて制御ゲイン、制御出力タイミングシフト量を調整した場合の結果であり、図下部に示すように周波数成分(C)については調整が不十分で出側板厚変動が残ってしまっているのが判る。図上部には板厚偏差の時系列データを表示しているが、出側板厚偏差は単一周波数成分が残っているのが確認できる。
FIG. 9B shows the results when the control gain and control output timing shift amount are adjusted using the single frequency shown in
図9Cは、制御結果である出側板厚偏差の振幅が最も大きい周波数成分につき、特許文献3で示した単一周波数を用いて制御ゲイン、制御出力タイミングシフト量を調整した場合の結果である。図9Cの図下部に示すように周波数成分(A)および周波数成分(C)については調整が不十分で出側板厚変動が残ってしまっているのが判る。
FIG. 9C shows the result when the control gain and the control output timing shift amount are adjusted using the single frequency shown in
図9Cの図上部には板厚偏差の時系列データを表示しているが、出側板厚偏差は複数周波数成分が残っているのが確認できる。出側板厚偏差の周波数成分(A)がフィードフォワード制御の調整により減少すると、出側板厚偏差の周波数成分(C)にたいして制御系の調整が実施され、結果周波数成分(C)が減少すると周波数成分(A)が出側板厚偏差の周波数成分として最大となり、周波数成分(A)に対して制御系の調整を実施するという、周波数成分(A)と周波数成分(C)にたいする調整を相互に繰り返した結果として、周波数成分(A)と周波数成分(C)の出側板厚偏差がほぼ同量残ってしまうという結果となっている。 In the upper part of FIG. 9C, time-series data of plate thickness deviation is displayed, and it can be seen that multiple frequency components remain in the exit side plate thickness deviation. When the frequency component (A) of the outlet side plate thickness deviation decreases due to adjustment of the feedforward control, the control system is adjusted for the frequency component (C) of the outlet side plate thickness deviation, and as a result, when the frequency component (C) decreases, the frequency component Adjustment for frequency component (A) and frequency component (C) was repeated in such a way that (A) became the maximum frequency component of the exit side plate thickness deviation, and the control system was adjusted for frequency component (A). As a result, almost the same amount of exit side plate thickness deviation remains for the frequency component (A) and the frequency component (C).
図9Dは、本実施形態の複数の周波数成分につき、制御ゲイン、制御出力タイミングシフト量を調整した場合の結果である。図9Dの図上部には板厚偏差の時系列データを表示しているが、出側板厚偏差はほとんど抑制されているのが確認できる。また、図9Dの図下部の周波数応答波形をみると、周波数成分(A)、(B)および(C)については調整が十分で出側板厚変動が抑制されているのが判る。 FIG. 9D shows the results when the control gain and control output timing shift amount are adjusted for a plurality of frequency components in this embodiment. In the upper part of FIG. 9D, time-series data of plate thickness deviation is displayed, and it can be seen that the exit side plate thickness deviation is almost suppressed. Furthermore, looking at the frequency response waveform at the bottom of FIG. 9D, it can be seen that the frequency components (A), (B), and (C) have been sufficiently adjusted and the variation in the outlet side plate thickness is suppressed.
以上の様に、複数周波数成分を含む入側板厚偏差の検出値を用いてフィードフォワード制御を行う場合、制御系の調整で変更可能な制御ゲイン、制御出力タイミングシフト量はそれぞれ1個のみであり、周波数成分の全てに対して調整を実施するのは不可能である。 As described above, when performing feedforward control using the detected value of the inlet thickness deviation that includes multiple frequency components, only one control gain and one control output timing shift amount can be changed by adjusting the control system. , it is impossible to perform adjustment for all frequency components.
実際の入側板厚偏差要因としては、硬度ムラの他、圧延機の上工程における機械振動(ロール偏心等)による板厚変動や、表面処理ムラによる板厚変動も有る。それら発生要因により、板厚変動に特徴がある。例えば、硬度ムラは、被圧延材の硬さが被圧延材の長手方向で周期的に変動するものであり、通常のフィードフォワード制御ゲインよりも大きな制御ゲインが必要となる。上工程の機械変動による板厚変動は、硬度ムラと異なり通常のフィードフォワード制御ゲインにて板厚変動の抑制が可能である。表面処理ムラに起因するものは、初回の圧延時は板厚変動が発生するが、その後は基本的には機械振動による板厚変動と同じく通常の板厚変動に対するフィードフォワード制御ゲインにて抑制可能である。 In addition to hardness unevenness, actual factors contributing to the thickness deviation on the entrance side include plate thickness variations due to mechanical vibrations (roll eccentricity, etc.) in the upstream process of the rolling mill, and plate thickness variations due to surface treatment unevenness. Depending on these factors, plate thickness fluctuations have characteristics. For example, hardness unevenness is caused by the hardness of the rolled material periodically fluctuating in the longitudinal direction of the rolled material, and requires a control gain larger than a normal feedforward control gain. Unlike hardness unevenness, plate thickness fluctuations due to machine fluctuations in the upstream process can be suppressed using normal feedforward control gain. Thickness fluctuations caused by surface treatment unevenness occur during the first rolling, but after that, they can basically be suppressed using the feedforward control gain for normal sheet thickness fluctuations, just like the thickness fluctuations caused by mechanical vibrations. It is.
以上より、複数の発生要因による入側板厚偏差の周波数成分がある場合、その最適な制御ゲイン、制御出力タイミングシフト量は異なるため、1個の制御ゲイン、制御出力タイミングシフト量で全ての周波数成分につき調整するのは不可能であり、各周波数成分毎に制御ゲイン、制御タイミングシフト量を設定可能とする手段が必要となる。 From the above, when there are frequency components of the entrance plate thickness deviation caused by multiple factors, the optimal control gain and control output timing shift amount are different, so one control gain and control output timing shift amount can cover all frequency components. It is impossible to adjust the control gain and control timing shift amount for each frequency component.
その目的のため、入側板厚偏差検出値が複数の周波数成分の板厚偏差が合成されたものであることを利用し、複数の板厚偏差周波数成分を分離し、各周波数成分毎に制御ゲイン、制御タイミングシフト量を設定して各周波数成分の板厚偏差波形を補正し、最後に合成することで、フィードフォワード制御で利用する入側板厚偏差の推定波形を作成する。このようにすることで、各周波数成分毎にフィードフォワード制御の制御ゲイン、制御出力タイミングシフト量を別個に調整することが可能となる。 For this purpose, we utilize the fact that the entrance side plate thickness deviation detection value is a combination of plate thickness deviations of multiple frequency components, separate the multiple plate thickness deviation frequency components, and control gain for each frequency component. , the control timing shift amount is set to correct the plate thickness deviation waveform of each frequency component, and finally they are combined to create an estimated waveform of the entrance side plate thickness deviation to be used in feedforward control. By doing so, it becomes possible to separately adjust the control gain of feedforward control and the control output timing shift amount for each frequency component.
前記を実現するためのプラント制御システムの考え方を、図10、図11を用いて説明する。図10は、比較例のプラント制御システムの制御手法を示した図である。図11は、本実施形態のプラント制御システムの制御手法を示した図である。 The concept of a plant control system for realizing the above will be explained using FIGS. 10 and 11. FIG. 10 is a diagram showing a control method of a comparative example of a plant control system. FIG. 11 is a diagram showing a control method of the plant control system of this embodiment.
ここでは制御対象300に対して、フィードバック制御306とフィードフォワード制御307が実施されている場合を示す。制御対象300には、制御外乱d(t)(301)が外乱発生位置から制御対象へ影響が伝達される時間である外乱移送305を経て入力する。また、各種制御の出力である制御操作量309も制御対象300に入力され、それらの結果として制御対象状態量302が変化する。制御対象状態量302は、検出無駄時間304後に検出器により観測量303として検出され、それに対してフィードバック制御306が行われる。また、制御外乱d(t)(301)については観測可能であれば制御外乱移送308にて外乱移送305と同等の遅れ時間を持たせた制御外乱移送値d'(t)(310)を用いて、フィードフォワード制御307により制御対象状態量302への影響を抑制する制御が実施される。
Here, a case is shown in which
フィードフォワード制御307は、外乱抑制効果は大きいが、制御対象状態量302に発生する制御目標値からのオフセット誤差を除去することが不可能であるため、フィードバック制御306によりオフセット誤差を除去する。
Although the
図10のような比較例のプラント制御システムにおいては、制御外乱301を制御外乱移送308にて移送し、制御外乱301が制御対象300に影響を与えるのとタイミングを合わせてフィードフォワード制御307が制御するので、制御外乱301に複数の周波数成分が含まれる場合に、それらについて別個に制御ゲイン、制御出力タイミングを調整することは不可能である。ちなみに前記の制御ゲインは、図10においてはフィードフォワード制御307におけるGFFが該当し、制御出力タイミングは制御外乱移送308におけるΔFFが該当する。
In the plant control system of the comparative example shown in FIG. 10, the
図11は、本実施形態のプラント制御システムの制御手法を示した図である。図11において、図10の比較例のプラント制御システムと異なるのは、制御外乱301を制御外乱移送308した制御外乱移送値d'(t)(310)を用いてフィードフォワード制御307を実施するのではなく、制御外乱d(t)(301)に含まれる外乱周波数成分を周波数毎に補正し、それらを合成した制御外乱合成補正値dFFEST(t)(350)を用いてフィードフォワード制御307を実施している点である。そのため、任意の周波数成分に対して制御ゲイン・タイミングシフト量の調整方法を実施することが可能とすることができ、フィードフォワード制御307の制御精度を向上させることができる。
FIG. 11 is a diagram showing a control method of the plant control system of this embodiment. In FIG. 11, the difference from the plant control system of the comparative example in FIG. Rather, the disturbance frequency components included in the control disturbance d(t) (301) are corrected for each frequency, and the
制御外乱d(t)(301)より、FFT(フーリエ変換)を用いて、周波数分析を実施し、振幅が大きな周波数成分を取り出し、制御外乱仮値作成装置320にて、それらの合成波形である制御外乱仮値dDUMMY(t)(321)を作成する。ここでは、制御外乱d(t)(301)にはn個の周波数成分ωiがあり、周波数成分ωiの振幅がA(ωi)だったとする。制御外乱仮値dDUMMY(t)(321)は、各周波数成分の位相差を含まない。制御外乱d(t)(301)をFFTすることにより、各周波数成分の位相差も求めることが可能である。しかし、FFTは実際にはDFT(デジタルフーリエ変換)にて実施するため周波数成分ωiが量子化誤差を含むため制御外乱仮値dDUMMY(t)(321)は、制御外乱d(t)(301)とは若干異なった波形となってしまう。
From the control disturbance d(t) (301), frequency analysis is performed using FFT (Fourier transform), frequency components with large amplitudes are extracted, and a control disturbance provisional
そのため、制御外乱移送値d'(t)(310)に可能な限り近づけるため、制御外乱合成値作成装置325では、制御外乱移送値d'(t)(310)のFFT結果であるD'(ω)と、制御外乱仮値dDUMMY(t)(321)のFFT結果であるDDUMMY(ω)との応答B(ω)(各周波数成分における振幅の減衰率GB(ω)と、位相差δB(ω)を含む)を求め、制御外乱仮値dDUMMY(t)(321)を応答B(ω)で補正して制御外乱合成値d'DUMMY(t)(326)を求める。
Therefore, in order to get as close as possible to the control disturbance transfer value d'(t) (310), the control disturbance composite
以上のようにすることで、制御外乱合成値d'DUMMY(t)(326)は、制御外乱移送値d'(t)(310)の近似した波形となる。制御外乱d(t)(301)の周波数成分n個を幾つにするかにより、近似度は変化するが、nの値は例えば制御外乱合成値d'DUMMY(t)(326)は、制御外乱移送値d'(t)(310)の相関係数により判定する等で決定することが可能である。 By doing the above, the control disturbance composite value d' DUMMY (t) (326) has a waveform that approximates the control disturbance transfer value d'(t) (310). The degree of approximation changes depending on the number of frequency components n of the control disturbance d(t) (301), but the value of n is, for example, the control disturbance composite value d' DUMMY (t) (326) It is possible to determine this by, for example, using the correlation coefficient of the transfer value d'(t) (310).
フィードフォワード制御調整装置101においては、制御外乱d(t)(301)と、制御対象301の制御対象状態量x(t)(302)の観測量303より、制御ゲイン・タイミングシフト量の調整方法を実施する。
In the feedforward
調整結果として各周波数成分ωiの制御ゲインGFF(ωi)、制御出力タイミングシフト量δFF(ωi)が求まる。制御外乱合成補正値作成装置330においては、これらの値を用いて、制御外乱合成値d'DUMMY(t)(326)を補正して、制御外乱合成補正値dFFEST(t)(350)を作成する。制御外乱合成補正値dFFEST(t)(350)は、制御外乱d(t)(301)の代表的な周波数成分ωiにつきフィードフォワード制御効果が最大限となるように制御ゲインGFF(ωi)、制御出力タイミングシフト量δFF(ωi)を補正したものである。これを用いてフィードフォワード制御307を実施することで、フィードフォワード制御の制御効果を最大限に発揮することが可能となる。
As adjustment results, the control gain G FF (ωi) and control output timing shift amount δ FF (ωi) for each frequency component ωi are determined. The control disturbance composite correction
以下、本実施形態の制御方式を、特許文献3の実施例で述べているタンデム圧延機のフィードフォワード制御に適用する場合について説明する。
Hereinafter, a case will be described in which the control method of this embodiment is applied to feedforward control of a tandem rolling mill described in the example of
<制御ゲイン・タイミングシフト量調整>
フィードフォワード制御において制御出力タイミングシフト量ΔTFF(位相シフト量Δ)および制御ゲインGを適切に設定することは重要であるが、両者は、式(1)、(2-1)、(2-2)を用いて説明した関係で結びついている。例えば、制御ゲインGを変更すると、制御前後の制御状態量間の位相差δも変動する。逆に制御出力タイミングシフト量ΔTFFを変更すると制御状態量の振幅Xも変動してしまう。従って、両者を適切に設定するように調整するのは、実際上困難である。
<Control gain/timing shift amount adjustment>
In feedforward control, it is important to appropriately set the control output timing shift amount ΔT FF (phase shift amount Δ) and control gain G; They are connected by the relationship explained using 2). For example, when the control gain G is changed, the phase difference δ between the control state quantities before and after the control also changes. Conversely, if the control output timing shift amount ΔTFF is changed, the amplitude X of the control state amount will also vary. Therefore, it is actually difficult to adjust the settings so that both are set appropriately.
前出の式(2-2)に示されているように、制御前後の制御状態量間の位相差δは、逆正接関数であるため、-∞~+∞に対して-90度~+90度を定義域とする。また、式(2-2)から明らかなように、+∞を超えて-となった場合、90度より大となるため、図25のように位相差δは便宜的に90度を超えるものとしている。さらに、式(2-2)により、制御ゲインGが1より大でない場合には、制御状態量間の位相差δは90度を超えない。従って、制御状態量間の位相差δが90度を超えている場合には、制御ゲインGが大き過ぎると予測できる。 As shown in equation (2-2) above, the phase difference δ between the control state quantities before and after the control is an arctangent function, so it varies from -90 degrees to +90 degrees with respect to -∞ to +∞. Let degree be the domain. Also, as is clear from equation (2-2), if it exceeds +∞ and becomes -, it becomes larger than 90 degrees, so the phase difference δ is conveniently set to exceed 90 degrees as shown in Fig. 25. It is said that Furthermore, according to equation (2-2), if the control gain G is not greater than 1, the phase difference δ between the control state quantities does not exceed 90 degrees. Therefore, if the phase difference δ between the control state quantities exceeds 90 degrees, it can be predicted that the control gain G is too large.
