JP7452514B2 - Method and device for controlling steel plate tension and looper angle during hot rolling - Google Patents
Method and device for controlling steel plate tension and looper angle during hot rolling Download PDFInfo
- Publication number
- JP7452514B2 JP7452514B2 JP2021171083A JP2021171083A JP7452514B2 JP 7452514 B2 JP7452514 B2 JP 7452514B2 JP 2021171083 A JP2021171083 A JP 2021171083A JP 2021171083 A JP2021171083 A JP 2021171083A JP 7452514 B2 JP7452514 B2 JP 7452514B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- steel plate
- disturbance
- looper
- looper angle
- plate tension
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims description 67
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims description 67
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 26
- 238000005098 hot rolling Methods 0.000 title claims description 22
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims description 27
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 claims description 19
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 16
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 13
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 9
- 230000008859 change Effects 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 230000004044 response Effects 0.000 description 8
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 8
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 7
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 7
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 5
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 230000004043 responsiveness Effects 0.000 description 2
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
Description
本発明は、熱間圧延中の鋼板張力とルーパー角の制御方法及び制御装置に関し、特に、熱延工場の仕上圧延工程における鋼板張力とルーパー角の制御方法及び制御装置に関する。 The present invention relates to a method and apparatus for controlling steel plate tension and looper angle during hot rolling, and particularly to a method and apparatus for controlling steel plate tension and looper angle during finish rolling in a hot rolling mill.
製鉄所の熱延工場では、加熱炉でスラブと呼ばれる鋼片（厚み２００～２５０ｍｍ）を１２００℃程度まで加熱し、それを抽出した後、ＨＳＢ（hot scale breaker）でスラブ表面スケールを除去し、幅プレスにて所定板幅とする。続く、粗圧延工程、仕上圧延工程で圧延と冷却を繰り返しながら、所望の板厚（１ｍｍ～１０ｍｍ程度）まで圧延した後、ランアウトテーブルにて所望の巻き取り温度（５００～６００℃程度）まで冷却し、コイラーにて巻き取る。 In the hot rolling mill of a steel mill, a steel slab called a slab (200 to 250 mm thick) is heated to about 1200°C in a heating furnace, extracted, and then the slab surface scale is removed using an HSB (hot scale breaker). Use a width press to obtain the specified board width. Subsequently, rolling and cooling are repeated in the rough rolling process and finish rolling process, and the sheet is rolled to the desired thickness (approximately 1 mm to 10 mm), and then cooled to the desired winding temperature (approximately 500 to 600°C) on a run-out table. Then, wind it up using a coiler.
ここで、仕上圧延の圧延スタンド間には、ルーパーと呼ばれる鋼板を下から支持する機構が備えられている。ルーパーは、ルーパーロールを鋼板の下面側から押し当てて鋼板を支持するとともに、ルーパー角（ルーパーロールの高さ）を調整することで、鋼板張力の付与による通板安定性の役割を担う。そして、ルーパーには、鋼板張力を測定するためにルーパーロールにひずみゲージが取り付けられるか、または、電動ルーパーの場合には、モーター電流で計算可能な発生トルクと負荷トルクから鋼板張力を演算する仕組みが備えられる。この鋼板張力測定値や演算値と、ルーパー角を所定範囲内に制御するために、ルーパー発生トルク（ルーパートルク）やルーパー上流側の圧延主機速度を操作する自動制御系があり、これまでに様々な制御手法、装置が提案されている。 Here, a mechanism called a looper that supports the steel plate from below is provided between the rolling stands for finish rolling. The looper supports the steel plate by pressing the looper roll from the bottom side of the steel plate, and also plays the role of stabilizing the threading of the steel plate by applying tension to the steel plate by adjusting the looper angle (the height of the looper roll). In order to measure the steel plate tension, a strain gauge is attached to the looper roll, or in the case of an electric looper, a mechanism is used to calculate the steel plate tension from the generated torque and load torque, which can be calculated using the motor current. will be provided. In order to control this steel plate tension measurement value and calculated value and the looper angle within a predetermined range, there are automatic control systems that operate the looper generated torque (looper torque) and the speed of the main rolling machine upstream of the looper. Control methods and devices have been proposed.
例えば、特許文献１には、熱間タンデム圧延機における圧延材のスタンド間張力の制御精度を高めることのできる熱間圧延機の張力制御装置、及び、材料温度の外乱による張力変動を抑えることのできる熱間圧延機の張力制御装置が開示されている。この装置は、圧延材張力に重み係数を乗じた値と、圧延材張力時間変化に重みを乗じた値と、ルーパー高さ変化に重みを乗じた値の和を制御量とするモデルに多変数制御理論を適用して制御系を構築するものである。そして、材料温度測定値によるマスフロー外乱を予測して主電動機速度あるいは圧下量をフィードフォワード制御する。 For example, Patent Document 1 describes a tension control device for a hot rolling mill that can improve the control accuracy of the tension between stands of a rolled material in a hot tandem rolling mill, and a device that can suppress tension fluctuations due to material temperature disturbances. A tension control device for a hot rolling mill is disclosed. This device uses a multivariable model in which the control variables are the sum of the rolled material tension multiplied by a weighting coefficient, the time change in rolled material tension multiplied by a weight, and the looper height change multiplied by a weight. It constructs a control system by applying control theory. Then, the main motor speed or the reduction amount is feedforward controlled by predicting the mass flow disturbance due to the material temperature measurement value.