また、位相シフト量Δと制御前後の制御状態量間の位相差δとは互いに逆方向となるため、制御状態量間の位相差δが分かれば位相シフト量Δ、換言すれば、制御出力タイミングシフト量ΔTFFをどのように変更するかを予測することができる。例えば、制御状態量間の位相差δが+方向の場合には、位相シフト量Δを増加方向、すなわち、マイナス側からプラス側に向かう方向に変更すればよい。また、逆の場合には、位相シフト量Δを減少方向、すなわち、プラス側からマイナス側に変更すればよい。 In addition, since the phase shift amount Δ and the phase difference δ between the control state quantities before and after the control are in opposite directions, if the phase difference δ between the control state quantities is known, the phase shift amount Δ, in other words, the control output timing It is possible to predict how the shift amount ΔTFF will be changed. For example, when the phase difference δ between the control state quantities is in the positive direction, the phase shift amount Δ may be changed in the increasing direction, that is, in the direction from the negative side to the positive side. In the opposite case, the phase shift amount Δ may be changed in the decreasing direction, that is, from the plus side to the minus side.
以上のように、板厚制御におけるフィードフォワード制御の場合、入側の板厚計43で検出した入側板厚偏差ΔHと出側の板厚計44で検出した出側板厚偏差Δhの位相関係を、制御状態量間の位相差δとみなすことができる。同様に、入側板厚偏差ΔHから制御出力までの制御出力タイミングシフト量ΔTFFを位相シフト量Δとみなすことができる。したがって、これらの制御状態量を用いて、フィードフォワード制御における制御出力タイミングシフト量ΔTFFおよび制御ゲインGFFを調整することができる。
As described above, in the case of feedforward control in plate thickness control, the phase relationship between the inlet plate thickness deviation ΔH detected by the inlet
そこで、図4に示した板厚制御装置64の基本制御構成に、制御出力タイミングシフト量ΔTFFおよび制御ゲインGFFを調整する機能を付加した構成を、以下、板厚制御装置64の拡張制御構成という。更に、本実施形態の特徴である、複数周波数成分に対して制御出力タイミングシフト量ΔTFFおよび制御ゲインGFFを調整する機能を付加した構成を、以下、板厚制御装置64の複数周波数拡張制御構成という。
Therefore, a configuration in which a function of adjusting the control output timing shift amount ΔT FF and control gain G FF is added to the basic control configuration of the plate
≪3.複数周波数拡張制御構成≫
<3.1 フィードフォワード制御調整装置>
図12は、本発明の実施形態に係る板厚制御装置64およびフィードフォワード制御調整装置101、複数周波数制御調整装置400の複数周波数拡張制御構成の例を示した図である。ここで、フィードフォワード制御調整装置101は、複数周波数制御調整装置400で実施するフィードフォワード制御のための制御出力タイミングシフト量ΔTFFおよび制御ゲインGFFを求める装置である。すなわち、複数周波数制御調整装置400は、板厚制御装置64の複数周波数拡張制御構成を実現する装置であり、本実施形態の大きな特徴となっている。
≪3. Multiple frequency expansion control configuration≫
<3.1 Feedforward control adjustment device>
FIG. 12 is a diagram showing an example of a multi-frequency extended control configuration of the plate
図12に示すように、フィードフォワード制御調整装置101では、#4スタンド圧延機14の入側の板厚計43で検出された入側板厚偏差ΔHに対し、#4スタンド圧延機の直下を通過するタイミングまでの移送処理が施され、この移送処理で得られた値を入側板厚偏差ΔH4FFTRKではなく、複数周波数制御調整装置400にて作成された入側板厚偏差合成補正値ΔH4FFEST(tcal)(410)を用いてフィードフォワード制御を実施する。ここでは、入側板厚偏差合成補正値ΔH4FFEST(0)を用いる。
As shown in FIG. 12, in the feedforward
複数周波数制御調整装置400は、入側板厚偏差検出値ΔH4およびそれを#4スタンド圧延機14直下まで移送した#4スタンド入側板厚偏差ミル直下値ΔH4MILL、およびフィードフォワード制御調整装置101より得られる制御出力タイミングシフト量ΔTFFおよび制御ゲインGFFより入側板厚偏差合成補正値ΔH4FFEST(tcal)(410)を作成して、板厚制御装置64に出力する。
The multi-frequency
複数周波数制御調整装置400は、図11の制御外乱仮値作成装置320、制御外乱合成値作成装置325、制御外乱合成補正値作成装置330と同等の機能を持つ入側板厚偏差仮値作成装置420、入側板厚偏差合成値作成装置425、入側板厚偏差合成補正値作成装置430より構成される。
The multi-frequency
図13は、入側板厚偏差仮値作成装置420の構成を示す図である。入側板厚偏差検出値ΔH4を入力として、計算機のサンプリング周期Δtにてサンプリング実施し、入側板厚偏差テーブル4201を作成する。入側板厚偏差テーブル4201は、m個のデータを格納するものとし、m個は予想される入側板厚偏差の周波数成分に応じて適時設定されるものとする。
FIG. 13 is a diagram showing the configuration of the entry side plate thickness deviation provisional
入側板厚偏差FFT装置4202は、入側板厚偏差テーブル4201のデータを用いて、FFT処理を行い周波数空間での入側板厚偏差振幅H4G(f)を算出する。入側板厚周波数選択装置4203においては、入側板厚偏差振幅H4G(f)を用いてフィードフォワード制御の制御対象とする周波数成分fi(選択入側板厚周波数fi(i=1,n)(4206))を選択する。選択方法は任意であるが、例えば入側板厚偏差振幅H4G(f)の大きい順にn個(あらかじめ定めた任意の値)選択することや、予め閾値を設定しておき、閾値より入側板厚偏差振幅H4G(f)が大きいものを選択することや、出側板厚偏差のFFTを実施し、減衰率の小さい順にn個選択する等の方法が考えられる。選択入側板厚周波数fi(i=1,n)(4206)に従って、仮時系列データ作成装置4204にて、ΔH4DUMMY(t)の計算式に基づき、サンプリング周期Δt毎に演算を実施し、m個のテーブルに計算結果を入側板厚偏差仮値テーブルΔH4DUMMY(j)(4205)に設定する。ここで、テーブルの先頭にt=0、以下順次格納し、テーブルの最後尾に(m-1)×Δtの値を格納する。
The entry side plate thickness
図14は、入側板厚偏差合成値作成装置425の構成を示す図である。入側板厚偏差ミル直下値ΔH4MILLのサンプリング処理を実施し、m個の格納エリアを持つ入側板厚偏差ミル直下テーブルΔH4MILL(j)(4251)を作成する。テーブルの先頭に現在のサンプリング値を格納し、格納データを順次シフトすることで、最後尾のテーブルには(m-1)×Δt秒前のデータを格納する。これにより、側板厚偏差仮値テーブルΔH4DUMMY(j)(4205)(図13参照)と入側板厚偏差ミル直下テーブルΔH4MILL(j)(4251)には、ミル直下を始点とする時系列的に揃ったデータが格納される。
FIG. 14 is a diagram showing the configuration of the entrance side plate thickness deviation composite
これら2つのテーブルを用いて、入側板厚偏差仮値FFT装置4252、入側板厚偏差ミル直下FFT装置4253によりそれぞれの周波数空間値X(ω)、Y(ω)を求め、入側偏差仮値補正装置4254にてそれらの応答を求めて選択入側板厚周波数fi(4206)における減衰率HB(fi)および位相差ΔB(fi)を求め、それらを用いて、仮時系列データΔH4DUMMY(t)を補正し、入側板厚偏差合成値ΔH'DUMMY(t)を求める。以上の処理により、入側板厚偏差合成値ΔH'DUMMY(t)は、入側板厚偏差ミル直下値ΔH4MILL(t)を選択した周波数成分の範囲で再現したものとなる。
Using these two tables, the respective frequency space values X(ω) and Y(ω) are determined by the entry side plate thickness deviation provisional
ここで使用しているFFTは、DFT(デジタルフーリエ変換)であり、計算結果の周波数も離散化しているため、厳密には入側板厚偏差ミル直下値ΔH4MILL(t)に含まれる周波数成分とは異なる。そのため、上記入側板厚偏差仮値作成装置420(図13参照)および入側板厚偏差合成値作成装置425の処理を常時実施し、ミル直下近傍において入側板厚偏差合成値ΔH'DUMMY(t)は、入側板厚偏差ミル直下値ΔH4MILL(t)がフィードフォワード制御に問題ない範囲で一致させておく必要がある。
The FFT used here is DFT (Digital Fourier Transform), and the frequency of the calculation result is also discretized, so strictly speaking, it is the frequency component included in the input side plate thickness deviation value ΔH 4MILL (t) directly below the mill. is different. Therefore, the processing of the input side plate thickness deviation provisional value creation device 420 (see FIG. 13) and the input side plate thickness deviation composite
なお、図12では、フィードフォワード制御調整装置101および複数周波数制御調整装置400は、板厚制御装置64の外に設けられた別の装置として描かれているが、板厚制御装置64の中に含まれる装置であってもよい。
Note that in FIG. 12, the feedforward
<3.2 制御ゲイン・タイミングシフト量設定装置>
図15は、制御ゲイン・タイミングシフト量設定装置102の詳細な構成の例を示した図である。図15に示すように、制御ゲイン・タイミングシフト量設定装置102は、周波数応答測定装置201、3つのメンバーシップ関数105,106,107、ファジィ推論装置108、パラメータ変更装置109などを備えて構成される。
<3.2 Control gain/timing shift amount setting device>
FIG. 15 is a diagram showing an example of a detailed configuration of the control gain/timing shift
前記したように、制御ゲイン・タイミングシフト量設定装置102は、入側板厚偏差ΔHTRK、出側板厚偏差Δh、圧延荷重PTRKおよび出側板厚偏差Δhを入力として、前述した選択入側板厚周波数fi(4206)におけるフィードフォワード制御用の制御ゲインGFF(fi)および制御出力タイミングシフト量ΔTFF(fi)を計算する。計算された制御ゲインGFF(fi)および制御出力タイミングシフト量ΔTFF(fi)は、入側板厚偏差合成補正値作成装置430(図12参照)へ出力される。
As described above, the control gain/timing shift
入側板厚偏差合成補正値作成装置430(図12参照)は、制御ゲインGFF(fi)を用い、制御出力タイミングシフト量ΔTFF(fi)を調整した入側板厚偏差合成補正値ΔH4FFEST(0)(410)を作成する。板厚制御装置64(#4スタンド板厚制御)では、入側板厚偏差合成補正値ΔH4FFEST(0)(410)に制御ゲインGFFを掛けてフィードフォワード制御を実施する。すなわち、制御ゲイン・タイミングシフト量設定装置102が板厚制御装置64におけるフィードフォワード制御時の制御パラメータを設定するとともに調整する役割を果たす。これは、従来技術にない本実施形態の大きな特徴の1つである。
The entrance side plate thickness deviation composite correction value creation device 430 (see FIG. 12) uses the control gain G FF (fi) to generate an input side plate thickness deviation composite correction value ΔH 4FFEST ( 0) (410). The plate thickness control device 64 (#4 stand plate thickness control) performs feedforward control by multiplying the entrance side plate thickness deviation composite correction value ΔH 4FFEST (0) (410) by the control gain G FF . That is, the control gain/timing shift
板厚制御装置64におけるフィードフォワード制御の目的は、出側板厚偏差Δhを入側板厚偏差ΔHよりも小さくすることにある。そのため、フィードフォワード制御が好適に働くと、出側板厚偏差Δhが小さくなる。しかしながら、出側板厚偏差Δhが小さくなると、入側板厚偏差ΔHと出側板厚偏差Δhとの位相関係の判断がしにくくなる。その場合には、フィードフォワード制御用の制御ゲインGFF(fi)および制御出力タイミングシフト量ΔTFF(fi)を求めるのが困難になる場合がある。そこで、本実施形態に係る制御ゲイン・タイミングシフト量設定装置102では、硬度ムラの影響を受ける圧延荷重PTRKと入側板厚偏差ΔHTRKの位相関係も用いて、フィードフォワード制御用の制御ゲインGFF(fi)および制御出力タイミングシフト量ΔTFF(fi)を求めている。これも、本実施形態の大きな特徴の1つである。
The purpose of the feedforward control in the plate
そこで、制御ゲイン・タイミングシフト量設定装置102は、入側板厚偏差ΔHTRKと出側板厚偏差Δh、入側板厚偏差ΔHTRKと圧延荷重PTRKといった時系列信号間の信号の減衰量や位相関係を求めることが必要となる。
Therefore, the control gain/timing shift
特許文献2に開示された発明では、2つの時系列信号の位相をずらしながら「1周期分の2乗誤差」を演算し、それが最小となる位相を2つの時系列信号間の位相差としている。この方法は、基準信号の1周期の認識が必要であるのに加え、基準信号と比較信号の振幅が制御効果により大幅に相違した場合や、複数の周波数成分が重複した場合などには適用するのが困難になることがあった。そこで、本実施形態では、2つの時系列信号間の信号の減衰量および位相関係を、比較的容易に求めることが可能な周波数応答法を用いる。
In the invention disclosed in
(参考1:周波数応答法について)
図16は、周波数応答法の概要を説明するための図で、(a)は時間応答モデルの例を示した図、(b)は周波数応答モデルの例を示した図である。圧延制御では、被圧延材3は、例えば#4スタンド圧延機14の入側から入って、圧延現象により板厚を減少させた後、#4スタンド圧延機14の出側から出てくる。すなわち、被圧延材3の入側板厚偏差ΔHは、圧延現象により出側板厚偏差Δhへと変化する。
(Reference 1: Regarding frequency response method)
FIG. 16 is a diagram for explaining the outline of the frequency response method, in which (a) is a diagram showing an example of a time response model, and (b) is a diagram showing an example of a frequency response model. In the rolling control, the material to be rolled 3 enters, for example, from the entry side of the #4
ここで、図16(a)に示すように、入側板厚偏差ΔHの時間変化をx(t)で表わし、出側板厚偏差Δhの時間変化をy(t)で表すと、圧延現象は、y(t)=g(t)・x(t)を満たす時間応答関数g(t)として表わすことができる。すなわち、時間空間の信号(時系列信号)である入側板厚偏差x(t)は、圧延現象の時間応答関数g(t)によって時間空間の信号である出側板厚偏差y(t)に変換される。 Here, as shown in FIG. 16(a), if the time change of the entrance side plate thickness deviation ΔH is represented by x(t), and the time change of the exit side plate thickness deviation Δh is represented by y(t), the rolling phenomenon is as follows. It can be expressed as a time response function g(t) that satisfies y(t)=g(t)·x(t). In other words, the entrance thickness deviation x(t), which is a time-space signal (time-series signal), is converted into the exit thickness deviation y(t), which is a time-space signal, by the time response function g(t) of the rolling phenomenon. be done.
このような時間応答関数g(t)によって表される圧延現象は、図16(b)に示す周波数応答関数G(ω)を用いて表すことができる。すなわち、入側板厚偏差ΔHおよび出側板厚偏差Δhを周波数空間での信号(周波数成分の値)である入側板厚偏差X(ω)および出側板厚偏差Y(ω)と表すと、両者の関係を、Y(ω)=G(ω)・X(ω)と表すことができる。つまり、周波数空間での信号である入側板厚偏差X(ω)は、圧延現象の周波数応答関数G(ω)によって周波数空間での信号である出側板厚偏差Y(ω)に変換される。 The rolling phenomenon represented by such a time response function g(t) can be represented using a frequency response function G(ω) shown in FIG. 16(b). In other words, if the inlet side plate thickness deviation ΔH and the outlet side plate thickness deviation Δh are expressed as the inlet side plate thickness deviation X(ω) and the outlet side plate thickness deviation Y(ω), which are signals (frequency component values) in the frequency space, The relationship can be expressed as Y(ω)=G(ω)·X(ω). That is, the inlet plate thickness deviation X(ω), which is a signal in the frequency space, is converted into the outlet plate thickness deviation Y(ω), which is a signal in the frequency space, by the frequency response function G(ω) of the rolling phenomenon.
時間空間の入側板厚偏差x(t)および出側板厚偏差y(t)は、例えば、#4スタンド圧延機14の入側の板厚計43および出側の板厚計44によって検出される時系列信号として得ることができる。一方、周波数空間における入側板厚偏差X(ω)および出側板厚偏差Y(ω)は、時間空間で得られたx(t)およびy(t)をそれぞれフーリエ変換することにより得られる。
The entrance thickness deviation x(t) and the exit thickness deviation y(t) in time and space are detected, for example, by the
圧延現象を、周波数空間の入力信号X(ω)、出力信号Y(ω)および周波数応答関数G(ω)を用いて表現する利点は、入力信号および出力信号の振幅および位相の関係を周波数ごとに比較するのが容易になることにある。すわなち、周波数空間では、圧延現象による板厚偏差信号の減衰量や位相差を容易に求めることができる。 The advantage of expressing the rolling phenomenon using the input signal X(ω), output signal Y(ω), and frequency response function G(ω) in the frequency space is that the relationship between the amplitude and phase of the input signal and output signal can be expressed for each frequency. The purpose is to make it easier to compare. That is, in the frequency space, the attenuation amount and phase difference of the plate thickness deviation signal due to the rolling phenomenon can be easily determined.
すなわち、本実施形態では、入側板厚偏差x(t)および出側板厚偏差y(t)は、板厚計43,44による検出値として得られる。また、周波数空間の入側板厚偏差X(ω)および出側板厚偏差Y(ω)は、入側板厚偏差x(t)および出側板厚偏差y(t)をそれぞれフーリエ変換することにより求められる。そして、周波数応答関数G(ω)は、次の式(3)により求めることができる。
That is, in this embodiment, the entrance side plate thickness deviation x(t) and the exit side plate thickness deviation y(t) are obtained as values detected by the
さらに、この周波数応答関数G(ω)から、周波数ωにおける減衰量gainおよび位相差phaseを、次の式(4-1)および式(4-2)により求めることができる。 Furthermore, from this frequency response function G(ω), the attenuation amount gain and the phase difference phase at the frequency ω can be determined by the following equations (4-1) and (4-2).
(参考2:離散フーリエ変換およびFFTについて)
ここで、周波数空間の入側板厚偏差X(ω)および出側板厚偏差Y(ω)を求めるときに用いられる離散データのフーリエ変換(離散フーリエ変換)について説明しておく。一般に、1周期がN個のサンプリングデータからなる時系列信号f(t)を、N個の独立な周波数がkの正弦波信号を用いて表現すると、次の式(5)のように表される。
(Reference 2: About discrete Fourier transform and FFT)
Here, the Fourier transform (discrete Fourier transform) of discrete data used to obtain the inlet side plate thickness deviation X(ω) and the outlet side plate thickness deviation Y(ω) in the frequency space will be explained. Generally, when a time series signal f(t) whose one cycle consists of N pieces of sampling data is expressed using a sine wave signal with N independent frequencies of k, it is expressed as the following equation (5). Ru.
ここで、1周期分のサンプリングデータの順序を表す数n=0,1,・・・,Nを、0~2πの位相を表す時間tに対応付ければ、t=2π・n/Nと表すことができる。したがって、式(5)は、次の式(6)のように表すことができる。 Here, if the number n = 0, 1, ..., N representing the order of sampling data for one cycle is associated with the time t representing the phase from 0 to 2π, it is expressed as t = 2π・n/N. be able to. Therefore, equation (5) can be expressed as the following equation (6).
そして、式(6)を離散フーリエ変換することにより、次の式(7)が得られる。
ここで、係数cmは、複素数である。また、式(7)において、2πm/Nは、周波数に相当する。すなわち、係数cmは、式(5)で表わされる時系列信号f(t)の、周波が2πm/Nであるときの周波数成分を表したものとなっている。したがって、係数cmの絶対値および偏角は、それぞれ、周波数が2πm/Nであるときの時系列信号f(t)の周波数成分の振幅および位相を表したものとなる。 Here, the coefficient cm is a complex number. Furthermore, in equation (7), 2πm/N corresponds to frequency. That is, the coefficient cm represents the frequency component of the time series signal f(t) expressed by equation (5) when the frequency is 2πm/N. Therefore, the absolute value and argument of the coefficient cm represent the amplitude and phase of the frequency component of the time series signal f(t) when the frequency is 2πm/N, respectively.
さらに、離散フーリエ変換をコンピュータで処理する場合には、通常、高速フーリエ変換(Fast Fourier Transform:以下、FFTと略記)が用いられる。FFTは、適用する条件として、変換対象のデータ数が2のべき乗であることが必要であるが、通常の離散フーリエ変換に比べれば計算量が大幅に少なくなるという大きな利点を有している。 Furthermore, when the discrete Fourier transform is processed by a computer, a fast Fourier transform (hereinafter abbreviated as FFT) is usually used. FFT requires that the number of data to be transformed be a power of 2 as a condition for application, but has the great advantage that the amount of calculation is significantly smaller than ordinary discrete Fourier transform.
一般に、N個のデータをフーリエ変換する場合、通常の離散フーリエ変換では、N2に比例する計算量が必要となるが、FFTでは、N・log2Nに比例する計算量ですむことが知られている。例えば、1024個のデータのフーリエ変換を行う場合、FFTの計算量は、通常の離散フーリエ変換の計算量に対し、
log21024/1024=10/1024
となる。すなわち、FFTの計算量は、通常の離散フーリエ変換の100分の1程度の計算量ですむ。
In general, when performing Fourier transform on N pieces of data, ordinary discrete Fourier transform requires a calculation amount proportional to N 2 , but it is known that with FFT, the calculation amount is proportional to N log 2 N. It is being For example, when Fourier transform is performed on 1024 pieces of data, the amount of calculation for FFT is compared to the amount of calculation for normal discrete Fourier transform.
becomes. That is, the amount of calculation required for FFT is about 1/100 of that of ordinary discrete Fourier transform.
<3.3 FFTの周波数分解能およびデータ収集時間>
以上のように、FFTは、2のべき乗のデータ数を必要とするため、データのサンプリングの時間間隔(サンプリング間隔)にも制約が生じる。ここで、サンプリング間隔の逆数であるサンプリング周波数をfsとし、サンプリング数(データ数)をNとすると、周波数分解能Δfは、Δf=fs/Nにより算出することができ、データ収集時間MTは、MT=N/fs=1/Δfにより算出することができる。
<3.3 FFT frequency resolution and data collection time>
As described above, since FFT requires a power of 2 data count, there are also restrictions on the time interval of data sampling (sampling interval). Here, if the sampling frequency which is the reciprocal of the sampling interval is f s , and the number of samplings (number of data) is N, the frequency resolution Δf can be calculated by Δf=f s /N, and the data collection time MT is , MT=N/f s =1/Δf.
ここで、データ収集時間MTとは、FFTへの入力となるデータのサンプリング開始から終了までの時間をいい、周波数分解能Δfは、FFTを実施する場合の周波数軸方向での分解能をいう。また、サンプリング周波数fsでサンプリングされたデータにおいて2つの周波数成分を分解可能な理論的な最大周波数frは、fr=fs/2により与えられる。すなわち、2つの周波数成分は、周波数分解能Δfの2倍以上離れていないと分離することができない。 Here, the data collection time MT refers to the time from the start to the end of sampling of data to be input to the FFT, and the frequency resolution Δf refers to the resolution in the frequency axis direction when performing the FFT. Further, the theoretical maximum frequency f r that can resolve two frequency components in data sampled at the sampling frequency f s is given by f r =f s /2. That is, two frequency components cannot be separated unless they are separated by at least twice the frequency resolution Δf.
周波数分解能Δfおよびデータ収集時間MTは、ともに小さいほうがよい。しかしながら、前記のごとくMT=1/Δfの関係があることから、両者を同時に小さくすることはできない。したがって、FFTを利用する上では、周波数分解能Δfおよびデータ収集時間MTを実用的に適切な値に設定することが重要となる。 It is better for both the frequency resolution Δf and the data collection time MT to be small. However, since there is a relationship of MT=1/Δf as described above, it is not possible to reduce both at the same time. Therefore, when using FFT, it is important to set the frequency resolution Δf and the data acquisition time MT to practically appropriate values.
ところで、本発明の実施形態に係る板厚制御のフィードフォワード制御の目的は、その制御ゲインGおよび位相シフト量Δを調整して、制御効果を上げることにある。そのためには、できるだけ短い時間間隔で計算を実施する必要があり、また、データ収集時間MTを可能な限り短くする必要がある。 By the way, the purpose of the feedforward control of plate thickness control according to the embodiment of the present invention is to adjust the control gain G and phase shift amount Δ to increase the control effect. To this end, it is necessary to perform calculations at as short time intervals as possible, and it is also necessary to make the data collection time MT as short as possible.
一方、入側板厚についての外乱すなわち入側板厚偏差ΔHに複数の周波数成分が含まれている場合、それぞれの外乱の周波数を分離できなければ、それぞれの外乱の周波数成分における減衰量gainおよび位相差phaseを計算することができない。従って、これらの条件を満たすデータ収集時間を選定する必要がある。 On the other hand, if the disturbance regarding the entrance side plate thickness, that is, the entrance side plate thickness deviation ΔH, includes multiple frequency components, if the frequency of each disturbance cannot be separated, the attenuation amount gain and phase difference in the frequency components of each disturbance Unable to calculate phase. Therefore, it is necessary to select a data collection time that satisfies these conditions.
図17および図18は、FFTによる周波数応答シミュレーション結果の例を示した図である。図17(a)のシミュレーション結果は、データ収集時間MTが10.24秒で、周波数分解能Δfが0.1Hz程度となる場合のケースである。このシミュレーションでは、板厚に対する外乱を意味する入側板厚偏差ΔHとして、0.5Hz、1.0Hz、2.0Hz、3.0Hzの正弦波を混合して入力信号とした。このとき入力された正弦波は、前記各々の周波数において、出力信号である出側板厚偏差Δhの減衰量gainおよび位相差phaseが次のようになるように設定されている。
(周波数) (減衰量gain) (位相差phase)
0.5Hz -6.0dB 60度
1.0Hz -4.4dB -45度
2.0Hz -3.1dB -30度
3.0Hz -1.9dB 30度
FIGS. 17 and 18 are diagrams showing examples of frequency response simulation results using FFT. The simulation results in FIG. 17A are for a case where the data collection time MT is 10.24 seconds and the frequency resolution Δf is about 0.1 Hz. In this simulation, sine waves of 0.5 Hz, 1.0 Hz, 2.0 Hz, and 3.0 Hz were mixed and used as an input signal as the entrance side plate thickness deviation ΔH, which means disturbance to the plate thickness. The sine wave input at this time is set so that the attenuation amount gain and phase difference phase of the output side plate thickness deviation Δh, which is the output signal, are as follows at each of the above-mentioned frequencies.
(Frequency) (Attenuation gain) (Phase difference phase)
0.5Hz -6.0
なお、図17(a)において、上段のグラフは、時間空間における入側板厚偏差ΔHおよび出側板厚偏差Δhの時間変化を示し、下段のグラフは、FFT実施後の周波数空間における入側板厚偏差ΔHおよび出側板厚偏差Δh(出力信号)の周波数特性を示したグラフである。また、下段のグラフには、減衰量gainおよび位相差phaseが併せて示されている。 In FIG. 17(a), the upper graph shows the time change of the inlet thickness deviation ΔH and the outlet thickness deviation Δh in the time space, and the lower graph shows the inlet thickness deviation in the frequency space after performing FFT. It is a graph showing the frequency characteristics of ΔH and outlet side plate thickness deviation Δh (output signal). The lower graph also shows the attenuation amount gain and the phase difference phase.
図17(a)の下段の周波数空間のグラフから分かるように、4つの周波数成分は、出側板厚偏差Δhでも明確に分離されており、減衰量gainおよび位相差phaseも正確に求められている。ただし、外乱つまり入側板厚偏差ΔHの周波数の最小値が0.5Hzから判断すると、データ収集時間が10秒というのは長いといわざるを得ない。すなわち、この場合、フィードフォワードのAGC(Automatic Gain Control)の調整を実施するのに、板厚変動周期(2秒)の5周期分以上の時間がかかることとなる。 As can be seen from the frequency space graph in the lower part of Fig. 17(a), the four frequency components are clearly separated even in the exit plate thickness deviation Δh, and the attenuation amount gain and phase difference phase are also accurately determined. . However, judging from the fact that the minimum value of the frequency of the disturbance, that is, the entrance side plate thickness deviation ΔH, is 0.5 Hz, it must be said that the data collection time of 10 seconds is long. That is, in this case, it takes more than five cycles of the plate thickness variation cycle (2 seconds) to adjust the feedforward AGC (Automatic Gain Control).
図17(b)のシミュレーション結果は、データ収集時間MTが5.12秒で、周波数分解能Δfが0.2Hz程度となる場合のケースである。このケースのシミュレーションで入力される入側板厚偏差ΔHは、図17(a)の場合と同じであり、シミュレーション結果を表すグラフの表示形式も、図17(a)に準じたものである。 The simulation result in FIG. 17(b) is a case where the data collection time MT is 5.12 seconds and the frequency resolution Δf is about 0.2 Hz. The entrance plate thickness deviation ΔH input in the simulation in this case is the same as in the case of FIG. 17(a), and the display format of the graph representing the simulation result is also based on FIG. 17(a).
図17(b)の下段の周波数空間のグラフから分かるように、出側板厚偏差Δhでも入力信号に含まれる4つの周波数成分は、ほぼ明確に分離され、減衰量gainおよび位相差phaseともに概ね正確に求められている。なお、この図は、入力信号に含まれる任意の2つの周波数の最小分離幅(0.5Hz)が周波数分解能Δf(0.2Hz)の2倍以上離れていれば、減衰量gainおよび位相差phaseをほぼ正確に求めることができることを示した実例ともなっている。 As can be seen from the frequency space graph in the lower part of Fig. 17(b), the four frequency components included in the input signal are almost clearly separated even with the exit plate thickness deviation Δh, and both the attenuation amount gain and the phase difference phase are generally accurate. is required. Note that this figure shows that if the minimum separation width (0.5 Hz) of any two frequencies included in the input signal is more than twice the frequency resolution Δf (0.2 Hz), the attenuation gain and phase difference phase This is an example showing that it is possible to obtain almost exactly.