特許文献１のフィードフォワード制御では、タンデム圧延機の入側及びスタンド間の少なくとも一か所で材料温度を測定し、それに基づいてスタンド間の張力変化を予測する必要がある。そして、予測した張力変化に基づきフィードフォワード制御を実施するため、その予測精度と正確なトラッキング（温度変化位置の圧延機内通過箇所の記録）も必要とされる。しかし、張力変動の予測は、様々な不確定要素（材料による変形抵抗の違いやそのばらつき、測定温度の正確さ）があるため、一般的に高精度に予測することが難しい。この点で、フィードバック制御で外乱の影響を抑制する要望は高い。 In the feedforward control of Patent Document 1, it is necessary to measure the material temperature at at least one location on the entrance side of the tandem rolling mill and between the stands, and predict the tension change between the stands based on the measured material temperature. In order to perform feedforward control based on the predicted tension change, prediction accuracy and accurate tracking (recording of the temperature change position passing through the rolling mill) are also required. However, it is generally difficult to predict tension fluctuations with high accuracy because there are various uncertainties (differences in deformation resistance depending on the material and its dispersion, accuracy of measured temperature). In this respect, there is a high demand for suppressing the influence of disturbances through feedback control.
特許文献１には、フィードバック制御として、張力、張力の時間変化、ルーパー角度（ルーパー高さ変化）に重みをつけて算出したスタンド間張力の応答性を調整する制御ゲインを用いた多変数制御方法が示されている。他方、特許文献１では、張力変動が起こる要因であるマスフロー変動をこのフィードバック制御では除去しきれないともされており、これに対してフィードフォワード制御を示している。 Patent Document 1 describes a multivariable control method using a control gain that adjusts the responsiveness of inter-stand tension calculated by weighting tension, time change in tension, and looper angle (looper height change) as feedback control. It is shown. On the other hand, Patent Document 1 also states that this feedback control cannot completely eliminate mass flow fluctuations, which are the cause of tension fluctuations, and in response, feedforward control is shown.
鋼板張力とルーパー角制御の外乱となるマスフロー変動を除去するため、フィードフォワード制御を適用しようとすると、高精度なモデル精度とトラッキングが必要とされ、実装が困難となるという課題がある。また、従来技術の応答の低いフィードバック制御では外乱の影響が除去しきれないという課題がある。 Applying feedforward control to remove mass flow fluctuations that disturb steel plate tension and looper angle control requires high model accuracy and tracking, making implementation difficult. In addition, there is a problem that the feedback control of the conventional technology with low response cannot completely remove the influence of disturbance.
本発明は、上記を鑑みてなされたものであり、鋼板張力とルーパー角制御の外乱の影響をフィードバック制御により高応答に除去できる熱間圧延中の鋼板張力とルーパー角の制御方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and provides a method for controlling steel plate tension and looper angle during hot rolling, which can eliminate the influence of disturbances on steel plate tension and looper angle control with high response through feedback control. With the goal.
本発明は、以下の構成を有する。
［１］熱間圧延中の鋼板張力と圧延スタンド間に配置したルーパーのルーパー角を、当該ルーパーの上流スタンド主機速度と上流スタンド圧下位置とルーパートルクの少なくとも一つを操作量として目標値に制御する熱間圧延中の鋼板張力とルーパー角の制御方法において、
鋼板張力とルーパー角の変動要因となる鋼板速度変動、変形抵抗変動、板厚変動の少なくとも一つ以上の外乱を制御対象の数式モデルを用いて推定する外乱推定ステップと、
制御対象の数式モデルに従って、前記外乱推定ステップで推定された外乱である外乱推定値が、鋼板張力とルーパー角へ与える影響を除去するための制御ゲインを算出する制御ゲイン算出ステップと、
前記外乱推定値に前記制御ゲインを掛け合わせることで前記操作量を算出し、前記算出した操作量を入力して鋼板張力とルーパー角の制御を行う外乱フィードバック制御ステップと、を有する、熱間圧延中の鋼板張力とルーパー角の制御方法。
［２］前記外乱推定ステップと前記制御ゲイン算出ステップに用いる制御対象の数式モデルは、周期的に得られる前記主機速度の測定値を反映したモデルである、［１］に記載の熱間圧延中の鋼板張力とルーパー角の制御方法。
［３］熱間圧延中の鋼板張力と圧延スタンド間に配置したルーパーのルーパー角を、当該ルーパーの上流スタンド主機速度と上流スタンド圧下位置とルーパートルクの少なくとも一つを操作量として目標値に制御する熱間圧延中の鋼板張力とルーパー角の制御装置において、
鋼板張力とルーパー角の変動要因となる鋼板速度変動、変形抵抗変動、板厚変動の少なくとも一つ以上の外乱を制御対象の数式モデルを用いて推定する外乱推定手段と、
制御対象の数式モデルに従って、前記外乱推定手段で推定された外乱である外乱推定値が、鋼板張力とルーパー角へ与える影響を除去するための制御ゲインを算出する制御ゲイン算出手段と、
前記外乱推定値に前記制御ゲインを掛け合わせることで前記操作量を算出し、前記算出した操作量を入力して鋼板張力とルーパー角の制御を行う外乱フィードバック制御手段と、を有する、熱間圧延中の鋼板張力とルーパー角の制御装置。
［４］前記外乱推定手段と前記制御ゲイン算出手段に用いる制御対象の数式モデルは、周期的に得られる前記主機速度の測定値を反映したモデルである、［３］に記載の熱間圧延中の鋼板張力とルーパー角の制御装置。
The present invention has the following configuration.
[1] Control the steel plate tension during hot rolling and the looper angle of the looper placed between the rolling stands to target values using at least one of the upstream stand main engine speed, upstream stand reduction position, and looper torque of the looper as manipulated variables. In the method of controlling steel plate tension and looper angle during hot rolling,
a disturbance estimation step of estimating at least one disturbance of steel plate speed variation, deformation resistance variation, and plate thickness variation, which are factors of variation in steel plate tension and looper angle, using a mathematical model of a controlled object;
a control gain calculation step of calculating a control gain for removing the influence of the disturbance estimated value, which is the disturbance estimated in the disturbance estimation step, on the steel plate tension and the looper angle, according to a mathematical model of the controlled object;
a disturbance feedback control step of calculating the manipulated variable by multiplying the estimated disturbance value by the control gain, and controlling the steel plate tension and looper angle by inputting the calculated manipulated variable. How to control the tension of the steel plate inside and the looper angle.
[2] During hot rolling according to [1], the mathematical model of the controlled object used in the disturbance estimation step and the control gain calculation step is a model that reflects the measured value of the main machine speed obtained periodically. Control method for steel plate tension and looper angle.
[3] Control the steel plate tension during hot rolling and the looper angle of the looper placed between the rolling stands to target values using at least one of the upstream stand main engine speed, upstream stand reduction position, and looper torque of the looper as manipulated variables. In the control device for steel plate tension and looper angle during hot rolling,
Disturbance estimating means for estimating at least one disturbance of steel plate speed variation, deformation resistance variation, and plate thickness variation, which are factors of variation in steel plate tension and looper angle, using a mathematical model of a controlled object;
control gain calculating means for calculating a control gain for removing the influence of the disturbance estimated value, which is the disturbance estimated by the disturbance estimating means, on the steel plate tension and the looper angle according to a mathematical model of a controlled object;
Disturbance feedback control means for calculating the manipulated variable by multiplying the estimated disturbance value by the control gain, and controlling the steel plate tension and looper angle by inputting the calculated manipulated variable. Control device for inner steel plate tension and looper angle.
[4] During hot rolling according to [3], the mathematical model of the controlled object used in the disturbance estimating means and the control gain calculating means is a model that reflects the measured value of the main machine speed obtained periodically. Control device for steel plate tension and looper angle.
本発明によれば、鋼板張力とルーパー角制御の外乱の影響をフィードバック制御により高応答に除去できる熱間圧延中の鋼板張力とルーパー角の制御方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a method for controlling steel plate tension and looper angle during hot rolling, which can eliminate the influence of disturbances on steel plate tension and looper angle control with high response through feedback control.
本発明によれば、制御対象の数式モデルに従って外乱を推定し、その影響を除去する外乱フィードバック制御により、鋼板張力とルーパー角制御の外乱を高応答に除去することができる。これにより、熱間圧延中の鋼板張力とルーパー角が安定し、通板トラブルを抑制できる。 According to the present invention, disturbances in steel plate tension and looper angle control can be removed with high response by disturbance feedback control that estimates disturbances according to a mathematical model of a controlled object and removes their effects. This stabilizes the steel plate tension and looper angle during hot rolling, and can suppress plate threading troubles.
＜前準備＞
制御対象である張力・ルーパー系の線形モデルを、(m1)式と(m2)式の状態空間モデル（数式モデル）で構築する。ここでは、説明のために、熱延工場のF1（仕上圧延の第１スタンド）とF2（仕上圧延の第２スタンド）間のモデルで記述しているが、変数の読み替えにより、隣接する任意のスタンド間に適用可能である。また、今回の入力（操作量）として、F1速度指令値（ルーパーの上流スタンド主機速度指令値）、F1圧下位置指令値（ルーパーの上流スタンド圧下位置指令値）、ルーパートルク指令値の３つを選定し、これに対応するモデルを示すが、入力としてF2速度指令値やF2圧下位置指令値を入力として採用したモデルに拡張することも容易である。
<Preparation>
A linear model of the tension/looper system to be controlled is constructed using a state space model (mathematical model) of equations (m1) and (m2). Here, for the sake of explanation, a model between F1 (first stand for finishing rolling) and F2 (second stand for finishing rolling) in a hot rolling mill is described, but by changing the variables, it is possible to Applicable between stands. In addition, the following three inputs (operated variables) are F1 speed command value (looper upstream stand main engine speed command value), F1 lowering position command value (looper upstream stand lowering position command value), and looper torque command value. A model corresponding to this selection is shown, but it is also easy to extend it to a model that adopts the F2 speed command value and the F2 reduction position command value as inputs.