図18(c)のシミュレーション結果は、データ収集時間MTが2.56秒で、周波数分解能Δfが0.4Hz程度となる場合のケースである。このケースのシミュレーションで入力される入側板厚偏差ΔHは、図17(a)の場合と同じであり、シミュレーション結果を表すグラフの表示形式は、図17(a)に準じたものである。 The simulation result in FIG. 18(c) is a case where the data collection time MT is 2.56 seconds and the frequency resolution Δf is about 0.4 Hz. The entry side plate thickness deviation ΔH input in the simulation in this case is the same as in the case of FIG. 17(a), and the display format of the graph representing the simulation result is based on FIG. 17(a).
図18(c)の下段の周波数空間のグラフから分かるように、この場合には、入力信号である入側板厚偏差ΔHに含まれる0.5Hzと1.0Hzの周波数とは、入側板厚偏差ΔHおよび出側板厚偏差Δhのいずれでも十分に分離されていない。そのため、得られる減衰量gainおよび位相差phaseともに不正確なものになっている。 As can be seen from the frequency space graph in the lower part of FIG. Both ΔH and exit side plate thickness deviation Δh are not sufficiently separated. Therefore, both the obtained attenuation amount gain and the phase difference phase are inaccurate.
図18(d)のシミュレーション結果は、データ収集時間MTが2.56秒で、周波数分解能Δfが0.2Hz程度となる場合のケースであるが、入側板厚偏差ΔHとしては、単一の周波数0.5Hzの正弦波が入力される。この場合、図18(d)の下段のグラフに示されているように、出側板厚偏差Δhでも0.5Hzの周波数が正しく分離されており、減衰量gainおよび位相差phaseともにほぼ正確に求められている。 The simulation results in Fig. 18(d) are for a case where the data collection time MT is 2.56 seconds and the frequency resolution Δf is about 0.2 Hz. A 0.5Hz sine wave is input. In this case, as shown in the lower graph of Fig. 18(d), the frequency of 0.5 Hz is correctly separated even with the exit plate thickness deviation Δh, and both the attenuation amount gain and the phase difference phase are almost accurately calculated. It is being
なお、この場合のデータ収集時間MTは、2.56秒であり、出側板厚偏差Δhの周波数0.5Hzが再現可能な2秒+αの時間であり、ほぼ最小時間でフィードフォワードのAGCの調整が可能であることが分かる。 In addition, the data collection time MT in this case is 2.56 seconds, which is the time of 2 seconds + α in which the frequency 0.5 Hz of the outlet side plate thickness deviation Δh can be reproduced, and the feedforward AGC adjustment can be performed in almost the minimum time. It turns out that it is possible.
ところで、FFTでは、処理対象のデータ数を2のべき乗に限定することで計算時間を大幅に短縮している。そのため、FFTへの入力データ数を任意の数とすることはできない。したがって、データ収集時間MTは、データのサンプリング周期とデータ数の組合せにより大幅に変化する。 By the way, in FFT, the calculation time is significantly reduced by limiting the number of data to be processed to a power of two. Therefore, the number of input data to the FFT cannot be set to an arbitrary number. Therefore, the data collection time MT varies significantly depending on the combination of the data sampling period and the number of data.
例えば、周波数分解能Δfが0.1Hz(周期が10秒)のケースを考える。この場合、サンプリング周期を10ms、データ数を1024個とすれば、データ収集時間MTが10.24秒となる。このデータ収集時間MTは、周波数分解能Δf=0.1Hzから得られる周期の10秒にほぼ同じになる。これに対し、サンプリング周期を8ms、データ数を2048個とすると、データ収集時間MTは、16.384秒となり、周期の10秒に比べ大幅に大きくなってしまう。 For example, consider a case where the frequency resolution Δf is 0.1 Hz (period is 10 seconds). In this case, if the sampling period is 10 ms and the number of data is 1024, the data collection time MT will be 10.24 seconds. This data collection time MT is approximately equal to the period of 10 seconds obtained from the frequency resolution Δf=0.1 Hz. On the other hand, if the sampling period is 8 ms and the number of data is 2048, the data collection time MT will be 16.384 seconds, which is significantly longer than the period of 10 seconds.
次に、周波数分解能Δfが0.5Hz(周期が2秒)のケースを考える。この場合、サンプリング周期を10ms、データ数を256個とすれば、データ収集時間MTは、2.56秒となり、前記周期の2秒と比較して大きくなってしまう。そこで、サンプリング周期を8ms、データ数を256個とすると、データ収集時間MTは、2.048秒となり、周期の2秒とほぼ同じになる。 Next, consider a case where the frequency resolution Δf is 0.5 Hz (period is 2 seconds). In this case, if the sampling period is 10 ms and the number of data is 256, the data collection time MT will be 2.56 seconds, which is longer than the period of 2 seconds. Therefore, if the sampling period is 8 ms and the number of data is 256, the data collection time MT will be 2.048 seconds, which is almost the same as the period of 2 seconds.
図19は、サンプリング周期・データ数検索テーブルの例を示した図である。図19に示すように、サンプリング周期・データ数検索テーブルは、周波数分解能Δfに応じて、最小データ収集時間に最も適した実データ収集時間を得ることが可能なサンプリング周期およびデータ数を格納したテーブルである。ここで「最も適した」とは、最小データ収集時間よりも大きく、かつ、最小データ収集時間に最も近いことを意味する。 FIG. 19 is a diagram showing an example of a sampling period/data number search table. As shown in FIG. 19, the sampling period/data number search table is a table storing the sampling period and data number that can obtain the actual data collection time most suitable for the minimum data collection time according to the frequency resolution Δf. It is. Here, "most suitable" means greater than the minimum data collection time and closest to the minimum data collection time.
FFTを用いた周波数応答法により、フィードフォワード制御の制御パラメータの調整を実施するためには、該当する周波数の入側板厚偏差ΔHに対する出側板厚偏差Δhの減衰量gainおよび位相差phaseを可能な限り高速(短時間)に求める必要がある。そのためには、FFTに用いるデータ収集時間MTを最小とすることが重要となる。データ収集時間MTは、実際に発生している板厚偏差(入側板厚偏差ΔH)に応じて必要となる最小分解能に基づき、最小データ収集時間が決まり、それに必要なサンプリング数およびデータ数が設定される。 In order to adjust the control parameters of feedforward control using the frequency response method using FFT, it is necessary to adjust the attenuation amount gain and phase difference phase of the outlet side plate thickness deviation Δh with respect to the inlet side plate thickness deviation ΔH at the corresponding frequency. It is necessary to obtain it as fast as possible (in a short period of time). For this purpose, it is important to minimize the data collection time MT used for FFT. The data collection time MT is determined based on the minimum resolution required according to the actually occurring plate thickness deviation (inlet side plate thickness deviation ΔH), and the number of samplings and data required for this are set. be done.
<3.4 周波数応答測定装置>
次に、周波数応答法を用いて、板厚制御のフィードフォワード制御における選択入側板厚周波数fi(4206)での制御ゲインGFF(fi)および制御出力タイミングシフト量ΔTFF(fi)を求める方法について説明する。周波数応答法によれば、データ収集時間MTを設定して、入側板厚偏差ΔHおよび出側板厚偏差ΔhをFFT処理することにより、そのデータ収集時間MTにおける振幅を求めることができる。前記したように、硬度ムラは、被圧延材3の長手方向の硬さ変動であり、圧延のたびに発生するものであるから、硬度ムラに起因して前の圧延で発生した板厚変動である入側板厚偏差ΔHと圧延後の板厚変動である出側板厚偏差Δhとは、ほぼ同一周波数となる。また、通常の入側板厚偏差ΔHと異なり、硬度ムラに起因する出側板厚偏差Δhは減衰量が小さいことが予想される。
<3.4 Frequency response measurement device>
Next, the frequency response method is used to obtain the control gain G FF (fi) and the control output timing shift amount ΔT FF (fi) at the selected inlet thickness frequency fi (4206) in feedforward control of thickness control. I will explain about it. According to the frequency response method, the amplitude at the data collection time MT can be determined by setting the data collection time MT and performing FFT processing on the entrance side plate thickness deviation ΔH and the exit side plate thickness deviation Δh. As mentioned above, hardness unevenness is a change in hardness in the longitudinal direction of the rolled
したがって、以下の手順により、フィードフォワード制御における制御ゲインGFF(fi)および制御出力タイミングシフト量ΔTFF(fi)を求めることにより、フィードフォワード制御の制御パラメータの調整を効率的に実施することができる。なお、以下の説明において、入側板厚偏差ΔHは、移送処理後の入側板厚偏差ΔHTRKを意味することが多いが、その場合であっても、単に入側板厚偏差ΔHと記載する。 Therefore, by determining the control gain G FF (fi) and the control output timing shift amount ΔT FF (fi) in the feedforward control using the following procedure, it is possible to efficiently adjust the control parameters of the feedforward control. can. In the following description, the entry side plate thickness deviation ΔH often means the entry side plate thickness deviation ΔH TRK after the transfer process, but even in that case, it will simply be written as the entry side plate thickness deviation ΔH.
(手順1) 入側板厚偏差ΔHTRKと出側板厚偏差ΔhをFFT処理する。なお、このFFT処理は、所定の板厚外乱の検出に必要な周波数分解能Δfに応じた周期で実施される。
選択入側板厚周波数fi4206の偏差が最も小さい周波数を求め、外乱識別周波数分解能Δfcとする。
(手順2) 前記外乱識別周波数分解能Δfcに基づき最小データ収集時間を求め、さらに、FFTを考慮したサンプリング数およびサンプリング周期を設定する。
(手順3) 前記設定したサンプリング数およびサンプリング周期でFFTを実施し、入側板厚偏差ΔHTRKと出側板厚偏差Δhとについて前記選択入側板厚周波数fi4206における減衰量および位相関係を求める。
(手順4) 前記位相関係に基づきフィードフォワード制御用の制御ゲインGFF(fi)および制御出力タイミングシフト量ΔTFF(fi)を求め、これらを入側板厚偏差合成補正値作成装置430へ出力する。
(Step 1) Perform FFT processing on the inlet side plate thickness deviation ΔHTRK and the outlet side plate thickness deviation Δh. Note that this FFT processing is performed at a cycle according to the frequency resolution Δf necessary for detecting a predetermined plate thickness disturbance.
The frequency at which the deviation of the selected inlet plate thickness frequency fi 4206 is the smallest is determined and set as the disturbance identification frequency resolution Δf c .
(Procedure 2) A minimum data collection time is determined based on the disturbance identification frequency resolution Δf c , and the number of samplings and sampling period are set in consideration of FFT.
(Step 3) Perform FFT with the set sampling number and sampling period to determine the attenuation amount and phase relationship at the selected entrance thickness frequency fi 4206 for the entrance thickness deviation ΔHTRK and the exit thickness deviation Δh.
(Step 4) Find the control gain G FF (fi) for feedforward control and the control output timing shift amount ΔT FF (fi) based on the phase relationship, and output these to the inlet side plate thickness deviation composite correction
以上の手順1~手順4は、図15に示された制御ゲイン・タイミングシフト量設定装置102によって実施される。すなわち、周波数応答測定装置201を構成する板厚外乱測定装置202は、手順1を実施し、板厚外乱推定装置203は、手順2を実施し、周波数応答推定装置204は、手順3および手順4を実施する。また、手順4は、メンバーシップ関数105~107、ファジィ推論装置108およびパラメータ変更装置109によって実施される。そして、以上の手順3および手順4を繰り返すことで、入側板厚偏差合成補正値作成装置430における側板厚偏差合成補正値ΔH4FFEST(0)410における制御パラメータ(すなわち、制御ゲインGFF(fi)および入側板厚偏差ΔHの移送時間ΔTFF(fi))の調整を実行することで板厚制御装置64(#4スタンド板厚制御)のフィードフォワード制御の調整を実施する。
The
以下、制御ゲイン・タイミングシフト量設定装置102を構成する周波数応答測定装置201の詳細な構成および制御内容について説明する。周波数応答測定装置201は、図15に示されているように、板厚外乱測定装置202、板厚外乱推定装置203および周波数応答推定装置204を備えて構成される。
The detailed configuration and control contents of the frequency
図20は、板厚外乱測定装置202の構成の例を示した図である。図20に示すように、板厚外乱測定装置202は、入側板厚偏差テーブル2021、出側板厚偏差テーブル2022、入側板厚偏差FFT装置2023、出側板厚偏差FFT装置2024などを含んで構成される。
FIG. 20 is a diagram showing an example of the configuration of the plate thickness
一般に、板厚偏差の原因となる外乱(以下、板厚外乱という)の周波数は、圧延速度だけでなく板厚外乱の種類などにより相違する。ここでは、板厚偏差から、例えば、0.5Hz以上の周波数の板厚外乱を除去することを考え、周波数分解能Δfを0.1Hzとする。なお、これらの値は、実際の板厚外乱の状況や操業状態により、ユーザが適宜設定し、また、変更できるものとする。 Generally, the frequency of a disturbance that causes plate thickness deviation (hereinafter referred to as plate thickness disturbance) differs depending on not only the rolling speed but also the type of plate thickness disturbance. Here, the frequency resolution Δf is set to 0.1 Hz considering that, for example, a plate thickness disturbance having a frequency of 0.5 Hz or more is removed from the plate thickness deviation. Note that these values can be appropriately set and changed by the user depending on the actual plate thickness disturbance situation and operating conditions.
周波数分解能Δfが0.1Hzの場合、最小データ収集時間は10秒となる。そこで、図19に示したサンプリング周期・データ数検索テーブルを参照すると、サンプリング周期=0.01秒およびデータ数=1024が得られる。以降の板厚外乱測定装置202でのFFTなどの処理は、これらの数値を用いて実施される。
When the frequency resolution Δf is 0.1 Hz, the minimum data collection time is 10 seconds. Therefore, when referring to the sampling period/data number search table shown in FIG. 19, sampling period=0.01 seconds and data number=1024 are obtained. Subsequent processing such as FFT in the plate thickness
板厚外乱測定装置202の記憶装置(図示省略)には、それぞれ1024個のデータを格納可能な入側板厚偏差テーブル2021および出側板厚偏差テーブル2022が用意されている。そして、板厚外乱測定装置202には、移送処理後の入側板厚偏差ΔHであるΔHTKRおよび出側板厚偏差Δhがサンプリング周期0.01秒毎に入力され、それぞれ前記テーブルの0番地から1023番地に順に書き込まれる。
A storage device (not shown) of the plate thickness
入側板厚偏差テーブル2021および出側板厚偏差テーブル2022へのデータ書き込みが終了すると、入側板厚偏差FFT装置2023は、入側板厚偏差テーブル2021に書き込まれたデータを入力データとして、FFT処理を実行する。同様に、出側板厚偏差FFT装置2024は、出側板厚偏差テーブル2022に書き込まれたデータを入力データとして、FFT処理を実行する。そして、これらのFFT処理の結果として、入側板厚偏差周波数成分H(f)および出側板厚偏差周波数成分h(f)が得られる。
When the writing of data to the inlet thickness deviation table 2021 and the outlet thickness deviation table 2022 is completed, the inlet thickness deviation FFT device 2023 executes FFT processing using the data written in the inlet thickness deviation table 2021 as input data. do. Similarly, the outlet thickness
ここで、入側板厚偏差周波数成分H(f)および出側板厚偏差周波数成分h(f)の周波数f=m・Δf(Δfは、周波数分解能)のときの値は、先に説明した式(7)で定義されるcmを計算することによって求められる。なお、その際、式(7)に含まれる時系列信号f(n)のデータは、それぞれ、入側板厚偏差テーブル2021および出側板厚偏差テーブル2022によって与えられる。 Here, the values of the inlet side plate thickness deviation frequency component H(f) and the outlet side plate thickness deviation frequency component h(f) when the frequency f=m·Δf (Δf is the frequency resolution) are calculated by the formula ( It is obtained by calculating cm defined in 7). In this case, the data of the time series signal f(n) included in equation (7) is given by the inlet side plate thickness deviation table 2021 and the outlet side plate thickness deviation table 2022, respectively.