dx/dt＝Ax＋Bu＋Ed ・・・(m1)
y=Cx＋Fd ・・・(m2)
ここで、A、B、E、C、Fは実数行列であり、xは状態量ベクトル、uは入力ベクトル、dは外乱ベクトル、yは出力ベクトルであり、それぞれ以下となる。
dx/dt=Ax+Bu+Ed...(m1)
y=Cx＋Fd...(m2)
Here, A, B, E, C, and F are real matrices, x is a state quantity vector, u is an input vector, d is a disturbance vector, and y is an output vector, each of which is as follows.
以上の形式で整理するためには、非線形式である板厚計算モデル、圧延荷重モデル、スタンド間張力モデル、ルーパー運動方程式、ロール周速モデル、圧下位置モデル、ルーパー発生トルクモデルを線形化した式と、第1スタンド出側厚がスタンド間の移送時間で第2スタンド入側に到達することを表す移送遅れモデルを組み合わせる。 In order to arrange it in the above format, we need linearized equations of the nonlinear plate thickness calculation model, rolling load model, inter-stand tension model, looper motion equation, roll circumferential speed model, rolling position model, and looper generation torque model. is combined with a transfer delay model that indicates that the thickness at the exit side of the first stand reaches the inlet side of the second stand within the transfer time between the stands.
例として、板厚計算モデルの線形化方法について詳細に説明する。板厚計算モデルは、公知の次式(1-1)を使用する。 As an example, a method for linearizing a plate thickness calculation model will be explained in detail. The plate thickness calculation model uses the following well-known formula (1-1).
ここで、hi：出側厚[mm]、Si：圧下位置[mm]、Mi：ミル定数[ton/mm]、Pi：圧延荷重[ton]である。このとき、圧延荷重Piを次の関数で表されるとする。 Here, h i : outlet thickness [mm], S i : rolling position [mm], M i : mill constant [ton/mm], P i : rolling load [ton]. At this time, it is assumed that the rolling load P i is expressed by the following function.
Pi = Pi(Hi, hi, σi-1, σi, kmi) ・・・(1-2)
ここで、Hi：入側厚[mm]、hi：出側厚[mm]、σi-1：後方張力[kgf/mm2]、σi：前方張力[kgf/mm2]、kmi：平均変形抵抗[kgf/mm2]である。
P i = P i (H i , h i , σ i-1 , σ i , k mi ) ・・・(1-2)
Here, H i : Inlet thickness [mm], h i : Outlet thickness [mm], σ i-1 : Back tension [kgf/mm 2 ], σ i : Front tension [kgf/mm 2 ], k mi : Average deformation resistance [kgf/mm 2 ].
(1-1)式と(1-2)式を全微分すると、板厚の微小変化Δhiを表す(1-3)式が得られる。 By completely differentiating equations (1-1) and (1-2), equation (1-3) is obtained, which represents the minute change in plate thickness Δh i .
ここで、Qi=-(∂Pi)/(∂hi)とおいた。F1とF2出側板厚は、それぞれ(1-3)式の添え字iが1と2に該当する。また、F2入側板厚ΔH2は、F1出側板厚Δhiをスタンド間の移送時間L[sec]だけ遅らせた値となり、伝達関数で記述すればΔH2=Δh1e-Lsという移送遅れモデルとなる。このe-Lsを、Pade近似（低次多項式近似）すれば以下の式となる。 Here, we set Q i =-(∂P i )/(∂h i ). For the F1 and F2 outlet side plate thicknesses, the subscript i in equation (1-3) corresponds to 1 and 2, respectively. In addition, the F2 inlet thickness ΔH 2 is the value obtained by delaying the F1 outlet thickness Δh i by the transfer time L [sec] between the stands, and if described using a transfer function, the transfer delay model is ΔH 2 =Δh 1 e -Ls . becomes. If this e -Ls is subjected to Pade approximation (low-order polynomial approximation), the following equation is obtained.
これを状態空間表現すれば、以下の(1-4)式、(1-5)式が得られる。 If this is expressed in state space, the following equations (1-4) and (1-5) can be obtained.
さらに(1-4)式、(1-5)式へ(1-3)式を代入して、状態量ベクトルxで整理すれば、(1-6)式と(1-7)式を得る。 Furthermore, by substituting equations (1-3) into equations (1-4) and (1-5) and rearranging them using the state vector x, we obtain equations (1-6) and (1-7). .
さらに(1-7)式をF2出側厚(1-3)式に代入すると、F2出側厚Δh2は状態量ベクトルxと外乱ベクトルdを使用して整理できる。以上で線形化された板厚計算モデルを得ることができる。なお、板厚は状態量ベクトルの変数には含まれないが、スタンド間張力モデルやルーパーの運動方程式を線形化する際に必要となる。 Furthermore, by substituting the equation (1-7) into the F2 exit thickness equation (1-3), the F2 exit thickness Δh 2 can be rearranged using the state quantity vector x and the disturbance vector d. With the above steps, a linearized plate thickness calculation model can be obtained. Although the plate thickness is not included in the variables of the state quantity vector, it is necessary when linearizing the inter-stand tension model and the equation of motion of the looper.
この他に主機速度指令値、圧下位置指令値、ルーパートルク指令値に対する主機速度、圧下位置、ルーパートルクの応答は一次遅れモデルを適用すれば良い。例えば主機速度モデル、圧下位置モデル、ルーパートルクモデルは、以下の式となる。 In addition, a first-order lag model may be applied to the responses of the main machine speed, the roll position, and the looper torque to the main machine speed command value, roll position command value, and looper torque command value. For example, the main engine speed model, reduction position model, and looper torque model are as follows.
スタンド間張力モデルは、例えば以下の式を使用すれば良い。 For example, the following equation may be used as the inter-stand tension model.
この式を全微分して線形モデルを得ることができる。 A linear model can be obtained by totally differentiating this equation.
ルーパー運動方程式は、下式となる。 The looper equation of motion is as follows.
この式を全微分して線形モデルを得ることができる。 A linear model can be obtained by totally differentiating this equation.
＜実施形態＞
続いて、本発明の実施形態について説明する。本発明の実施形態にかかる制御方法は、鋼板張力とルーパー角の変動要因となる鋼板速度変動、変形抵抗変動、板厚変動の少なくとも一つ以上の外乱を制御対象の数式モデルを用いて推定する外乱推定ステップと、制御対象の数式モデルに従って、前記外乱推定ステップで推定された外乱である外乱推定値が、鋼板張力とルーパー角へ与える影響を除去するための制御ゲインを算出する制御ゲイン算出ステップと、前記外乱推定値に前記制御ゲインを掛け合わせることで、上流スタンド主機速度と上流スタンド圧下位置とルーパートルクの少なくとも一つの操作量を算出し、前記算出した操作量を入力して鋼板張力とルーパー角の制御を行う外乱フィードバック制御ステップとを有する。
<Embodiment>
Next, embodiments of the present invention will be described. The control method according to the embodiment of the present invention estimates at least one disturbance of steel plate speed fluctuation, deformation resistance fluctuation, and plate thickness fluctuation, which are factors of variation in steel plate tension and looper angle, using a mathematical model of the controlled object. a disturbance estimation step; and a control gain calculation step of calculating a control gain for removing the influence of the disturbance estimated value, which is the disturbance estimated in the disturbance estimation step, on the steel plate tension and the looper angle, according to the mathematical model of the controlled object. By multiplying the estimated disturbance value by the control gain, a manipulated variable of at least one of the upstream stand main engine speed, upstream stand lowering position, and looper torque is calculated, and the calculated manipulated variable is input to calculate the steel plate tension. and a disturbance feedback control step for controlling the looper angle.
本発明の制御系のブロック図を図１に示す。これは、外乱推定手段による外乱推定値に、制御ゲイン算出手段による制御ゲインを掛け合わせて算出した値（操作量）を、外乱フィードバック制御手段により入力としてフィードバック制御する構成となる。 A block diagram of the control system of the present invention is shown in FIG. In this configuration, a value (operation amount) calculated by multiplying the disturbance estimated value by the disturbance estimating means by a control gain by the control gain calculating means is input to the disturbance feedback control means and feedback control is performed.
また、上記制御方法を実施する本発明の実施形態にかかる制御装置は、外乱推定手段と、制御ゲイン算出手段と、外乱フィードバック制御手段とを有する。前記制御装置は、コンピュータで構成され、一つのコンピュータで構成しても、それぞれ別のコンピュータで構成してもよい。以下、外乱推定手段、制御ゲイン算出手段、外乱フィードバック制御手段について説明する。本実施形態では、周期的に得られる主機速度の測定値を反映した数式モデルである(m1)、(m2)式を、外乱推定手段（外乱推定ステップ）と制御ゲイン算出手段（制御ゲイン算出ステップ）に用いる。また、本実施形態において、各手段での処理については、コンピュータプログラムにて実行する。 Further, a control device according to an embodiment of the present invention that implements the above control method includes a disturbance estimation means, a control gain calculation means, and a disturbance feedback control means. The control device may be composed of a computer, and may be composed of one computer or may be composed of separate computers. The disturbance estimation means, control gain calculation means, and disturbance feedback control means will be explained below. In this embodiment, equations (m1) and (m2), which are mathematical models that reflect the measured value of the main engine speed obtained periodically, are used for disturbance estimation means (disturbance estimation step) and control gain calculation means (control gain calculation step). ) used for Furthermore, in this embodiment, the processing by each means is executed by a computer program.