したがって、周波数f=m・Δfであるときの時系列信号f(n)すなわち入側板厚偏差ΔHおよび出側板厚偏差Δhの振幅の減衰量および位相差は、前出の式(4-1)および(4-2)に基づき、式(8-1)および(8-2)のように表すことができる。 Therefore, when the frequency f=m・Δf, the attenuation amount and phase difference of the amplitude of the time series signal f(n), that is, the inlet side plate thickness deviation ΔH and the outlet side plate thickness deviation Δh, are calculated by the above equation (4-1). and (4-2), it can be expressed as in formulas (8-1) and (8-2).
以上の処理の結果として、板厚外乱測定装置202においては、入側板厚偏差FFT装置2023から入側板厚偏差振幅Hg(m)および入側板厚偏差位相Hp(m)が出力される。同様に、出側板厚偏差FFT装置2024から出側板厚偏差振幅hg(m)および出側板厚偏差位相hp(m)が出力される。
As a result of the above processing, in the plate thickness
図21は、入側板厚偏差振幅Hg(m)および出側板厚偏差振幅hg(m)の周波数依存特性の例を示した図である。すなわち、図21は、横軸を周波数とし、縦軸にそれぞれの周波数に対する入側板厚偏差振幅Hg(m)および出側板厚偏差振幅hg(m)の値を、破線および実線で示した図の例である。以下、図21を参照しつつ、板厚外乱推定装置203が実行する処理内容について説明する。
FIG. 21 is a diagram showing an example of the frequency dependence characteristics of the inlet thickness deviation amplitude Hg(m) and the outlet thickness deviation amplitude hg(m). In other words, FIG. 21 is a diagram in which the horizontal axis is the frequency, and the vertical axis is the values of the inlet side plate thickness deviation amplitude Hg(m) and the outlet side plate thickness deviation amplitude hg(m) for each frequency, indicated by broken lines and solid lines. This is an example. Hereinafter, with reference to FIG. 21, the contents of the processing executed by the plate thickness
図21の例では、入側板厚偏差振幅Hg(m)を表す破線のグラフは、(A),(B)および(C)の周波数位置、すなわち、周波数がmA・Δf,mB・ΔfおよびmC・Δfとなる位置で大きな値となっている。これは、入側板厚偏差ΔHがこれらの周波数を有する板厚外乱によって変動していることを表している。 In the example of FIG. 21, the broken line graph representing the entry side plate thickness deviation amplitude Hg(m) corresponds to the frequency positions of (A), (B), and (C), that is, the frequencies are m A・Δf, m B・Δf It becomes a large value at the position where and m C ·Δf. This indicates that the entrance side plate thickness deviation ΔH fluctuates due to plate thickness disturbances having these frequencies.
通常、実測される入側板厚偏差ΔHおよび出側板厚偏差Δhにはノイズ成分(実際のノイズまたはノイズとみなしてよい部分)が含まれるため、入側板厚偏差振幅Hg(m)および出側板厚偏差振幅hg(m)にもノイズ成分が含まれる。そこで、ここでは、入側板厚偏差振幅Hg(m)および出側板厚偏差振幅hg(m)に対し、予めノイズレベルLnを定めおく。そして、出側板厚偏差振幅hg(m)がそのノイズレベルLnを超えたときの周波数については、フィードフォワード制御の制御パラメータの調整が必要であると判断する。 Normally, the actually measured inlet thickness deviation ΔH and outlet thickness deviation Δh include a noise component (actual noise or a portion that can be considered as noise). The deviation amplitude hg(m) also includes a noise component. Therefore, here, a noise level L n is determined in advance for the inlet side plate thickness deviation amplitude Hg(m) and the outlet side plate thickness deviation amplitude hg(m). Then, it is determined that the control parameters of the feedforward control need to be adjusted for the frequency at which the outlet plate thickness deviation amplitude hg(m) exceeds the noise level Ln .
本実施例では、選択入側板厚周波数fiを外乱周波数fciとする。
図21の例では、外乱周波数fciとして、mA・Δf,mB・ΔfおよびmC・Δfが求められている。ここで、i=1,2.・・・であり、外乱周波数fciが複数あるときの識別番号である。
In this embodiment, the selected entrance side plate thickness frequency fi is the disturbance frequency fc i .
In the example of FIG. 21, m A ·Δf, m B ·Δf, and m C ·Δf are determined as the disturbance frequency fci . Here, i=1, 2. ..., which is an identification number when there are a plurality of disturbance frequencies fc i .
以上の説明から分かるように、本実施例においては、調整対象周波数fcとは、選択入側板厚周波数fiである。したがって、こうして求めた調整対象周波数fcに対しては、フィードフォワード制御の制御パラメータである制御ゲインGFFおよび制御出力タイミングシフト量ΔTFFを適切に調整することが必要となる。なお、択入側板厚周波数fiは、調整対象周波数fcではあるが、硬度ムラでない原因で生ずる板厚変動の周波数も含まれる。 As can be seen from the above description, in this embodiment, the adjustment target frequency fc is the selected entrance side plate thickness frequency fi. Therefore, it is necessary to appropriately adjust the control gain G FF and the control output timing shift amount ΔT FF , which are control parameters of the feedforward control, for the adjustment target frequency fc determined in this way. Note that the selection-side plate thickness frequency fi is the frequency to be adjusted fc, but also includes frequencies of plate thickness fluctuations caused by causes other than hardness unevenness.
さらに、板厚外乱推定装置203は、調整対象周波数fciと、調整対象周波数fciを除いた調整対象周波数fcjとの差分の最小値を求める。そして、その最小値に1/2を乗じた値を、フィードフォワード制御の制御パラメータの調整に必要な外乱識別周波数分解能Δfcとして求める。すなわち、板厚外乱推定装置203は、
Δfc=(1/2)・min{|fci-fcj|:fci≠fcj}
を計算する。
Further, the plate thickness
Δf c = (1/2)・min {|fc i −fcj|: fc i ≠fcj}
Calculate.
板厚外乱推定装置203は、以上の処理で求めた調整対象周波数fciを硬度ムラ外乱に起因する板厚偏差の周波数であると推定する。そして、これら求めた調整対象周波数fciおよび外乱識別周波数分解能Δfcを周波数応答推定装置204へ出力する。
The plate thickness
図22は、周波数応答推定装置204の構成の例を示した図である。周波数応答推定装置204は、板厚外乱推定装置203で得られた外乱識別周波数分解能Δfcに基づきFFTを実施する。そのため、周波数応答推定装置204は、まず、図19に示したサンプリング周期・データ数検索テーブルを参照することにより、外乱識別周波数分解能Δfcに基づきサンプリング周期(1/Δfs)およびデータ数Ncを決定する。
FIG. 22 is a diagram showing an example of the configuration of the frequency
図22に示すように、周波数応答推定装置204には、それぞれNc個のデータを格納可能な入側板厚偏差テーブル2041、出側板厚偏差テーブル2042および圧延荷重テーブル2043が用意されている。そして、サンプリング周期Δfs毎に周波数応答推定装置204に入力される入側板厚偏差ΔHTRK、出側板厚偏差Δhおよび圧延荷重PTRKがそれぞれに対応するテーブルの0番地からNc-1番地に順に書き込まれる。
As shown in FIG. 22, the frequency
それぞれNc-1番地までのデータの書き込みが終了すると、入側板厚偏差FFT装置2044は、入側板厚偏差テーブル2041に書き込まれたデータのFFT処理を実行する。同様に、出側板厚偏差FFT装置2045は、出側板厚偏差テーブル2042に書き込まれたデータのFFT処理を実行し、圧延荷重FFT装置2046は、圧延荷重テーブル2043に書き込まれたデータのFFT処理を実行する。
When the writing of data up to address N c -1 is completed, the inlet thickness
なお、周波数応答推定装置204のFFT処理で用いられるデータのデータ数Ncは、板厚外乱推定装置203のFFT処理で用いられるデータのデータ数Nよりも、通常、十分に小さな値、例えば、1/10程度の値となる。そのため、板厚外乱推定装置203のFFT処理が短時間で済むことになる。
Note that the number Nc of data used in the FFT processing of the frequency
これらのFFT処理の結果として、入側板厚偏差FFT装置2044、出側板厚偏差FFT装置2045および圧延荷重FFT装置2046は、それぞれ入側板厚偏差周波数成分Hc(f)、出側板厚偏差周波数成分hc(f)および圧延荷重周波数成分Pc(f)を得る。
As a result of these FFT processes, the inlet thickness
入側板厚~出側板厚応答測定装置2047は、以上のようにして求められた入側板厚偏差周波数成分Hc(f)および出側板厚偏差周波数成分hc(f)に基づき、入側板厚~出側板厚応答Gh(f)を演算する。同様に、入側板厚~圧延荷重応答測定装置2048は、入側板厚偏差周波数成分Hc(f)および圧延荷重周波数成分Pc(f)に基づき、入側板厚~出側板厚応答GP(f)を演算する。
The inlet plate thickness to outlet plate thickness
ここで、入側板厚~出側板厚応答Gh(f)および圧延荷重周波数成分Pc(f)は、それぞれ次の式(9-1)および(9-2)に従って演算される。
次に、入側板厚~出側板厚応答測定装置2047は、式(9-1)の周波数fに板厚外乱推定装置203で求められた調整対象周波数fciを代入し、その偏角を求めることにより、入側板厚-出側板厚間位相差ΔTEDを演算する。同様に、入側板厚~圧延荷重応答測定装置2048は、式(9-2)の周波数fに調整対象周波数fciを代入し、その偏角を求めることにより、入側板厚-圧延荷重間位相差ΔTEPを演算する。また、出側板厚偏差FFT装置2045は、出側板厚偏差周波数成分hc(f)の周波数fに調整対象周波数fciを代入し、その絶対値を求めることにより、出側板厚偏差PP値ΔhPPを演算する。
Next, the inlet side plate thickness to outlet side plate thickness
すなわち、入側板厚-出側板厚間位相差ΔTED、入側板厚-圧延荷重間位相差ΔTE
Pおよび出側板厚偏差PP値ΔhPPは、次の式(10-1)~(10-3)により演算
される。
P and exit side plate thickness deviation PP value Δh PP are calculated by the following equations (10-1) to (10-3).
なお、以上の説明では、板厚外乱測定装置202および周波数応答推定装置204は、1周期分の例えばN個の実績データを取得後にFFTを実施するとしたが、1つの実績データを取得するたびにFFTを実施するようにすることもできる。そのためには、入側板厚偏差テーブル2021,2041などの実績データを格納するテーブルでは、新しい実績データを0番地に書き込むときには、0~N-1番地のデータを1~N番地にシフトさせた後書き込むようにする。こうすることにより、入側板厚偏差テーブル2021,2041などのテーブルには常に最新の実績データが書き込まれていることとなる。よって、入側板厚偏差FFT装置2023,2044などは、最短では実績データ取得周期でFFTを実施することが可能になる。
In the above explanation, it is assumed that the plate thickness
<3.5 メンバーシップ関数およびファジィ推論装置>
ところで、フィードフォワード制御においては、入側板厚偏差ΔHを用いて、出側板厚偏差Δhを小さくすることを目的とする。したがって、制御対象となるのは、出側板厚偏差Δhである。硬度ムラである変形抵抗変動の影響は、入側板厚偏差ΔHとして#4スタンド入側において現れているので、#4スタンドの板厚制御装置64は、入側板厚偏差ΔHを用いたフィードフォワード制御を実施する。そして、フィードフォワード制御調整装置101は、入側板厚偏差ΔHと出側板厚偏差Δhの位相関係からフィードフォワード制御を調整する。
<3.5 Membership function and fuzzy inference device>
By the way, in the feedforward control, the purpose is to use the inlet side plate thickness deviation ΔH to reduce the outlet side plate thickness deviation Δh. Therefore, what is to be controlled is the outlet side plate thickness deviation Δh. The influence of variation in deformation resistance, which is hardness unevenness, appears on the entry side of the #4 stand as the entry side plate thickness deviation ΔH, so the plate
その結果、フィードフォワード制御の効果が好適に現れると、出側板厚偏差Δhの検出値が小さくなり、理想的には0となる。この場合、入側板厚偏差ΔHと出側板厚偏差Δhの位相関係を求めるのは困難となる。これに対して、圧延荷重Pは、硬度ムラによる出側板厚偏差Δh除去の結果として、大きく変動しているため、これを出側板厚偏差Δhの代わりとして用いることができる。そこで、本実施形態では、フィードフォワード制御調整装置101は、入側板厚偏差ΔHと圧延荷重Pの位相関係からフィードフォワード制御の制御出力タイミングシフト量ΔTFFの調整を実施する機能を備えている。
As a result, when the effect of the feedforward control appears suitably, the detected value of the exit side plate thickness deviation Δh becomes small, and ideally becomes 0. In this case, it is difficult to determine the phase relationship between the inlet side plate thickness deviation ΔH and the outlet side plate thickness deviation Δh. On the other hand, since the rolling load P fluctuates greatly as a result of removing the exit side plate thickness deviation Δh due to hardness unevenness, this can be used as a substitute for the exit side plate thickness deviation Δh. Therefore, in this embodiment, the feedforward
図15に示すように、制御ゲイン・タイミングシフト量設定装置102は、メンバーシップ関数105,106,107およびファジィ推論装置108を備えており、これらにより以上の調整機能を実現する。
As shown in FIG. 15, the control gain/timing shift
まず、メンバーシップ関数105は、出側板厚偏差PP値ΔhPPを入力とし、SHSおよびSHBの値を求める。ここで、SHSは、出側板厚偏差Δhが小さい場合の度合いを示す値であり、SHBは、出側板厚偏差Δhが大きい場合の度合いを示す値である。
First, the
同様に、メンバーシップ関数106は、入側板厚-出側板厚間位相差ΔTEDを入力とし、TEDB、TEDM、TEDZ、TEDP、TEDTの値を求める。
ここで、TEDBは、入側板厚-出側板厚間位相差ΔTEDのマイナス値が大きい場合の度合いを示す値であり、TEDMは、入側板厚-出側板厚間位相差ΔTEDがマイナス側である場合の度合いを示す値である。また、TEDZは、入側板厚-出側板厚間位相差ΔTEDがゼロである度合を示す値である。また、TEDPは、入側板厚-出側板厚間位相差ΔTEDがプラス側である場合の度合いを示す値であり、TEDTは、入側板厚-出側板厚間位相差ΔTEDのプラス値が大きい場合の度合を示す値である。
Similarly, the
Here, TEDB is a value indicating the degree when the negative value of the phase difference ΔT ED between the inlet side plate thickness and the outlet side plate thickness is large, and TEDM is a value indicating the degree when the phase difference ΔT ED between the inlet side plate thickness and the outlet side plate thickness is on the negative side. This is a value indicating the degree when . Further, TEDZ is a value indicating the degree to which the phase difference ΔT ED between the inlet side plate thickness and the outlet side plate thickness is zero. Further, TEDP is a value indicating the degree when the phase difference ΔT ED between the inlet side plate thickness and the outlet side plate thickness is on the positive side, and TEDT is a value indicating the degree when the phase difference ΔT ED between the inlet side plate thickness and the outlet side plate thickness is positive. This is a value indicating the degree when the value is large.