（外乱推定手段）
外乱推定手段は、外乱推定値を算出する（外乱推定ステップ）。図１中の外乱推定手段により外乱を推定する方法について説明する。制御対象の線形モデル(m1)、(m2)で外乱を一定値と仮定し、変形すると次式が得られる。
(Disturbance estimation means)
The disturbance estimation means calculates a disturbance estimation value (disturbance estimation step). A method of estimating a disturbance using the disturbance estimating means in FIG. 1 will be described. Assuming that the disturbance is a constant value in the linear models (m1) and (m2) of the controlled objects, and transforming them, the following equation is obtained.
ここで、Oは零行列を示す。行列の添え字は行数と列数を示しており、ndは外乱の数、nxは状態変数の数を示す。
本実施形態では、鋼板張力とルーパー角の変動要因となる鋼板速度変動、変形抵抗変動、板厚変動の少なくとも一つ以上の外乱を、上記(m1)’、(m2)’の数式モデルを用いて推定する。
Here, O indicates a zero matrix. The subscripts of the matrix indicate the number of rows and columns, nd indicates the number of disturbances, and nx indicates the number of state variables.
In this embodiment, the above-mentioned mathematical models (m1)' and (m2)' are used to calculate at least one disturbance of steel plate speed variation, deformation resistance variation, and plate thickness variation, which are factors of variation in steel plate tension and looper angle. Estimate.
また、制御対象の動特性を表す、(m1)式と(m2)式中の、A、B、E、C、Fは圧延速度に依存する。したがって、測定した圧延速度で逐次モデル式を求め、これをもとに逐次的にカルマンゲインを設計しても良い。 Furthermore, A, B, E, C, and F in equations (m1) and (m2), which express the dynamic characteristics of the controlled object, depend on the rolling speed. Therefore, a model equation may be obtained sequentially using the measured rolling speed, and the Kalman gain may be designed sequentially based on this model equation.
（制御ゲイン算出手段）
制御ゲイン算出手段は、制御ゲインを算出する（制御ゲイン算出ステップ）。制御ゲインは、前記外乱推定手段で推定された外乱推定値が、鋼板張力とルーパー角へ与える影響を除去するためのものである。制御ゲイン算出手段により制御ゲインを算出する方法について説明する。制御対象の線形モデルである(m1)と(m2)式をあるサンプル時間で離散化したモデル式(md1)と(md2)を用いる。
x(k+1)=Adx(k)+Bdu(k)+Edd(k) …(md1)
y(k)=Cdx(k)+Fdd(k) …(md2)
(Control gain calculation means)
The control gain calculation means calculates a control gain (control gain calculation step). The control gain is for removing the influence of the estimated disturbance value estimated by the disturbance estimating means on the steel plate tension and the looper angle. A method of calculating a control gain using the control gain calculating means will be explained. Model equations (md1) and (md2) are used, which are discretized equations (m1) and (m2), which are linear models of the controlled object, at a certain sample time.
x(k+1)=A d x(k)+B d u(k)+E d d(k) …(md1)
y(k)=C d x(k)+F d d(k) …(md2)
ある入力u*を印加して、定常状態x*において出力を目標値yrefに制御できるとすれば、次式が成り立つ。
x*=Adx*+Bdu*+Edd
yref=Cdx*+Fdd
これを変形すると次式となる。
本実施形態では、次式（（1-9）式）以降の数式モデルに従って、制御ゲイン（制御ゲインK）を算出する。
If it is possible to control the output to the target value yref in steady state x * by applying a certain input u * , then the following equation holds true.
x * =A d x * +B d u * +E d d
y ref =C d x * +F d d
Transforming this gives the following equation.
In this embodiment, the control gain (control gain K) is calculated according to the following mathematical model (formula (1-9)).
以降の説明の準備として、次のように行列を列ベクトルに分解しておく。 In preparation for the following explanation, we decompose the matrix into column vectors as follows.
これを(1-9)式に代入すれば、下式となる。 Substituting this into equation (1-9) yields the following equation.
ここで、At:9行6列の実数行列、B:9行3列の実数行列となるため、(At-Bd)は9行9列の行列となり、その逆行列を左から掛ければ、次式が得られる。 Here, A t is a 9-by-6 real matrix, and B is a 9-by-3 real matrix, so (A t -B d ) is a 9-by-9 matrix, and its inverse matrix can be multiplied from the left. For example, the following equation is obtained.
上記の9行6列の[At -Bd]-1Edのうち、入力u*（3要素）の計算に必要となる7～9行の要素を制御ゲインKとする。 Among the above 9 rows and 6 columns of [A t -B d ] -1 E d , let the elements in rows 7 to 9, which are necessary for calculating the input u * (3 elements), be the control gain K.
（外乱フィードバック制御手段） (Disturbance feedback control means)
以上を用いて制御系を構成する。 A control system is configured using the above.