また、メンバーシップ関数107は、入側板厚-圧延荷重間位相差ΔTEPを入力とし、TEPM、TEPZ、TEPPの値を求める。
ここで、TEPMは、入側板厚-圧延荷重間位相差ΔTEPがマイナス側である場合の度合を示す値である。TEPZは、入側板厚-圧延荷重間位相差ΔTEPがゼロである場合の度合を示す値である。TEPPは、入側板厚-圧延荷重間位相差ΔTEPがプラス側である場合の度合を示す値である。
Further, the
Here, TEPM is a value indicating the degree when the phase difference ΔT EP between the entrance plate thickness and the rolling load is on the negative side. TEPZ is a value indicating the degree to which the phase difference ΔTEP between the entrance plate thickness and the rolling load is zero. TEPP is a value indicating the degree to which the phase difference ΔT EP between the entrance plate thickness and the rolling load is on the positive side.
なお、図15において、メンバーシップ関数105,106,107における横軸に設けられている各閾値は、予め定めたものを使用する。メンバーシップ関数105におけるSBは、出側板厚偏差Δhを用いたフィードフォワード制御の調整の実施可否の判定に用いる閾値である。例えば、出側板厚偏差Δhが1μm以下の場合に、フィードフォワード制御の調整に際して出側板厚偏差Δhを使用しないのであればSB=1μmである。このように、本実施形態に係る制御ゲイン・タイミングシフト量設定装置102は、出側板厚偏差Δhの変動幅が所定の範囲内である場合、出側板厚偏差Δhでなく圧延荷重Pの変動の位相を参照する。
Note that in FIG. 15, predetermined threshold values are used for each of the threshold values provided on the horizontal axis in the membership functions 105, 106, and 107. SB in the
メンバーシップ関数106におけるDB、DTは、制御ゲインが高過ぎることの判定に用いる閾値である。例えば、入側板厚-出側板厚間位相差ΔTEDが90度を超えるような場合は、制御ゲインが高いと判断される。この場合、DB=-90度、DT=90度に設定され、制御ゲインを下げる制御が実施される。
DB and DT in the
メンバーシップ関数106におけるDM、DPおよびメンバーシップ関数107におけるPM、PPは、出力タイミングシフト量の調整が不要であることの判定に用いる閾値である。例えば、入側板厚-出側板厚間位相差ΔTEDが±20度以内の場合には、出力タイミングシフト量ΔTFFの調整は不要と判断される。この場合、DM=-20度、DP=20度、同様にPM=-20度、PP=20度に設定される。なお、これらの値は一例であり、圧延状況や設備の特性に応じて適宜変更可能である。
DM and DP in the
また、DZ、PZとしては、出側板厚偏差Δhが最小となり、フィードフォワード制御の効果が最大限となる場合の入側板厚-出側板厚間位相差ΔTED、入側板厚-圧延荷重間位相差ΔTEPが設定される。なお、これらの位相差の値は、例えば、圧延シミュレーションや実圧延における手動調整時の実績データなどに基づき予め決定されているものとする。制御ゲイン・タイミングシフト量設定装置102は、入力される入側板厚-出側板厚間位相差ΔTEDなどの位相差を、予め定められた値と比較することにより出力タイミングシフト量ΔTFFを決定する。
In addition, DZ and PZ are the phase difference ΔT ED between the inlet side plate thickness and the outlet side plate thickness, and the position between the inlet side plate thickness and the rolling load when the outlet side plate thickness deviation Δh is minimized and the effect of feedforward control is maximized. A phase difference ΔT EP is set. It is assumed that the values of these phase differences are determined in advance based on, for example, rolling simulation or actual rolling data during manual adjustment in actual rolling. The control gain/timing shift
ファジィ推論装置108は、メンバーシップ関数105,106,107で求められたSHS,SHB,TEDB,TEDM,TEDZ,TEDP,TEDT,TEPM,TEPZ,TEPPを用いて、TFFP,TFFM,GFFP,GFFMを求める。ここで、TFFPおよびTFFMは、それぞれフィードフォワード制御用の制御出力タイミングシフト量ΔTFFを増加側に変更する度合および減少側に変更する度合を表す値である。また、GFFPおよびGFFMは、それぞれ制御ゲインGFFを増加側に変更する度合いおよび減少側に変更する度合を表す値である。
The
一般に、推論ルールは、種々存在するが、本実施形態に係るファジィ推論装置108は、次の条件で表される処理を行う。
IF (A and B)then C の場合: C=min(A,B)
IF (A or B) then C の場合: C=max(A,B)
Generally, there are various inference rules, but the
If IF (A and B) then C: C=min(A, B)
If IF (A or B) then C: C=max(A,B)
出側板厚偏差Δhが大きく、入側板厚-出側板厚間位相差ΔTEDがゼロの場合、フィードフォワード制御の制御ゲインGFFが小さいと考えられるため、次の推論ルールが適用される。
IF (SHB and TEDZ) then GFFP
When the exit side plate thickness deviation Δh is large and the phase difference ΔT ED between the input side plate thickness and the output side plate thickness is zero, it is considered that the control gain G FF of the feedforward control is small, so the following inference rule is applied.
IF (SHB and TEDZ) then GFFP
また、出側板厚偏差Δhが大きく、入側板厚-出側板厚間位相差ΔTEDがある場合、制御出力タイミングシフト量ΔTFFがずれていると判断される。したがって、このずれをなくすことで出側板厚偏差Δhが小さくなることが期待されるため、次の推論ルールが適用される。
IF (SHB and TEDP) then TFFP
IF (SHB and TEDM) then TFFM
Further, if the exit side plate thickness deviation Δh is large and there is a phase difference ΔT ED between the input side plate thickness and the output side plate thickness, it is determined that the control output timing shift amount ΔT FF is shifted. Therefore, it is expected that by eliminating this deviation, the exit plate thickness deviation Δh will be reduced, and therefore the following inference rule is applied.
IF (SHB and TEDP) then TFFP
IF (SHB and TEDM) then TFFM
また、出側板厚偏差Δhが大きく、入側板厚-出側板厚間の位相差が大きく90度を超えるような場合、フィードフォワード制御の制御ゲインGFFが大きすぎると判断される。この場合、まず、制御ゲインGFFを下げ、適正な制御ゲインとなってから制制御出力タイミングシフト量ΔTFFを調整したほうがよいと考えられる。したがって、この場合、次の推論ルールが適用される。
IF (SHB and TEDT) then GFFM
IF (SHB and TEDB) then GFFM
Further, when the exit side plate thickness deviation Δh is large and the phase difference between the input side plate thickness and the output side plate thickness is large and exceeds 90 degrees, it is determined that the control gain G FF of the feedforward control is too large. In this case, it is considered better to first lower the control gain G FF and adjust the control output timing shift amount ΔT FF after the control gain becomes an appropriate control gain. Therefore, in this case, the following inference rules apply:
IF (SHB and TEDT) then GFFM
IF (SHB and TEDB) then GFFM
また、出側板厚偏差Δhが小さく、入側板厚-圧延荷重間位相差ΔTEPが大きい場合、制制御出力タイミングシフト量ΔTFFを調整することで出側板厚偏差Δhをさらに小さくすることが期待される。したがって、この場合、次の推論ルールが適用される。
IF (SHS and TEPP) then TFFM
IF (SHS and TEPM) then TFFP
In addition, when the exit side plate thickness deviation Δh is small and the phase difference between the input side plate thickness and rolling load ΔT EP is large, it is expected that the exit side plate thickness deviation Δh can be further reduced by adjusting the control control output timing shift amount ΔT FF . be done. Therefore, in this case, the following inference rules apply:
IF (SHS and TEPP) then TFFM
IF (SHS and TEPM) then TFFP
圧延現象のシミュレーションによれば、入側板厚-圧延荷重間位相差ΔTEPがマイナス側の場合に制御出力タイミングシフト量ΔTFFを増加側に変更すると、入側板厚-圧延荷重間位相差ΔTEPが小さくなる。また、入側板厚-圧延荷重間位相差ΔTEPがプラス側の場合に制御出力タイミングシフト量ΔTFFを減少側に変更すると、入側板厚-圧延荷重間位相差ΔTEPが小さくなる。以上に示した推論ルールは、このシミュレーション結果に基づき定められたものである。 According to the simulation of the rolling phenomenon, when the phase difference ΔT EP between the entrance plate thickness and the rolling load is on the negative side and the control output timing shift amount ΔT FF is changed to the increasing side, the phase difference between the entrance plate thickness and the rolling load ΔT EP becomes smaller. Further, when the phase difference ΔT EP between the entrance plate thickness and the rolling load is on the positive side, if the control output timing shift amount ΔT FF is changed to the decreasing side, the phase difference ΔT EP between the entrance plate thickness and the rolling load becomes smaller. The inference rules shown above were determined based on the results of this simulation.
図25の関係は、入側板厚偏差ΔHと出側板厚偏差Δhのような制御状態量が制御の前後でどのように変化するかを示したものである。圧延荷重Pは、入側および出側の板厚変動ならびに入側および出側の張力により定まるものであることから、入側板厚-圧延荷重間位相差ΔTEPと制御出力タイミングシフト量ΔTFFとの関係は、図25とは異なるものとなる。しかしながら、制御出力タイミングシフト量ΔTFFを変更した場合における入側板厚-圧延荷重間位相差ΔTEPの変化傾向が分かれば、本実施形態のように、入側板厚-圧延荷重間位相差ΔTEPを制御出力タイミングシフト量ΔTFFの調整に利用することができる。 The relationship in FIG. 25 shows how control state quantities such as the inlet side plate thickness deviation ΔH and the outlet side plate thickness deviation Δh change before and after the control. Since the rolling load P is determined by the plate thickness variation on the entry and exit sides and the tension on the entry and exit sides, the phase difference between the entry side plate thickness and the rolling load ΔT EP and the control output timing shift amount ΔT FF are The relationship is different from that in FIG. However, if the change tendency of the phase difference ΔT EP between the entrance plate thickness and the rolling load when the control output timing shift amount ΔT FF is changed is known, it is possible to change the phase difference ΔT EP between the entrance plate thickness and the rolling load as in this embodiment. can be used to adjust the control output timing shift amount ΔTFF .
以上の推論ルールを用いることにより、フィードフォワード制御用の制御出力タイミングシフト量ΔTFFを増加側に変更する度合であるTFFPおよび減少側に変更する度合であるFFMを求めることができる。さらに、フィードフォワード制御用の制御ゲインGFFを増加側に変更する度合であるGFFPおよび減少側に変更する度合であるGFFMを求めることができる。 By using the above inference rules, it is possible to obtain TFFP, which is the degree to which the control output timing shift amount ΔT FF for feedforward control is changed to the increasing side, and FFM, which is the degree to which the control output timing shift amount ΔT FF for feedforward control is changed to the decreasing side. Furthermore, GFFP, which is the degree to which the control gain GFF for feedforward control is changed to the increasing side, and GFFM, which is the degree to which the control gain GFF for feedforward control is changed to the decreasing side, can be determined.
なお、以上に説明した推論ルールは一例であり、この推論ルールに限定されるものではない。例えば、フィードフォワード制御における制御状態量、フィードフォワード制御用の制御ゲインGFF、制御出力タイミングシフト量ΔTFFなどを変更して、出側板厚偏差Δhを小さくするものであればどのような推論ルールでもよい。また、推論ルールは、圧延現象のシミュレーションによるものではなく、実際の圧延操業において、手動で調整してみた実績データにより決定したものであってもよい。このほうが現実の圧延現象により合致したものとなる場合が多い。 Note that the inference rule explained above is an example, and the inference rule is not limited to this inference rule. For example, any inference rule that reduces the exit side plate thickness deviation Δh by changing the control state quantity in feedforward control, the control gain G FF for feedforward control, the control output timing shift amount ΔT FF , etc. But that's fine. Further, the inference rule may be determined based on actual data manually adjusted in an actual rolling operation, rather than based on a simulation of rolling phenomena. This is often more consistent with actual rolling phenomena.
パラメータ変更装置109は、以上で求めた変更度合TFFP、TFFM、GFFP、GFFMを用い、次の式(11-1)、(11-2)に従って、フィードフォワード制御用の制御ゲインGFFおよび制御出力タイミングシフト量ΔTFFを変更する。
ここで、CTFFP、CTFFM、CGFFP、CGFFMは、調整用のパラメータである。CTFFPは、制御出力タイミングシフト量ΔTFFの1回当りの増加側の変更量を示す値、CTFFMは、その減少側の変更量を示す値である。また、CGFFPは、制御ゲインGの1回当りの増加側の変更量を示す値、CGFFMは、その減少側の変更量を示す値である。
以上の処理を、各選択入側板厚周波数fi(4206)毎に実施することで、制御ゲインGFF(fi)および制御出力タイミングシフト量ΔTFF(fi)をそれぞれ求めることができる。
Here, C TFFP , C TFFM , C GFFP , and C GFFM are adjustment parameters. C TFFP is a value indicating the amount of change on the increasing side per one time of the control output timing shift amount ΔT FF , and C TFFM is a value indicating the amount of change on the decreasing side. Moreover, C_GFFP is a value indicating the amount of change on the increasing side of the control gain G per one time, and C_GFFM is a value indicating the amount of change on the decreasing side.
By performing the above processing for each selected inlet thickness frequency fi (4206), the control gain G FF (fi) and the control output timing shift amount ΔT FF (fi) can be determined.
以上のように、フィードフォワード制御調整装置101は、入側板厚偏差合成補正値作成装置430における制御ゲインGFF(fi)および制御出力タイミングシフト量ΔTFF(fi)を常に最適の状態に調整することが可能となる。その結果、フィードフォワード制御の制御効果が大幅に向上する。
As described above, the feedforward
フィードフォワード制御調整装置101で求めた、選択入側板厚周波数fi4206毎の制御ゲインGFF(fi)および制御出力タイミングシフト量ΔTFF(fi)は、入側板厚偏差合成補正値作成装置430に入力される。
The control gain G FF (fi) and control output timing shift amount ΔT FF (fi) for each selected inlet thickness frequency fi 4206 obtained by the feedforward
図23は、入側板厚偏差合成補正値作成装置430の概要を示す図である。入側板厚偏差合成補正値演算式作成装置4301においては、入側板厚偏差合成値作成装置425にて作成された入側板厚偏差合成値4255を、フィードフォワード制御調整装置101で求めた、選択入側板厚周波数fi(4206)毎の制御ゲインGFF(fi)および制御出力タイミングシフト量ΔTFF(fi)で補正することにより、入側板厚偏差合成補正値演算式ΔH4FFEST(t)が得られる。ここで、tは入側板厚偏差合成値作成装置425において、入側板厚偏差ミル直下テーブル4251の先頭テーブルに入側板厚偏差ミル直下値を書き込んだ時刻をt=0とする時間となる。板厚制御装置64(#4スタンド板厚制御)は、ある一定の制御周期Δtで制御処理を実施しているが、FFT等は計算時間を要するため、入側板厚偏差合成値作成装置425やフィードフォワード制御調整装置101はΔtとは非同期で実行されるためである。
FIG. 23 is a diagram showing an outline of the entrance side plate thickness deviation composite correction
板厚制御装置64(#4スタンド板厚制御)では制御周期Δtで実行されるため、使用する入側板厚偏差合成補正値ΔH4FFESTも同じ制御周期Δtで求める必要がある。そのため、入側板厚偏差合成補正値演算装置4302は、制御周期Δtにて周期的に実行し、入側板厚偏差ミル直下テーブル4251の先頭テーブルに入側板厚偏差ミル直下値を書き込んだ時刻t=0からの経過時間を板厚偏差演算時間tcalとして演算し、入側板津偏差合成補正値ΔH4FFEST(tcal)(410)を求め、板厚制御装置64(#4スタンド板厚制御)に出力する。ここで、板厚偏差演算時間tcalは、入側板厚偏差ミル直下テーブル4251の先頭テーブルに入側板厚偏差ミル直下値を書き込んだ時にtcal=0とするものとする。
以上の構成により、複数周波数に対するフィードフォワード制御の調整を可能とすることができる。
Since the plate thickness control device 64 (#4 stand plate thickness control) is executed at the control period Δt, the inlet side plate thickness deviation composite correction value ΔH4FFEST to be used also needs to be determined at the same control period Δt. Therefore, the entry side plate thickness deviation composite correction
With the above configuration, it is possible to adjust feedforward control for multiple frequencies.