本実施例では、シミュレーション上で、従来法と発明法（本発明による方法）の外乱に対する応答を比較することで、発明法の外乱抑制能力の優位性を示す。制御量は、F1－F2間のルーパー角と鋼板張力とし、F1主機速度とF1圧下位置、ならびにルーパートルクを操作量とする。外乱は、F1変形抵抗変動による外乱（変形抵抗外乱）［シミュレーション開始から15sec時点で-1.0kgf/mm2］とスタンド間の鋼板速度変動による外乱（速度変動外乱）［シミュレーション開始から1sec時点で+0.01m/s］が印加されるものとする。 In this example, the superiority of the disturbance suppression ability of the inventive method is demonstrated by comparing the response to disturbance of the conventional method and the inventive method (method according to the present invention) on simulation. The controlled variables are the looper angle between F1 and F2 and the steel plate tension, and the manipulated variables are the F1 main engine speed, F1 reduction position, and looper torque. The disturbances are disturbance due to F1 deformation resistance fluctuation (deformation resistance disturbance) [-1.0kgf/mm 2 at 15 seconds from the start of simulation] and disturbance due to steel plate speed fluctuation between the stands (velocity fluctuation disturbance) [+ at 1 second from the start of simulation] 0.01m/s] shall be applied.
従来法のフィードバック制御系を図２に示す。これは、ルーパー角測定値と目標値の偏差を解消するためのPI制御によりF1主機速度の速度を修正するのに加えて、鋼板張力偏差を解消するためにPI制御によりルーパートルクを修正する制御系とする。発明法は、実施形態で示した図１の制御系とする。 Figure 2 shows a conventional feedback control system. This is a control that uses PI control to correct the F1 main engine speed to eliminate the deviation between the measured looper angle value and the target value, as well as corrects the looper torque using PI control to eliminate the steel plate tension deviation. system. The invention method is based on the control system shown in FIG. 1 in the embodiment.
図３に両者の鋼板張力とルーパー角の応答（目標からの偏差）を示し、このときの操作量（初期値からの偏差）を図４に示す。図３では、外乱が印加されたタイミング（シミュレーション開始から1secと15sec）でルーパー角と鋼板張力が急激に変動するが、発明法の方が早く目標値に復帰している。特に従来法では、シミュレーション開始から35sec以降で、張力は目標値となっているが、ルーパー角は時間経過とともに目標値に近づいているが、50secまでに収束していない。このことから、発明法は外乱に対する応答性に優れることが分かる。 FIG. 3 shows the response (deviation from the target) of both steel plate tension and looper angle, and FIG. 4 shows the manipulated variable (deviation from the initial value) at this time. In Fig. 3, the looper angle and the steel plate tension fluctuate rapidly at the timing when the disturbance is applied (1 sec and 15 sec from the start of the simulation), but the invented method returns to the target values faster. In particular, in the conventional method, the tension reaches the target value after 35 seconds from the start of the simulation, but although the looper angle approaches the target value as time passes, it has not converged by 50 seconds. This shows that the inventive method has excellent responsiveness to disturbances.
また、このときの発明法のF1変形抵抗、スタンド間の鋼板速度変動の外乱設定値と推定値を図５に示す。変形抵抗外乱が印加される15secで速度推定値は軽微に変動しているが、その他の時間では設定した外乱を精度良く推定できている。 Furthermore, the F1 deformation resistance of the invention method and the disturbance setting values and estimated values of the steel plate speed fluctuation between stands are shown in FIG. Although the speed estimate fluctuates slightly during the 15 seconds when the deformation resistance disturbance is applied, the set disturbance can be estimated with good accuracy at other times.
Claims (4)
鋼板張力とルーパー角の変動要因となる鋼板速度変動、変形抵抗変動、板厚変動の少なくとも一つ以上の外乱を制御対象の数式モデルを用いて推定する外乱推定ステップと、
制御対象の数式モデルに従って、前記外乱推定ステップで推定された外乱である外乱推定値が、鋼板張力とルーパー角へ与える影響を除去するための制御ゲインを算出する制御ゲイン算出ステップと、
前記外乱推定値に前記制御ゲインを掛け合わせることで前記操作量を算出し、前記算出した操作量を入力して鋼板張力とルーパー角の制御を行う外乱フィードバック制御ステップと、を有する、熱間圧延中の鋼板張力とルーパー角の制御方法。 A hot rolling process that controls the steel plate tension during hot rolling and the looper angle of the looper placed between the rolling stands to target values using at least one of the upstream stand main engine speed of the looper, the upstream stand rolling position, and the looper torque as manipulated variables. In the method of controlling steel plate tension and looper angle during rolling,
a disturbance estimation step of estimating at least one disturbance of steel plate speed variation, deformation resistance variation, and plate thickness variation, which are factors of variation in steel plate tension and looper angle, using a mathematical model of a controlled object;
a control gain calculation step of calculating a control gain for removing the influence of the disturbance estimated value, which is the disturbance estimated in the disturbance estimation step, on the steel plate tension and the looper angle, according to a mathematical model of the controlled object;
a disturbance feedback control step of calculating the manipulated variable by multiplying the estimated disturbance value by the control gain, and controlling the steel plate tension and looper angle by inputting the calculated manipulated variable. How to control the tension of the steel plate inside and the looper angle.