<3.5 シミュレーション結果>
前記したように、図9Dは、複数の周波数成分につき、本実施形態の方法を用いて制御ゲイン、制御出力タイミングシフト量を調整した場合の結果である。周波数成分(A)、周波数成分(B)および周波数成分(C)すべてについては調整ができており、出側板厚変動がほとんど残っていないのが判る。図9Dの上部には板厚偏差の時系列データを表示しているが、出側板厚偏差はほとんど除去されている。
以上により、本特許の調整方法を用いることにより、複数周波数成分に対してフィードフォワード制御の調整を可能とすることができた。
<3.5 Simulation results>
As described above, FIG. 9D shows the results when the control gain and control output timing shift amount are adjusted for a plurality of frequency components using the method of this embodiment. It can be seen that all of the frequency components (A), frequency components (B), and frequency components (C) have been adjusted, and there is almost no variation in the exit side plate thickness. In the upper part of FIG. 9D, time-series data of plate thickness deviation is displayed, and most of the plate thickness deviation on the outlet side has been removed.
As described above, by using the adjustment method of this patent, it was possible to adjust feedforward control for multiple frequency components.
以上、本実施形態によれば、複数周波数成分の入側板厚偏差が存在する場合でも圧延操業中に圧延実績データを取り込みながら、フィードフォワード制御における制御出力タイミングシフト量ΔTFFおよび制御ゲインGFFを修正していくことでフィードフォワード制御の効果を向上させることができる。また、本実施形態では、制御出力タイミングシフト量ΔTFFおよび制御ゲインGFFは、基本的には、入側板厚偏差ΔHおよび出側板厚偏差ΔhをFFT処理した結果に基づき求められる。そのため、入側板厚偏差ΔHおよび出側板厚偏差Δhに多くの周波数成分が含まれていたとしても、その中から硬度ムラによる板厚変動の周波数を見つけたり、制御対象とすべき入側板厚偏差ΔHと出側板厚偏差Δhの位相差δを求めたりするのが容易化される。その結果、前記の制御出力タイミングシフト量ΔTFFや制御ゲインGFFがより適切に求められるため、フィードフォワード制御の効果を大きく向上させることができる。すなわち、本実施形態により、制御前状態量と制御後状態量の変動の周波数特性からフィードフォワード制御のための制御出力タイミングを短時間に効率よく調整することが可能になったといえる。 As described above, according to the present embodiment, the control output timing shift amount ΔT FF and the control gain G FF in the feedforward control can be adjusted while taking in the rolling performance data during the rolling operation even when there is an inlet plate thickness deviation of multiple frequency components. The effect of feedforward control can be improved by making modifications. Furthermore, in the present embodiment, the control output timing shift amount ΔT FF and the control gain G FF are basically determined based on the results of FFT processing of the inlet side plate thickness deviation ΔH and the outlet side plate thickness deviation Δh. Therefore, even if the inlet thickness deviation ΔH and the outlet thickness deviation Δh contain many frequency components, it is possible to find the frequency of plate thickness fluctuation due to hardness unevenness among them, and to find the inlet thickness deviation that should be controlled. It is facilitated to obtain the phase difference δ between ΔH and the exit side plate thickness deviation Δh. As a result, the control output timing shift amount ΔT FF and the control gain G FF can be determined more appropriately, so that the effect of feedforward control can be greatly improved. That is, it can be said that this embodiment makes it possible to efficiently adjust the control output timing for feedforward control in a short time based on the frequency characteristics of fluctuations in the pre-control state quantity and the post-control state quantity.
≪4.実施形態の変形例≫
<変形例1>
前記実施形態では、フィードフォワード制御用の制御出力タイミングシフト量ΔTFFおよび制御ゲインGFFは、入側板厚-出側板厚間位相差ΔTED、入側板厚-圧延荷重間位相差ΔTEPを用いて調整されるものとした。しかしながら、フィードフォワード制御用の制御出力タイミングシフト量ΔTFFおよび制御ゲインGFFを調整する方法は、この方法に限定されない。
≪4. Modifications of the embodiment≫
<
In the embodiment described above, the control output timing shift amount ΔT FF and control gain G FF for feedforward control are determined using the phase difference ΔT ED between the input side plate thickness and the output side plate thickness and the phase difference ΔT EP between the input side plate thickness and the rolling load. This will be adjusted accordingly. However, the method of adjusting the control output timing shift amount ΔT FF and control gain G FF for feedforward control is not limited to this method.
図22に示したように、入側板厚~圧延荷重応答測定装置2048および入側板厚~出側板厚応答測定装置2047は、入側板厚~圧延荷重応答GP(f)および入側板厚~出側板厚応答GPh(f)を計算している。したがって、調整対象周波数fcにおける減衰率|GP(fc)|、|Gh(fc)|を求めることができる。そこで、これらの減衰率のデータを用いてファジィ推論装置108における制御ルールを増加させることにする。例えば、IF(SHB and TEDP)then TFFMという制御ルールにおいて、|Gh(fc)|が大きい(減衰量が少ない)場合は、GFFPも同時に実施するように変更する。
As shown in FIG. 22, the inlet plate thickness to rolling load
こうして、フィードフォワード制御用の制御出力タイミングシフト量ΔTFFおよび制
御ゲインGFFを調整することができる。この場合、調整に要する応答時間が短縮される
などの効果も期待できる。
In this way, the control output timing shift amount ΔT FF and control gain G FF for feedforward control can be adjusted. In this case, effects such as a reduction in the response time required for adjustment can be expected.
<変形例2>
変形例2では、実際の圧延工程で所定の製造品質を満たす出側板厚偏差Δhが得られたときのフィードフォワード制御用の制御出力タイミングシフト量ΔTFFおよび制御ゲインGFFの実績値を記憶したデータベースがさらに設けられている実施形態を想定する。このデータベースには、圧延工程で所定の製造品質を満たす出側板厚偏差Δhが得られたときの被圧延材3の鋼種、圧延速度、目標板厚などの圧延条件に、制御出力タイミングシフト量ΔTFFおよび制御ゲインGFFが、対応付けられて記憶されている。
<
In modification example 2, the actual values of the control output timing shift amount ΔT FF and control gain G FF for feedforward control when the exit side plate thickness deviation Δh that satisfies the predetermined manufacturing quality is obtained in the actual rolling process are stored. Consider an embodiment in which a database is further provided. This database includes the control output timing shift amount ΔT based on the rolling conditions such as the steel type, rolling speed, and target thickness of the rolled
この場合、圧延開始時にデータベースを検索し、同様な圧延条件でのデータが記憶されているときには、その同様な圧延条件での制御出力タイミングシフト量ΔTFFおよび制御ゲインGFFを取り出して使用することができる。そのため、本変形例では、過去の圧延工程で実績のあるフィードフォワード制御の制御パラメータを使用し、さらに修正していくことが可能になる。その結果、フィードフォワード制御における制御効果をより大きなものにすることができる。 In this case, search the database at the start of rolling, and if data for similar rolling conditions is stored, retrieve and use the control output timing shift amount ΔT FF and control gain G FF for the similar rolling conditions. Can be done. Therefore, in this modification, it is possible to use control parameters for feedforward control that have been proven in past rolling processes and to further modify them. As a result, the control effect in feedforward control can be increased.
<変形例3>
前記実施形態におけるフィードフォワード制御の制御ゲインおよび位相を調整する基本的な概念は、シングルスタンド圧延機におけるロール偏心板厚制御などにも適用することができる。この場合、シングルスタンド圧延機の入側板厚計で検出された入側板厚偏差に基づき、例えばロールギャップ(上下作業ロールの間隔)を操作端として出側板厚偏差を制御する。このような圧延制御は、しばしばゲージメータ式と呼ばれ、その圧延現象の基本式は、次の式(12)のように表される。
<
The basic concept of adjusting the control gain and phase of the feedforward control in the embodiment described above can also be applied to roll eccentric plate thickness control in a single stand rolling mill. In this case, based on the inlet thickness deviation detected by the inlet thickness gauge of the single-stand rolling mill, the outlet thickness deviation is controlled using, for example, the roll gap (distance between upper and lower work rolls) as an operating end. Such rolling control is often called gauge meter type, and the basic formula for the rolling phenomenon is expressed as the following formula (12).
ここで、圧延荷重偏差ΔPとして、入側板厚偏差ΔHおよび出側板厚偏差Δhのみを考慮した場合には、圧延荷重偏差ΔPは、次の式(13)によって表すことができる。
式(13)において、出側板厚偏差Δh=0とするためには、式(12)を考慮したとき、ロールギャップ偏差ΔSと入側板厚偏差ΔHとの間には、次の式(14)の関係が成り立つことが分かる。
式(14)は、入側板厚偏差ΔHに基づきロールギャップ偏差ΔSをフィードフォワード比例制御することにより、出側板厚偏差Δhをゼロにすることできることを意味する。すなわち、入側板厚偏差ΔHに次の式(15)で表わされる制御ゲインを乗ずることにより、ロールギャップ偏差ΔSを得ることができる。
さらに、圧延荷重偏差ΔPとして、被圧延材3の硬度ムラすなわち変形抵抗変動Δkまで考慮した場合には、圧延荷重偏差ΔPは、次の式(16)によって表すことができる。
式(16)において、出側板厚偏差Δh=0とするためには、式(12)を考慮したとき、ロールギャップ偏差ΔSと入側板厚偏差ΔHおよび変形抵抗変動Δkとの間には、次の式(17)の関係が成り立つことが分かる。
ここで、入側板厚偏差ΔHおよび変形抵抗変動Δkが同一の周波数成分を有する場合には、式(17)は、次の式(18)のように表すことができる。
さらに、式(18)は、次の式(18)のように変形することができる。
式(19)に含まれるXおよびδの値は、GおよびΔを次の式(20)で求めたとき、前出の式(2-1)および(2-2)で与えられる。
式(19)は、ロールギャップ偏差ΔSのフィードフォワード制御には、入側板厚偏差ΔHに乗ずべき制御ゲインGおよび入側板厚偏差ΔHの位相ズレについて調整が必要であることを表している。したがって、その調整は、前記実施形態で説明した構成と同様の構成を用いて実施することができる。 Equation (19) indicates that feedforward control of the roll gap deviation ΔS requires adjustment of the control gain G to be multiplied by the entrance side plate thickness deviation ΔH and the phase shift of the input side plate thickness deviation ΔH. Therefore, the adjustment can be performed using a configuration similar to that described in the above embodiment.
≪5.補足≫
図24は、本発明の実施形態に係る圧延制御装置2を構成する情報処理装置500のハードウェア構成の例を示した図である。本発明の実施形態およびその変形例で用いられる板厚制御装置64やフィードフォワード制御調整装置101などを含んで構成された圧延制御装置2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。このような情報処理装置500は、一般的なPC(Personal Computer)やワークステーション
などと同様の構成を有している。
≪5. Supplement≫
FIG. 24 is a diagram showing an example of the hardware configuration of the
すなわち、情報処理装置500は、いわゆるCPU(Central Processing Unit)501、RAM(Random Access Memory)502、ROM(Read Only Memory)503、HDD(Hard Disk Drive)504、I/F(Interface Circuits)505などがバス508を介して接続されている。また、I/F505には、LCD(Liquid Crystal Display)などからなる表示部506やキーボードなどからなる操作部507が接続されている。
That is, the
CPU501は、プログラムの実行手段であるとともに、各種の演算を実行する演算手段でもある。RAM502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、CPU501が実行するときのプログラムが記憶されるとともに、そのプログラムの実行に際し必要な各種の情報が記憶される。ROM503は、読み出し専用の不揮発性記憶媒体であり、ファームウェアなどのプログラムが格納される。
The
HDD504は、情報の読み書きが可能な不揮発性磁気記憶媒体であり、OS(Operating System)、板厚制御に必要な制御プログラム、制御情報、一般的なアプリケーション・プログラムなどが格納される。I/F505は、表示部506や操作部507を構成する機器をバス508と接続し、その機器との間の情報のやり取りを制御する。さらに、I/F505は、圧延機1に設けられている各種の計測器(例えば、板厚計41、張力計51など)や各種の機器の制御装置(例えば、ロールギャップ制御装置31など)との間で情報のやり取りを行うインタフェースとしても用いられる。
The
以上のように構成された情報処理装置500において、ROM503、HDD504などの記録媒体から読み出されRAM502に展開されたプログラムを、CPU501が実行することにより、本発明の実施形態に係る圧延制御装置2の機能が実現される。なお、この場合、圧延制御装置2の機能は、1台の情報処理装置500で実現されてもよく、複数台の情報処理装置500で実現されていてもよい。
In the
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。 The present invention is not limited to the embodiments and modified examples described above, and further includes various modified examples. For example, the above-described embodiments and modified examples have been described in detail to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Furthermore, it is possible to replace a part of the configuration of one embodiment or modification with the configuration of another embodiment or modification, and the configuration of one embodiment or modification may be replaced with another embodiment or modification. It is also possible to add the following configuration. Further, it is also possible to add, delete, or replace a part of the configuration of each embodiment or modified example with the configuration included in other embodiments or modified examples.
1 圧延機
2 圧延制御装置
3 被圧延材
11,12,13,14 スタンド圧延機
15 出側ブライドルロール
21,22,23,24,25 電動機速度制御装置
31,32,33,34 ロールギャップ制御装置
41,42,43,44 板厚計
51,52,53,54 張力計
61,62,63,64 板厚制御装置
71,72,73,74 張力制御装置
101 フィードフォワード制御調整装置(フィードフォワード制御パラメータ調整手段)
102 制御ゲイン・タイミングシフト量設定装置
105,106,107 メンバーシップ関数
108 ファジィ推論装置(フィードフォワード制御パラメータ調整手段)
109 パラメータ変更装置(フィードフォワード制御パラメータ調整手段)
201 周波数応答測定装置(周波数応答測定手段)
202 板厚外乱測定装置(第1の周波数応答測定手段)
2021 入側板厚偏差テーブル
2022 出側板厚偏差テーブル
2023 入側板厚偏差FFT装置
2024 出側板厚偏差FFT装置
203 板厚外乱推定装置(第2の周波数応答測定手段)
204 周波数応答推定装置(第3の周波数応答測定手段)
2041 入側板厚偏差テーブル
2042 出側板厚偏差テーブル
2043 圧延荷重テーブル
2044 入側板厚偏差FFT装置
2045 出側板厚偏差FFT装置
2046 圧延荷重FFT装置
2047 入側板厚~出側板厚応答測定装置
2048 入側板厚~圧延荷重応答測定装置
300 制御対象
301 制御外乱
302 制御対象状態量
303 観測量
304 検出無駄時間
305 外乱移送
306 フィードバック制御
307 フィードフォワード制御(フィードフォワード制御手段)
308 制御外乱移送
309 制御操作量
310 制御外乱移送値
311 外乱移送値
320 制御外乱仮値作成装置(制御前状態量合成手段)
321 制御外乱仮値
325 制御外乱合成値作成装置(制御前状態量合成手段)
326 制御外乱合成値
330 制御外乱合成補正値作成装置
350 制御外乱合成補正値
400 複数周波数制御調整装置
410 入側板厚偏差合成補正値
420 入側板厚偏差仮値作成装置
4201 入側板厚偏差テーブル
4202 入側板厚偏差FFT装置
4203 入側板厚周波数選択装置
4204 仮時系列データ作成装置
4205 入側板厚偏差仮値テーブル
425 入側板厚偏差合成値作成装置
4251 入側板厚偏差ミル直下テーブル
4252 入側板厚偏差仮値FFT装置
4253 入側板厚偏差ミル直下FFT装置
4254 入側偏差仮値補正装置
4255 入側板厚偏差合成値
430 入側板厚偏差合成補正値作成装置
4301 入側板厚偏差合成補正値演算式作成装置
4302 入側板厚偏差合成補正値演算装置
500 情報処理装置(コンピュータ)
501 CPU
502 RAM
503 ROM
504 HDD
505 I/F
506 表示部
507 操作部
508 バス
δ 位相差
δFF 制御出力タイミングシフト量
Δ 位相シフト量
Δf 周波数分解能
Δfc 外乱識別周波数分解能
Δfs サンプリング周期
ΔH 入側板厚偏差
ΔHTRK 入側板厚偏差
Δh 出側板厚偏差
ΔhPP 出側板厚偏差PP値
ΔT34 張力偏差
ΔTFF 制御出力タイミングシフト量
ΔTED 入側板厚-出側板厚間位相差
ΔTEP 入側板厚-圧延荷重間位相差
G,GBF,GFF 制御ゲイン
T34FB 張力実績値
T34ref 張力指令値
TFF 移送時間
fs サンプリング周波数
fr 最大周波数(=fs/2)
fci 外乱周波数
fc 調整対象周波数
Ln ノイズレベル
PTRK 圧延荷重
Hc(f) 入側板厚偏差周波数成分
hc(f) 出側板厚偏差周波数成分
Pc(f) 圧延荷重周波数成分
Hg(m) 入側板厚偏差振幅
Hp(m) 入側板厚偏差位相
hg(m) 出側板厚偏差振幅
hp(m) 出側板厚偏差位相
1
102 Control gain/timing shift
109 Parameter changing device (feedforward control parameter adjusting means)
201 Frequency response measurement device (frequency response measurement means)
202 Plate thickness disturbance measuring device (first frequency response measuring means)
2021 Inlet thickness deviation table 2022 Outlet thickness deviation table 2023 Inlet thickness
204 Frequency response estimation device (third frequency response measurement means)
2041 Inlet thickness deviation table 2042 Outlet thickness deviation table 2043 Rolling load table 2044 Inlet thickness
308
321 Control disturbance
326 Control disturbance
501 CPU
502 RAM
503 ROM
504 HDD
505 I/F
506
fc i disturbance frequency fc frequency to be adjusted L n noise level P TRK rolling load Hc(f) entrance plate thickness deviation frequency component hc(f) exit side plate thickness deviation frequency component Pc(f) rolling load frequency component Hg(m) entrance plate Thickness deviation amplitude Hp(m) Entrance side plate thickness deviation phase hg(m) Output side plate thickness deviation amplitude hp(m) Output side plate thickness deviation phase
Claims (8)
前記制御前状態量の時系列データを高速フーリエ変換した結果に基づき、前記制御前状態量に含まれる複数の周波数成分を抽出し、抽出した周波数成分を合成した制御前状態量合成波形を作成する制御前状態量合成手段と、
前記制御前状態量および前記制御後状態量のそれぞれの時系列データを高速フーリエ変換した結果に基づき、前記制御前状態量に対する前記制御後状態量の位相差および減衰量を取得する周波数応答測定手段と、
前記複数の周波数成分ごとに、前記取得した位相差および減衰量に基づき、前記制御前状態量を前記フィードフォワード制御に反映させるまでの遅延時間である制御出力タイミングシフト量と前記フィードフォワード制御の制御ゲインを決定するフィードフォワード制御パラメータ調整手段と、
前記フィードフォワード制御パラメータ調整手段にて求めた制御出力タイミングシフト量とフィードフォワード制御の制御ゲインを用いて制御前状態量合成波形を補正し、制御前状態量合成値補正値を決定する制御前状態量合成値補正手段と、
前記制御前状態量合成値補正値を用いてフィードフォワード制御を行うフィードフォワード制御手段と、を有する
ことを特徴とするプラント制御装置。 A plant control device that performs feedforward control of a post-control state quantity that is a control state quantity after the control based on a pre-control state quantity that is a control state quantity before control when processing a workpiece,
Based on the result of fast Fourier transform of the time series data of the pre-control state quantity, a plurality of frequency components included in the pre-control state quantity are extracted, and a pre-control state quantity composite waveform is created by synthesizing the extracted frequency components. Pre-control state quantity synthesis means;
Frequency response measuring means for obtaining a phase difference and an attenuation amount of the post-control state quantity with respect to the pre-control state quantity based on results of fast Fourier transform of time-series data of the pre-control state quantity and the post-control state quantity. and,
For each of the plurality of frequency components, a control output timing shift amount, which is a delay time until the pre-control state quantity is reflected in the feedforward control, and control of the feedforward control, based on the acquired phase difference and attenuation amount. feedforward control parameter adjusting means for determining the gain;
A pre-control state in which a pre-control state quantity composite waveform is corrected using the control output timing shift amount obtained by the feedforward control parameter adjustment means and the control gain of the feedforward control, and a pre-control state quantity composite value correction value is determined. Quantity composite value correction means;
A plant control device comprising: feedforward control means for performing feedforward control using the pre-control state quantity composite value correction value.
ことを特徴とする請求項1に記載のプラント制御装置。 The pre-control state quantity synthesis means uses the result of fast Fourier transform of the time series data of the pre-control state quantity and the result of fast Fourier transform of the time series data of the pre-control state quantity composite waveform, and calculates the difference between each frequency component. The plant control device according to claim 1, further comprising: determining an amplitude and a phase difference.
前記複数の周波数成分ごとに前記周波数応答測定手段で取得した前記位相差および前記減衰量に基づいて前記フィードフォワード制御の制御ゲインを決定する
ことを特徴とする請求項1に記載のプラント制御装置。 The feedforward control parameter adjusting means includes:
The plant control device according to claim 1, wherein the control gain of the feedforward control is determined based on the phase difference and the attenuation amount acquired by the frequency response measuring means for each of the plurality of frequency components.
前記フィードフォワード制御パラメータ調整手段は、
加工処理開始時に、前記データベースを検索し、当該加工処理と同じ加工条件のデータが記憶されていた場合には、前記データベースに記憶されていたデータに基づき前記複数の周波数成分ごとに前記制御出力タイミングシフト量および前記フィードフォワード制御の制御ゲインを決定する
ことを特徴とする請求項3に記載のプラント制御装置。 The control output timing shift used in the feedforward control during the processing is added to the processing condition data during the processing of the workpiece when the post-control state quantity is within a predetermined range. further comprising a database storing data in which quantities and control gains of the feedforward control are associated with each other;
The feedforward control parameter adjusting means includes:
When the processing starts, the database is searched, and if data with the same processing conditions as the processing is stored, the control output timing is determined for each of the plurality of frequency components based on the data stored in the database. The plant control device according to claim 3, further comprising determining a shift amount and a control gain of the feedforward control.
前記制御前状態量の時系列データを高速フーリエ変換した結果に基づき、前記制御前状態量に含まれる複数の周波数成分を抽出し、抽出された複数の周波数成分間の差分値の最小値の2分の1より大きい値を外乱識別周波数分解能として取得し、
前記外乱識別周波数分解能により定められる高速フーリエ変換に適合したサンプリング周期およびデータ数に従って取得された前記制御前状態量および前記制御後状態量のそれぞれの時系列データを高速フーリエ変換し、それぞれの高速フーリエ変換結果に基づき、前記抽出された複数の周波数成分の調整対象周波数における前記制御前状態量に対する前記制御後状態量の位相差および減衰量を算出する
ことを特徴とする請求項1に記載のプラント制御装置。 The frequency response measuring means includes:
Based on the result of fast Fourier transform of the time series data of the pre-control state quantity, a plurality of frequency components included in the pre-control state quantity are extracted, and the minimum value of the difference value between the extracted plurality of frequency components is Obtain a value larger than 1/2 as the disturbance identification frequency resolution,
Fast Fourier transform is performed on each time series data of the pre-control state quantity and the post-control state quantity acquired according to the sampling period and the number of data that are compatible with the fast Fourier transform determined by the disturbance identification frequency resolution, and the respective fast Fourier transforms are performed. The plant according to claim 1, wherein a phase difference and an attenuation amount of the post-control state quantity with respect to the pre-control state quantity at the adjustment target frequency of the extracted plurality of frequency components are calculated based on the conversion result. Control device.
制御前状態量の時系列データを高速フーリエ変換した結果に基づき、前記制御前状態量に含まれる複数の周波数成分を抽出し、抽出した周波数成分を合成した制御前状態量合成波形を作成する制御前状態量合成手段と、
前記入側板厚偏差および前記出側板厚偏差のそれぞれの時系列データを高速フーリエ変換した結果に基づき、前記入側板厚偏差に対する前記出側板厚偏差の位相差および減衰量を取得する周波数応答測定手段と、
前記複数の周波数成分ごとに、前記取得した位相差および減衰量に基づき、前記入側板厚偏差を前記フィードフォワード制御に反映させるまでの遅延時間である制御出力タイミングシフト量と前記フィードフォワード制御の制御ゲインを決定するフィードフォワード制御パラメータ調整手段と、
前記制御出力タイミングシフト量とフィードフォワード制御の制御ゲインを用いて制御前状態量合成波形を補正し、制御前状態量合成値補正値を決定する制御前状態量合成値補正手段と、
前記制御前状態量合成値補正値を用いてフィードフォワード制御を行うフィードフォワード制御手段と、を有する
ことを特徴とする圧延制御装置。 A rolling control device that performs feedforward control of an exit side plate thickness deviation, which is a control state quantity after the control, based on an entry side plate thickness deviation, which is a control state quantity before control when rolling a material to be rolled,
Control that extracts a plurality of frequency components included in the pre-control state quantity based on the results of fast Fourier transform of time-series data of the pre-control state quantity, and creates a pre-control state quantity composite waveform by synthesizing the extracted frequency components. a pre-state quantity synthesis means;
Frequency response measuring means for obtaining the phase difference and attenuation amount of the exit side plate thickness deviation with respect to the input side plate thickness deviation based on the results of fast Fourier transform of the respective time series data of the input side plate thickness deviation and the exit side plate thickness deviation. and,
For each of the plurality of frequency components, based on the acquired phase difference and attenuation amount, a control output timing shift amount, which is a delay time until the input side plate thickness deviation is reflected in the feedforward control, and control of the feedforward control. feedforward control parameter adjusting means for determining the gain;
Pre-control state quantity composite value correction means for correcting a pre-control state quantity composite waveform using the control output timing shift amount and the control gain of the feedforward control to determine a pre-control state quantity composite value correction value;
A rolling control device comprising: feedforward control means for performing feedforward control using the pre-control state quantity composite value correction value.
前記制御前状態量の時系列データを高速フーリエ変換した結果に基づき、前記制御前状態量に含まれる複数の周波数成分を抽出し、抽出した周波数成分を合成した制御前状態量合成波形を作成するステップと、
前記制御前状態量および前記制御後状態量のそれぞれの時系列データを高速フーリエ変換した結果に基づき、前記制御前状態量に対する前記制御後状態量の位相差および減衰量を算出するステップと、
前記複数の周波数成分ごとに、前記取得した位相差および減衰量に基づき、前記制御前状態量を前記フィードフォワード制御に反映させるまでの遅延時間である制御出力タイミングシフト量と前記フィードフォワード制御の制御ゲインを決定するステップと、
前記制御出力タイミングシフト量とフィードフォワード制御の制御ゲインを用いて制御前状態量合成波形を補正し、制御前状態量合成値補正値を決定するステップと、
前記制御前状態量合成値補正値を用いてフィードフォワード制御をするステップと、を実行する
ことを特徴とするプラント制御方法。 A plant control device that performs feedforward control of a post-control state quantity, which is a control state quantity after the control, based on a pre-control state quantity, which is a control state quantity before control when processing a workpiece,
Based on the result of fast Fourier transform of the time series data of the pre-control state quantity, a plurality of frequency components included in the pre-control state quantity are extracted, and a pre-control state quantity composite waveform is created by synthesizing the extracted frequency components. step and
calculating a phase difference and an attenuation amount of the post-control state quantity with respect to the pre-control state quantity based on results of fast Fourier transform of time-series data of the pre-control state quantity and the post-control state quantity;
For each of the plurality of frequency components, a control output timing shift amount, which is a delay time until the pre-control state quantity is reflected in the feedforward control, and control of the feedforward control, based on the acquired phase difference and attenuation amount. a step of determining a gain;
correcting the pre-control state quantity composite waveform using the control output timing shift amount and the control gain of the feedforward control, and determining a pre-control state quantity composite value correction value;
A plant control method, comprising: performing feedforward control using the pre-control state quantity composite value correction value.
前記制御前状態量の時系列データを高速フーリエ変換した結果に基づき、前記制御前状態量に含まれる複数の周波数成分を抽出し、抽出した周波数成分を合成した制御前状態量合成波形を作成するステップと、
前記制御前状態量および前記制御後状態量のそれぞれの時系列データを高速フーリエ変換した結果に基づき、前記制御前状態量に対する前記制御後状態量の位相差および減衰量を算出するステップと、
前記複数の周波数成分ごとに、前記取得した位相差および減衰量に基づき、前記制御前状態量を前記フィードフォワード制御に反映させるまでの遅延時間である制御出力タイミングシフト量と前記フィードフォワード制御の制御ゲインを決定するステップと、
前記制御出力タイミングシフト量と前記フィードフォワード制御の制御ゲインを用いて制御前状態量合成波形を補正し、制御前状態量合成値補正値を決定するステップと、
前記制御前状態量合成値補正値を用いてフィードフォワード制御をするステップと、
を実行させるためのプラント制御プログラム。 A computer constituting a plant control device that performs feedforward control of a post-control state quantity, which is a control state quantity after the control, based on a pre-control state quantity, which is a control state quantity before control when processing a workpiece. ,
Based on the result of fast Fourier transform of the time series data of the pre-control state quantity, a plurality of frequency components included in the pre-control state quantity are extracted, and a pre-control state quantity composite waveform is created by synthesizing the extracted frequency components. step and
calculating a phase difference and an attenuation amount of the post-control state quantity with respect to the pre-control state quantity based on results of fast Fourier transform of time-series data of the pre-control state quantity and the post-control state quantity;
For each of the plurality of frequency components, a control output timing shift amount, which is a delay time until the pre-control state quantity is reflected in the feedforward control, and control of the feedforward control, based on the acquired phase difference and attenuation amount. a step of determining a gain;
correcting a pre-control state quantity composite waveform using the control output timing shift amount and the control gain of the feedforward control, and determining a pre-control state quantity composite value correction value;
performing feedforward control using the pre-control state quantity composite value correction value;
A plant control program to run.
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