鋼板張力とルーパー角の変動要因となる鋼板速度変動、変形抵抗変動、板厚変動の少なくとも一つ以上の外乱を制御対象の数式モデルを用いて推定する外乱推定手段と、
制御対象の数式モデルに従って、前記外乱推定手段で推定された外乱である外乱推定値が、鋼板張力とルーパー角へ与える影響を除去するための制御ゲインを算出する制御ゲイン算出手段と、
前記外乱推定値に前記制御ゲインを掛け合わせることで前記操作量を算出し、前記算出した操作量を入力して鋼板張力とルーパー角の制御を行う外乱フィードバック制御手段と、を有する、熱間圧延中の鋼板張力とルーパー角の制御装置。 A hot rolling process that controls the steel plate tension during hot rolling and the looper angle of the looper placed between the rolling stands to target values using at least one of the upstream stand main engine speed of the looper, the upstream stand rolling position, and the looper torque as manipulated variables. In the control device for steel plate tension and looper angle during rolling,
Disturbance estimating means for estimating at least one disturbance of steel plate speed variation, deformation resistance variation, and plate thickness variation, which are factors of variation in steel plate tension and looper angle, using a mathematical model of a controlled object;
control gain calculating means for calculating a control gain for removing the influence of the disturbance estimated value, which is the disturbance estimated by the disturbance estimating means, on the steel plate tension and the looper angle according to a mathematical model of a controlled object;
Disturbance feedback control means for calculating the manipulated variable by multiplying the estimated disturbance value by the control gain, and controlling the steel plate tension and looper angle by inputting the calculated manipulated variable. Control device for inner steel plate tension and looper angle.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021171083A JP7452514B2 (en) | 2021-10-19 | 2021-10-19 | Method and device for controlling steel plate tension and looper angle during hot rolling |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021171083A JP7452514B2 (en) | 2021-10-19 | 2021-10-19 | Method and device for controlling steel plate tension and looper angle during hot rolling |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2023061225A JP2023061225A (en) | 2023-05-01 |
| JP7452514B2 true JP7452514B2 (en) | 2024-03-19 |
Family
ID=86239176
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2021171083A Active JP7452514B2 (en) | 2021-10-19 | 2021-10-19 | Method and device for controlling steel plate tension and looper angle during hot rolling |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7452514B2 (en) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7136708B2 (en) | 2019-01-16 | 2022-09-13 | 本田技研工業株式会社 | All-solid battery cell |
-
2021
- 2021-10-19 JP JP2021171083A patent/JP7452514B2/en active Active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7136708B2 (en) | 2019-01-16 | 2022-09-13 | 本田技研工業株式会社 | All-solid battery cell |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2023061225A (en) | 2023-05-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Bemporad et al. | Optimization-based automatic flatness control in cold tandem rolling | |
| JP2016215237A (en) | Hot rolling finish mill outlet side temperature controller and control method thereof | |
| RU2448789C2 (en) | Method of tracking hot metal sheet or strip physical state in control over plate mill | |
| KR100237506B1 (en) | Strip crown measuring method and control method for continuous rolling machines | |
| US20070068210A1 (en) | System for controlling a rolling mill and method of controlling a rolling mill | |
| US20120324971A1 (en) | Mill control system and method for control of metal strip rolling | |
| JP2006518670A (en) | Method for adjusting the temperature of a metal strip, in particular in a finish rolling section for rolling a heated metal strip | |
| JP2009208115A (en) | Method and device for calculating parameter of rolling control, and rolling simulation device | |
| JP2016074008A (en) | Control device and control method for tandem rolling mill | |
| JP4402502B2 (en) | Winding temperature controller | |
| JP7452514B2 (en) | Method and device for controlling steel plate tension and looper angle during hot rolling | |
| US4506532A (en) | Method for controlling continuous rolling mill and control apparatus therefor | |
| JP7102962B2 (en) | Control set value determination device, control set value determination method, and program | |
| KR101536461B1 (en) | Apparatus for controlling slab width and method for the same | |
| Yashin et al. | Development of a mathematical model of plate rolling on hot reversing mills | |
| Hearns et al. | Hot strip mill multivariable mass flow control | |
| Pittner et al. | Optimal control of tandem cold rolling using a pointwise linear quadratic technique with trims | |
| Park et al. | Tension control in hot strip process using adaptive receding horizon control | |
| JP3501982B2 (en) | Sheet width control device | |
| JP2012121063A (en) | Method and device for controlling tandem rolling mill | |
| JP3253009B2 (en) | Rolling mill prediction control method and apparatus | |
| JPH04111910A (en) | Method for controlling shape of rolled stock in multistage rolling mill | |
| Reeve et al. | Control, automation and the hot rolling of steel | |
| Bulut et al. | Co-ordinated control of profile and shape in hot strip finishing mills with nonlinear dynamics | |
| KR101462332B1 (en) | Method and device for controlling speed of rolling mill |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20230525 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20240206 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20240214 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20240219 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7452514 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |